本實用新型涉及電力系統(tǒng)局部放電檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種可定位的特高頻電纜局部放電檢測裝置。

背景技術(shù)：

近年來，高壓XLPE電力電纜在城市電力線路中的占比越來越大，受重視程度也日漸增高，在保障城市居民用電中起著舉足輕重的作用。國內(nèi)從上世紀八九十年代開始引進110kV電壓等級的XLPE電纜，到現(xiàn)在還正在運行的部分電纜已經(jīng)進入預定壽命的“中年期”，甚至有相當一部分高壓電纜處于超負荷帶病運行狀態(tài)，加之存在電纜本體質(zhì)量，附件安裝敷設(shè)質(zhì)量和外力破壞等問題，更使得這一問題愈加突出，高壓XLPE電纜故障率也越來越高。國內(nèi)外研究表明，電纜主絕緣缺陷是導致電纜故障的主要原因，而局部放電檢測方法是國際技術(shù)領(lǐng)域上共認得檢測電纜絕緣缺陷最有效方法。國內(nèi)外的專家學者以及IEEE、IEC、CIGRE等國際權(quán)威機構(gòu)組織更一致推薦局部放電試驗作為是電纜及其附件絕緣狀況評價的最佳方法。因此，為了避免電纜事故的頻繁發(fā)生，在發(fā)生事故前找到電纜隱患，有效的局部放電檢測必不可少。

電纜局部放電檢測的方法很多，現(xiàn)今在現(xiàn)場還在使用的電氣在線測量法主要是高頻局部放電檢測法。傳統(tǒng)觀念認為，局部放電信號的主要頻帶在100MHz以下，因此高頻檢測法的主要工作頻帶已經(jīng)完全適用于XLPE電纜的局部放電檢測，但國內(nèi)外大量高壓XLPE電纜局放檢測結(jié)果表明，高頻檢測法的檢測效果有限，隨著應用范圍的增大，已經(jīng)浮現(xiàn)出越來越多的缺陷與不足，極易產(chǎn)生誤判，特別是目前的判據(jù)主要來源于U-Φ譜圖、放電量、時域信號，由于參數(shù)少，反應面狹窄，更是容易造成結(jié)果為疑似，使得運行部門無從下手消缺。早有研究表明，局部放電信號的頻率可達上GHz，在GIS上特高頻技術(shù)已經(jīng)得到成熟應用，但在電纜上仍以高頻局放檢測技術(shù)為主流。高頻局放檢測設(shè)備的局限性在于，一是獲取信號頻帶太低，例如，根據(jù)我國電磁信號頻段劃分低頻(30kHz～300kHz)、中頻(300kHz～3MHz)、高頻(3MHz～30MHz)、甚高頻(30MHz～300MHz)、特高頻(300MHz～3GHz)等，現(xiàn)有技術(shù)的局部放電檢測設(shè)備只能測量高頻或甚高頻以下頻率，不能測量特高頻信號，因此丟失了寶貴的特高頻信息。二是對局部放電的判別方法單一，還是繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的放電量-相位譜圖或信號波形頻率譜圖，三是無法對測得的局部放電信號進行定位，四是測量傳感器并不直接檢測電纜本體，而是獲取接地線信號，引入噪聲干擾大。因此，現(xiàn)今國內(nèi)外主流高頻局放設(shè)備普遍存在對問題電纜的運行狀態(tài)“說不清，道不明”的問題，得出的結(jié)論也往往是讓運營方頭疼的“疑似放電”，亦或是獲得了放電信號，卻不知道其源于何處。

由于存在上述問題，在電纜局部放電領(lǐng)域，迫切的需要一種能夠完整采集局部放電信號，準確判斷特高頻電纜局部放電狀態(tài)并具有定位功能的裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的電纜局部放電檢測設(shè)備測不準和無法實現(xiàn)電纜局部放電定位的缺陷，本實用新型提供了一種可定位的特高頻電纜局部放電檢測裝置，采用特高頻局部放電檢測和獨立多通道同步技術(shù)，傳感器直接測量待測電纜本體或附件，準確采集中低頻、高頻、甚高頻和特高頻局部放電信號，獲取完整電纜局部放電信息，利用雙通道差分有效去噪，特征置信區(qū)間識別來自電纜的真正局放信號，五聯(lián)法多參數(shù)綜合判定局部放電情況并實現(xiàn)局部放電缺陷的定位，為提前發(fā)現(xiàn)危險電纜缺陷提供有效的支持，確保電力電纜及其附件的安全運行。

本實用新型采用技術(shù)方案是：

一種可定位的特高頻電纜局部放電檢測裝置，包括：傳感器模塊，數(shù)據(jù)同步采集模塊，分析處理模塊，去噪電源模塊和用戶控制終端；

其中，所述傳感器模塊包括兩個特高頻傳感器和一個工頻信號傳感器，所述兩個特高頻傳感器包括第一特高頻傳感器和第二特高頻傳感器，為相同型號參數(shù)的特高頻傳感器，用于獲取電纜局部放電信號；所述工頻信號傳感器用于獲得工頻信號；所述數(shù)據(jù)同步采集模塊包括兩個高速采集通道和一個低速采集通道，所述兩個高速采集通道分別外接第一特高頻傳感器和第二特高頻傳感器；所述低速采集通道連接所述工頻信號傳感器；數(shù)據(jù)同步采集模塊同步采集特高頻及以下頻段的局部放電信號、環(huán)境信號和工頻信號。

所述去噪電源模塊包括便攜式電源，低通電源濾波器，帶屏蔽電源線和防電磁干擾屏蔽罩，用于在室內(nèi)或戶外裝置使用時防止由便攜式電源引入的噪聲干擾。

所述用戶控制終端用于數(shù)據(jù)采集顯示、結(jié)果分析、歷史數(shù)據(jù)查看和實時打印報表。

進一步，所述特高頻傳感器中的第一特高頻傳感器安置在待檢測電纜本體或其電纜附件外部，基于檢測原理分為電容式與電磁式兩種，電磁式特高頻傳感器主要檢測30MHz至1.0GHz信號，貼緊待測電纜放置，電容式特高頻傳感器可檢測1.5GHz以下信號，本實用新型優(yōu)選電容式特高頻傳感器，安置方式為緊密纏繞在待測電纜上，相同的另一個特高頻傳感器(即第二特高頻傳感器)安置在距該第一特高頻傳感器及待測電纜預定距離的環(huán)境中可同步檢測環(huán)境干擾信號，所述預定距離例如是2米；利用雙通道差分可實現(xiàn)去除環(huán)境引入的噪聲，工頻信號傳感器則放置在與第一特高頻傳感器同一相待測電纜上。

進一步，所述防電磁干擾屏蔽罩由高密度合金網(wǎng)構(gòu)成，安置在220V交流電壓輸出的便攜式電源外部，局部放電檢測裝置與便攜式電源之間連接一個電源濾波器，并將防電磁干擾屏蔽罩接地達到去除電源干擾的效果。

進一步，兩高速采集通道能夠同步采集頻率在1.5GHz以下所有信號，同步時間精度不大于0.2ns。

進一步，分析處理模塊使用的五聯(lián)法包括放電量-相位譜圖、特征置信區(qū)間、放電可信度、周期放電概率和放電量五個獨立標準，簡稱“五聯(lián)法”，用來定性和定量聯(lián)合評判電纜局部放電及其嚴重程度；所謂放電可信度是指通過第一步置信區(qū)間去除區(qū)間外噪聲數(shù)據(jù)和第二步雙通道對比差分去除區(qū)間內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)后，基于大數(shù)據(jù)統(tǒng)計原理分析置信區(qū)間內(nèi)所剩數(shù)據(jù)為局部放電信號的可能性；所謂周期放電概率標示局部放電信號出現(xiàn)的頻率和作為缺陷嚴重程度的判據(jù)之一，基于大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析一個放電周期內(nèi)放電信號的權(quán)重和關(guān)系。

進一步，將第一特高頻傳感器和第二特高頻傳感器間隔2m及以上安置在同一根待檢測電纜上，基于高精度數(shù)據(jù)同步采集，可以通過短距離時差法根據(jù)信號傳播方向及幅值對比來實現(xiàn)局部放電信號的定位。

本實用新型還提出一種可定位的特高頻電纜局部放電檢測方法，利用上述放電檢測裝置進行測量，具體步驟包括：

將第一特高頻傳感器放置在靠近電纜位置，將第二特高頻傳感器放置在電纜周圍環(huán)境中一位置；采集第一特高頻傳感器檢測到的測量端信號FA和第二特高頻傳感器檢測到的環(huán)境端信號FB；采集工頻信號傳感器獲得電纜工頻信號SA；所述測量端信號FA和環(huán)境端信號FB通過數(shù)據(jù)同步采集模塊中的高速采集通道傳輸?shù)椒治鎏幚砟K，所述工頻信號通過低速采集通道傳輸?shù)椒治鎏幚砟K；

所述分析處理模塊通過“五聯(lián)法”綜合分析采集到的同步數(shù)據(jù)，去除外界噪聲干擾，對比局部放電據(jù)專家數(shù)據(jù)庫中案例自動識別電纜局部放電信號，并實現(xiàn)局放定位，存儲有效數(shù)據(jù)；所述“五聯(lián)法”分析放電量-相位譜圖、特征置信區(qū)間、放電可信度、周期放電概率以及放電量五個獨立標準的參量數(shù)據(jù)；

本實用新型使用簡單，傳感器安裝便捷，采樣精度高，能有效采集高頻及以下頻率、甚高頻、特高頻信號，可利用專家數(shù)據(jù)庫采用“五聯(lián)法”自動對采集數(shù)據(jù)進行分析處理，無需人為對信號進行分析即可得到準確的電纜局部放電情況，具有強大的抗干擾能力和有效的局放源定位功能。本實用新型可有效地彌補現(xiàn)有電纜局部放電檢測技術(shù)分析結(jié)果受人為檢測誤差影響較大、檢測結(jié)論多為不確定的疑似結(jié)果、無法對局部放電信號源及噪聲信號源進行有效定位等無法攻克的關(guān)鍵技術(shù)空白。

附圖說明

圖1為本實用新型所采用的檢測裝置系統(tǒng)框圖。

圖2(a)為本實用新型信號采集分析和局部放電檢測流程框圖。

圖2(b)為本實用新型定位局部放電位置流程框圖。

圖3為局部放電源定位原理框圖。

圖4為本實用新型中電源去噪裝置連接圖。

圖5為本實用新型功能框架圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做詳細說明。

圖1為本實用新型的檢測裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要包括傳感器模塊，同步采集模塊，分析處理模塊，去噪電源模塊和用戶控制終端。其中傳感器模塊包括兩只特高頻傳感器和一只工頻信號傳感器，工頻信號傳感器和一只特高頻傳感器安置在待測電纜上用來獲取局部放電信號FA和工頻信號SA，另一只特高頻傳感器安置在測量環(huán)境的空氣中，用來檢測環(huán)境信號FB；同步采集模塊包括兩個分別用來接收局部放電信號FA和環(huán)境信號FB的高速采集通道，一個用來接收工頻信號SA的低速采集通道和高精度同步時鐘，可精確采集特高頻傳感器的輸出的信號，三通道同步誤差不大于0.2ns，給實現(xiàn)定位功能提供了硬件支持；分析處理模塊包括多核處理器和大容量存儲器，采用“五聯(lián)法”綜合分析采集到的同步數(shù)據(jù)，雙通道同步差分去除外界噪聲干擾，利用專家數(shù)據(jù)庫自動識別電纜局部放電信號，并實現(xiàn)局放源的定位，將有效數(shù)據(jù)存儲至大容量存儲器中；去噪電源模塊包括便攜式電源系統(tǒng)，低通濾波器去噪模塊，電源模塊，為裝置的正常使用提供電力支持，同時戶外使用裝置時防止由便攜式電源系統(tǒng)引入的噪聲干擾；用戶控制終端模塊包括外圍設(shè)備接口和用戶控制終端，顯示連接提供兩種接口，分別為基于RJ45的個人PC遠程訪問和基于VGA的顯示器連接，提供USB接口作為外設(shè)連接通道，也可用于數(shù)據(jù)的移動存儲設(shè)備導出，用戶控制終端可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集顯示，局放結(jié)果分析，局放故障定位，歷史數(shù)據(jù)查看和現(xiàn)場報告導出功能。

圖2(a)為常規(guī)測量數(shù)據(jù)分析流程，本實用新型首先測量現(xiàn)場信號時間和幅度信息，具體為：采集測量端信號FA和環(huán)境端信號FB，同時使用工頻同步信號SA計算零點時刻，完成信號的同步提取功能。對于采集到的現(xiàn)場信號即測量端信號FA和環(huán)境端信號FB進行處理，對測量端信號FA和環(huán)境端信號FB進行時域與頻域特征模糊對比差分，統(tǒng)計放電量和相位信息，可以得到原始數(shù)據(jù)譜圖。一方面，對原始數(shù)據(jù)譜圖進行進一步分析，另一方面，原始數(shù)據(jù)譜圖作為數(shù)據(jù)資料添加到原始數(shù)據(jù)譜圖庫，對原始數(shù)據(jù)譜圖庫進行更新。根據(jù)模式識別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論方法對原始數(shù)據(jù)譜圖的特征置信區(qū)間進行分析，進而得到放電量-相位譜圖，并進一步分析放電量、放電可信度、周期放電概率指標參數(shù)。本實用新型關(guān)注放電量-相位譜圖、特征置信區(qū)間、放電可信度、周期放電概率及放電量五個局部放電獨立參數(shù)，通過各獨立參數(shù)的分析，對檢測到的信號進行識別，通過“五聯(lián)法”判斷其是否為電纜中局部放電信號并分析導致該局部放電的缺陷的嚴重程度，給出合理的檢修建議。此為電纜局部放電檢測的信號采集分析流程，主要功能是準確識別局部放電信號，在發(fā)現(xiàn)了局部放電信號后，還需要重新安置傳感器，利用本實用新型提供的局部放電定位方法進行局部放電源的定位，如圖2(b)所示為定位分析流程，經(jīng)圖2(a)方法識別局部放電信號后，將兩特高頻傳感器放置在該問題電纜附件一側(cè)同時進行測量，同步采集1位置特高頻傳感器和2位置特高頻傳感器獲取的放電信息，通過“五聯(lián)法”識別局部放電信號，對該時刻兩通道信號進行幅值和時間差信息提取，利用短距離時差法判斷該局部放電信號來源方向。進一步的細節(jié)請繼續(xù)參考圖3。

圖3為本實用新型局部放電源的定位原理示意圖。圖3示出一段電纜，其上還連接有一電纜附件(電纜附件與電纜屬于兩種設(shè)備，電纜附件特指在電纜長度不足時或電纜與架空線連接時所用到的連接接頭)。針對同一電纜附件進行兩次測量，通過兩次測量結(jié)果的綜合分析，判斷檢測到的局部放電信號來源于此電纜附件，或由該電纜附件的左側(cè)方向或右側(cè)方向傳播至測量位置，此即短距離時差法的現(xiàn)場測試實施方法。具體參考圖3，其中1為特高頻傳感器A，2為與A相同的特高頻傳感器B，3為信號處理裝置，將特高頻傳感器A和B同時放置在電纜附件一端的電纜本體上，間隔L＝2米，同步采集獲取的電纜局部放電信號，從導出的數(shù)據(jù)中利用短距離時差法比較信號傳輸時間差及幅值大小，得到信號的傳播方向。完成上一步測量后，移動本實用新型裝置至位置6，將特高頻傳感器A放置在位置4，特高頻傳感器B放置在位置5，同樣間隔2米，同步采集獲取的同一個電纜局部放電信號，從導出的數(shù)據(jù)中得到此時該信號的傳播方向，若兩次檢測判定信號來源方向相反，則檢測信號為被測電纜附件產(chǎn)生的信號，可以對該電纜附件進行成功定位；若兩次檢測判定信號來源方向一致，方向均由特高頻傳感器A指向特高頻傳感器B，則檢測信號為該方向傳播到此檢測點的信號，可沿判定方向繼續(xù)進行檢測定位工作，直至找到信號源頭，并對其準確定位。

圖4為在無標準市電時使用的去噪電源模塊的結(jié)構(gòu)，圖中7為由高密度合金網(wǎng)構(gòu)成的全密閉防電磁干擾屏蔽罩，8為便攜式電源，9為低通電源濾波模塊，10為帶屏蔽電源線，11為本實用新型電纜特高頻局部放電檢測裝置，將便攜式電源放置在防電磁干擾屏蔽罩中，使用帶屏蔽電源線通過低通電源濾波模塊將便攜式電源與特高頻局放檢測裝置連接，防電磁干擾屏蔽罩需要接地，特高頻局部放電檢測裝置保護接地，即可實現(xiàn)電源去噪效果。

圖5為本實用新型功能框架，用戶可以使用本實用新型的裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集顯示，局放結(jié)果分析，局放故障定位，歷史數(shù)據(jù)查看和現(xiàn)場報告導出功能。

以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。