CN109596952A - 一种基于主动同步的电缆局放源定位方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于主动同步的电缆局放源定位方法和***，该方法以下步骤：在电缆外护套上包裹环形金属极板构造耦合电容，以及在待检测电缆范围的两端分别外套屏蔽磁环以构建行波边界；在待检测电缆范围的一端通过耦合电容向电缆屏蔽层注入高频脉冲作为同步信号；在待检测电缆范围的两端分别提取局放脉冲信号和同步信号；以及基于待检测电缆范围的两端的局放脉冲及同步脉冲时间差对电缆局放源进行定位计算。本发明利用外置环形金属极板构建耦合电容，解决同步脉冲信号注入问题，利用同步信号与电缆局放脉冲的时间差完成局放源定位，与传统的卫星授时同步、光纤同步方式相比，在现场实施上较为方便，基本消除了时间同步带来的额外误差。

Description

一种基于主动同步的电缆局放源定位方法和***

技术领域

本发明涉及电缆局部放电检测领域，尤其涉及一种基于主动同步的电缆局放源定位方法各电缆局放源定位***。

背景技术

电缆在长期运行中受电、热、应力的影响，以及施工、安装过程中的不当操作，都有可能导致电缆本体、附件出现局部的绝缘缺陷，发生局部放电(简称为局放)。随着电缆局部放电的持续，局部缺陷最终会发展为绝缘整体击穿。

目前，国内外研究单位开展了大量的电缆局部放电检测/监测研究，并取得了较多的成果。IEEE等权威机构都认为局放测量是评估电缆绝缘状态的有效手段，能较为的全面反映电缆绝缘状态。相对局放检测/监测方法研究，局放源定位的研究尚处于起步阶段。在实际生产中，当检测到电缆局部放电越限后，需要找到局放源并进行复检，耗时较长，现场人员工作量大。通过局放源定位可降低现场工作量，减少外部干扰影响。现有局放源定位方法包括：

(1)单端法：通过计算局放脉冲初次到达时间和电缆对端反射波信号到达时间差，结合传播波速进行定位，这是目前应用最为广泛的定位方法。单端法主要问题在于难以应用于长距离线路，且由于高频信号传输过程中的衰减及波形畸变，反射波识别难度大，可靠性偏低。

(2)双端法：通过计算局放脉冲信号到达电缆两端的时间差，结合电缆长度、传播波速等进行定位。双端法仅需识别初始脉冲信号，原理简单可靠，但双端法需电缆两端的高精度的时间同步，确定局部放电脉冲到达电缆两端的绝对时间。

(3)幅频法：通过对比电缆两端局放脉冲的幅值、频带等信息，分析信号的幅值衰减判断局放源位置。幅频法计算不受时间同步、波速影响，但幅频法只能计算大致的局放源位置，精度不能满足现场需求，一般作为辅助手段配合双端法使用。

从技术发展角度看，双端法由于定位精度高、原理可靠，是技术发展的趋势。但常用时间同步方法在现场应用中面临以下问题：

(1)卫星(GPS/BD)授时同步,卫星授时需要外接天线，对于经常安装在隧道/电缆沟里的电缆局放监测设备而言，天线铺设较为困难。此外，现有的GPS/BD授时精度一般在10ns级别，不能完全满足电缆局放源定位要求。

(2)光纤同步精度较高，可以达到1ns级别，但光纤同步需要长距离光缆，现场实施较为困难，且价格比较昂贵。

发明内容

针对双端法存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于主动同步的电缆局放源定位方法，基于主动注入信号的同步方式，用于解决电缆局放源定位中的授时问题。

本发明的目的还在于提供一种基于主动同步的电缆局放源定位方法，基于主动注入信号的同步方式，用于解决电缆局放源定位中的授时问题。

为此，本发明一方面提供了一种基于主动同步的电缆局放源定位方法，包括以下步骤：S10：在电缆外护套上包裹环形金属极板构造耦合电容，以及在待检测电缆范围的两端分别外套屏蔽磁环以构建行波边界；S20：在待检测电缆范围的一端通过所述耦合电容向电缆屏蔽层注入高频脉冲作为同步信号；S30：在待检测电缆范围的两端分别提取局放脉冲信号和同步信号；以及S40、基于待检测电缆范围的两端的局放脉冲及同步脉冲时间差对电缆局放源进行定位计算。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于主动同步的电缆局放源定位***，包括：屏蔽磁环，用于在待检测电缆范围的两端构建行波边界；环形金属极板，在检测电缆范围的一端与电缆屏蔽层构造耦合电容；高频脉冲发生器，用于通过所述耦合电容向所述电缆屏蔽层注入高频脉冲作为同步信号；局放传感器，设置在待检测电缆范围的两端，用于检测局放脉冲信号和同步信号；以及局放检测装置，用于分别提取待检测电缆范围的两端的局放脉冲信号和同步信号，并且基于待检测电缆范围的两端的局放脉冲及同步脉冲时间差对电缆局放源进行定位计算。

根据本发明的基于主动同步的电缆局放源定位方法，其利用外置环形金属极板构建耦合电容，解决同步脉冲信号注入问题，利用同步信号与电缆局放脉冲的时间差完成局放源定位。本发明所述方法较传统的卫星授时同步、光纤同步方式，在现场实施上较为方便，基本消除了时间同步带来的额外误差。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的电缆局放源定位方法中的耦合电容及行波边界原理图；

图2是根据本发明的电缆局放源定位方法中的主动同步法原理图，其中，(a)；

图3a和图3b是根据本发明的电缆局放源定位方法中的局放源定位原理图，其中，图3a为注入端信号的示意图，图3b为线路对端信号的示意图；

图4是根据本发明一实施例的电缆局放源定位方法的流程图；以及

图5是根据本发明另一实施例的电缆局放源定位方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

现有电缆局放源定位中的两端装置同步方法是：卫星同步和光纤同步，这两种方式现场实施难度大，成本相对较高。针对上述问题，本发明提出了构造耦合电容的同步信号注入方式，与电感耦合方式相比较。通过耦合电容方式注入同步信号，信号衰减小，适用于基于电容型传感器的局部放电检测/监测***。

本发明提出了一种基于主动同步的电缆局放源定位***，如图1所示，由以下模块构成：耦合电容60，屏蔽磁环20、局放传感器30、以及局放检测/监测装置40、高频脉冲发生器50。

在图1中，电缆的构造如下，由内至外依次为：电缆线芯11、电缆主绝缘12、电缆屏蔽层13和电缆外护套14。

屏蔽磁环20用于形成行波边界，高频脉冲发生器50用于产生高频脉冲信号，并且通过耦合电容注入电缆屏蔽层13。

本发明提出了一种基于主动同步法的电缆局放源定位方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤S10：构造耦合电容及行波边界。

参考载波通信，高频信号注入方式有：电感耦合和电容耦合。电感耦合通过线圈的电磁感应效应，需要初、次级线圈磁导率较高，而电缆屏蔽层作为次级线圈难以满足上述要求，注入信号衰减较为严重，也不适用于基于电容传感器的局放监测***。因此，本发明所述方法采用电容耦合方式注入高频信号作为同步信号。

步骤S10具体包括两个环节：

1)在电缆外护套上包裹环形金属极板(铜或铝)，为增大耦合电容值，金属极板应紧贴在外护套上；为避免金属极板受潮失效，在金属极板外覆盖有防水层。如图1所示，环形金属极板61、电缆外护套14、电缆屏蔽层13构成了一个耦合电容，该耦合电容值与电缆线径，极板长度相关。以典型XLPE单芯电缆为例，电缆外径50mm，金属极板长度1m时，耦合电容值约为20pF。

2)在电缆两侧外套屏蔽磁环构建行波边界。如图1所示，对于高频信号(行波)，由于磁环电感值较高就形成一个行波边界。高频的电压行波信号边界处会发生全反射，增强同步信号及局部放电脉冲信号幅值，提高局放脉冲检测的灵敏度；同时，注入的同步信号也封闭在待检测电缆范围内。

步骤S20：注入高频脉冲作为同步信号。

利用脉冲发生器产生高频脉冲信号，该信号通过耦合电容注入电缆屏蔽层，并沿电缆屏蔽层传输到电缆对端。综合耦合电容值、局放脉冲信号宽度、传感器带宽，以及同步信号在电缆屏蔽层中的衰减特性，注入信号具有以下特点：

1)信号频率应在10MHz～20MHz，即上升沿0.1us～0.05us间，脉冲信号脉宽不应大于0.2us；

2)信号幅值约在20V左右，略大于典型局部放电信号的幅值；

3)信号注入频率应10ms一次，注入信号时刻应控制在工频电压90°位置附近。

步骤S30：提取局放脉冲信号和同步信号。

本发明采用常用时频分析手段-多尺度小波变换提取局放脉冲信号和同步信号。

由于在一个工频周波内，会产生多次局部放电脉冲。为保证局放源定位中，电缆两端是基于同一脉冲信号，降低多次局放脉冲信号对定位的影响。定位计算时，局放脉冲信号仅提取同步信号前后10us内幅值最大的局放脉冲信号。

步骤S40：基于局放脉冲及同步脉冲时间差对电缆局放源定位计算。

传统双端法利用卫星或光纤授予的绝对时刻作为时间标签。本发明所述方法原理如图2所示，注入的同步信号作为时间标签可对两端装置进行同步。

对于电缆两端采集到的局放脉冲、同步脉冲，如图3(a)/(b)所示。假设注入信号端，同步信号与局放脉冲信号时间差为Δt1，电缆对端同步信号与局放脉冲信号时间差为Δt2，则局放源定位公式如下所示：

L1＝(Δt2–Δt1)×v/2--------------------------(1)

其中，L1为局放源距离信号注入端的距离，v为局放脉冲、同步信号在电缆中的传播速度。

其中，多次测量后得到的L1可求平均值。

如图5所示，在本发明另一实施例中，基于主动同步的电缆局放源定位方法还包括步骤S50：聚类运算提高定位精度及可靠性。

由于电缆局放在一个工频周期内会发生多次，因此，通过多次测量采用聚类方法可提高定位的精度及可靠性。

与现有局放源定位方法相比较，本发明所提出的定位方法具有以下优点：

(1)现场应用限制少。本发明所述方法无需安装天线或铺设光纤，利用电缆屏蔽层作为传输介质注入同步信号，现场应用限制少。

(2)授时精度高。相对于卫星授时、光纤授时方式，本文所述方法仅需利用电缆两端同步信号与局放脉冲到达时间差即可完成局放源定位，理论上不会因授时精度问题导致额外的定位误差。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于主动同步的电缆局放源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10：在电缆外护套上包裹环形金属极板构造耦合电容，以及在待检测电缆范围的两端分别外套屏蔽磁环以构建行波边界；

S20：在待检测电缆范围的一端通过所述耦合电容向电缆屏蔽层注入高频脉冲作为同步信号；

S30：在待检测电缆范围的两端分别提取局放脉冲信号和同步信号；以及

S40、基于待检测电缆范围的两端的局放脉冲及同步脉冲时间差对电缆局放源进行定位计算。

2.根据权利要求1所述的基于主动同步的电缆局放源定位方法，其特征在于，通过，其中，所述环形金属极板应紧贴在外护套上，为避免金属极板受潮失效，在金属极板外覆盖有防水层。

3.根据权利要求1所述的基于主动同步的电缆局放源定位方法，其特征在于，在待检测电缆范围的一端由高频脉冲发生器通过所述耦合电容注入高频脉冲、作为同步信号。

4.根据权利要求1所述的基于主动同步的电缆局放源定位方法，其特征在于，通过多尺度小波变换提取局放脉冲信号和同步信号。

5.根据权利要求1所述的基于主动同步的电缆局放源定位方法，其特征在于，电缆局放源的定位计算公式如下：

L1＝(Δt2–Δt1)×v/2--------------------------(1)

其中，L1为局放源距离信号注入端的距离，v为局放脉冲、同步信号在电缆中的传播速度，Δt1为注入信号端的同步信号与局放脉冲信号时间差，Δt2为电缆对端同步信号与局放脉冲信号时间差。

6.一种基于主动同步的电缆局放源定位***，其特征在于，包括：

屏蔽磁环，用于在待检测电缆范围的两端构建行波边界；

环形金属极板，在检测电缆范围的一端与电缆屏蔽层构造耦合电容；

高频脉冲发生器，用于通过所述耦合电容向所述电缆屏蔽层注入高频脉冲作为同步信号；

局放传感器，设置在待检测电缆范围的两端，用于检测局放脉冲信号和同步信号；以及

局放检测装置，用于分别提取待检测电缆范围的两端的局放脉冲信号和同步信号，并且基于待检测电缆范围的两端的局放脉冲及同步脉冲时间差对电缆局放源进行定位计算。