高压交联聚乙烯电缆系统局部放电在线检测装置

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高压交联聚乙烯电缆系统局部放电在线检测装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种高压交联聚乙烯电缆系统局部放电在线检测装置，属于电缆设备检测技术领域。\n背景技术\n[0002] 随着高压及超高压电力电缆的发展，交联聚乙烯(XLPE)电力电缆以其合理的工艺和结构、优良的电气性能、安装敷设简单、运行维护工作少、安全可靠的特点，在电力系统中得到了越来越广泛的应用。高压超高压电缆系统作为城市供电和主网架的重要环节，在我国城市电网中已占据非常重要的地位。如何实现这些电缆设备的状态检测，保证电缆设备安全可靠运行，是目前国内外研究的热点。局部放电是高压交联聚乙烯(XLPE)电缆设备绝缘劣化的表征和主要原因。电缆系统局部放电在线检测可及时发现故障隐患，对绝缘劣化进行前期预报和评估，积极有效地预防电缆系统突发运行故障，是目前判断、评价运行中的交联聚乙烯电缆系统绝缘品质的最直观、最理想、最有效方法，是实现电缆设备状态检修至关重要的技术手段。\n[0003] 电缆附件例如中间接头都是在现场条件下人工制作安装的，其绝缘品质往往低于电缆本体绝缘品质，是电缆系统中绝缘薄弱环节。中间接头施工工艺不良形成的各种施工缺陷，使接头内电场分布不均匀，导致局部放电的产生。在工频电压下，局部放电将引起电缆绝缘中电树的产生和扩展，并加速绝缘的劣化，最终导致绝缘击穿。\n[0004] 目前国内外研制的XLPE电缆局部放电在线检测装置很多，但现场测量效果远未达到理想水平，主要原因是：由于局部放电信号微弱，幅值很小，极易被外界强电磁场干扰及背景噪声淹没，而目前国内外研制的装置所采用的抗干扰方案效果并不理想，容易将外界干扰误判为局部放电信号，且大部分装置所采用的窄频带滤波器会造成局部放电信号波形畸变，这些都大大降低了在线检测的灵敏度、准确度、可信度。因此，如何运用现有的先进技术，最大限度抑制干扰，准确提取局放信号，更可靠、更灵敏地为后续的绝缘诊断提供信息，成为电缆设备局部放电在线检测中的重要研究内容。\n发明内容\n[0005] 针对目前电缆设备在线检测存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种高压交联聚乙烯电缆系统局部放电在线检测装置，能够在线检测电缆附件一定范围内的局部放电信号。\n[0006] 本实用新型的技术方案是，高压交联聚乙烯电缆系统局部放电在线检测装置，包括高频宽带传感器，50Hz工频电压传感器，其特征在于：还包括下位机，上位机，下位机包括有信号前置调理模块、高速数据采集卡、I/O控制卡，其连接关系是：高频宽带传感器套接在三相电缆附件接地线或交叉互联线上，50Hz工频电压传感器套接在电缆本体上，高频宽带传感器与50Hz工频电压传感器分别连接信号前置调理模块，信号前置调理模块连接高速数据采集卡，高速数据采集卡通过固定在下位机上的USB通信接口连接上位机，上位机连接I/O控制卡，I/O控制卡分别连接信号前置调理模块和高速数据采集卡。\n[0007] 本实用新型的优点在于能够根据现场需要，通过对高压电缆系统三相附件的同步高速采样，以及软硬件联合抗干扰方案，实现局部放电在线检测。本装置宽频高速采集的方式可获取完整的局部放电信号波形，能够实时显示视在放电量及各种放电谱图，具备放电量的数据库存储、历史查询，测量结果报表生成等功能。放电量的连续监测可实现对电缆系统绝缘状况的监控，为电缆设备的状态维修提供强有力的技术支撑。\n附图说明\n[0008] 图1为本实用新型的总流程图。\n[0009] 图2为本实用新型装置结构示意图。\n[0010] 图3为本实用新型装置功能示意图。\n[0011] 图4为本实用新型实施例局部放电的N-Q-φ谱图。\n具体实施方式\n[0012] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。\n[0013] 本实用新型由信号传感器、局部放电信号调理采集单元和上位机构成。高频宽带传感器安装于电缆附件接地线或交叉互联线上来耦合局部放电信号，50Hz工频电压传感器安装于附件附近的本体上来耦合工频电压信号；局部放电信号调理采集单元完成接地线上混杂信号的预处理，抑制部分干扰，将信号调理至数据采集卡输入范围内进行高速数据采集，并将采集数据存储到大容量的ROM中，并通过USB通信接口将采集数据传送到上位机；\n上位机通过USB接口与下位机相连，用于控制下位机，接收采集数据，通过进一步的抗干扰处理，以工频电压相位为参照形成局部放电的视在放电量、N-Q-φ等放电谱图的实时显示。\n每个检测对象的测量结果可进行数据库存储报表生成，方便历史查询和放电趋势分析。包括以下步骤：\n[0014] (1)在三相电缆附件接地线或交叉互联线上套接高频宽带传感器，用来耦合局部放电信号，通过信号调理后接入高速数据采集卡的通道上，进行三相同步高速采样；\n[0015] (2)在电缆本体上套接50Hz工频电压传感器，通过信号调理后也接入高速数据采集卡的通道上进行采样，用于局部放电信号采集通道的触发，以确定局部放电信号的工频电压相位；\n[0016] (3)下位机内包括有信号前置调理模块、高速数据采集卡、I/O(输入/输出)控制卡，用来完成局部放电信号的初步干扰抑制、触发采集、数据存储；\n[0017] (4)上位机软件完成对下位机的控制，采集数据的接收、软件抗干扰，显示视在放电量、N-Q-φ(放电次数-放电量-放电相位)放电谱图，并完成测量结果的数据库存储、报表生成；\n[0018] (5)通过对每个附件放电量的连续监测，形成放电趋势数据库，从而掌握附件绝缘运行状况。\n[0019] (一)信号传感器\n[0020] 高频宽带信号传感器采用镍锌铁氧体，频率范围为40kHz-25MHz，测量时套接在三相附件接地线或交叉互联线上组成传感器对，耦合的信号包括局部放电信号、干扰、背景噪声。\n[0021] 50Hz工频信号传感器用于耦合电缆本体的工频电压信号，用作触发采集，并确定放电信号所在的工频相位。\n[0022] (二)下位机信号调理采集单元\n[0023] 前置信号调理单元安装在传感器附近，对传感器输出的信号进行硬件滤除部分干扰，使得后续放大单元对局部放电信号进行放大，以提高检测灵敏度。\n[0024] 程控信号放大单元具有0.5、1、5、10、20、50、100倍的放大倍数，将信号调理至数据采集卡最佳的输入范围。\n[0025] 所采用的数据采集卡最高采样率为100MS/s，模拟带宽为60MHz，A/D分辨率为12位，高速采集的信号存储到ROM中。\n[0026] I/O控制卡用来控制上下位机间控制命令的发送接收。\n[0027] (三)上位机软件\n[0028] 上位机软件用于控制下位机数据采集、设置程控信号调理单元、以及控制接收下位机ROM中存储的采集数据。对各相同步信号进行综合抗干扰处理后，上位机软件提取出局部放电信号，显示局部放电视在放电量，以及N-Q-φ等放电谱图。\n[0029] 测量的结果可记录入数据库、生成报表，通过数据库管理实现历史查询，实现每个附件放电量的趋势分析，对绝缘劣化进行前期预报和评估，积极有效地预防电缆系统突发运行故障。\n[0030] 实施例：某次局部放电信号测量中显示的局部放电视在放电量，以及放电谱图，如图4所示。\n[0031] (1)偏斜度：Sk+＝0.900，Sk-＝-0.043；\n[0032] (2)陡峭度：Ku+＝-0.869，Ku-＝-1.956；\n[0033] (3)峰值数：Pe+＝61，Pe-＝78；\n[0034] (4)不对称度：Asy＝1.516；\n[0035] (5)修正互相关系数：mcc＝0.857；\n[0036] (6)相位系数：ph＝2.3。