一种护套高压电缆在线绝缘检测装置的制作方法

1.本实用新型涉和高压电缆在线绝缘检测技术领域，具体是一种护套高压电缆在线绝缘检测装置。


背景技术：

2.中高压护套电力电缆是供电设备与用电设备之间的桥梁，起传输电能的作用，其应用广泛，但是故障也经常发生，发生故障的主要原因有以下几类：厂家制造原因、施工质量原因、设计单位设计原因、外力破坏和绝缘老化等五大类；这五类原因造成的中高压铠装电力电缆故障主要现象是：中高压铠装电力电缆的绝缘不够或遭到破坏，引起相间放电或短路，或引起高压对地放电或对地短路，从而引起供电故障和事故。
3.离线式绝缘检测和定位装置，在电缆故障后能很好的检测电缆绝缘和故障位置，但是，其无法实时监测电缆运行的绝缘情况，也无法预警电缆绝缘的下降，也就无法杜绝电缆事故的发生，因此这些现存的问题仍然有待于进一步的解决。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种护套高压电缆在线绝缘检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种护套高压电缆在线绝缘检测装置，包括上位机(如：电脑)，上位机通过光缆分别与电源处理模块、高频信号采集模块、低频信号采集模块、采集终端模块、信号规格化模块、信号分析和故障定位算法模块和通讯数据处理和传送模块相连接，电源处理模块、高频信号采集模块和低频信号采集模块将采集到的信息传递给采集终端模块，经过信号规格化模块的处理后经由信号分析和故障定位算法模块对其进行分析计算，分析计算的数据传送至通讯数据处理和传送模块。
7.作为本实用新型进一步的方案：所述低频信号采集模块包括有低频罗斯福线圈构成的线性电流传感器，低频传感器采用高精度不饱和线性传感器,低频传感器的量程为毫安至安培，精度为.％，线性电流传感器套接在高压电缆护层上并对高压电缆护层接地线的电流进行采集，高压电缆护层接地线安装于高压电缆护层上。
8.作为本实用新型进一步的方案：所述高频信号采集模块包括有高频电流传感器，高频电流传感器采用高带宽滤波传感器，其精度为0.1％，失真度小于0.5％。
9.作为本实用新型进一步的方案：所述采集终端模块为自研的嵌入式处理系统主要包含信息采集滤波板，信息采集滤波板具有硬件滤波和软件滤波结构，信息采集滤波板的一侧安装有l形结构的电源部分，电源部分的一端安装有电源端子和信号端子，信息采集滤波板的中间位置安装有信号规格化模块，信号规格化模块的下端安装有硬件滤波，信号规格化模块远离电源部分的一侧安装有排线结构。
10.作为本实用新型进一步的方案：所述电源处理模块分别与火线和零线连接。
11.作为本实用新型进一步的方案：所述信号分析和故障定位算法模块包含低通滤波转换单元、判断分析单元、高通滤波fft变换单元、信息储存单元、故障判断单元和信号输出单元；
12.低通滤波经由低通滤波转换单元和判断分析单元，并由信号输出单元将所获的信息输出；高通滤波经由高通滤波fft变换单元确定放电信息的频率，还原放电波形和反射波形并对故障的波形进行截取，同时将获得的电信号频率经由故障判断单元进行积分计算以此确定放电能量，运算结果经由信号输出单元输出。
13.作为本实用新型进一步的方案：所述所述障定位算法模块采用放电故障波双端或单端定位结构，在芯线的一端或者两端开设有勘测点，芯线的外侧安装有高压电缆护层。
14.作为本实用新型进一步的方案：所述通讯数据处理和传送模块中安装有有线、北斗无线传输和无线g传输信号。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
16.护套高压电缆在线绝缘检测装置提供了一种利用高压护套电缆在运行时的护套接地电流和故障放电电流波形和能量综合计算方法，可以用于计算电缆绝缘老化程度和故障位置，便于维护人员实时了解电缆绝缘状况并及时进行电缆检修。
17.综上所述，此护套高压电缆在线绝缘检测装置具有以上有益效果，值得推广。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例的内部结构示意图。
19.图2为本实用新型实施例中信号采集滤波板的底层俯视结构示意图。
20.图3为本实用新型实施例中高频电流传感器主视结构示意图。
21.图4为本实用新型实施例中线性电流传感器立体结构示意图。
22.图5为本实用新型实施例中信号信号处理核心算法流程图。
23.图中：1
‑
芯线，2
‑
高压电缆护层，3
‑
高压电缆护层接地线，4
‑
高频电流传感器，5
‑
高频信号采集模块，6
‑
线性电流传感器，7
‑
火线，8
‑
零线，9
‑
电源处理模块，10
‑
采集终端模块，11
‑
信号规格化模块，12
‑
信号分析和故障定位算法模块，13
‑
通讯数据处理和传送模块，14
‑
低频信号采集模块，15
‑
电源部分，16
‑
采集滤波板，17
‑
排线结构，18
‑
硬件滤波，19
‑
电源端子，20
‑
信号端子。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
25.实施例1
26.请参阅图1～5，本实用新型实施例中，一种护套高压电缆在线绝缘检测装置，包括上位机(如：电脑)，上位机通过光缆分别与电源处理模块9、高频信号采集模块5、低频信号采集模块14、采集终端模块10、信号规格化模块11、信号分析和故障定位算法模块12和通讯数据处理和传送模块13相连接，高频信号采集模块5和低频信号采集模块14将采集到的信
息经由电源处理模块9转化为电压信号并传递给采集终端模块10，经过信号规格化模块11的处理后经由信号分析和故障定位算法模块12对其进行分析计算，判断所述中高压三芯铠装电缆的工作状态，最后由通讯数据处理和传送模块13综合处理。
27.实施例2
28.请参阅图1
‑
5，本实施例与实施例1的不同之处在于：
29.本实施例中，所述低频信号采集模块14包括有低频罗斯福线圈构成的线性电流传感器6，低频传感器采用高精度不饱和线性传感器,量程为1毫安至500安培，精度为0.1％，线性电流传感器6套接在高压电缆护层2上并对高压电缆护层接地线3的电流进行采集，高压电缆护层接地线3安装于高压电缆护层2上，接地电流主要是电势感应电流，电势感应电流由金属护层的感应电势产生且大小与感应电势的大小成正比关系。
30.本实施例中，所述高频信号采集模块5包括有高频电流传感器4，高频电流传感器4采用高带宽滤波传感器，其精度为0.1％，失真度小于0.5％。
31.本实例中，所述电源处理模块9分别与火线7和零线8连接。
32.本实施例中，所述采集终端模块10为嵌入式处理系统主要包含信息采集滤波板16，信息采集滤波板16具有硬件滤波18和软件滤波结构，信息采集滤波板16的一侧安装有l形结构的电源部分15，电源部分15的一端安装有电源端子19和信号端子20，信息采集滤波板16的中间位置安装有信号规格化模块11，信号规格化模块11的下端安装有硬件滤波18，信号规格化模块11远离电源部分15的一侧安装有排线结构17。
33.本实例中，所述信号分析和故障定位算法模块12包含低通滤波转换单元、判断分析单元、高通滤波fft变换单元、信息储存单元、故障判断单元和信号输出单元；
34.低通滤波经由低通滤波转换单元和判断分析单元，并将所获的信息输出；高通滤波经由高通滤波fft变换单元确定放电信息的频率，还原放电波形和反射波形并对故障的波形进行截取，同时将获得的电信号频率经由故障判断单元进行积分计算以此确定放电能量，当放电能量的数值大于50pc时即为故障波形，信息储存单元对故障波形数据进行存储并显示故障波将所获的信息输出，若放电能量的数值不大于50pc时则丢弃该波形数据；
35.故障定位算法模块采用放电故障波双端或者单端定位结构，故障定位算法模块采用放电故障波双端或者单端定位结构，在芯线的一端或两端开设有勘测点，芯线的外侧安装有高压电缆护层；故障波采集传感器采集两个终端并将所获信息计算故障波和反射波的时间差来定位故障位置并将所获信息进行计算分析并将结果输出。
36.故障定位算法模块采用放电故障波双端定位结构，在高压电缆护层2的两端分别设有勘测点，高压电缆护层2的内部安装有芯线1，经由故障波采集传感器采集两个终端并将所获信息进行计算分析并将结果输出。
37.本实施例中，所述通讯数据处理和传送模块13中安装有有线、北斗无线传输和无线5g传输信号。
38.本实用新型的工作原理是：当接地电流超过一定值时通讯数据处理和传送模块13发出报警信号，当接地电流变化较大时有节点信号输出，报警的同时信号分析和故障定位算法模块12进行录波并根据波形计算放电和故障位置，当放电频率超过一定值时，该装置自动执行报警和切断电源指令，并查明故障源，进而预防故障扩大而导致供电事故的发生。
39.中高压铠装电缆分为三芯电缆和单芯电缆：三芯电缆在绞线时呈品字排列，现代
城市35kv以下中高压电缆基本都是以三芯铠装电缆为主，因电缆三芯呈品字排列，理论上三相负载是平衡的，因此，理论上在正常供电运行时，三相互相电动势矢量和为零，因而在铠装电缆的护套上也不会产生感应电势，也就不会产生铠装电缆护套接地电流，但是，实际情况是，电缆绞线时不可能三芯之间完全呈120度品字形，三相负载也不能完全平衡，因此，三相互相电动势矢量和不可能为零，其作用在钢铠上就会产生接地电流，正常情况下钢铠的接地电流为几毫安至几十毫安；单芯电缆铺设一般是正三角形、直角三角形和平铺，其感应电势较大，接地电流达到安培级；
40.三芯铠装电缆金属部分由芯线、金属屏蔽层、金属护套、金属铠装层组成，金属护层上的接地电流主要由感应电流、电容电流、泄露电流三部分组成，感应电流由金属护层的感应电势产生，其大小与感应电势的大小成正比；电容电流是工作电压作用在芯线和金属护层间产生的，与芯线截面、电缆长度和工作电压有关，对于一条具体电缆，其值是一个固定值；泄露电流是工作电压作用在电缆主绝缘层的绝缘电阻上产生的，绝缘正常时其值是很小的，是微安级，其值的持续变化，会很好的反映电缆的绝缘老化情况。对于一根正常运行的电缆，电容电流和泄露电流比感应电流小很多，护层接地电流主要是电势感应电流。
41.三芯铠装电力电缆故障时感应电势的变化和接地电流计算：
42.三芯铠装电力电缆的三相金属护套相互接触，相当于共用一个金属屏蔽层，在系统正常运行时三相电流基本平衡，金属护套上的合成磁通接近于零，金属护套上的感应电压基本为零，其接地电流基本为零；当三相电流的对称性在系统发生非对称性短路或接地时遭到破坏后，合成磁通不再为零，电缆金属护套上才有不平衡感应电压产生，其接地电流也不在为零，比如a相发生故障，护套a相的感应电势为：
43.e
s
＝e
sa
＝jωm
aa
3i
o
＝jω2*10
‑4ln(d
e
/r2)3i
o
(v/km)；
44.护套自阻抗为：
45.z
s
＝r
s
+jωx
s
＝ρ
s
(1/a
s
)+jω2*10
‑4ln(de/r2)(ω/km)；
46.上式中ρ
s
为金属护套材料的电阻率，a
s
为金属护套截面积,d
e
为地中电流穿透深度，m
aa
为a相护套与a相线芯互感，r为芯线半径，x
s
为护层电抗。
47.护套感应电流为：
48.i
s
＝e
s
/z
s
；
49.因r
s
远远小于x
s
，所以：i
s
≈3i
o
；
50.1)当钢铠接地电流在一定范围内波动时，说明三相负载在正常范围内变化，而且电缆绝缘情况良好，电缆运行正常。
51.2)当钢铠接地电流出现较大波动，而后接地电流又恢复到正常范围，说明三相感应电势矢量和出现较大波动，也就是说三相负载产生较大不平衡波动。
52.3)当钢铠接地电流剧烈增大时，说明三相电势矢量和绝对值剧烈增大，说明铠装电缆中的其中一根或两根发生短路或接地事故而导致其中一相或两相电流剧烈增大，当钢铠接地电流大于设定值时，就需要报警和切断电源，查明故障源，预防故障扩大导致供电事故。
53.4)当铠装电缆正常运行时，因钢铠接地电流在几毫安至几十毫安波动，如果该接地电流随时间持续增大，也就是漏电流在增大，说明电缆绝缘在老化，当接地电流增加到一定数值时，就需要更换电缆了，以免造成供电事故。
54.高压护套电缆故障定位：
55.中高压铠装电缆故障定位原理是基于行波测距原理：铠装电缆故障主要有两方面原因，一是电缆长期运行而老化引起的故障，二是外力因素引起电缆故障。
56.铠装电缆老化分为导电性老化和电离性老化：导电性老化即绝缘内部形成水树枝，体现为绝缘介质损耗，但是并没有达到放电的程度，其表现为铠装电缆钢铠接地电流随绝缘老化程度加深而持续增大；电离性老化即绝缘内部电子极化形成电树枝，其表现为局部放电现象，局部放电时，其高频波将通过三相电势矢量和感应到钢铠接地电流中，也就是说，钢铠接地电流增大的同时，放电震荡波也在钢铠中向电缆两端传输。外力因素引起的电缆故障是指外力引起的电缆绝缘机械性损伤，表现为相间短路和对地短路，或两种故障同时存在，这时钢铠接地电流急剧增大，同时，故障震荡波能量也很大。
57.铠装电缆故障定位：当铠装电缆局部放电和发生接地故障时，将在钢铠中产生高频震荡波，假如一条电缆的长度为l米，在距离检测传感器x处发生故障，则送出两个高频震荡波沿电缆向两个相反方向传播，高频震荡波到达检测传感器的时间为t1，高频震荡波到达该电缆另一端并反射返回到达检测传感器端的时间为t2，震荡波的传播速度由电缆材质决定，对于某种材质的电缆，震荡波的传播速率是固定值设为v，则可计算出故障发生的位置为：
58.x＝l
‑
(1/2)v(t2‑
t1)
±
q；
59.上式中v的数值是个定值，其数值由电缆芯的材质决定；q为修正值，由电缆芯线材质、截面和长度决定。
60.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。