CN109581171A - 高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测*** - Google Patents

高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测*** Download PDF

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Abstract

本发明属电力设备检测技术，为实现利用高频电流互感器的局部放电检测技术，对复合电场下硅橡胶局部放电进行诊断和识别，本发明，高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***，由复合电场局部放电装置、高频电流信号采集单元、数据传输单元、数据处理单元组成；所述复合电场局部放电装置包含高压直流电源、脉冲电源、电压复合单元和模拟局部放电装置；所述高压直流电源和所述脉冲电源的输出端连接所述电压复合单元的输入端；所述模拟局部放电装置由针板型电极和硅橡胶试样构成；所述高频电流信号采集单元采集到的信号经数据传输单元传输到数据处理单元处理后进行输出。本发明主要应用于电力设备检测装置的设计制造场合。

Description

高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***
技术领域
本发明涉及电缆、电力设备，具体涉及高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***。
背景技术
目前，硅橡胶预制式中间接头已被广泛应用到输电线路和配电网中。根据相关统计资料，截止2010年底，我国电缆线路总长度较十年前电缆总长度延伸约27％。随着电缆的伸长中间接头的使用随之增多，硅橡胶凭借着其良好的绝缘性能和机械性能被广泛运用在预制式中间接头。由于预制式中间接头为多层固体复合介质绝缘结构，绝缘结构紧凑且需要在现场条件安装成型，影响其绝缘性能的原因很多，因而发生事故的概率远远大于电力电缆本体。对据有关资料统计表明，在电缆运行中由于中间接头绝缘引发的故障占电缆故障的31％
在电力电缆运行中伴有不同交直流电压比例的复合电场共同作用。目前，在电力电缆局部放电传统的研究中，主要有两种加压方法，恒压法和逐步升压法。这两种加压方法与电力电缆实际运行工况均有差异。近年来随着高压直流输电工程(High Voltage DirectCurrent,HVDC)发展，直流电压，脉冲电压和谐波电压作用下硅橡胶绝缘局部放电现象分析成为研究热点。但是现阶段，国内外对复合电场下局部放电的试验与诊断技术的研究仍然处于起步阶段。
高频电流检测法通常采用Rogowski线圈高频互感器，其原理是电缆发生局部放电处会产生高频的脉冲电流，高频的脉冲电流会沿着电缆线芯和电缆屏蔽上四处传播，从而在电缆本体或者接地线上由于不均匀的电场会产生变化的磁场，将传感器卡在电缆本体或者接地线上，当产生变化的磁场时在Rogowski线圈上的积分电阻上就会感受到局部放电信号。高频电流检测法检测频段较高(通常为3-30MHz)，具有抗干扰能力强，检测灵敏度高等优点，可用于电力设备局部放电类缺陷的检测、故障定位和故障类型识别等。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种基于高频电流法的复合电场电力电缆检测***，利用高频电流互感器(high frequency current transformer，HFCT)的局部放电检测技术，对复合电场下硅橡胶局部放电进行诊断和识别。为此，本发明采用的技术方案是，高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***，由复合电场局部放电装置、高频电流信号采集单元、数据传输单元、数据处理单元组成；所述复合电场局部放电装置包含高压直流电源、脉冲电源、电压复合单元和模拟局部放电装置；所述高压直流电源和所述脉冲电源的输出端连接所述电压复合单元的输入端；所述模拟局部放电装置由针板型电极和硅橡胶试样构成；所述针板型电极的一个平板电极与所述复合单元的高压输出端相连，另一个平板电极与大地相连，两片平板电极之间是硅橡胶试样，硅橡胶试样中***钢针，钢针尖部一端靠近与大地相连的平板电极，钢针尾部一端与连有复合单元的高压输出端的平板电极紧密接触；所述高频电流信号采集单元为高频电流互感器HFCT用以获取模拟局部放电装置所产生的高频电流局部放电信号；所述高频电流信号采集单元采集到的信号经数据传输单元传输到数据处理单元处理后进行输出。
所述高频电流互感器HFCT采用高磁导率磁环绕制，所述数据处理单元包括放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路。
所述电压复合单元由两个大红袍高压玻璃釉高频无感放电电阻、三个高压聚苯乙烯薄膜电容和测量***搭建而成，所述电阻起限流作用，所述电容起滤波作用。
所述测量***由分压器与示波器组成。
所述高压直流电源为静电纺丝高压电源；所述脉冲电源由一台直流稳压电源、一个高压包以及一个IGBT为主要器件的电路模块构成，直流稳压电源输出端连接高压包的其中一个输入口，高压包另一输入口与IGBT的集电极C连接，IGBT发射集极E接地，IGBT的栅极G连接产生脉冲的信号源。
本发明的特点及有益效果是：
1、实现同时施加直流电压和脉冲电压，能够准确模拟电缆中间接头运行工况，并且正负直流电压源切换快捷，保证实验安全。脉冲电压的输出电压和频率均可调节，保证功能完善。
2、HFCT采用高磁导率磁环绕制，能够更加准确捕捉到局部放电信号，能够有效去除部分干扰信号。
3、主机分析功能强大，具有数据对比库和分析模式，能够查阅存储历史数据，并能够自行定义图片编号和日期，从PRPD和PRPS两种谱图协同分析局部放电特征，并进行模式识别，可自动生成报表并依靠插拔的SD卡导出报表。
4、具备多种图形参数设置功能，可进行可视化降噪功能，可设定阈值和采样间隔以及电源频率等。
5、完全数字化显示，界面更加直观，简洁明了，手持设备交互友好。
6、与现有检测技术和检测装置相比，本发明能够准确模拟电力电缆中间接头在实际工况下所产生的局部放电信号，检测准确，便于工作人员操作设置和诊断，采用基于高频电流法的检测***更具优势，能够实现准确的信号捕捉，保证操作安全可靠。
7、将信号处理单元和信号显示单元全部集成在手持设备上，更便携，数据传输更迅速，采样率更高，能够真正实现实时的数据传输和采集。
附图说明：
图1是本发明的电压复合单元电路接线图；
附图标记：1-直流电源，2-电容器，3-电阻，4-电容，5-电阻，6-分压器，7-电容，8-电容，9-针电极，10-硅橡胶试样，11-平板电极，12-高压包，13-IGBT电路模块，14-信号发生器，15-直流稳压电源，16-示波器，17-高频电流互感器HFCT，18-手持设备
图2是本发明的信号采集装置结构框图；
图3是本发明的高频电流互感器HFCT外观图；
图4是本发明的主机界面。
具体实施方式
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于高频电流法的复合电场电力电缆检测***，利用HFCT传感器的局部放电检测技术，对复合电场下硅橡胶局部放电缺陷进行诊断和识别。
本发明针对一种在复合电场下用高频电流法对电力电缆局部放电进行检测，特别是涉及一种通过手持设备实时对电力电缆局部放电检测，通过传感器与主机相连，将局部放电信号高速快捷的传入主机信号处理单元随后显示出来，具有操作简单，信号传输快，便于携带以及高灵敏度的特点，进而从局部放电方面描述电力电缆绝缘劣化的检测***。
本发明为解决技术问题，提出的技术方案是：基于高频电流法的复合电场电力电缆检测***，主要由复合电场局部放电装置、高频电流信号采集单元、数据传输单元、数据处理单元和主机显示单元五个部分构成；
所述复合电场局部放电装置包含高压直流电源、脉冲电源、电压复合单元和模拟局部放电装置；所述高压直流电源和所述脉冲电源的输出端连接所述复合单元的输入端；
所述数据传输单元用于传输高频电流信号采集装置采集到的信号；
所述数据处理单元包括放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路；
所述电压反馈放大电路和稳压电路的输出端连接显示单元的输入端；
所述数据处理单元用于采集局部放电信号并进行信号的处理，经过放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路将信号送入微处理器芯片；
所述主机显示单元用于获取从数据处理单元传过来的数据，并进行局部放电相位谱图和脉冲序列相位谱图的描点，将结果显示在手持设备界面上，并可进行数据存储和读取；
所述脉冲电源由一台直流稳压电源、一个信号发生器、一个高压包以及一个IGBT为主要器件的电路模块构成；
所述数据传输单元集成在HFCT信号传输线中；
所述HFCT信号传输线采用两端均为BNC头的同轴高频射频线实现对信号的有效传输；
所述放大电路采用两个Analog Devices公司宽带低噪放ADL5545芯片串联实现的二级放大；
所述滤波电路以两个二阶滤波器MAX262为核心，每个滤波器包含两个级联的积分器和一个加法器；
所述检波电路由HER102高频肖特基二极管和RC充放电电路构成；
所述电压反馈放大和稳压电路采用AD8056芯片中两个运算放大器实现的2倍放大和电压跟。
下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明的基于高频电流法的复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***是如何实现的。
本发明主要目的是实现对复合电场电力电缆中间接头的绝缘性能进行检测、诊断和评估，对局部放电量从多角度实行状态检测，并依托于手持设备进行局部放电程度的展现。本发明的目的通过基于直流电压和脉冲电压的复合电场下HFCT传感器对硅橡胶局部放电进行检测，采集到的局部放电信号由传输单元传入数据处理单元，处理后的数据由手持设备的显示单元显示出来。
如图1所示，本实施例中所述直流电源1由东文静电纺丝高压电源构成，型号为DW-P503-1ACDF，输出电压稳定，最高电压值可达到50kv。
本实施例中所述高压聚苯乙烯薄膜电容器2的型号为CB81，容值为1000pF，耐压等级50kV；所述大红袍高压玻璃釉高频无感放电电阻3的型号为RI80，阻值为1MΩ；所述两个串联的电容7、8均为聚丙烯高压无感吸收薄膜电容器，由EACO公司生产，型号为EACO—MS，容量为0.1μF，耐压值8000V。
本实施例中所述测量***中分压器6由电容4和电阻5构成，分压比为1000：1，分压器与示波器16共同组成测量***，用于测量和显示加载电压的数值。
本实施例中所述模拟局部放电装置由一个针板型电极以及硅橡胶试样10构成。所述针板电极的一个针电极9与所述复合单元的高压输出端相连，平板电极11与大地相连，针电极是曲率半径为50μm的钢针，钢针尖部一端距离与大地相连的平板电极2mm，钢针尾部一端与连有复合单元的高压输出端的平板电极紧密接触。所述硅橡胶试样为边长40mm，厚4mm的正方形薄片。
本实施例中所述脉冲电源由一台直流稳压电源15、一台信号发生器14、一台高压包12和一个IGBT为主要器件的电路模块13组成，所述直流稳压电源的型号为迈胜MP2030D。所述信号发生器为普源DG100系列函数发生器。所述高压包信号为APS-08023。所述IGBT电路模块包括一个型号为H20R1203TO-247的大功率IGBT、一个三柱接线端子和一个散热片组成。
所述高频电流信号采集装置为高频电流互感器HFCT 17，高频电流互感器HFCT采用高磁导率磁环绕制，内部绕线为纯铜绕线，导磁体采用硅钢材料，使用环氧树脂进行封装，高频电流互感器HFCT获取到硅橡胶绝缘所产生的高频电流局部放电信号由手持设备18显示。
如图2所示，本发明基于高频电流法的复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***，用于研究直流复合脉冲的电场工况下硅橡胶的局部放电特征研究。包括：复合电场硅橡胶局部放电装置、高频电流互感器HFCT信号采集装置、数据传输单元、数据处理单元和主机显示单元。
本实施例中所述高频电流互感器HFCT信号采集装置用以获取局部放电信号，包括依次串接的HFCT传感器、信号传输线、放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大和稳压电路，所述电压反馈放大和稳压电路的输出端连接至主机显示单元的输入端。
本实施例中所述放大电路两个Analog Devices公司宽带低噪放ADL5545芯片串联实现的二级放大，所述检波电路由HER102高频肖特基二极管和RC充放电电路构成，电容值1nF和电阻值5MΩ，所述电压反馈放大和稳压电路采用AD8056芯片中两个运算放大器实现的2倍放大和电压跟随。
当电缆中间接头发生局部放电时，会产生持续时间仅为ns级的脉冲电流，激发出的电磁波会透过环氧树脂浇注层，当测量位置上的磁场发生变化时，通过HFCT传感器中的Rogowski线圈的积分电阻，就可以感受到脉冲信号，随后将信号通过传输单元送入信号处理单元，此处需要进行放大电路进行放大，然后需要过滤掉干扰噪声，比如工频干扰等外界信号，信号经滤波后进行检波。
所述信号显示单元采用高性能STM32系列ARM芯片作为微处理器(MCU)；具体方法是利用高性能ARM芯片自带的A/D转换模块，将接收到的前一级模拟信号转换为数字信号，所测得的放电信号以脉冲个数和相位的形式依托TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)表现出来。
电源采用内置锂电池供电，电池持续工作时间6小时以上，嵌入到手持设备中，方便携带使用。
本发明的基于高频电流法的复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***，具体的使用环境及其方法如下：
1、使用环境
海拔高度：≤1000m
工作温度：-20℃-40℃
工作湿度：0-90％，无凝露
无火灾、***危险，严重污秽化学腐蚀、剧烈振动、强电磁干扰及雷击场所被测设备要良好接地
2、使用方法
⑴硅橡胶绝缘试样制作步骤
①本实例中采用溧阳市宏大胶业有限公司天目牌705硅橡胶，将未固化的硅橡胶倒入宽40mm的模具中，厚度为4mm，将带有模具的未固化硅橡胶放入真空箱中抽真空。
②将抽真空后的硅橡胶放置室温下硫化72小时。
③将硫化后的硅橡胶从模具中取出裁成长宽均为40mm，厚4mm的薄片。
④将曲率半径为50μm的钢针平行***硅橡胶薄片中间位置，使距离上表面和下表面距离均为2mm，针尖距离底面2mm。
⑵局部放电检测步骤
①将两个平板型电极相对放在平台上并固定，电极之间距离设定为40mm，将硅橡胶试样放在电极之间，并确保电极紧密贴合在试样上。
②设定所述高压直流电源的电压幅值为5kV,设定所述脉冲电压幅值5kV频率为200Hz，将HFCT传感器卡在接地线上。
③升高脉冲电压产生的电压幅值，当硅橡胶发生局部放电时，测量位置上的磁场发生变化时，通过HFCT传感器中的Rogowski线圈的积分电阻，就可以感受到脉冲信号，得到可以送至ARM的有效采集脉冲信号，经过A/D数模转换后，放电信号以脉冲个数和相位的形式依托TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)表现出来。同时主机还提供手持设备界面和数据存储和查询功能，并实时更新采集数据。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***，其特征是，由复合电场局部放电装置、高频电流信号采集单元、数据传输单元、数据处理单元组成；所述复合电场局部放电装置包含高压直流电源、脉冲电源、电压复合单元和模拟局部放电装置；所述高压直流电源和所述脉冲电源的输出端连接所述电压复合单元的输入端；所述模拟局部放电装置由针板型电极和硅橡胶试样构成；所述针板型电极的一个平板电极与所述复合单元的高压输出端相连，另一个平板电极与大地相连，两片平板电极之间是硅橡胶试样，硅橡胶试样中***钢针，钢针尖部一端靠近与大地相连的平板电极，钢针尾部一端与连有复合单元的高压输出端的平板电极紧密接触；所述高频电流信号采集单元为高频电流互感器HFCT用以获取模拟局部放电装置所产生的高频电流局部放电信号；所述高频电流信号采集单元采集到的信号经数据传输单元传输到数据处理单元处理后进行输出。
2.如权利要求1所述的高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***，其特征是，所述高频电流互感器HFCT采用高磁导率磁环绕制，所述数据处理单元包括放大电路、滤波电路、检波电路以及电压反馈放大电路和稳压电路。
3.如权利要求1所述的高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***，其特征是，所述电压复合单元由两个大红袍高压玻璃釉高频无感放电电阻、三个高压聚苯乙烯薄膜电容和测量***搭建而成，所述电阻起限流作用，所述电容起滤波作用。
4.如权利要求1所述的高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***，其特征是，所述测量***由分压器与示波器组成。
5.如权利要求1所述的高频电流法复合电场电力电缆中间接头局部放电检测***，其特征是，所述高压直流电源为静电纺丝高压电源；所述脉冲电源由一台直流稳压电源、一个高压包以及一个IGBT为主要器件的电路模块构成，直流稳压电源输出端连接高压包的其中一个输入口，高压包另一输入口与IGBT的集电极C连接，IGBT发射集极E接地，IGBT的栅极G连接产生脉冲的信号源。
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