故障定位设备、方法及装置与流程
本发明涉及电缆故障检测领域，具体而言，涉及一种故障定位设备、方法及装置。
背景技术：
振荡波电压是近年来国内外研究较多的一种用于交联聚乙烯(xlpe)电力电缆检测的电压。通过在电缆上施加振荡波电压，测试局部放电情况，进而评估电缆状态，可发现电缆中各种缺陷。相对于传统的耐压试验，电缆振荡波局部放电检测具有作用时间短、操作方便、轻便灵活、便于携带运输等特点，因此受到国内外专家的重视。该技术具有以下突出优势：(1)对电缆无损坏。单次测试过程的时间为一分钟左右，测试效率高，对被测电缆无伤害；(2)局放检测可信度高。通过lc阻尼振荡对电缆试品施加工频正弦电压，在近似运行状态且符合iec及相关国家标准的条件下完成局部放电信号检测，试验结果真实可信；(3)适合现场巡检。通过无源谐振技术取代传统交流试验电源，系统重量减轻、体积减小、结构简化、便携性提高，极大降低了电缆现场检测难度，可适用于现场大规模巡检和普测；(4)判别局放类型，定位故障位置。该技术在近似工频状态下利用高灵敏度检测局部放电，提取局放脉冲的指纹信息，根据故障模式库判别实测故障类型；基于行波理论分析电缆中的脉冲信号传播过程并完成脉冲对的匹配，利用时间差算法精确计算故障点所在位置。
但是，该项技术的现场应用完全依靠引进进口设备，导致使用过程中缺乏及时技术支持、技术革新后劲不足等诸多问题。在我国着力构建自主知识产权系统、提高核心竞争力的大趋势下，为进一步发挥振荡波检测技术的巨大优势，更好为我国电力企业服务，切实提高配电网供电可靠性，亟需掌握振荡波核心技术，开发拥有自主知识产权的振荡波检测系统。
针对上述相关技术中电缆耐压试验复杂，并且效率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种故障定位设备、方法及装置，以至少解决相关技术中电缆耐压试验复杂，并且效率低的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种故障定位设备，包括：信号采集与控制装置和振荡波发生回路；其中，所述振荡波发生回路，连接有被测电缆，用于对所述被测电缆施加振荡波电压，其中，所述振荡波发生回路输入有用于产生所述振荡波电压的程控高压电源和高压固体开关；所述信号采集与控制装置，用于对所述被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的所述电信号对所述被测电缆的故障位置进行定位。
可选地，所述信号采集与控制装置包括采集单元，所述采集单元包括：低压信号采集模块，用于采集所述被测电缆上的分压器的低压臂上的电压波形信号和所述被测电缆上的阻抗上局部放电信号，其中，所述电信号包括所述电压波形信号和所述局部放电信号；信号放大模块，用于对所述低压信号采集单元采集的所述电信号进行放大。
可选地，所述信号采集与控制装置还包括：控制单元，用于根据所述采集单元采集的所述电信号，生成数字信号和模拟信号，其中，所述数字信号用于控制所述高压固体开关的通断，所述模拟信号用于控制所述程控高压电源的输出幅值以及加压速度。
可选地，所述信号采集与控制装置还包括：屏蔽单元，用于对所述信号采集与控制装置进行电磁屏蔽。
可选地，所述屏蔽单元包括：屏蔽外壳，电磁干扰滤波器和屏蔽电缆，其中，所述屏蔽外壳，用于将所述信号采集与控制装置进行封装；所述电磁干扰滤波器，用于切断对所述被测电缆的电信号产生干扰的干扰信号的传播路径。
可选地，所述屏蔽外壳的材质为金属，形状为矩形。
可选地，所述高压固体开关包括多个晶体管，所述多个晶体管通过串联的方式连接。
可选地，所述被测电缆为屏蔽电缆。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种故障定位方法，包括：对被测电缆施加振荡波电压；对所述被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的所述电信号对所述被测电缆的故障位置进行定位。
可选地，对所述被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的所述电信号对所述被测电缆的故障位置进行定位包括：采集所述被测电缆上的分压器的低压臂上的电压波形信号和所述被测电缆上的阻抗上局部放电信号，其中，所述电信号包括所述电压波形信号和所述局部放电信号；对所述低压信号采集单元采集的所述电信号进行放大。
可选地，对所述被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的所述电信号对所述被测电缆的故障位置进行定位还包括：根据采集的所述电信号，生成数字信号和模拟信号，其中，所述数字信号用于控制高压固体开关的通断，所述模拟信号用于控制程控高压电源的输出幅值以及加压速度。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种故障定位装置，包括：添加单元，用于对被测电缆施加振荡波电压；获取单元，用于对所述被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的所述电信号对所述被测电缆的故障位置进行定位。
在本发明实施例中，可以通过连接有被测电缆的信号采集与控制装置对被测电缆施加振荡波电压；利用信号采集与控制装置对被测电缆的电信号进行采集，并根据采集的电信号对被测电缆的故障位置进行定位。相对于传统的利用交流试验电源对电缆进行耐压试验，采用的设备的重量以及体积都比较大、结构复杂、运输不便，并且试验时间长，可能造成电力电缆绝缘的永久性损伤，采用本发明实施例提供的技术方案可以有效提升振荡波系统的局部放电检测上的精度和能力，解决了相关技术中电缆耐压试验复杂，并且效率低的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的故障定位设备的示意图；
图2a是根据本发明实施例的故障定位设备中信号采集与控制装置11的示意图；
图2b是根据本发明实施例的可选的故障定位设备中信号采集与控制装置11的示意图；
图3是根据本发明实施例的故障定位方法的流程图；以及
图4是根据本发明实施例的故障定位装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，下面对本发明中出现的部分名词或者术语进行描述：
绝缘双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，简称igbt)：是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼具有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点。
光纤：是光导纤维的简称，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
分压器：是高电压测量的专用仪器仪表，既可以用于测量直流高压，又可以测量工频交流高压，整个设备由分压器和测量仪表两部分组成，分压器采用平衡式等位电位屏蔽结构，整个装置具有测试准确、线性好、性能稳定、结构合理、易于携带、操作简单、显示直观等特点。
时域反射法：是利用电磁波在不同介质中的传播速度的差异来测定土壤含水率。
针对上述问题，本发明实施例采用基于阻尼震荡原理的振荡波，在完成电缆直流充电的基础上，通过内置的高压抗电器、高压固态开关与试品电缆形成阻尼振荡波电压波，在试品电缆上施加近似工频的正弦电压波，激发出电缆潜在缺陷处的放电信号。基于脉冲电流法高灵敏度检测局部放电信号，配合高速数据采集设备完成局部放电信号的检测、采集、上传，从而实现对电缆局部放电信号的检测与定位功能。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种故障定位设备，图1是根据本发明实施例的故障定位设备的示意图，如图1所示。该故障定位设备包括：信号采集与控制装置11和振荡波发生回路13。下面对本发明实施例提供的故障设备进行详细说明。
其中，振荡波发生回路13，连接有被测电缆，用于对被测电缆施加振荡波电压，其中，振荡波发生回路13输入有用于产生振荡波电压的程控高压电源和高压固体开关；
信号采集与控制装置11，用于对被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的电信号对被测电缆的故障位置进行定位。
通过本发明实施例提供的故障定位设备，可以通过连接有被测电缆的信号采集与控制装置对被测电缆施加振荡波电压；利用信号采集与控制装置对被测电缆的电信号进行采集，并根据采集的电信号对被测电缆的故障位置进行定位。相对于传统的利用交流试验电源对电缆进行耐压试验，采用的设备的重量以及体积都比较大、结构复杂、运输不便，并且试验时间长，可能造成电力电缆绝缘的永久性损伤，采用本发明实施例提供的技术方案可以有效提升振荡波系统的局部放电检测上的精度和能力，解决了相关技术中电缆耐压试验复杂，并且效率低的技术问题。
在本发明一个可选的实施例中，为了清晰地对低压信号采集单元采集的电信号进行分析，信号采集与控制装置11包括采集单元21，图2a是根据本发明实施例的故障定位设备中信号采集与控制装置11的示意图，如图2a所示,采集单元21可以包括：低压信号采集模块201以及信号放大模块203，下面对其进行详细说明。
低压信号采集模块201，用于采集被测电缆上的分压器的低压臂上的电压波形信号和被测电缆上的阻抗上局部放电信号，其中，电信号包括电压波形信号和局部放电信号。
信号放大模块203，与上述低压信号采集模块201连接，用于对低压信号采集单元采集的电信号进行放大。具体地，上述采集单元21有两路，分别为低压信号采集模块201以及信号放大模块203，其中，低压信号采集模块201的采集速率为100ms/s，用于采集被测电缆上的分压器的低压臂上的电压波形和检测阻抗上的局部放电信号；另外，信号放电模块203主要是用于对低压信号采集单元201采集的电信号进行放大，还能够根据实际需要进行增益调节，增益调节范围是0～40db。
图2b是根据本发明实施例的可选的故障定位设备中信号采集与控制装置11的示意图，如图2b所示,，信号采集与控制装置11还可以包括：控制单元23，与上述采集单元21连接，用于根据采集单元21采集的电信号，生成数字信号和模拟信号，其中，数字信号用于控制高压固体开关的通断，模拟信号用于控制程控高压电源的输出幅值以及加压速度。从而实现更好地实现对采集单元采集的电信号进行控制。
在本发明一个可选的实施例中，为了解决电磁兼容问题、降低背景噪声和提高设备的检测灵敏度，信号采集与控制装置11还可以包括：屏蔽单元25，用于对信号采集与控制装置进行电磁屏蔽。具体如图2b所示。
其中，如图2b所示，屏蔽单元25可以包括：屏蔽外壳251，电磁干扰滤波器253和屏蔽电缆255，其中，屏蔽外壳251，用于将信号采集与控制装置进行封装；电磁干扰滤波器253，用于切断对被测电缆的电信号产生干扰的干扰信号的传播路径。具体地，电磁干扰滤波器加装在设备的市电供电端口出以及所有开关电源的输出端，切断干扰信号沿着信号线或电源线的传播路径；另外，上述屏蔽电缆255是指信号采集与控制装置的出线及入线都以单层屏蔽或双层屏蔽接入，从而可以降低外界信号的干扰。
具体地，屏蔽外壳251的材质为金属，形状为矩形。例如，屏蔽外壳251可以是采用导电导磁的金属材料，可以减小缝隙，提高屏蔽效能。
可选地，高压固体开关包括多个晶体管，多个晶体管通过串联的方式连接。可以通过光纤控制同步触发，开通时间不超过1us，导通过程中的等效电阻不超过10ω，关断情况下绝缘阻值超过100mω。
在本发明一个可选的实施例中，为了进一步地，减少电磁干扰，被测电缆为屏蔽电缆。
下面对本发明一个完整的实施例的进行详细说明。
本本发明实施例提供的故障定位设备可以应用在35kv电缆的振荡波局部放电检测和故障定位系统中，由振荡波发生回路、信号采集与控制装置两个部分组成，其中，振荡波发生回路由程控高压直流源、空心电感、备用并补电容和高压固体开关四个部分组成；信号采集与控制装置由pc机、采集单元、控制单元和屏蔽单元四个部分组成。测试系统的振荡频率可以由第一公式确定，其中，第一公式为：
根据本发明实施例，提供了一种故障定位方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图3是根据本发明实施例的故障定位方法的流程图，如图3所示，该故障定位方法包括如下步骤：
步骤s302，对被测电缆施加振荡波电压。
步骤s304，对被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的电信号对被测电缆的故障位置进行定位。
通过上述步骤，可以采用对被测电缆施加振荡波电压，然后对被测电缆的电信号进行采集，并根据采集的电信号对被测电缆的故障位置进行定位。有效减少了现有技术中的利用传统的故障定位方法时采用的设备结构较复杂、运输不便，且试验时间较长的弊端，达到了提升振荡波在局部放电检测上的精度和能力的目的，提升了用户的体验。
例如，在上述步骤s302中，被测电缆连接至振荡波发生回路的空心电感，其中，空心电感的感值在亨级别，直流电阻不高于20ω，能在65kv范围内承受耐压不发生局部放电。另外，上述振荡波发生回路还可以包括：备用并补电容，该并补电容可以承受65kv耐压而不发生局部放电，容值在0.1μf，有电极引出接头。在上述步骤s304中，实现根据采集的电信号对被测电缆故障位置进行定位，是基于时域反射法来进行的，其中，时域反射法是利用电磁波在不同介质中的传播速度的差异来测定土壤含水率的。
在本发明一个可选的实施例中，为了清晰地对低压信号采集单元采集的电信号进行分析，对被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的电信号对被测电缆的故障位置进行定位可以包括：采集被测电缆上的分压器的低压臂上的电压波形信号和被测电缆上的阻抗上局部放电信号，其中，电信号包括电压波形信号和局部放电信号；对低压信号采集单元采集的电信号进行放大。
在本发明一个可选的实施例中，对被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的电信号对被测电缆的故障位置进行定位还可以包括：根据采集的电信号，生成数字信号和模拟信号，其中，数字信号用于控制高压固体开关的通断，模拟信号用于控制程控高压电源的输出幅值以及加压速度。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种故障定位装置，图4是根据本发明实施例的故障定位装置的示意图，如图4所示，该故障定位装置包括：
添加单元41，用于对被测电缆施加振荡波电压。
获取单元43，与上述添加单元41连接，用于对被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的电信号对被测电缆的故障位置进行定位。
通过本发明实施例提供的故障定位装置，可以采用添加单元，用于对被测电缆施加振荡波电压；获取单元，用于对被测电缆的电信号进行采集，以及根据采集的电信号对被测电缆的故障位置进行定位。通过本发明实施例有效减少了现有技术中的利用传统的故障定位方法时采用的设备结构较复杂、运输不便，且试验时间较长的弊端，达到了提升振荡波在局部放电检测上的精度和能力的目的，提升了用户的体验。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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