CN103713245A - 一种xlpe电缆局部放电在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种XLPE电缆局部放电在线监测系统，其包括：若干前端信号取样模块，各前端信号取样模块均包括一检测XLPE电缆内部发生局部放电时产生的高频脉冲电流信号的高频传感器，以及与高频传感器对应连接的一前置调理单元；一多通道数据采集模块，其包括一多通道转换单元、一多通道信号采集单元和一电源单元，其中多通道转换单元与若干个前端信号取样模块的若干个前置调理单元通过同轴电缆连接以实现数据传输，多通道信号采集单元与多通道转换单元连接，电源单元设置为为多通道转换单元、多通道信号采集单元供电，并通过同轴电缆为前置调理单元供电；一服务器，其与多通道信号采集单元和多通道转换单元分别连接。

Description

一种XLPE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监测装置，尤其涉及一种电缆绝缘缺陷的监测装置。

背景技术

交联聚乙烯（XLPE）电力电缆由于其电气性能和耐热性能都很好，传输容量大，结构轻便，易于弯曲，附件接头制作简单，安装敷设方便，不受高度落差的限制，特别是没有漏油和引起火灾的危险，受到用户的广泛欢迎。随着城市的不断扩大和入地工程的大范围展开，越来越多的XLPE电缆投入到电力传输中，并被广泛地应用于电力系统的各个电压等级输电线路里。

随着XLPE电力电缆的广泛使用，由XLPE材料老化造成的电缆绝缘击穿事故与日俱增，XLPE电力电缆的绝缘状况越来越受到供电运行部门的重视。长期以来，为了防止事故的发生，对电缆一直坚持定期进行预防性试验的制度，这种离线试验方法在过去为电力事业做出了重要的贡献。传统的常规性预防试验需要停电，且试验周期长，不能有效及时地发现电缆潜伏性故障，已经满足不了电力安全生产的需要；并且，随着越来越多的电力电缆投入运行，很多单位已无法按照规程要求按时完成常规试验；同时，使用一些常规性试验方法，如直流耐压试验，也会恶化电缆绝缘状况，加快其老化，出现现场直流耐压试验合格的电缆设备在投入运行不久之后就发生运行绝缘击穿事故的情况。因此，对电力电缆设备进行绝缘在线监测势在必行。

目前对电缆进行绝缘在线监测通常采用的手段是安装局部放电在线监测系统。对于一个变电站而言，通常集中连接的电缆线路有十几条至几十条，为了实现众多电缆线路的在线监测，通常需要对应数量规模的采集通道，即，如果需要监测30条电缆线路就需要30个采集通道，如果一个采集卡是4通道的，那么30个通道就需要8块采集卡。由于局部放电是高频脉冲信号，需要高速采集，采集卡数量众多将大幅增加系统的成本和复杂度，而且当所有的通道都同步采样时，数据量很大，程序运行速度受到严重的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种XLPE电缆局部放电在线监测系统，其支持对多条XLPE电缆线路进行在线监测和预警，能在不影响设备正常运行的情况下对XLPE电缆的绝缘状况进行在线实时准确的判断，提高XLPE电缆运行的安全性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明提出了一种XLPE电缆局部放电在线监测系统，其包括：

若干前端信号取样模块，所述各前端信号取样模块均包括一检测XLPE电缆内部发生局部放电时产生的高频脉冲电流信号的高频传感器，以及与所述高频传感器对应连接的一前置调理单元；

一多通道数据采集模块，其包括一多通道转换单元、一多通道信号采集单元和一电源单元，其中所述多通道转换单元与所述若干个前端信号取样模块的若干个前置调理单元通过同轴电缆连接以实现数据传输，所述多通道信号采集单元与多通道转换单元连接，所述电源单元设置为为多通道转换单元、多通道信号采集单元供电，并通过同轴电缆为前置调理单元供电；

一服务器，其与所述多通道信号采集单元和多通道转换单元分别连接；

其中，所述服务器向多通道转换单元发送通道选通指令，所述多通道转换单元根据通道选通指令将相应的前置调理单元连接至多通道信号采集单元，所述多通道信号采集单元采集相应前置调理单元传输的局部放电信号，并将其传输给服务器，所述服务器对局部放电信号进行诊断和分析。

上述XLPE电缆局部放电在线监测系统可对多条XLPE电缆线路的局部放电进行在线监测和预警。所述XLPE电缆局部放电在线监测系统使用时，通过分布于XLPE电缆各个监测位置的所述前端信号取样模块检测局部放电信号并进行调理输出，通过所述多通道数据采集模块对该调理输出的信号进行分配和采集，并通过服务器对该采集信号进行处理、分析和诊断，根据诊断结果进行显示和预警。其中，所述服务器通过发送通道选通指令控制所述多通道数据采集模块对来自所述若干前端信号取样模块的若干经调理的检测信号进行通道选通和分时采集，即所述服务器控制所述多通道转换单元在指定时段只允许该若干经调理的检测信号中属于指定通道的部分与所述多通道信号采集单元连通，从而完成在该指定时段对指定通道的检测信号的采集。该通道选通和分时采集检测信号的方式可以在所述多通道信号采集单元不变的情况下，自由扩展检测信号的数量，大大降低对硬件设备的依赖，同时也大大降低单位时间数据处理量，大幅简化了系统结构，降低了系统的成本，提高了系统的软硬件运行效率。所述前端信号取样模块与所述多通道数据采集模块之间通过同轴电缆线连接，电源线与检测信号线共用，检测信号通过载波的形式传输，大幅减少了连线的复杂程度。

进一步地，在本发明所述的XLPE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。

上述方案采用基于电磁耦合原理的高频传感器，不用改变电缆运行时原本的电气结构，保证了测量的安全性，并且不影响设备的正常运行。

优选地，在本发明所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统中，所述高频传感器为宽频带Rogowski线圈电流传感器，其频带可以为300kHz-25MHz。

进一步地，在本发明所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统中，所述前置调理单元包括放大器和滤波器，所述放大器对接收自高频传感器的局部放电信号进行放大，所述滤波器对接收自高频传感器的局部放电信号进行滤波。

更进一步地，在上述XLPE电缆局部放电在线监测系统中，所述放大器为多级放大器，所述电源单元设置为通过输出的电平控制该多级放大器的放大倍数。

所述前置调理单元的电源由所述多通道数据采集模块的电源单元提供，所述电源单元被设置为多级电平，所述服务器控制选择输出所述电源单元的电平，从而控制所述前置调理单元的放大倍数。

更进一步地，在上述XLPE电缆局部放电在线监测系统中，所述多级放大器为两级放大器，其放大倍数为10倍和100倍两级，所述多级放大器的工作频带为300kHz-25MHz。

进一步地，在本发明所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统中，所述多通道转换单元包括若干个模拟开关，每个模拟开关的输入端与多个前置调理单元的输出端连接，每个模拟开关的输出端与多通道信号采集单元连接，所述模拟开关的数量与多通道信号采集单元的通道数量对应一致。

上述方案通过在多通道转换单元中设置模拟开关实现对检测信号的通道选通和分时采集功能。所述多通道转换单元接收所述服务器发送的通道选通指令，根据所述通道选通指令选通指定的检测通道，将相应的前置调理单元与所述多通道信号采集单元连通，完成指定检测通道数据的采集。所述通道选通指令是所述服务器发出的特定通道组选通的指令，对于检测通道数目远多于多通道信号采集单元采集通道的情况，将检测通道平均分配成若干组，每组与所述多通道转换单元中的一个模拟开关的输入相连，对于每一个通道选通指令，每个模拟开关都会选通一个特定的检测通道，构成一个检测通道组，不同的检测通道组用编码来区别。所述分时采集指的是所述服务器发出一个带编码的通道选通指令，模拟开关选通与编码相应的检测通道组，所述多通道信号采集单元实现该检测通道组信号的采集，结束之后，所述服务器再发出下一个带编码的通道选通指令，实现下一个与编码相应的检测通道组信号的采集。对于所有的检测通道，按照上述流程，分时实现检测信号采集。

更进一步地，在上述XLPE电缆局部放电在线监测系统中，所述模拟开关的数量设置为四个。

进一步地，在本发明所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统中，所述服务器包括：

信号预处理单元，其将接收自多通道信号采集单元的数据中的噪声去除；

信号分析单元，其与所述信号预处理单元连接，所述信号分析单元提取信号预处理单元传输的数据中的特征图谱和放电指纹；

诊断单元，其与所述信号分析单元连接，所述诊断单元根据所述特征图谱和放电指纹对局部放电状况进行诊断评估并输出诊断结果。

上述方案中，所述信号预处理单元可采用FIR滤波、FFT滤波及小波滤波算法，将接收自多通道信号采集单元的数据中的噪声去除。

可选地，在上述XLPE电缆局部放电在线监测系统中，所述特征图谱包括：幅值相位分布图谱、平均放电量相位分布图谱、放电次数相位分布图谱、放电幅值分布图谱、放电能量分布图谱和相位-放电量-放电次数三维图谱的至少其中之一。

可选地，在上述XLPE电缆局部放电在线监测系统中，所述放电指纹包括：突出度、偏斜度、局部峰个数、放电不对称度、相位不对称度、互相关因子和相位中值的至少其中之一。

本发明所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统，能对多条XLPE电缆线路的局部放电进行在线监测和预警，能在不影响设备正常运行的情况下对XLPE电缆的绝缘状况进行在线实时准确的判断，提高XLPE电缆运行的安全性和可靠性。且本发明具有以下优点：

（1）采用通道选通和分时采集检测信号的方式，可以在所述多通道信号采集单元不变的情况下，自由扩展检测信号的数量，大大降低对硬件设备的依赖，同时也大大降低单位时间数据处理量，大幅简化了系统结构，降低了系统的成本，提高了系统的软硬件运行效率。

（2）所述前端信号取样模块与所述多通道数据采集模块之间通过同轴电缆线连接，电源线与检测信号线共用，检测信号通过载波的形式传输，大幅减少了连线的复杂程度。

附图说明

图1为本发明所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统在一种实施方式下的结构示意图。

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XLPE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XLPE电缆局部放电在线监测系统在一种实施方式下的结构示意图。

如图1所示，本实施例包括：四个前端信号取样模块组1，每个前端信号取样模块组1包括四个前端信号取样模块，各前端信号取样模块均包括一检测一根XLPE电缆4内部发生局部放电时产生的高频脉冲电流信号的高频传感器5，以及与高频传感器5对应连接的一前置调理单元6；一多通道数据采集模块2，其包括一多通道转换单元7、一多通道信号采集单元8和一电源单元9，其中多通道转换单元7与四个前端信号取样模块组1的共十六个前置调理单元6分别通过同轴电缆连接以实现数据传输，多通道信号采集单元8与多通道转换单元7连接，电源单元9为多通道转换单元7、多通道信号采集单元8供电，并通过同轴电缆为前置调理单元6供电；一服务器3，其为工控机，其系统架构包括依次连接的信号预处理单元11、信号分析单元12和诊断单元13，其通过PCI总线与多通道信号采集单元8连接，并通过并口线与多通道转换单元7连接。

请继续参阅图1，进一步地，在上述实施例中，高频传感器5为钳形结构的宽频带Rogowski线圈电流传感器，夹持在被测电缆接地线上，其电磁耦合磁芯采用超微晶材料，磁芯带有气隙以避免出现磁芯饱和现象，磁芯上缠绕10匝线圈，以感应接地线中的高频脉冲电流信号。前置调理单元6包括放大器和滤波器，放大器对接收自高频传感器5的局部放电信号进行放大，滤波器对接收自高频传感器5的局部放电信号进行滤波。前置调理单元6的放大器为两级放大器，其放大倍数为10倍和100倍两级，工作频带为300kHz-25MHz。前置调理单元6的电源由多通道数据采集模块2的电源单元9提供，电源单元9被设置为多级电平，服务器3控制选择输出电源单元9的电平，从而控制前置调理单元6的放大倍数。多通道信号采集单元8为四通道采集卡，其具有对应四个采集通道的四个输入端，采样率为50MS/s,AD分辨率12bit，交流耦合输入方式。多通道转换单元7包括四个模拟开关10，每个模拟开关10的具有四个输入端和一个输出端，每个模拟开关10的四个输入端与每个前端信号取样模块组1的四个前置调理单元6的输出端分别连接，每个模拟开关10的输出端与多通道信号采集单元8的四个输入端分别连接。

本实施例工作时，服务器3向多通道转换单元7发送通道选通指令，多通道转换单元7根据通道选通指令将相应的前置调理单元6连接至多通道信号采集单元8，多通道信号采集单元8采集并保存相应前置调理单元6传输的局部放电信号，并将其传输给服务器3，服务器3对局部放电信号进行诊断和分析。

具体地，在上述工作过程中：

多通道转换单元7接收服务器3发送的通道选通指令，根据通道选通指令选通指定的检测通道（一个高频传感器5和相应的前置调理单元6对应一条检测通道），将相应的前置调理单元6与多通道信号采集单元8连通，完成指定检测通道数据的采集。在本实施例中，将十六条检测通道平均分配成四组，每组的四条检测通道分别与多通道转换单元7中对应的一个模拟开关10的四个输入端通过同轴电缆分别相连，四个模拟开关10的输出端分别与多通道信号采集单元8的四个输入端连接。对于每一个通道选通指令，每个模拟开关10都会选通一条特定的检测通道，构成一个检测通道组，不同的检测通道组用编码来区别。服务器3发出一个带编码的通道选通指令，模拟开关10选通与编码相应的检测通道组，多通道信号采集单元8实现该检测通道组信号的采集，结束之后，服务器3再发出下一个带编码的通道选通指令，按上述步骤实现下一个与编码相应的检测通道组信号的采集。按照上述流程即可实现全部检测信号的分时采集。本实施例由于采用通道选通和分时采集检测信号的方式，以一块四通道采集卡采集十六路检测信号，可对十六条XLPE电缆局部放电进行在线监测，与现有技术相比减少了四分之三的硬件设备和单位时间数据处理量，降低了系统的成本，提高了系统的软硬件运行效率。

信号预处理单元11采用FIR滤波、FFT滤波及小波滤波算法将接收自多通道信号采集单元8的数据中的噪声去除；信号分析单元12提取信号预处理单元11传输的数据中的特征图谱和放电指纹；诊断单元13根据特征图谱和放电指纹对局部放电状况进行诊断评估并输出诊断结果，从而实现对XLPE电缆局部放电在线监测和预警。特征图谱包括：幅值相位分布图谱、平均放电量相位分布图谱、放电次数相位分布图谱、放电幅值分布图谱、放电能量分布图谱和相位-放电量-放电次数三维图谱。放电指纹包括：突出度、偏斜度、局部峰个数、放电不对称度、相位不对称度、互相关因子和相位中值。

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 (11)

1.一种XLPE电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，包括：

若干前端信号取样模块，所述各前端信号取样模块均包括一检测XLPE电缆内部发生局部放电时产生的高频脉冲电流信号的高频传感器，以及与所述高频传感器对应连接的一前置调理单元；

一多通道数据采集模块，其包括一多通道转换单元、一多通道信号采集单元和一电源单元，其中所述多通道转换单元与所述若干个前端信号取样模块的若干个前置调理单元通过同轴电缆连接以实现数据传输，所述多通道信号采集单元与多通道转换单元连接，所述电源单元设置为为多通道转换单元、多通道信号采集单元供电，并通过同轴电缆为前置调理单元供电；

一服务器，其与所述多通道信号采集单元和多通道转换单元分别连接；

其中，所述服务器向多通道转换单元发送通道选通指令，所述多通道转换单元根据通道选通指令将相应的前置调理单元连接至多通道信号采集单元，所述多通道信号采集单元采集相应前置调理单元传输的局部放电信号，并将其传输给服务器，所述服务器对局部放电信号进行诊断和分析。

2.如权利要求1所述的XLPE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XLPE电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述高频传感器为宽频带Rogowski线圈电流传感器。

4.如权利要求1所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述前置调理单元包括放大器和滤波器，所述放大器对接收自高频传感器的局部放电信号进行放大，所述滤波器对接收自高频传感器的局部放电信号进行滤波。

5.如权利要求4所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述放大器为多级放大器，所述电源单元设置为通过输出的电平控制该多级放大器的放大倍数。

6.如权利要求4所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述多级放大器为两级放大器，其放大倍数为10倍和100倍两级，所述多级放大器的工作频带为300kHz-25MHz。

7.如权利要求1所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述多通道转换单元包括若干个模拟开关，每个模拟开关的输入端与多个前置调理单元的输出端连接，每个模拟开关的输出端与多通道信号采集单元连接，所述模拟开关的数量与多通道信号采集单元的通道数量对应一致。

8.如权利要求7所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述模拟开关的数量设置为四个。

9.如权利要求1所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述服务器包括：

信号预处理单元，其将接收自多通道信号采集单元的数据中的噪声去除；

信号分析单元，其与所述信号预处理单元连接，所述信号分析单元提取信号预处理单元传输的数据中的特征图谱和放电指纹；

诊断单元，其与所述信号分析单元连接，所述诊断单元根据所述特征图谱和放电指纹对局部放电状况进行诊断评估并输出诊断结果。

10.如权利要求9所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述特征图谱包括：幅值相位分布图谱、平均放电量相位分布图谱、放电次数相位分布图谱、放电幅值分布图谱、放电能量分布图谱和相位-放电量-放电次数三维图谱的至少其中之一。

11.如权利要求9所述的XLPE电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述放电指纹包括：突出度、偏斜度、局部峰个数、放电不对称度、相位不对称度、互相关因子和相位中值的至少其中之一。

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