一種流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其包括：包括高頻傳感器和特高頻傳感器；前置調理單元，其包括前置高頻調理單元和前置高頻調理單元，前置高頻調理單元與高頻傳感器對應連接，前置特高頻調理單元與特高頻傳感器對應連接；檢測前端，其與前置調理單元連接，檢測前端采集前置調理單元傳輸?shù)男盘?，并在提取信號的特征參?shù)后，將相關的數(shù)據(jù)發(fā)送出去；便攜檢測終端，其與檢測前端無線連接，便攜檢測終端接收檢測前端發(fā)送的數(shù)據(jù)，以對其進行分析診斷。該流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)使用靈活方便，在線監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋范圍大，可長時間連續(xù)工作，大幅提升現(xiàn)場的抗干擾能力，提高了現(xiàn)場檢測結果的可靠性。
【專利說明】一種流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種絕緣缺陷檢測裝置，尤其涉及一種電纜絕緣缺陷的檢測裝置。
【背景技術】
[0002]XLPE電力電纜在長期運行過程中，易受到電場、熱效應、機械應力、化學腐蝕以及環(huán)境條件等因素的影響，其絕緣品質將逐漸劣化，極可能導致絕緣系統(tǒng)的破壞。而電力電纜是電力輸變電中非常重要的設備，它對電力負荷安全、穩(wěn)定傳輸有著瓶頸作用式的制約作用。研究發(fā)現(xiàn)，電纜的局部放電量與其絕緣狀況密切相關，局部放電量的大小表征著電纜絕緣中是否存有危害其安全運行的缺陷，因此，局部放電檢測是國內外的專家學者以及IEEE、IEC、國際大電網會議(CIGRE)等國際電力權威機構組織一致推薦用于XLPE電纜絕緣狀況評價的最佳方法。
[0003]目前，XLPE電纜的日常檢修維護多采用常規(guī)的預防性試驗，這種試驗一般要定期或不定期地進行，維護時間周期長，且容易造成資源的浪費，此外也不能及時發(fā)現(xiàn)XLPE電纜中的絕緣故障，因此已經不能夠滿足當前的電力應用需要。
[0004]為了彌補常規(guī)試驗的不足，還可以采用XLPE電纜設備的狀態(tài)檢修。通常，為了確保電纜現(xiàn)場運行的安全穩(wěn)定，采用安裝局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)進行長期監(jiān)測以及采用便攜式檢測設備進行局部放電帶電檢測的方法。但是，多年的運行經驗及實際應用效果顯示:
[0005](I)電纜的故障率較低，在線監(jiān)測系統(tǒng)的經濟性不佳，固定安裝的在線監(jiān)測系統(tǒng)成本高昂，與之對應的是，發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷很少；
[0006](2)便攜檢測設備通道數(shù)量太少，不適于多條電纜線路或多個電纜中間接頭的同時檢測，此外，對于不適宜人員靠近的場合(如現(xiàn)場耐壓試驗)，便攜檢測設備不能適用；
[0007](3)現(xiàn)有技術采用單一的傳感器技術，抗干擾性能差，誤判率高。
[0008]因此，從經濟性和適用性的角度，需要開發(fā)一種適用于電纜各種運行環(huán)境的局部放電檢測系統(tǒng)，能夠對各個變電站或各條電纜線路進行流動檢測，全面提升現(xiàn)場電纜的局部放電檢測水平。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其采用高頻和特高頻檢測技術，對局部放電信號進行采集和特征提取，再經過無線網絡將提取的數(shù)據(jù)傳輸給終端進行分析診斷，其緊湊便攜，便于移動，適用于各種電纜運行環(huán)境，能夠全面提升現(xiàn)場電纜的局部放電檢測水平。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其包括:
[0011]傳感器，其包括高頻傳感器(例如工作頻帶為1-20MHZ)和特高頻傳感器(例如工作頻帶為500MHZ-1.5GHz)，所述高頻傳感器設置為檢測電纜內部發(fā)生局部放電時產生的高頻脈沖電流信號；所述特高頻傳感器設置為檢測電纜內部發(fā)生局部放電時激發(fā)的特高頻電磁波信號；
[0012]前置調理單元，其包括前置高頻調理單元和前置高頻調理單元，所述前置高頻調理單元與所述高頻傳感器對應連接，所述前置高頻調理單元設置為對對應的高頻傳感器傳輸?shù)男盘栠M行放大和濾波；所述前置特高頻調理單元與所述特高頻傳感器對應連接，所述前置特高頻調理單元設置為對對應的特高頻傳感器傳輸?shù)男盘栠M行放大、濾波和檢波；
[0013]檢測前端，其與所述前置調理單元連接，所述檢測前端采集前置調理單元傳輸?shù)男盘?，并在提取信號的特征參?shù)后，將相關的數(shù)據(jù)發(fā)送出去；
[0014]便攜檢測終端，其與所述檢測前端無線連接，所述便攜檢測終端接收檢測前端發(fā)送的數(shù)據(jù)，以對其進行分析診斷。
[0015]本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其高頻傳感器和特高頻傳感器與對應的前置高頻調理單元和前置高頻調理單元相連接，前置調理單元與檢測前端相連接，傳感器耦合到的信號經過前置調理單元調理之后發(fā)送到檢測前端，由其采集數(shù)據(jù)并提取局部放電脈沖信號特征參數(shù)，然后無線發(fā)送到便攜檢測終端，便攜檢測終端對數(shù)據(jù)進行分析診斷。
[0016]進一步地，在本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)中，所述高頻傳感器為鉗形結構，以夾持在被測電纜上。
[0017]進一步地，在本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)中，所述特高頻傳感器為微帶天線，微帶天線的天線面板為三角對數(shù)周期式。
[0018]進一步地，在本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)中，所述檢測前端具有兩個采集通道，分別對應前置高頻調理單元和前置特高頻調理單元。
[0019]進一步地，在本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)中，所述檢測前端包括:
[0020]信號采集及特征提取單元，其與所述前置調理單元連接，所述信號采集及特征提取單元采集前置調理單元傳輸?shù)男盘?，并提取信號的特征參?shù)，該特征參數(shù)可以是脈沖的相位、峰值、脈沖寬度、上升時間和下降時間；
[0021]無線發(fā)送模塊，其與信號采集及特征提取單元連接，以將所述相關的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
[0022]進一步地，在本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)中，所述檢測前端還包括供電模塊，其設置為為所述信號采集及特征提取單元、無線發(fā)送模塊和前置調理單元供電。
[0023]進一步地，在本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)中，所述無線發(fā)送模塊為Zigbee無線模塊。
[0024]進一步地，在本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)中，所述便攜檢測終端包括:
[0025]無線接收模塊，其與檢測前端無線連接，以接收檢測前端發(fā)送的數(shù)據(jù)；
[0026]裝設有診斷專家系統(tǒng)的便攜主機，其與所述無線接收模塊連接，接收無線接收模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[0027]更進一步的，上述無線接收模塊為Zigbee無線模塊。
[0028]更進一步地，上述診斷專家系統(tǒng)包括:[0029]信號預處理模塊，其將接收的數(shù)據(jù)轉換為相位-放電量-放電次數(shù)三維圖譜(SPPRPD圖譜)，并獲得最大放電量相位分布二維圖譜、平均放電量相位分布二維圖譜、放電次數(shù)相位分布二維圖譜、放電次數(shù)分布二維圖譜和放電能量分布二維圖譜；
[0030]特征指紋提取模塊，其與信號預處理模塊連接，以對所述三維圖譜和二維圖譜提取特征參數(shù)，這些特征參數(shù)可以包括分形維、空缺率、突出度、偏斜度、局部峰值個數(shù)、放電不對稱度、相位不對稱度、互相關因子和相位中值等；
[0031]特征數(shù)據(jù)庫，其存儲有表征典型的電纜絕緣缺陷的局部放電PRPD圖譜，典型的局部放電類型主要有尖端放電、沿面放電和內部放電；
[0032]智能分類器，其與特征指紋提取模塊和特征數(shù)據(jù)庫分別連接，所述智能分類器根據(jù)輸入的特征參數(shù)分類局部放電信號，并將其與特征數(shù)據(jù)庫存儲的局部放電PRPD圖譜進行比對，以輸出局部放電類型；
[0033]評估診斷模塊，其與特征指紋提取模塊連接，以根據(jù)特征指紋提取模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)判斷局部放電的嚴重程度。
[0034]本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:其安裝、拆解方便、使用靈活，在線監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋范圍大，可長時間連續(xù)工作；同時該流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)通過采用兩種傳感器(高頻傳感器和特高頻傳感器)檢測技術，大幅提升現(xiàn)場的抗干擾能力，提高了現(xiàn)場檢測結果的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)在一種實施方式下的一種使用狀態(tài)不意圖。
[0036]圖2為本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)在一種實施方式下的另一種使用狀態(tài)不意圖。
[0037]圖3為本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)在一種實施方式下的專家診斷系統(tǒng)的結構示意框圖。
【具體實施方式】
[0038]下面將結合說明書附圖和具體的實施例對本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)做出進一步的解釋和說明。
[0039]圖1示意了本發(fā)明所述的本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)在一種實施方式下的一種使用狀態(tài)示意圖。
[0040]圖2為本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)在一種實施方式下的另一種使用狀態(tài)不意圖。
[0041]如圖1和圖2所示，在本實施例中，流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)包括:多組傳感器，這多組傳感器分別對應XLPE電纜設置，其中每一組傳感器均包括高頻傳感器2和特高頻傳感器3，其中高頻傳感器2為鉗形結構的高頻電流傳感器，其對應夾持在XLPE電纜的接地線I (圖1所示的使用狀態(tài))或換位線I (圖2所示的使用狀態(tài))上，檢測電纜內部發(fā)生局部放電時產生的高頻脈沖電流信號，該高頻傳感器2的內徑為80mm，工作頻帶為1-20MHZ ;特高頻傳感器3檢測電纜內部發(fā)生局部放電時激發(fā)的特高頻電磁波信號，該特高頻傳感器3為微帶天線，微帶天線的天線面板為三角對數(shù)周期式，工作頻帶為500MHZ-1.5GHz ;多組前置調理單元，其中每一組前置調理單元均包括前置高頻調理單元4和前置高頻調理單元5，前置高頻調理單元4與高頻傳感器2對應連接，前置特高頻調理單元5與特高頻傳感器3對應連接，前置高頻調理單元4對對應的高頻傳感器2傳輸?shù)男盘栠M行放大和濾波，放大倍數(shù)為100，濾波頻帶為1-20MHZ，前置特高頻調理單元5對對應的特高頻傳感器3傳輸?shù)男盘栠M行放大、濾波和檢波，放大倍數(shù)為100，濾波頻帶為500MHZ-1.5GHz，檢波后的脈沖寬度小于10 μ s ;多個檢測前端，其分別與各前置調理單元對應連接，每一個檢測前端均具有兩個采集通道，分別對應前置高頻調理單元4和前置特高頻調理單元5傳輸?shù)男盘?，檢測前端包括:信號采集及特征提取單元、無線發(fā)送模塊和供電模塊，其中信號采集及特征提取單元與前置調理單元連接，從而采用觸發(fā)方式采集前置調理單兀傳輸?shù)木植糠烹娒}沖信號，米樣率為100MS/S，并對米集的局部放電脈沖信號提取脈沖的相位、峰值、脈沖寬度、上升時間和下降時間5個脈沖波形特征參數(shù)，無線發(fā)送模塊為Zigbee無線模塊，其與信號采集及特征提取單元連接，以將脈沖波形特征參數(shù)發(fā)送出去，供電模塊為交流220V輸入，直流12V輸出，其為信號采集及特征提取單元、無線發(fā)送模塊和前置調理單元供電；便攜檢測終端，其與檢測前端通過無線網絡無線連接，在本實施例中便攜檢測終端包括:無線接收模塊和裝設有診斷專家系統(tǒng)的便攜主機，其中無線接收模塊為Zigbee無線模塊，其與檢測前端通過無線網絡無線連接，并與便攜主機通過串口連接，無線接收模塊將檢測前端發(fā)送的脈沖波形特征參數(shù)傳輸給診斷專家系統(tǒng)，診斷專家系統(tǒng)根據(jù)接收到的脈沖波形特征參數(shù)對局部放電狀態(tài)進行分析診斷，便攜主機可以是便攜式工業(yè)電腦。
[0042]圖3顯示了本發(fā)明所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)在一種實施方式下的專家診斷系統(tǒng)的結構示意框圖。
[0043]如圖3所示，該診斷專家系統(tǒng)包括:信號預處理模塊、特征指紋提取模塊、特征數(shù)據(jù)庫、智能分類器和評估診斷模塊，其中信號預處理模塊將接收的局部放電數(shù)據(jù)轉換為相位-放電量-放電次數(shù)三維圖譜，并獲得最大放電量相位分布二維圖譜、平均放電量相位分布二維圖譜、放電次數(shù)相位分布二維圖譜、放電次數(shù)分布二維圖譜和放電能量分布二維圖譜；特征指紋提取模塊與信號預處理模塊連接，以對三維圖譜和二維圖譜提取特征參數(shù)，這些特征參數(shù)可以包括分形維、空缺率、突出度、偏斜度、局部峰值個數(shù)、放電不對稱度、相位不對稱度、互相關因子和相位中值等；特征數(shù)據(jù)庫存儲有表征典型的電纜絕緣缺陷的局部放電PRPD圖譜；智能分類器為經過訓練的神經網絡分類器，其與特征指紋提取模塊和特征數(shù)據(jù)庫分別連接，智能分類器的輸入為前述從三維圖譜和二維圖譜中提取的特征參數(shù)，輸出為電纜中的局部放電類型及其置信度，輸出的局部放電類型可能是尖端放電、沿面放電和絕緣內部放電；評估診斷模塊與特征指紋提取模塊連接，其根據(jù)特征指紋提取模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，采用趨勢分析和模糊評估理論對局部放電信號的強度歷史發(fā)展過程進行分析評估，判斷當前局部放電的嚴重程度，判斷結果可以分為正常、輕微和嚴重三種。
[0044]要注意的是，以上列舉的僅為本發(fā)明的具體實施例，顯然本發(fā)明不限于以上實施例，隨之有著許多的類似變化。本領域的技術人員如果從本發(fā)明公開的內容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括: 傳感器，其包括高頻傳感器和特高頻傳感器，所述高頻傳感器設置為檢測電纜內部發(fā)生局部放電時產生的高頻脈沖電流信號；所述特高頻傳感器設置為檢測電纜內部發(fā)生局部放電時激發(fā)的特高頻電磁波信號； 前置調理單元，其包括前置高頻調理單元和前置高頻調理單元，所述前置高頻調理單元與所述高頻傳感器對應連接，所述前置高頻調理單元設置為對對應的高頻傳感器傳輸?shù)男盘栠M行放大和濾波；所述前置特高頻調理單元與所述特高頻傳感器對應連接，所述前置特高頻調理單元設置為對對應的特高頻傳感器傳輸?shù)男盘栠M行放大、濾波和檢波； 檢測前端，其與所述前置調理單元連接，所述檢測前端采集前置調理單元傳輸?shù)男盘?，并在提取信號的特征參?shù)后，將相關的數(shù)據(jù)發(fā)送出去； 便攜檢測終端，其與所述檢測前端無線連接，所述便攜檢測終端接收檢測前端發(fā)送的數(shù)據(jù)，以對其進行分析診斷。
2.如權利要求1所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻傳感器為甜形結構，以夾持在被測電纜上。
3.如權利要求1所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述特高頻傳感器為微帶天線，微帶天線的天線面板為三角對數(shù)周期式。
4.如權利要求1所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測前端具有兩個采集通道，分別對應前置高頻調理單元和前置特高頻調理單元。
5.如權利要求1所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測前端包括: 信號采集及特征提取單元，其與所述前置調理單元連接，所述信號采集及特征提取單元采集前置調理單元傳輸?shù)男盘?，并提取信號的特征參?shù)； 無線發(fā)送模塊，其與信號采集及特征提取單元連接，以將所述相關的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
6.如權利要求5所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測前端還包括供電模塊，其設置為為所述信號采集及特征提取單元、無線發(fā)送模塊和前置調理單元供電。
7.如權利要求5所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線發(fā)送模塊為Zigbee無線模塊。
8.如權利要求1所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述便攜檢測終端包括: 無線接收模塊，其與檢測前端無線連接，以接收檢測前端發(fā)送的數(shù)據(jù)； 裝設有診斷專家系統(tǒng)的便攜主機，其與所述無線接收模塊連接，接收無線接收模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
9.如權利要求8所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線接收模塊為Zigbee無線模塊。
10.如權利要求1所述的流動式電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述診斷專家系統(tǒng)包括: 信號預處理模塊，其將接收的數(shù)據(jù)轉換為相位-放電量-放電次數(shù)三維圖譜，并獲得最大放電量相位分布二維圖譜、平均放電量相位分布二維圖譜、放電次數(shù)相位分布二維圖譜、放電次數(shù)分布二維圖譜和放電能量分布二維圖譜； 特征指紋提取模塊，其與信號預處理模塊連接，以對所述三維圖譜和二維圖譜提取特征參數(shù)； 特征數(shù)據(jù)庫，其存儲有表征典型的電纜絕緣缺陷的局部放電PRPD圖譜； 智能分類器，其與特征指紋提取模塊和特征數(shù)據(jù)庫分別連接，所述智能分類器根據(jù)輸入的特征參數(shù)分類局部放電信號，并將其與特征數(shù)據(jù)庫存儲的局部放電PRPD圖譜進行比對，以輸出局部放電類型； 評估診斷模塊，其與特征指紋提取模塊連接，以根據(jù)特征指紋提取模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)判斷局部放電的嚴重程度。``
【文檔編號】G01R31/12GK103698674SQ201410001172
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權日:2014年1月2日
【發(fā)明者】王彥良, 錢勇, 徐斌, 張峰, 靳方元, 郗騁, 劉宗杰, 李靖強, 付珂, 田崇峰, 張一鳴, 李嫣然, 魏翀, 盛戈皞, 江秀臣 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司濟寧供電公司, 上海交通大學