一种高压电缆局部放电在线检测系统的制作方法

本实用新型涉及一种高压电缆局部放电在线检测系统。

背景技术：

随着经济的快速发展，城市电网的用电量逐年增加，结合城市的美观设计，电力电缆的大量的使用，已成为城市内传输电力的主要产品。由于电缆的绝缘结构设计及现场施工工艺等原因，以及电缆的寿命老化，电缆的绝缘问题越来越多，局部放电(以下简称局放)尤为突出。如果不能及时的检测并处理电缆局放绝缘问题，一旦电缆绝缘击穿就会导致重大停电事故，影响城市的正常运转。因此，对交联聚乙烯电缆的局放检测及定位方法的研究尤为重要。

目前，高压电缆局放定位方法主要采用高频电流互感器的时域反射法。这种方法存在的一个严重问题就是电缆测试时，由于环境复杂，现场干扰严重，电缆局放信号属于高频信号，检测信号灵敏度小，干扰较大，及在长电缆上传输存在严重传输衰减特性，所以用时域反射法在长电缆局放定位上，无法进行局放定位。目前国内外的电缆局放检测仪器都无法实现长距离的电缆局放定位。

因此本领域技术人员致力于开发一种可准确定位电缆局部放电位置的检测系统。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可准确定位电缆局部放电位置的检测系统。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高压电缆局部放电在线检测系统，包括高压电缆局部放电检测结构；两所述检测结构的接头之间串联有中间接头；所述中间接头两侧电缆的金属屏蔽层连接为一体结构；第一组检测结构与第一信号接收装置连接；第一组检测结构的接头附近设置有第一天线；所述第一天线与所述第一信号接收装置连接；所述第一信号接收装置与第一选频放大装置连接；所述第一选频放大装置通过四路信号输出与第一调制器连接；所述第一调制器通过光纤连接有第一调解器；所述第一调解器设置有四路信号输出，其中两路信号输出与第一噪声门连接，另两路信号输出与第二噪声门连接；所述第一噪声门与第一持续门连接；所述第二噪声门与NJ门连接；所述NJ门与第二持续门连接；第二组检测结构与第二信号接收装置连接；第二组检测结构的接头附近设置有第二天线；所述第二天线与所述第二信号接收装置连接；所述第二信号接收装置与第二选频放大装置连接；所述第二选频放大装置通过四路信号输出与第二调制器连接；所述第二调制器通过光纤连接有第二调解器；所述第二调解器设置有四路信号输出，其中两路信号输出与第三噪声门连接，另两路信号输出与第四噪声门连接；所述第三噪声门与所述NJ门连接；所述第四噪声门与第三持续门连接；所述第一持续门、第二持续门和第三持续门的信号传输给计算机。

较优的，所述第一持续门、第二持续门和第三持续门与第三信号接收装置连接；所述第三信号接收装置与选择开关连接；所述选择开关与A/D开关连接；所述A/D开关与计算机连接。

较优的，包括第一电缆和第二电缆；所述第一电缆和第二电缆通过接头连接；其特征是：所述第一电缆靠近所述接头处外屏层的外表面设置有第一金属箔；所述第二电缆靠近所述接头处外屏层的外表面设置有第二金属箔；所述第一金属箔和第二金属箔之间电连接有检测阻抗；

所述接头内设置有绝缘筒；所述第一电缆和第二电缆的金属屏蔽层通过所述绝缘筒断开。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种高压电缆局部放电在线检测系统，通过这种在线检测系统，能够最大化的实现局放信号的除噪，进而实现局放检测信号的远距离传输，并通过计算机能够准确判断局部放电位置的检测，实现电缆局部放电位置的准确定位。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中实现局部放电检测系统连接示意图。

图2是局部放电检测结构剖面示意图。

图3是局部放电检测结构示意图。

图4是本实用新型一具体实施方式中局部放电检测结构的原理图。

图5是本实用新型一具体实施方式中局部放电检测结构的等效电路图。

图6是本实用新型一具体实施方式中局部放电检测的电原理图。

图7是本实用新型一具体实施方式中的方法流程图。

图8是电缆局部放电检测方法原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种高压电缆局部放电在线检测系统，包括局部放电检测结构，两检测结构的接头之间串联有中间接头NJ，中间接头NJ两侧电缆的金属屏蔽层连接为一体结构。

第一组检测结构与第一信号接收装置连接，第一组检测结构的接头附近设置有第一天线T1，第一天线T1与第一信号接收装置连接，第一信号接收装置与第一选频放大装置连接。第一选频放大装置通过四路信号输出与第一调制器连接，第一调制器通过光纤连接有第一调解器，第一调解器设置有四路信号输出，其中两路信号输出与第一噪声门连接，另两路信号输出与第二噪声门连接。第一噪声门与第一持续门连接，第二噪声门与NJ门连接，NJ门与第二持续门连接。

第二组检测结构与第二信号接收装置连接，第二组检测结构的接头附近设置有第二天线T2，第二天线T2与第二信号接收装置连接，第二信号接收装置与第二选频放大装置连接。第二选频放大装置通过四路信号输出与第二调制器连接，第二调制器通过光纤连接有第二调解器，第二调解器设置有四路信号输出，其中两路信号输出与第三噪声门连接，另两路信号输出与第四噪声门连接，第三噪声门与NJ门连接，第四噪声门与第三持续门连接。

通过调制-解调，能够实现信号的远传，防止信号在传输过程中衰减。本实施例中，局部放电检测结构的检测的频率范围为1MHz—300MHz。

图1中，信号H的中心频率设定在合适检测该IJ中间接头局放信号的频率上，较优的，H信号的中心频率范围可以设置为50MHZ---300MHz；信号L的中心频率设定在合适检测相邻的NJ中间接头局放信号的频率上,较优的，L的中心频率范围可以设置为1MHZ----50MHZ；信号H和L的中心频率各不相同，而h,l则为天线耦合到的信号，经过相应选频放大后的信号。

在实际应用过程中，由于导电线缆的结构各不相同，局部放电检测结构检测的频率范围各有不同，H和L之间信号的中心频率范围相应进行变化后同样能够实现本实用新型的技术效果。

第一持续门、第二持续门和第三持续门的信号传输给计算机。

第一持续门、第二持续门和第三持续门与第三信号接收装置连接；第三信号接收装置与选择开关连接；选择开关与A/D开关连接；A/D开关与计算机连接。

噪声门的作用是，对比差分法装置检测到的信号与天线耦合到的噪声信号，将这两者中对应的信号视为噪声信号并予以剔除。持续门的作用是，根据放电脉冲信号出现的频繁程度判断是否为局部放电信号并输出该信号。NJ门的作用是，将两侧噪声门输出的结果中相对应的信号视为局部放电脉冲并输出该信号。

IJ1和IJ2分别是接头左右两侧的采集信号，NJ是将两侧噪声门输出的信号中相对应的信号视为局放脉冲并输出该信号。

选择开关的作用是，选择把IJ1，IJ2，NJ这3路信号那一路输出给A/D开关，主要是为了降低处理电路成本。

如图2至图6，这里的高压电缆局部放电检测结构，包括第一电缆1和第二电缆2，第一电缆1和第二电缆2通过接头3连接。第一电缆1靠近接头3处外屏层的外表面设置有第一铜箔4，第二电缆2靠近接头3处外屏层的外表面设置有第二铜箔5；第一铜箔4和第二铜箔5之间电连接有检测阻抗6。

接头3内设置有绝缘筒3a，第一电缆1和第二电缆2的金属屏蔽层通过绝缘筒3a断开。

如图2至图6，Rc是电缆的特性阻抗；C是导线芯线与电容传感器铜箔间的电容；Cs是电容耦合器与金属屏蔽层间的杂散电容；Rs是电容耦合器铜箔与屏蔽层之间的电阻；Rf是测量单元的输入阻抗；C1是第一金属箔4与电缆之间的电容；C2是第一金属箔4与电缆之间的电容。

铜箔与电缆芯线之间构成电容，两个铜箔输出之间连接50欧的检测阻抗。检测阻抗便收集到局放信号在两个内置电容传感器上采集的信号，此信号经过差分放大，经A/D转换输入电脑处理或者输入示波器进行显示。研究发现，局放信号频谱在1MHz-300MHz范围内，中心频率在10MHz-20MHz时，性噪比最高。差分法的检测回路类似于差动平衡电路，来自导线芯的噪声信号，在检测阻抗上的两端不能产生压降，因而可以很好的抑制噪声。而由于有铜箔与导线的金属外屏层相接，所以外部噪声不会通过信号输入端进入放大器，这就更好地抑制了现场环境噪声。

如图7和图8所示，利用上述检测系统可实现一种高压电缆局部放电检测方法，包括以下步骤：

1)在电缆传输线路上获得两组局部放电信号

在电缆传输线路上首尾两个接头附近设置如权利要求1的检测结构；两检测结构的接头之间串联有中间接头；中间接头两侧电缆的金属屏蔽层连接为一体结构；

两个检测结构接收到的局部放电信号分别为：

X1(t)＝S1(t,r1)+n1(t) (1)

X2(t)＝S1(t,r2)+n2(t) (2)

其中，X1(t)为t时刻第一组检测结构接收到的局部放电信号；

S1(t,r1)为t时刻，距离局部放电距离r1处第一组检测结构获得的信号观测值；

n1(t)为第一组检测结构获得的信号观测值传输过程中的随机噪声；

r1为第一组检测结构距离局部放电点的距离；检测结构电容只有6厘米，总长16厘米；相对电缆长度可看做点；

X2(t)为t时刻第二组检测结构接收到的局部放电信号；

S2(t,r2)为t时刻，距离局部放电距离r2处第二组检测结构获得的信号观测值；

n2(t)为第二组检测结构获得的信号观测值传输过程中的随机噪声；

r2为第二组检测结构距离局部放电点的距离；

2)计算获得两组局部放电信号的最大相关延时时间τm

对式(1)和(2)采用余弦信号进行分析，令信号方程为：

S1(t,r1)＝Ui e^-ɑr1cos w0(t-r1/v) (3)

S2(t,r2)＝Ui e^-ɑr2cos w0(t-r2/v) (4)

两个检测结构获得的局部放电信号的观测值的相关函数为：

其中，X1(t)为t时刻第一组检测结构接收到的局部放电信号；

X2(t+τ)为t+τ时刻第二组检测结构接收到的局部放电信号；

T为信号周期；

为第一组检测机构接收到的余弦信号的幅值；

为第二组检测机构接收到的余弦信号的幅值；

^-a为衰减因子；

将式(1)和(2)代入式(5)可得：

其中，S1(t,r1)为t时刻，距离局部放电距离r1处第一组检测结构获得的信号观测值；

n1(t)为第一组检测结构获得的信号观测值传输过程中的随机噪声；

r1为第一组检测结构距离局部放电点的距离；

S2(t,r2)为t时刻，距离局部放电距离r2处第二组检测结构获得的信号观测值；

n2(t)为第二组检测结构获得的信号观测值传输过程中的随机噪声；

r2为第二组检测结构距离局部放电点的距离；

T为信号周期；

假定局放信号和噪声是完全不相干的，(6)可以简化为：

其中，S1(t,r1)为t时刻，距离局部放电距离r1处第一组检测结构获得的信号观测值；

n1(t)为第一组检测结构获得的信号观测值传输过程中的随机噪声；

r1为第一组检测结构距离局部放电点的距离；

S2(t+τ，r2)为t+τ时刻，距离局部放电距离r2处第二组检测结构获得的信号观测值；

n2(t)为第二组检测结构获得的信号观测值传输过程中的随机噪声；

r2为第二组检测结构距离局部放电点的距离；

T为信号周期；

如果噪声信号n1(t)和n2(t)完全不相干，那么局放信号从噪声中分离出来，即：

其中，S1(t,r1)为t时刻，距离局部放电距离r1处第一组检测结构获得的信号观测值；

r1为第一组检测结构距离局部放电点的距离；

S2(t+τ，r2)为t+τ时刻，距离局部放电距离r2处第二组检测结构获得的信号观测值；

r2为第二组检测结构距离局部放电点的距离；

T为信号周期；

如果噪声信号与局部放电信号相干，则对局部放电信号进行去噪处理，压制噪声n1(t)和n2(t)的干扰，得到(8)式；

对式(8)在一个周期进行积分；已知局放信号的周期为那么将式(3)和(4)代入式(8)，经过积分可得：

其中：

由(9)可知，S1和S2两个局放信号的相关函数是由一个特殊函数(辛格函数)与一个常数因子k0的乘积构成；辛格函数的极大值为：

所以相关函数的最大值对应着：

其值趋于0(11)

w0不可能为0，所以：

因此，

其中，r1为第一组检测结构距离局部放电点的距离；

r2为第二组检测结构距离局部放电点的距离；

v为局部放电信号在电缆中的传输速度；

τm为两组局部放电信号的最大相关延时时间；

3)确定局部放电点的位置

根据式(13)可得：

r1＝r2-ντm (14)

其中，r1为第一组检测结构距离局部放电点的距离；

r2为第二组检测结构距离局部放电点的距离；

v为局部放电信号在电缆中的传输速度；

τm为两组局部放电信号的最大相关延时时间；

设第一检测结构和第二检测结构的距离为D,且r1＝L,则r2＝D-L,可得：

L＝D-L-ντm (15)

则局放点与第一检测结构的水平距离为：

其中，τm是可从相关局放检测仪记录上读得的最大相关延时。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。