一种10～35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置及其评估系统状态的方法
【专利摘要】本发明公开了一种10～35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置，包括两个电流传感器、差分模块、A/D转换器、下位机和电源模块；两个电流传感器安装在10～35kV配电网中电缆接头的两端，电流传感器接收的脉冲电流信号经差分模块处理获得电缆接头两端的感应电压信号，再经过A/D转换器转变为数字信号，经下位机处理获得电缆接头的绝缘状况数据。本发明还公开了一种10～35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置评估系统状态的方法。本发明采用了两个罗果夫斯基线圈进行高频电磁耦合，分别采集局部放电的脉冲信号，为电缆接头的局部放电信号差分处理提供了可能，信号经过差分处理后不仅能够无失真的放大局部放电脉冲信号，而且能够有效屏蔽来自外界侵入的干扰信号，有效的抑制了现场的干扰。
【专利说明】-种10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置及 其评估系统状态的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于绝缘状态在线监测【技术领域】，具体涉及一种10?35kV配电网中电缆 接头的故障在线监测装置。本发明还涉及一种10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监 测与状态评估系统。
【背景技术】
[0002] 随着XLPE绝缘电缆在电力系统上的应用范围及使用数量的剧增，XLPE绝缘电缆 的绝缘问题也备受人们关注。XLPE电力电缆线路具有XLPE绝缘电缆本体保护，绝缘性能 一般都不会出现问题，但是当一根电缆不够线路总长时，两根电缆相接的接头，或者当电压 等级、附件结构不一样使用接头进行连接时，线路的绝缘问题出现概率较大。目前，电缆接 头绝大部分是现场人工制作安装，其绝缘性能往往低于工厂制作的电缆本体，并且电缆附 件中结构复杂，电场畸变严重；而且电缆接头在制作安装时需对电缆本体进行切割缠绕，容 易引起导体和绝缘的损伤，而在连接电缆本体时，由于连接线芯不到位或连接金属接触面 处理不当等情况下，都可能导致电缆接头的故障。为了保证在电力系统中XLPE电缆线路的 安全运行，就需要确保XLPE电缆的接头进行在线监测，以确保线路的可靠工作。目前，对 供电线路通常采用计划性离线检修的方法来保障线路的安全稳定运行，而这种离线式的检 测方法虽然能排查出故障，但是由于其实时性不佳，经常在两次维护之间就出现事故；而且 XLPE电缆发展时间短，其预防性试验难免存在局限性，比如传统的直流耐压试验由于XLPE 电缆电容量过大会对XLPE电缆造成破坏，而其他交流试验设备除庞大复杂之外，试验繁 琐、效率低下，而且还会影响其绝缘特性。目前，我国预防性试验主要是测量绝缘电阻、直流 耐压试验及介质损耗角正切试验，但是，电缆接头由于其电容量大使得不利于直流试验，而 且绝缘结构复杂，内部电场畸变严重，目前其预防性试验项目缺乏，数据资料不能完全反映 绝缘状态，且没有一个统一的标准可以借鉴，因此，对于电缆接头的绝缘状况无法实现前瞻 性和实时性，因此，国内外一直在进行这方面的研究。随着研究的深入，在线监测技术为电 缆接头的检测提供了新的思路和方法，可以通过分析评估监测数据对绝缘隐患进行诊断并 及时做出处理。运行经验和研究均表明：对固体绝缘中的局部放电进行监测可以很好的反 映绝缘的状态，真实的反映绝缘中存在的缺陷，而电缆接头的局部放电量的改变可以定量 的反映电缆接头电树枝老化程度。目前，局部放电在线监测方法中，按局部放电是否采集电 量信号分为电量检测和非电量检测，其中非电量检测的代表方法为超声波及红外温度测量 法，而电量检测方法中，按采集信号的频率高低又可分为高频法、超高频法和甚高频法，按 采集的方式可分为电磁耦合法、电容耦合法和电感耦合，而目前国内外基于电量在线监测 已在实验室内研究成熟的检测方法有：差分法、方向耦合法、电磁耦合法、电容耦合法和电 感耦合法。
[0003] (1)、差分法简单安全，但高频信号在电缆传播时衰减严重，降低了灵敏度，且中间 需要安装隔离作用的绝缘垫圈对电缆破坏性较大。
[0004] (2)方向耦合法的检测灵敏度较高，检测频带宽。但是结构较复杂，安装不便，适用 范围较小。
[0005] (3)、电磁耦合法易受到外界电磁干扰，单纯依赖宽频带滤波器和高倍数的放大器 很难排除某些类似局部放电脉冲的干扰。
[0006] (4)、电容耦合法虽然灵敏度高，但是高频信号衰减比低频重得多，传感器需要内 置，适用范围较小。
[0007] (5)电感耦合法测量频率可以达到很高，但是高频信号衰减严重，而且要求被测电 缆金属屏蔽为螺旋带状绕制而成的，适用范围小。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是提供一种对电缆接头的局部放电能够进行可靠的检 测，反应电缆接头的绝缘状况，而且能几乎无损的对10?35kV配电网中电缆接头的故障进 行在线监测的装置。本发明要解决的另一个技术问题是使用上述装置进行高频局部放电在 线监测的绝缘评估方法。
[0009] 本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
[0010] 一种10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置，包括两个电流传感器、差 分模块、A/D转换器、下位机和电源模块；其特征在于：
[0011] 所述电流传感器，设置在电缆接头的两端，并获取电缆接头局部放电的脉冲信 号；
[0012] 所述差分模块，为电压比较器，将电流传感器输出的两个脉冲信号相减后获得电 缆接头两端的感应电压；
[0013] 所述A/D转换器，对滤波后的信号转换为数字信号；
[0014] 所述下位机，将获得的数字信号与预设值比较，，判断电缆接头的绝缘状况；
[0015] 所述电源模块，为10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置提供电源；
[0016] 两个电流传感器安装在10?35kV配电网中电缆接头的两端，电流传感器接收的 脉冲电流信号经差分模块处理获得电缆接头两端的感应电压信号，再经过A/D转换器转变 为数字信号，经下位机处理获得电缆接头的绝缘状况数据。
[0017]为了获得更好的技术效果，还有滤波器，对电流传感器采集的信号和差分模块获 得的感应电压信号进行去噪处理；还有衰减放大器，对滤波后的信号进行放大处理；还有 通信模块和上位机，下位机获得的电缆接头绝缘状况数据通过通信模块发送至上位机，上 位机收集线路所有电缆接头的绝缘状况数据，并筛选出临近临界值的电缆接头；所述电流 传感器为罗果夫斯基线圈；所述罗果夫斯基线圈包括磁环、导线和取样电阻，磁环为中间 空心的环形，在磁环上绕有导线，导线的两端连接取样电阻，磁环的圈截面为矩形，外半径 为40mm、内半径为20mm，取样电阻为100Q，罗果夫斯基线圈为工作频带范围为IOOkHz? 30MHz的电流传感器；所述通信模块优选为GPRS无线传输网络，通过GPRS无线传输网络进 行信号的传输。
[0018] 本发明还提供一种10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置评估系统状 态的方法，通过电缆接头绝缘状况的百分制的评估标准对电缆进行评估判断对电缆的检修 提供参考依据，其步骤包括：
[0019] (1)当电缆中间接头处发生局部放电时，在接头两端的电流传感器上得到感应信 号后，将获取的两个感应信号相减后获得感应电压；
[0020] (2)、采用现有的电子模块组成调理电路、GPRS无线传输网络及数字滤波器，对采 集的可靠的电压进行处理、传输、分析及进一步的消噪处理。
[0021] (3)、利用得到的数字信号，得到状态试验数据影响因子，结合家族质量缺陷因子、 不良环境影响因子和电缆接头岗位的权重We和各因子的相关系数k，按公式r = IcrtlP1P2We进行评分处理，从而判断电缆中间接头的绝缘状况，r的取值在0?100之间。
[0022] 所述状态试验数据影响因子，为对电缆接头进行若干个试验，若对每一个试验进 行评分，并按试验项目的重要性进行加权处理，就可以得到一个综合试验的分值，即：
【权利要求】
1. 一种10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置，包括两个电流传感器、差分 模块、A/D转换器、下位机和电源模块；其特征在于： 所述电流传感器，设置在电缆接头的两端，并获取电缆接头局部放电的脉冲信号； 所述差分模块，为电压比较器，将电流传感器输出的两个脉冲信号相减后获得电缆接 头两端的感应电压； 所述A/D转换器，对滤波后的信号转换为数字信号； 所述下位机，将获得的数字信号与预设值比较，，判断电缆接头的绝缘状况； 所述电源模块，为10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置提供电源； 两个电流传感器安装在10?35kV配电网中电缆接头的两端，电流传感器接收的脉冲 电流信号经差分模块处理获得电缆接头两端的感应电压信号，再经过A/D转换器转变为数 字信号，经下位机处理获得电缆接头的绝缘状况数据。
2. 如权利要求1所述的10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置，其特征在 于，还有滤波器，对电流传感器采集的信号和差分模块获得的感应电压信号进行去噪处理。
3. 如权利要求1或2所述的10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置，其特 征在于，还有衰减放大器，对滤波后的信号进行放大处理。
4. 如权利要求1或2所述的10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置，其特 征在于，还有通信模块和上位机，下位机获得的电缆接头绝缘状况数据通过通信模块发送 至上位机，上位机收集线路所有电缆接头的绝缘状况数据，并筛选出临近临界值的电缆接 头。
5. 如权利要求1或2所述的10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置，其特 征在于，所述电流传感器为罗果夫斯基线圈。
6. 如权利要求5所述的10?35kV配电网中电缆接头的故障在线监测装置，其特征在 于，所述罗果夫斯基线圈包括磁环、导线和取样电阻，磁环为中间空心的环形，在磁环上绕 有导线，导线的两端连接取样电阻，磁环的圈截面为矩形，外半径为40mm、内半径为20mm， 取样电阻为100Q，罗果夫斯基线圈为工作频带范围为100kHz?30MHz的电流传感器。
7. -种权利要求1-6任一装置评估系统状态的方法，通过电缆接头绝缘状况的百分制 的评估标准对电缆进行评估判断对电缆的检修提供参考依据，其步骤包括： (1) 当电缆中间接头处发生局部放电时，在接头两端的电流传感器上得到感应信号后， 将获取的两个感应信号相减后获得感应电压； (2) 、采用现有的电子模块组成调理电路、GPRS无线传输网络及数字滤波器，对采集的 可靠的电压进行处理、传输、分析及进一步的消噪处理； (3) 、利用得到的数字信号，得到状态试验数据影响因子，结合家族质量缺陷因子、不良 环境影响因子和电缆接头岗位的权重I和各因子的相关系数k，按公式r=kr(lPlp2We进行 评分处理，从而判断电缆中间接头的绝缘状况，r的取值在0?100之间。
8. 如权利要求7所述所述评估系统状态的方法，其特征在于，所述状态试验数据影响 因子，为对电缆接头进行若干个试验，若对每一个试验进行评分，并按试验项目的重要性进 行加权处理，就可以得到一个综合试验的分值，即：
其中，Fi表示试验项目评分，Ni表示该试验项目的加权。
9. 如权利要求7所述所述评估系统状态的方法，其特征在于，所述家族质量缺陷因子， 为电缆接头制作的工艺及电压等级的不同，导致绝缘的状态评估结果也不同，因此，电缆接 头家族质量缺陷因子也是影响电缆接头绝缘评估的重要方面。但缺陷的性质、家族的亲疏 关系等不同，影响的程度也不同，表达为：
其中，Fj表示家族缺陷记录评分，Nj表示为家族缺陷权重，nij表示家族缺陷总台次数，n表示相同的缺陷重复出现的次数评分标准为百分制。
10. 如权利要求7所述所述评估系统状态的方法，其特征在于，所述不良环境影响因 子，不良的运行环境也会对电缆接头造成威胁，在绝缘评估中也必须考虑是否有不良的运 行环境记录，表示为：
其中，nk表示不良环境记录评分，根据不良环境对电缆接头绝缘状态潜在影响的大小， 可以在0至1之间变化，mk表示不良环境的发生次数。
【文档编号】G01R31/02GK104407270SQ201410735143
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】帅一, 蔡礼, 王凯睿, 付理祥, 张祥罗, 汤伟中, 廖文, 刘凯杰, 曾庆汇 申请人:国家电网公司, 国网江西省电力公司南昌供电分公司