一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测方法，在电力电缆上依次设置第一高频电流传感器、第二高频电流传感器、第三高频电流传感器和第四高频电流传感器，所述四个高频电流传感器采集电力电缆中的脉冲干扰信号；所述四个高频电流传感器将采集到的脉冲干扰信号传递给检测单元，所述检测单元分别对四个高频信号传感器传递过来的脉冲干扰信号进行数字化处理；所述检测单元将进行数字化处理后的信号传递给测试主机，所述测试主机分别对第一高频电流传感器与第二高频电流传感器之间和第三高频电流传感器与第四高频电流传感器之间的脉冲时间进行对比分析，然后根据对比分析结果来判断电力电缆放电的位置，并存储和显示电力电缆放电位置信息。
【专利说明】-种高压单芯电力电缆局部放电在线监测方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力设备的绝缘测试技术及系统，具体的涉及一种高压单芯电力 电缆局部放电在线监测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着国内城市化进程加快，城市内的供电负荷越来越大，就要求更高的电压等级 的输电线路进入市内，电力电缆有着运行稳定可靠，美化城市等优点，在城市输电中逐步代 替架空线的趋势，越来越多的高压电力电缆在城市中铺设，110kV及以上电压等级电力电缆 一般为单芯设计，在交流电缆中目前应用的主绝缘材料一般为交联聚乙烯（XLPE)，这种电 缆的绝缘结构中往往会由于加工技术上的难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质，或 者由于工艺原因，在绝缘与半导电屏蔽层之间存在间隙或半导电体向绝缘层突出，在这些 气隙和杂质尖端处极易产生局部放电（PD)，同时在电力电缆的安装和运行过程当中也可能 会产生各种绝缘缺陷导致局部放电。由于XLPE等挤塑型绝缘材料耐放电性较差，在局部放 电的长期作用下，绝缘材料不断老化最终导致绝缘击穿，造成严重事故。
[0003] 电力电缆局部放电是指，在电缆绝缘体中只有局部区域发生放电，而没有贯穿施 加电压的导体之间，这种现象称之为电缆的局部放电。它与绝缘的老化及绝缘的缺陷密切 相关。所以对电力电缆局部放电监测能够达到直接监视电缆内部绝缘劣化程度，预防重大 事故的发生。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种随机性脉冲干扰的高压单芯电力电缆局 部放电在线监测系统及方法及系统。
[0005] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高压单芯电力电缆局部放电在线 监测方法，包括以下步骤，
[0006] 步骤一：在电力电缆上依次设置第一高频电流传感器、第二高频电流传感器、第三 高频电流传感器和第四高频电流传感器，所述四个高频电流传感器采集电力电缆中的脉冲 干扰信号；
[0007] 步骤二：所述四个高频电流传感器将采集到的脉冲干扰信号传递给检测单元，所 述检测单元分别对四个高频电流传感器传递过来的脉冲干扰信号进行数字化处理；
[0008] 步骤三：所述检测单元将进行数字化处理后的信号传递给测试主机，所述测试主 机对第一高频电流传感器与第二高频电流传感器之间的脉冲干扰信号的脉冲时间进行对 比得到脉冲时间差T1，同时，所述测试主机对第三高频电流传感器与第四高频电流传感器 之间的脉冲干扰信号的脉冲时间进行对比得到脉冲时间差T2,然后根据脉冲时间差T1和 脉冲时间差T2来判断电力电缆放电的位置，并存储和显示电力电缆放电位置信息。
[0009] 本发明的有益效果是：在发明利用两组双高频电流传感器脉冲时延鉴别的技术， 来监测电力电缆局部放电的方法，所采用的方法简单、易操作，同时为下一步寻找干扰源提 供了有力的证据。
[0010] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0011] 进一步，所述第一高频电流传感器、第二高频电流传感器位于电力电缆接头的左 边，所述第三高频电流传感器、第四高频电流传感器位于电力电缆接头的右边。
[0012] 进一步，所述测试主机对四个高频电流传感器采集的脉冲干扰信号进行脉冲时间 对比分析的过程为：
[0013] 当第二高频电流传感器比第一高频电流传感器的脉冲时间超前T1，且第三高频电 流传感器比第四高频电流传感器的脉冲时间超前T2,则放电源来自电力电缆接头的内部；
[0014] 当第一高频电流传感器比第二高频电流传感器的脉冲时间超前T1，且第三高频电 流传感器比第四高频电流传感器的脉冲是时间超前T2,则放电源来自电力电缆接头的左 边；
[0015] 当第四高频电流传感器比第三高频电流传感器的脉冲时间超前T1，且第二高频电 流传感器比第一高频电流传感器的脉冲时间超前T2,则放电源来自电力电缆接头的右边。
[0016] 进一步，所述第一高频电流传感器与第二高频电流传感器之间的距离和第三高频 电流传感器与第四高频电流传感器之间的距离相等，所述距离范围为3?5米。
[0017] 采用上述进一步方案的有益效果是：将第一高频电流传感器与第二高频电流传感 器之间的距离和第三高频电流传感器与第四高频电流传感器之间的距离设为相等距离，方 便算法更容易实现，第一高频电流传感器和第二高频电流传感器之间的脉冲时间差为T1， 第三高频电流传感器和第四高频电流传感器之间的脉冲时间差为T2,当满足TI=T2时，进 行算法识别。
[0018] 进一步，所述第二高频电流传感器与第三高频电流传感器之间的距离范围为 15?30米。
[0019] 采用上述进一步方案的有益效果是：所述第二高频电流传感器与第三高频电流传 感器之间的距离采用15?30米，便于区分两组传感器的时间差，同时以防信号严重衰减。
[0020] 进一步，一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测系统，包括高频电流传感器、检 测单元、测试主机，
[0021] 所述高频电流传感器设有四个，分别为第一高频电流传感器、第二高频电流传感 器、第三高频电流传感器、第四高频电流传感器，所述四个高频电流传感器依次分布在电力 电缆上，所述四个高频电流传感器用于采集电力电缆中的脉冲干扰信号，所述四个高频电 流传感器分别通过高频同轴线与检测单元相连；
[0022] 所述检测单元用于分别将四个高频电流传感器传递过来的脉冲干扰信号进行数 字化处理，所述检测单元通过数据通信线与测试主机相连，所述检测单元将数字化处理后 的数据传送到测试主机上；
[0023] 所述测试主机用于对比第一高频电流传感器与第二高频电流传感器采集到的脉 冲干扰信号的脉冲时间差Τ1和第三高频电流传感器与第四高频电流传感器采集到的脉冲 干扰信号的脉冲时间差Τ2,并根据脉冲时间差Τ1和脉冲时间差Τ2判断电力电缆的放电位 置，存储及显示电力电缆放电位置信息。
[0024] 采用上述进一步方案的有益效果是：本发明的一种高压单芯电力电缆局部放电在 线监测系统，结构简单，易操作，能方便有效的检测出高压单芯电力电缆的放电位置，能预 防重大事故发生。
[0025] 进一步，所述检测单元包括放大器、滤波器、AD采集器，网口通信器，所述放大器、 滤波器、AD采集器分别用于对脉冲信号进行放大、滤波、数字化，所述网口通讯器用于将数 字化处理后的脉冲干扰信号传送至测试主机。
[0026] 进一步，所述测试主机包括数据接收模块、数据分析模块、显示模块、存储模块，所 述数据接收模块用于接收从检测单元传送过来的脉冲干扰数字信号，所述数据分析模块用 于分析脉冲干扰数字信号的脉冲时间，所述显示模块用于显示监测结果，所述存储模块用 于存储监测结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本发明一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测系统结构图；
[0028] 图2为本发明一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测方法原理图；
[0029] 图3为本发明一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测电缆接头内部放电情况 下四个高频电流传感器的脉冲波形图；
[0030] 图4为本发明一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测电缆接头左边放电情况 下四个高频电流传感器的脉冲波形图；
[0031] 图5为发明一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测电缆接头右边放电情况下 四个高频电流传感器的脉冲波形图。
[0032] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0033] 1、电力电缆，1. 1、电力电缆接头，2. 1、第一高频电流传感器，2. 2、第二高频电流传 感器，2. 3、第三高频电流传感器，2. 4、第四高频电流传感器，3、检测单元，4、测试主机。
【具体实施方式】
[0034] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0035] 如图1所示，一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测系统，包括第一高频电流 传感器2. 1、第二高频电流传感器2. 2、第三高频电流传感器2. 3、第四高频电流传感器2. 4、 检测单元3、测试主机4,所述第一高频电流传感器2. 1、第二高频电流传感器2. 2、第三高 频电流传感器2. 3、第四高频电流传感器2. 4分布在电力电缆1上，其中第一高频电流传感 器2. 1、第二高频电流传感器2. 2依次分布在电力电缆接头1. 1的左边，第三高频电流传感 器2. 3、第四高频电流传感器2. 4依次分布在电力电缆接头1. 1的右边，所述第一高频电流 传感器2. 1、第二高频电流传感器2. 2、第三高频电流传感器2. 3、第四高频电流传感器2. 4 分别通过高频同轴线与检测单元3相连，所述检测单元3通过数据通信线与测试主机相连。 所述检测单元3用于信号调理，数据高速采集，并实现数据上传的关键设备，包括模拟电路 的放大，滤波部分，AD采集部分，网口通信部分，把四路传感器过来的高频脉冲信号，经过放 大，滤波，送入AD采集口进行信号的数字化，然后把采集到数据，通过TCP/IP协议发送到测 试主机4上；测试主机4为一台高性能的计算机，内有数据接收模块，数据分析模块，显示模 块及存储模块等部分，完成数据的分析，存储及最终结果的显示。
[0036] 图2为发明一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测方法原理图，所述第一高频 电流传感器2. 1、第二高频电流传感器2. 2依次分布在电力电缆接头1. 1的左边，第三高频 电流传感器2. 3、第四高频电流传感器2. 4依次分布在电力电缆接头1. 1的右边，其中所述 第一高频电流传感器与第二高频电流传感器之间的距离和第三高频电流传感器与第四高 频电流传感器之间的距离相等，所述距离范围为设置为3?5米，所述第二高频电流传感器 与第三高频电流传感器之间的距离为15?30米。在本具体实施例中，第一高频电流传感 器与第二高频电流传感器之间的距离和第三高频电流传感器与第四高频电流传感器之间 的距离均设为5米，第二高频电流传感器与第三高频电流传感器之间的距离设为15米。四 个高频电流传感器为罗高夫斯基线圈形式，可等效的看成电感，电感是有方向的，所以四个 传感器是有方向性的。
[0037] 由于第一高频电流传感器与第二高频电流传感器之间的距离和第三高频电流传 感器与第四高频电流传感器之间的距离相等，均设为5米，所以第一高频电流传感器与第 二高频电流传感器之间的脉冲时间差T1和第三高频电流传感器与第四高频电流传感器之 间的脉冲时间差T2相等，即两组高频电流传感器之间的脉冲时间差Λ t=Tl=T2。
[0038] 如果电力电缆接头1. 1内部的放电，脉冲干扰信号沿电力电缆1向相反的方向传 输，则脉冲干扰信号往左依次通过第二高频电流传感器2. 2、第一高频电流传感器2. 1，往 右则依次通过第三高频电流传感器2. 3、第四高频电流传感器2. 4,如图3所示，显示的是电 力电缆接头1. 1内产生放电时，第一高频电流传感器2. 1、第二高频电流传感器2. 2、第三高 频电流传感器2. 3、第四高频电流传感器2. 4分别采集的脉冲波形图，第二高频电流传感器 2. 2的脉冲干扰信号的时间比第一高频电流传感器2. 1的脉冲干扰信号的时间超前Λ t，且 第三高频电流传感器2. 3的脉冲干扰信号的时间比第四高频电流传感器2. 4的脉冲干扰信 号的时间超前At，同时满足这两个条件，则判定为电力电缆接头1. 1内放电产生脉冲干扰 信号。
[0039] 而从电力电缆接头1. 1两边传来的随机性脉冲干扰判别方法为，如果从电力电缆 接头1. 1左边来的脉冲干扰信号，则脉冲干扰信号将先依次通过第一高频电流传感器2. 1、 第二高频电流传感器2. 2,再依次通过第三高频电流传感器2. 3、第四高频电流传感器2. 4， 如图4所示，显示的是电力电缆接头1. 1左边放电产生脉冲干扰信号时，第一高频电流传感 器2. 1、第二高频电流传感器2. 2、第三高频电流传感器2. 3、第四高频电流传感器2. 4分别 采集的脉冲波形图，因此第一高频电流传感器2. 1的脉冲干扰信号的时间比第二高频电流 传感器2. 2的脉冲干扰信号的时间超前△ t，第三高频电流传感器2. 3的脉冲干扰信号的时 间比第四高频电流传感器2. 4的脉冲干扰信号的时间超前At。
[0040] 如果从电力电缆接头1. 1右边来的脉冲干扰信号，则脉冲干扰信号将先依次通过 第四高频电力传感器2. 4、第三高频电流传感器2. 3,再依次通过第二高频电流传感器2. 2 和第一高频电流传感器2. 1，如图5所示，显示的是电力电缆接头1. 1右边放电产生脉冲干 扰信号时，第一高频电流传感器2. 1、第二高频电流传感器2. 2、第三高频电流传感器2. 3、 第四高频电流传感器2. 4分别采集的脉冲波形图，所以通过第四高频电流传感器2. 4的脉 冲干扰信号的时间比第三高频电流传感器2. 3脉冲干扰信号的时间超前At，第二高频电 流传感器2. 2的脉冲干扰信号的时间比第一高频电流传感器2. 1的脉冲干扰信号的时间超 前At。
[0041] 综上所述，利用两组传感器的脉冲时延，能判断是否为电力电缆接头1. 1内部放 电产生还是有外部脉冲干扰所致，如果是脉冲干扰，系统则能判断出脉冲干扰的方向来源， 即左边传过来还是右边进传过来，为下一步寻找干扰源提供有力证据。
[0042] 在本发明的具体实施例中，系统采样率为lOOMS/s，高频脉冲的主频在20MHz，因 此可以采集到完整的脉冲波形。一般脉冲信号在电缆传播速度为170m/us左右（与电缆自 身的结构材料有关)，脉冲信号在电缆传输速度计算方法是，在已知长度同型号电力电缆端 部输入脉冲，然后计算反射波与原波时间差At，可利用公式：V=L/AT，来计算出脉冲传播 速度V=169m/us。由于本系统采样率为100MS/s，两个采样点之间时间差为10ns，又因第一 高频电流传感器与第二高频电流传感器之间的距离和第三高频电流传感器与第四高频电 流传感器之间的距离均设为AL=5米，根据公式：At=AL/V，就可以算出第一高频电流传 感器2. 1与第二高频电流传感器2. 2输出的脉冲时间差Λ t=30ns，第三高频电流传感器 2. 3与第四高频电流传感器2. 4输出的脉冲时间差也是Λ t=30ns，因此可以明显出分辨出 各个传感器的脉冲相对时间位置，来有效分辨出各种干扰。
[0043] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。
【权利要求】
1. 一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测方法，其特征在于：包括以下步骤， 步骤一：在电力电缆上依次设置第一高频电流传感器、第二高频电流传感器、第三高频 电流传感器和第四高频电流传感器，所述四个高频电流传感器采集电力电缆中的脉冲干扰 信号； 步骤二：所述四个高频电流传感器将采集到的脉冲干扰信号传递给检测单元，所述检 测单元分别对四个高频电流传感器传递过来的脉冲干扰信号进行数字化处理； 步骤三：所述检测单元将进行数字化处理后的信号传递给测试主机，所述测试主机对 第一高频电流传感器与第二高频电流传感器之间的脉冲干扰信号的脉冲时间进行对比得 到脉冲时间差T1，同时，所述测试主机对第三高频电流传感器与第四高频电流传感器之间 的脉冲干扰信号的脉冲时间进行对比得到脉冲时间差T2,然后根据脉冲时间差T1和脉冲 时间差T2来判断电力电缆放电的位置，并存储和显示电力电缆放电位置信息。
2. 根据权利要1所述的一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测方法，其特征在于： 所述第一高频电流传感器、第二高频电流传感器位于电力电缆接头的左边，所述第三高频 电流传感器、第四高频电流传感器位于电力电缆接头的右边。
3. 根据权利要求2所述的一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测方法，其特征在 于：所述测试主机对四个高频电流传感器采集的脉冲干扰信号进行脉冲时间对比分析的过 程为： 当第二高频电流传感器比第一高频电流传感器的脉冲时间超前T1，且第三高频电流传 感器比第四高频电流传感器的脉冲时间超前T2,则放电源来自电力电缆接头的内部； 当第一高频电流传感器比第二高频电流传感器的脉冲时间超前T1，且第三高频电流传 感器比第四高频电流传感器的脉冲是时间超前T2,则放电源来自电力电缆接头的左边； 当第四高频电流传感器比第三高频电流传感器的脉冲时间超前T1，且第二高频电流传 感器比第一高频电流传感器的脉冲时间超前T2,则放电源来自电力电缆接头的右边。
4. 根据权利要求2所述的一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测方法，其特征在 于：所述第一高频电流传感器与第二高频电流传感器之间的距离和第三高频电流传感器与 第四高频电流传感器之间的距离相等，所述距离范围为3?5米。
5. 根据权利要求2所述的一种高雅单芯电力电缆局部放电在线监测方法，其特征在 于：所述第二高频电流传感器与第三高频电流传感器之间的距离范围为15?30米。
6. -种高压单芯电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于：包括高频电流传感 器、检测单元、测试主机， 所述高频电流传感器设有四个，分别为第一高频电流传感器、第二高频电流传感器、第 三高频电流传感器、第四高频电流传感器，所述四个高频电流传感器依次分布在电力电缆 上，所述四个高频电流传感器用于采集电力电缆中的脉冲干扰信号，所述四个高频电流传 感器分别通过高频同轴线与检测单元相连； 所述检测单元用于分别将四个高频电流传感器传递过来的脉冲干扰信号进行数字化 处理，所述检测单元通过数据通信线与测试主机相连，所述检测单元将数字化处理后的数 据传送到测试主机上； 所述测试主机用于对比第一高频电流传感器与第二高频电流传感器采集到的脉冲干 扰信号的脉冲时间差T1和第三高频电流传感器与第四高频电流传感器采集到的脉冲干扰 信号的脉冲时间差T2,并根据脉冲时间差T1和脉冲时间差T2判断电力电缆的放电位置，存 储及显示电力电缆放电位置信息。
7. 根据权利要求6所述的一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在 于：所述检测单元包括放大器、滤波器、AD采集器，网口通信器，所述放大器、滤波器、AD采 集器分别用于对脉冲信号进行放大、滤波、数字化，所述网口通讯器用于将数字化处理后的 脉冲干扰信号传送至测试主机。
8. 根据权利要求6所述的一种高压单芯电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在 于：所述测试主机包括数据接收模块、数据分析模块、显示模块、存储模块，所述数据接收模 块用于接收从检测单元传送过来的脉冲干扰数字信号，所述数据分析模块用于分析脉冲干 扰数字信号的脉冲时间，所述显示模块用于显示监测结果，所述存储模块用于存储监测结 果。
【文档编号】G01R31/12GK104155583SQ201310445389
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】吴刚, 谢佩熹, 余冬, 段杰 申请人:扬州市交大工业技术研究院有限公司, 谢佩熹, 中国石油天然气股份有限公司管道技术服务中心