CN1251654A - 用于检测和定位绝缘层中异常的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测在围绕延长分布的导体的绝缘层中的至少一处异常的方法,包含有:在该导体和地之间施加电位差;测量在第一位置处由所述异常产生的和沿第一位置的方向移动的电压变化;测量在第二位置处由所述异常产生的和沿第二位置的方向移动的电压变化;通过利用时间记录,测定由同一异常产生的和在第一和第二位置处测量的电压变化的到达时间差;根据该到达时间差和在第一和第二位置之间的所述导体的长度,测定在所述导体中的异常产生的位置。

Description

用于检测和定位绝缘层中 异常的方法和装置
本发明涉及一种用于检测和定位在围绕导体的绝缘层中产生的异常的方法和装置，其中该是导体延长分布的。在围绕导体的绝缘层中产生的异常可能引起所谓的局部放电。例如位于电缆的芯线和接地屏蔽层之间的绝缘材料中就可能产生这种情况。局部放电可能导致电缆质量下降。此外，局部放电经常是完全放电或击穿的先导，因此会使电缆发生故障。
由国际专利申请WO94/10579已知一种用于检测电缆中发生局部放电的方法和装置，其中电缆的接地屏蔽层为螺旋形结构，在电缆一侧围绕电缆配置至少一个检测线圈，用于检测沿电缆移动的电磁场或电压变化。这种电压变化是可能由局部放电引起的，并由局部放电位置起沿导体的双方向传播，对这种电压变化进行检测和分析。其中利用电压变化在电缆外端的所谓端部反射。检测线圈首先检测直接由局部放电位置向检测线圈传输的直接电压变化。然后检测线圈检测间接电压变化，即由局部放电位置起经过电缆端部反射向检测线圈传输的间接电压变化。根据对由局部放电位置引起的直接电压变化的检测和由局部放电与由电缆端部反射引起的间接电压变化的检测之间测量的时间差，以及根据已知的电压变化的传播速度，就可以测定直接和间接脉冲之间的路径长度差。根据计算的路径长度差和已知的电缆总长度就能精确地测定局部放电位置。
然而这一方法有一些明显的缺点。由于间接电压变化经常是在直接电压变化的‘尾端’到达检测器，此外间接电压变化具有的幅值经常小于直接电压变化的幅值，间接电压变化经常不能识别或者很难识别。这样带来的其中一个后果是，不能自动对测量值进行分析，以及必需由高素质的和经培训的人员进行分析。然而这样花费是很大的。
需要寻找一种方法，其中可以减少或避免这些缺点。
本发明的目的是提供一种方法和装置，借助其可以按人工或自动方式简单地测定导体中的异常的位置。按照下述方式实现这一目的。
取代如上述的检测在导体一侧上的直接电压和间接电压变化，根据本发明在导体两侧进行测量。这里仅分析到达两侧的直接电压变化。不考虑到达两侧的间接即反射的电压变化。然而，为了能够测定由一处和同一异常引起的电压变化到达在电缆两侧的时间差，需要十分精确地记录时间。借助这一时间记录，可以将测量的信号加上所谓的时标，利用该时标可以测定信号随时间的传播。可以将加上时标的信号存储在随机存储器中或经过通信装置传输到中央采集单元。根据在直接电压变化到达一侧的瞬时和直接电压变化到达另一侧的瞬时之间的时间差，以及根据已知的电压变化的传播速度，可以测定路径长度差，即由两个电压变化覆盖的距离差。根据这一测定的路径长度差和已知的电缆总长度就可以测定所述异常的位置。
根据本发明的一个实施例，通过对于测量的电压变化利用若干卫星接收的时间和位置数据，可以实现时间记录。其中对每个测定的检测位置接收的和经过卫星传输的时间数据可进行校正，用以跟着由卫星传输的数据精确地检测位置。这种校正是必要的，由于电压变化实际上按照光速移动，因此电压变化到达的时间差是很小的(量值的量级为1/2到几十微秒)。
根据本发明的另一个实施例，利用十分精确的时钟例如石英钟(在测量之前必须校正)可以实现时间记录。这些时钟提供在每个检测器所需的时间记录，以便提供带有校正时标的检测的电压变化。
根据本发明的再一个实施例，可以利用带分支的电缆取代信号电缆。其中一些(最好全部)带分支的电缆装有电压检测装置。按照对上述部分整体分析的方式可以测定异常的位置。
参照附图可以对本发明进行说明。
图1表示测量结构的示意图，其中应用了本发明的方法。
图2表示利用两个检测器6和7利用时标测量的在同步电压传播之前的电压传播过程。
图3表示利用两个检测器6和7利用时标测量的在同步之后的电压传播过程。
图4表示支的电缆中的测量结构(即具有两个以上检测装置的结构)的示意图。
图5表示利用两个检测器6和7利用时标测量的在同步之后的电压传播过程。
图6表示本发明的另一实施例。
利用根据本发明的方法检测带接地屏蔽层的导体绝缘层或电缆中的异常。以举例方式如图1所示一条高压电缆1长度可以在10米到10千米范围内变化，电压可以在1千伏到400千伏范围内变化。该高压电缆由芯线2和接地屏蔽层3构成，在芯线2和接地屏蔽层3之间有绝缘材料4。保屏蔽层5围绕接地屏蔽层3配置。利用检测装置6和7根据本发明进行测量，该检测装置例如由电容分压器(对于电源为高欧姆性的，对于放电信号为低欧姆性的)和示波器组成。由图1可以看出，该电缆连接到高压电源8上。由电压源产生的信号频率为0.1-200赫。该电压源可以由原来的电源或另外的电源构成。通过提高电缆上的电压，可以找出刚好在检测阈值之上产生局部放电时的电压。该电压不能提高得太高(例如不能超过运行的两倍)，使得电缆不会承受过重的负载，否则电缆损坏的危险增加。
图2表示示波器上显示的在发生时间同步之前电压随时间传播的特征。在图上还表示了由于一处和同一局部放电产生的直接脉冲。脉冲幅值的量级为几毫伏到几百毫伏以及持续时间量值可达约1000毫微秒。
图3表示示波器上显示的在时间同步之后的电压传播过程。在这种情况下，时间同步使得在示波器6上的电压传播的时间轴与在示波器7上的电压传播的时间轴是相同的。由该图可以确定在电压变化到达和在B处对应的电压变化之间的时间差ΔT。由该时间差ΔT、电压变化在电缆中的传播速度和已知的电缆长度，可以按照1-30米的精度测定上述异常(在这一实例中为局部放电)的位置。
图4表示在带分支的电缆的实例中的情况。在这个实例中电缆带有3个分支，然而可以是任选的数目。检测装置置于每个分支的端部(然而无需所有分支都这样)。
图5表示在5个示波器9-13上的电压随时间的传播的特征。示波器10和11先于其它示波器9、12和13收到由局部放电产生的电压变化。因此局部放电是发生在示波器10和11之间的电缆的区域中。根据正确的时间定标可以测定异常的位置，对示波器位置和电缆(分支)长度的可能校正是事前已知的。
图6表示根据本发明的方法的另一实施例。测试的电缆14包含3个电缆芯线15、16和17。电缆芯线15连接到高压发生器18，该高压发生器18产生的电压数值最好在1到41千伏之间以及频率最好在0.1到200赫之间。在电缆14的一端电缆芯线15、16和17连接到耦合网络19，在电缆14的另一端电缆芯线15、16和17连接到耦合网络29，在电缆14的分支端电缆芯线15、16和17连接到耦合网络24。在耦合网络19上分别配置数据通信***20、示波器或数字转换器21以及GPS接收站22。同样地，在耦合网络24和29上分别配置数据通信***25和30、示波器或数字转换器26和31以及GPS接收站27和32。高压发生器18、数据通信***20、示波器21以及GPS接收站22连接到一用于对它们进行控制的计算机23。装设计算机28和33用于控制在电缆14另一端的对应***。
基于在放电脉冲到达时触发示波器或数字转换器的，用于测量局部放电的方法最好包含：
安装和起动GPS接收站22、27和32；
起动高压发生器18，其中将电压加在三个电缆芯线15、16和17中之一；
调节包含示波器21、26和31的测量***；其中使用数据通信***20、25和30。最好经过另外两条未使用的电缆芯线16和17或者经过装在各测量位置的发送器-接收器(未表示)进行数据通信；
测量由局部放电产生的电压脉冲，该电压脉冲是在测试过程中由电缆芯线15生成的。这些电压脉冲通常具有的最大幅值在20到500毫伏之间以及很宽的频谱范围，其取决于电缆的长度和放电的位置，一般范围为100赫到10兆赫。由局部放电产生的电压脉冲随时间到达各散开的测量***中的不同点，其中经过耦合网络19、24和29由示波器22、27和32测量电压脉冲，以及最好将电压脉冲存储在计算机23、28和33上；
将局部放电的到达时间记录并存储在在计算机23、28和33上，最好以由GPS接收站提供的通用时间坐标时标的形式进行。通用时间坐标包含关于经度、纬度的度数和高度以及绝对时间的信息。
可以接着测量在其它两条电缆芯线16和17中的局部放电。上述的对于局部放电的测定精度取决于：测量的电缆14的长度、可以使用的测量***的数目、噪音电平、放电的程度和电缆的组成部分即电缆结构。该电缆可以由具有不同传输特性的电缆组成。一般精度可以达到8到25米。
用于实施本发明的方法的替换优选实施例在于同时进行一或多个记录。同时应理解这意指所有的数字转换器或示波器按严格的同一瞬时进行记录。按预定的时间周期(例如0.5到2秒)将测量数据存储在计算机23、28和33上。通过读出GPS接收站22、27和32的经度、纬度的度数和高度以及绝对时间信息以及通过利用计算机23、28和33进行控制，可以实现按严格的相同瞬时进行记录。

Claims (20)

1.一种用于检测在围绕延长分布的导体的绝缘层中的至少一处异常的方法，包含有：
在该导体和地之间施加电位差；
在第一位置处测量由所述异常产生的和沿第一位置的方向移动的电压变化；
在第二位置处测量由所述异常产生的和沿第二位置的方向移动的电压变化；
通过利用时间记录，测定由同一异常产生的和在第一和第二位置处测量的电压变化的到达时间差；
根据该到达时间差和在第一和第二位置之间的所述导体的长度，测定在所述导体中的异常产生的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中该延长分布的导体是电缆。
3.如权利要求1所述的方法，其中该电缆包含至少一条芯线和接地屏蔽层。
4.如权利要求1-3中之一所述的方法，其中该延长分布的导体具有一或多个分支。
5.如权利要求4所述的方法，其中在两个以上的位置检测该电压变化。
6.如权利要求1-5中之一所述的方法，其中所述电压变化是由短的电压脉冲状的信号形成的。
7.如权利要求1-6中之一所述的方法，其中利用经过至少一个卫星接收的时间数据实现对所述电压变化的时间记录。
8.如权利要求1-7中之一所述的方法，其中通过根据经过所述卫星得到的位置信息对接收的时间数据进行校正来对电压变化的到达时间进行确定。
9.如权利要求1-8中之一所述的方法，其中通过预先校准精确的时钟进行对电压变化的到达时间的记录，在每个检测位置装设一时钟。
10.如前述权利要求中之一所述的方法，其中将测量的电压值和时间记录数据存储在一媒体中。
11.如前述权利要求中之一所述的方法，其中将测量数据和时间记录数据经过传输集中收集。
12.如前述权利要求中之一所述的方法，其中该异常导致所谓的局部放电。
13.一种用于检测在围绕延长分布的导体的绝缘层中的在第一和第二位置之间的异常的装置，包含有：
一电压源，用于在该导体和地之间施加电位差；
第一电压检测装置，用于检测在第一位置处的电压变化；
第二电压检测装置，用于检测在第二位置处的电压变化；
时间记录装置，用于记录利用第一和第二电压检测装置检测到电压变化的时间点；
差测定装置，用于测定由同一随机产生的异常引起的两个电压变化之间的到达时间差；
位置计算装置，用于计算在所述导体中的异常的位置。
14.如权利要求13所述的装置，其中该时间记录装置包含计算装置，其根据经过卫星得到的位置数据对经过卫星得到的时间数据进行校正。
15.如权利要求13所述的装置，其中该电压检测装置包含示波器。
16.如权利要求13或14所述的装置，其中时间记录装置包含卫星。
17.如权利要求13或14所述的装置，其中时间记录装置包含石英钟。
18.如权利要求13所述的装置，其中该电压检测装置包含数字转换器。
19.如权利要求13-17中之一所述的装置，其中时间记录装置包含GPS接收站。
20.如前述权利要求1-12之一所述的方法，其中包含以无线方式在第一和第二位置之间传输测量的电压变化数据和时间记录数据。
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