CN103698674A - 一种流动式电缆局部放电在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流动式电缆局部放电在线监测系统，其包括：包括高频传感器和特高频传感器；前置调理单元，其包括前置高频调理单元和前置高频调理单元，前置高频调理单元与高频传感器对应连接，前置特高频调理单元与特高频传感器对应连接；检测前端，其与前置调理单元连接，检测前端采集前置调理单元传输的信号，并在提取信号的特征参数后，将相关的数据发送出去；便携检测终端，其与检测前端无线连接，便携检测终端接收检测前端发送的数据，以对其进行分析诊断。该流动式电缆局部放电在线监测系统使用灵活方便，在线监测系统覆盖范围大，可长时间连续工作，大幅提升现场的抗干扰能力，提高了现场检测结果的可靠性。

Description

一种流动式电缆局部放电在线监测系统

技术领域

本发明涉及一种绝缘缺陷检测装置，尤其涉及一种电缆绝缘缺陷的检测装置。

背景技术

XLPE电力电缆在长期运行过程中，易受到电场、热效应、机械应力、化学腐蚀以及环境条件等因素的影响，其绝缘品质将逐渐劣化，极可能导致绝缘系统的破坏。而电力电缆是电力输变电中非常重要的设备，它对电力负荷安全、稳定传输有着瓶颈作用式的制约作用。研究发现，电缆的局部放电量与其绝缘状况密切相关，局部放电量的大小表征着电缆绝缘中是否存有危害其安全运行的缺陷，因此，局部放电检测是国内外的专家学者以及IEEE、IEC、国际大电网会议(CIGRE)等国际电力权威机构组织一致推荐用于XLPE电缆绝缘状况评价的最佳方法。

目前，XLPE电缆的日常检修维护多采用常规的预防性试验，这种试验一般要定期或不定期地进行，维护时间周期长，且容易造成资源的浪费，此外也不能及时发现XLPE电缆中的绝缘故障，因此已经不能够满足当前的电力应用需要。

为了弥补常规试验的不足，还可以采用XLPE电缆设备的状态检修。通常，为了确保电缆现场运行的安全稳定，采用安装局部放电在线监测系统进行长期监测以及采用便携式检测设备进行局部放电带电检测的方法。但是，多年的运行经验及实际应用效果显示：

（1）电缆的故障率较低，在线监测系统的经济性不佳，固定安装的在线监测系统成本高昂，与之对应的是，发现的绝缘缺陷很少；

（2）便携检测设备通道数量太少，不适于多条电缆线路或多个电缆中间接头的同时检测，此外，对于不适宜人员靠近的场合（如现场耐压试验），便携检测设备不能适用；

（3）现有技术采用单一的传感器技术，抗干扰性能差，误判率高。

因此，从经济性和适用性的角度，需要开发一种适用于电缆各种运行环境的局部放电检测系统，能够对各个变电站或各条电缆线路进行流动检测，全面提升现场电缆的局部放电检测水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流动式电缆局部放电在线监测系统，其采用高频和特高频检测技术，对局部放电信号进行采集和特征提取，再经过无线网络将提取的数据传输给终端进行分析诊断，其紧凑便携，便于移动，适用于各种电缆运行环境，能够全面提升现场电缆的局部放电检测水平。

为了实现上述目的，本发明提出了一种流动式电缆局部放电在线监测系统，其包括：

传感器，其包括高频传感器（例如工作频带为1-20MHz）和特高频传感器（例如工作频带为500MHz-1.5GHz），所述高频传感器设置为检测电缆内部发生局部放电时产生的高频脉冲电流信号；所述特高频传感器设置为检测电缆内部发生局部放电时激发的特高频电磁波信号；

前置调理单元，其包括前置高频调理单元和前置高频调理单元，所述前置高频调理单元与所述高频传感器对应连接，所述前置高频调理单元设置为对对应的高频传感器传输的信号进行放大和滤波；所述前置特高频调理单元与所述特高频传感器对应连接，所述前置特高频调理单元设置为对对应的特高频传感器传输的信号进行放大、滤波和检波；

检测前端，其与所述前置调理单元连接，所述检测前端采集前置调理单元传输的信号，并在提取信号的特征参数后，将相关的数据发送出去；

便携检测终端，其与所述检测前端无线连接，所述便携检测终端接收检测前端发送的数据，以对其进行分析诊断。

本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统，其高频传感器和特高频传感器与对应的前置高频调理单元和前置高频调理单元相连接，前置调理单元与检测前端相连接，传感器耦合到的信号经过前置调理单元调理之后发送到检测前端，由其采集数据并提取局部放电脉冲信号特征参数，然后无线发送到便携检测终端，便携检测终端对数据进行分析诊断。

进一步地，在本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统中，所述高频传感器为钳形结构，以夹持在被测电缆上。

进一步地，在本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统中，所述特高频传感器为微带天线，微带天线的天线面板为三角对数周期式。

进一步地，在本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统中，所述检测前端具有两个采集通道，分别对应前置高频调理单元和前置特高频调理单元。

进一步地，在本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统中，所述检测前端包括：

信号采集及特征提取单元，其与所述前置调理单元连接，所述信号采集及特征提取单元采集前置调理单元传输的信号，并提取信号的特征参数，该特征参数可以是脉冲的相位、峰值、脉冲宽度、上升时间和下降时间；

无线发送模块，其与信号采集及特征提取单元连接，以将所述相关的数据发送出去。

进一步地，在本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统中，所述检测前端还包括供电模块，其设置为为所述信号采集及特征提取单元、无线发送模块和前置调理单元供电。

进一步地，在本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统中，所述无线发送模块为Zigbee无线模块。

进一步地，在本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统中，所述便携检测终端包括：

无线接收模块，其与检测前端无线连接，以接收检测前端发送的数据；

装设有诊断专家系统的便携主机，其与所述无线接收模块连接，接收无线接收模块传输的数据。

更进一步的，上述无线接收模块为Zigbee无线模块。

更进一步地，上述诊断专家系统包括：

信号预处理模块，其将接收的数据转换为相位-放电量-放电次数三维图谱（即PRPD图谱），并获得最大放电量相位分布二维图谱、平均放电量相位分布二维图谱、放电次数相位分布二维图谱、放电次数分布二维图谱和放电能量分布二维图谱；

特征指纹提取模块，其与信号预处理模块连接，以对所述三维图谱和二维图谱提取特征参数，这些特征参数可以包括分形维、空缺率、突出度、偏斜度、局部峰值个数、放电不对称度、相位不对称度、互相关因子和相位中值等；

特征数据库，其存储有表征典型的电缆绝缘缺陷的局部放电PRPD图谱，典型的局部放电类型主要有尖端放电、沿面放电和内部放电；

智能分类器，其与特征指纹提取模块和特征数据库分别连接，所述智能分类器根据输入的特征参数分类局部放电信号，并将其与特征数据库存储的局部放电PRPD图谱进行比对，以输出局部放电类型；

评估诊断模块，其与特征指纹提取模块连接，以根据特征指纹提取模块传输的数据判断局部放电的严重程度。

本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统具有以下优点：其安装、拆解方便、使用灵活，在线监测系统覆盖范围大，可长时间连续工作；同时该流动式电缆局部放电在线监测系统通过采用两种传感器（高频传感器和特高频传感器）检测技术，大幅提升现场的抗干扰能力，提高了现场检测结果的可靠性。

附图说明

图1为本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统在一种实施方式下的一种使用状态示意图。

图2为本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统在一种实施方式下的另一种使用状态示意图。

图3为本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统在一种实施方式下的专家诊断系统的结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统做出进一步的解释和说明。

图1示意了本发明所述的本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统在一种实施方式下的一种使用状态示意图。

图2为本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统在一种实施方式下的另一种使用状态示意图。

如图1和图2所示，在本实施例中，流动式电缆局部放电在线监测系统包括：多组传感器，这多组传感器分别对应XLPE电缆设置，其中每一组传感器均包括高频传感器2和特高频传感器3，其中高频传感器2为钳形结构的高频电流传感器，其对应夹持在XLPE电缆的接地线1（图1所示的使用状态）或换位线1（图2所示的使用状态）上，检测电缆内部发生局部放电时产生的高频脉冲电流信号，该高频传感器2的内径为80mm，工作频带为1-20MHz；特高频传感器3检测电缆内部发生局部放电时激发的特高频电磁波信号，该特高频传感器3为微带天线，微带天线的天线面板为三角对数周期式，工作频带为500MHz-1.5GHz；多组前置调理单元，其中每一组前置调理单元均包括前置高频调理单元4和前置高频调理单元5，前置高频调理单元4与高频传感器2对应连接，前置特高频调理单元5与特高频传感器3对应连接，前置高频调理单元4对对应的高频传感器2传输的信号进行放大和滤波，放大倍数为100，滤波频带为1-20MHz，前置特高频调理单元5对对应的特高频传感器3传输的信号进行放大、滤波和检波，放大倍数为100，滤波频带为500MHz-1.5GHz，检波后的脉冲宽度小于10μs；多个检测前端，其分别与各前置调理单元对应连接，每一个检测前端均具有两个采集通道，分别对应前置高频调理单元4和前置特高频调理单元5传输的信号，检测前端包括：信号采集及特征提取单元、无线发送模块和供电模块，其中信号采集及特征提取单元与前置调理单元连接，从而采用触发方式采集前置调理单元传输的局部放电脉冲信号，采样率为100MS/s，并对采集的局部放电脉冲信号提取脉冲的相位、峰值、脉冲宽度、上升时间和下降时间5个脉冲波形特征参数，无线发送模块为Zigbee无线模块，其与信号采集及特征提取单元连接，以将脉冲波形特征参数发送出去，供电模块为交流220V输入，直流12V输出，其为信号采集及特征提取单元、无线发送模块和前置调理单元供电；便携检测终端，其与检测前端通过无线网络无线连接，在本实施例中便携检测终端包括：无线接收模块和装设有诊断专家系统的便携主机，其中无线接收模块为Zigbee无线模块，其与检测前端通过无线网络无线连接，并与便携主机通过串口连接，无线接收模块将检测前端发送的脉冲波形特征参数传输给诊断专家系统，诊断专家系统根据接收到的脉冲波形特征参数对局部放电状态进行分析诊断，便携主机可以是便携式工业电脑。

图3显示了本发明所述的流动式电缆局部放电在线监测系统在一种实施方式下的专家诊断系统的结构示意框图。

如图3所示，该诊断专家系统包括：信号预处理模块、特征指纹提取模块、特征数据库、智能分类器和评估诊断模块，其中信号预处理模块将接收的局部放电数据转换为相位-放电量-放电次数三维图谱，并获得最大放电量相位分布二维图谱、平均放电量相位分布二维图谱、放电次数相位分布二维图谱、放电次数分布二维图谱和放电能量分布二维图谱；特征指纹提取模块与信号预处理模块连接，以对三维图谱和二维图谱提取特征参数，这些特征参数可以包括分形维、空缺率、突出度、偏斜度、局部峰值个数、放电不对称度、相位不对称度、互相关因子和相位中值等；特征数据库存储有表征典型的电缆绝缘缺陷的局部放电PRPD图谱；智能分类器为经过训练的神经网络分类器，其与特征指纹提取模块和特征数据库分别连接，智能分类器的输入为前述从三维图谱和二维图谱中提取的特征参数，输出为电缆中的局部放电类型及其置信度，输出的局部放电类型可能是尖端放电、沿面放电和绝缘内部放电；评估诊断模块与特征指纹提取模块连接，其根据特征指纹提取模块传输的数据，采用趋势分析和模糊评估理论对局部放电信号的强度历史发展过程进行分析评估，判断当前局部放电的严重程度，判断结果可以分为正常、轻微和严重三种。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种流动式电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，包括：

传感器，其包括高频传感器和特高频传感器，所述高频传感器设置为检测电缆内部发生局部放电时产生的高频脉冲电流信号；所述特高频传感器设置为检测电缆内部发生局部放电时激发的特高频电磁波信号；

前置调理单元，其包括前置高频调理单元和前置高频调理单元，所述前置高频调理单元与所述高频传感器对应连接，所述前置高频调理单元设置为对对应的高频传感器传输的信号进行放大和滤波；所述前置特高频调理单元与所述特高频传感器对应连接，所述前置特高频调理单元设置为对对应的特高频传感器传输的信号进行放大、滤波和检波；

检测前端，其与所述前置调理单元连接，所述检测前端采集前置调理单元传输的信号，并在提取信号的特征参数后，将相关的数据发送出去；

便携检测终端，其与所述检测前端无线连接，所述便携检测终端接收检测前端发送的数据，以对其进行分析诊断。

2.如权利要求1所述的流动式电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述高频传感器为钳形结构，以夹持在被测电缆上。

3.如权利要求1所述的流动式电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述特高频传感器为微带天线，微带天线的天线面板为三角对数周期式。

4.如权利要求1所述的流动式电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述检测前端具有两个采集通道，分别对应前置高频调理单元和前置特高频调理单元。

5.如权利要求1所述的流动式电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述检测前端包括：

信号采集及特征提取单元，其与所述前置调理单元连接，所述信号采集及特征提取单元采集前置调理单元传输的信号，并提取信号的特征参数；

无线发送模块，其与信号采集及特征提取单元连接，以将所述相关的数据发送出去。

6.如权利要求5所述的流动式电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述检测前端还包括供电模块，其设置为为所述信号采集及特征提取单元、无线发送模块和前置调理单元供电。

7.如权利要求5所述的流动式电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述无线发送模块为Zigbee无线模块。

8.如权利要求1所述的流动式电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述便携检测终端包括：

无线接收模块，其与检测前端无线连接，以接收检测前端发送的数据；

装设有诊断专家系统的便携主机，其与所述无线接收模块连接，接收无线接收模块传输的数据。

9.如权利要求8所述的流动式电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述无线接收模块为Zigbee无线模块。

10.如权利要求1所述的流动式电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述诊断专家系统包括：

信号预处理模块，其将接收的数据转换为相位-放电量-放电次数三维图谱，并获得最大放电量相位分布二维图谱、平均放电量相位分布二维图谱、放电次数相位分布二维图谱、放电次数分布二维图谱和放电能量分布二维图谱；

特征指纹提取模块，其与信号预处理模块连接，以对所述三维图谱和二维图谱提取特征参数；

特征数据库，其存储有表征典型的电缆绝缘缺陷的局部放电PRPD图谱；

智能分类器，其与特征指纹提取模块和特征数据库分别连接，所述智能分类器根据输入的特征参数分类局部放电信号，并将其与特征数据库存储的局部放电PRPD图谱进行比对，以输出局部放电类型；

评估诊断模块，其与特征指纹提取模块连接，以根据特征指纹提取模块传输的数据判断局部放电的严重程度。

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