基于gps同步授時的xlpe電纜局部放電定位裝置制造方法
【專利摘要】一種基于GPS同步授時的XLPE電纜局部放電定位裝置，包括第一高頻傳感器、第二高頻傳感器、XLPE電纜局部放電檢測定位主機、XLPE電纜局部放電檢測定位從機和上位機。本發(fā)明將單一的定位裝置分為兩個，分別檢測一條XLPE電纜兩端電纜接頭接地線上的高頻電流信號，其中一個裝置作為檢測主機，另外一個裝置作為檢測從機，主機和從機通過GPS授時同步實現(xiàn)同步采集，從而獲得同一脈沖的精確時間差，實現(xiàn)精確定位局部放電源。
【專利說明】基于GPS同步授時的XLPE電纜局部放電定位裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及局部放電定位【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種用于交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜的基于GPS同步授時的局部放電定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜大量應(yīng)用于城市主電網(wǎng)中。由于XLPE電纜制作時原材料不純，或者由于制作工藝的問題，絕緣層可能會存在氣隙、雜質(zhì)或突出物，在這些存在氣隙和突出物的部位極易發(fā)送局部放電；另外XLPE電纜運行環(huán)境比較惡劣，其絕緣材料易于收到侵蝕，在局部放電的作用下，會加劇絕緣材料的老化，最終導(dǎo)致主絕緣擊穿發(fā)生故障。因此檢測并定位XLPE電纜局部放電，對于及早發(fā)現(xiàn)故障隱患，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性有重大意義。
[0003]局部放電的檢測主要有脈沖電流法、特高頻檢測法、高頻電流檢測法、超聲檢測法等。其中脈沖電流不適用與現(xiàn)場檢測，特高頻信號和超聲信號在電纜中衰減比較嚴(yán)重，因此針對XLPE電纜局部放電檢測通常使用高頻電流檢測法。局部放電產(chǎn)生的高頻電流信號會從局部放電發(fā)生點沿電纜向兩端傳播，高頻電流檢測法通常使用高頻電流傳感器(HFCT)接在電纜接頭的接地線上，通過檢測接地線上的高頻電流檢測是否有局部放電發(fā)生。
[0004]目前已有的XLPE電纜局部放電定位技術(shù)主要有兩種,一種是聲電聯(lián)合檢測法,一種是振蕩波檢測法。聲電聯(lián)合檢測法同時采用超聲檢測法和高頻電流檢測法兩種檢測方法，利用高頻電流信號和超聲信號在XLPE電纜中傳播速度不同，可以確定局部放電信號傳來的方向，如需準(zhǔn)確定位局部放電的位置則耗時長、操作復(fù)雜。振蕩波檢測法利用振蕩波信號發(fā)生器替代工頻的試驗電源，在XLPE電纜的一端注入振蕩波電壓，利用振蕩波電壓引發(fā)缺陷產(chǎn)生局部放電并定位局部放電位置，缺點是需要專門的振蕩波信號發(fā)生器，而且需要設(shè)備停運。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對傳統(tǒng)的XLPE電纜局部放電定位技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供一種基于GPS同步授時的XLPE電纜局部放電定位裝置及定位方法，將單一的定位裝置分為兩個，分別檢測一條XLPE電纜兩端電纜接頭接地線上的高頻電流信號，其中一個裝置作為檢測主機，另外一個裝置作為檢測從機，主機和從機通過GPS授時同步實現(xiàn)同步采集，從而獲得同一脈沖的精確時間差，實現(xiàn)精確定位局部放電源。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]一種基于GPS同步授時的XLPE電纜局部放電定位裝置，其特點在于，包括第一高頻傳感器、第二高頻傳感器、XLPE電纜局部放電檢測定位主機、XLPE電纜局部放電檢測定位從機和上位機；
[0008]所述的XLPE電纜局部放電檢測定位主機包括保護電路、高頻放大電路、微控制單元(MCU)、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、EEPROM存儲器、液晶顯示屏和操作面板，所述的保護電路一端與所述的第一高頻傳感器的一端相連，該保護電路的另一端與所述的高頻放大電路相連，所述的MCU模塊分別與所述的高頻放大電路、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、EEPROM存儲器、液晶顯示屏、操作面板連接，所述的EEPROM存儲另一端經(jīng)上位機接口與所述的上位機相連；
[0009]所述的XLPE電纜局部放電檢測定位從機包括保護電路、高頻放大電路、MCU、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、EEPROM存儲器、液晶顯示屏和操作面板，所述的保護電路一端與所述的第二高頻傳感器的一端相連，該保護電路的另一端與所述的高頻放大電路相連，所述的MCU模塊分別與所述的高頻放大電路、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、EEPROM存儲器、液晶顯示屏、操作面板連接。
[0010]一種基于GPS同步授時的XLPE電纜局部放電定位方法，其特點在于，該方法包括如下步驟:
[0011]①將第一高頻傳感器和第二高頻高頻傳感器的一端分別接在待測電纜兩端接頭的接地線上；
[0012]②將第一高頻傳感器和第二高頻高頻傳感器的另一端分別與XLPE電纜局部放電檢測定位主機和XLPE電纜局部放電檢測定位從機相連；
[0013]③啟動系統(tǒng)，XLPE電纜局部放電檢測定位主機發(fā)出檢測命令后進(jìn)入等待狀態(tài)，XLPE電纜局部放電檢測定位從機接收到檢測命令后回復(fù)XLPE電纜局部放電檢測定位主機確認(rèn)收到檢測命令，完成握手過程，然后也開始等待；
[0014]④XLPE電纜局部放電檢測定位主機和XLPE電纜局部放電檢測定位從機完成握手過程后同步計數(shù)N個PPS脈沖，然后開始同步采集待測電纜兩端接頭接地線的脈沖信號；
[0015]⑤XLPE電纜局部放電檢測定位主機采集待測電纜一端的脈沖波形數(shù)據(jù)；
[0016]⑥XLPE電纜局部放電檢測定位從機同步采集待測電纜另一端的脈沖波形數(shù)據(jù)，并通過MCU與無線通訊模塊將脈沖波形數(shù)據(jù)和從GPS時間模塊讀取的時間戳信息傳輸給XLPE電纜局部放電檢測定位主機；
[0017]XLPE電纜局部放電檢測定位主機的無線通訊模塊接收XLPE電纜局部放電檢測定位從機傳輸?shù)拿}沖波形數(shù)據(jù)和時間戳信息，并將其傳輸給XLPE電纜局部放電檢測定位主機的MCU ；
[0018]⑦XLPE電纜局部放電檢測定位主機的MCU對兩組波形數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析，當(dāng)兩者波形一致時，則計算時差并定位局部放電源；
[0019]當(dāng)兩者波形無一致波時，則再次發(fā)送采集命令，重復(fù)上述采集過程，若重復(fù)10次均無一致波形，則判斷局部放電源不在該段電纜內(nèi)。
[0020]XLPE電纜局部放電檢測定位主機和從機都做成便于攜帶的手持式設(shè)備，其中都含有高速采集設(shè)備，通過連接HFCT傳感器可以檢測局部放電傳至電纜接頭接地線的高頻電流信號，以此檢測是否存在局部放電。
[0021]XLPE電纜局部放電檢測定位主機和從機都主要由放大電路、保護電路、MCU、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、EEPROM存儲器、液晶顯示屏、操作面板組成。放大電路負(fù)責(zé)將采集的局部放電產(chǎn)生的高頻電流信號放大；MCU模塊對采集到脈沖數(shù)據(jù)和其時間戳進(jìn)行分析，其中從機的MCU模塊負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、脈沖峰值提取、加時間戳等功能，主機的MCU模塊除了負(fù)責(zé)本機所采集到的數(shù)據(jù)的分析處理，還負(fù)責(zé)對從機通過無線通訊所上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行波形相關(guān)性分析、時間差計算等功能；GPS時鐘模塊負(fù)責(zé)提供同步采集的同步脈沖和精確時間戳；無線通訊模塊負(fù)責(zé)主從機之間的控制命令和波形數(shù)據(jù)的傳輸；EEPROM存儲器負(fù)責(zé)存儲歷史檢測數(shù)據(jù)，并可通過數(shù)據(jù)接口上傳；液晶顯示屏和操作面板負(fù)責(zé)提供人機接口。
[0022]XLPE電纜局部放電檢測定位從機在進(jìn)行局部放電定位時通過GPS的授時功能同步測量高頻電流脈沖，將測得的脈沖波形數(shù)據(jù)通過無線通訊傳輸?shù)姆绞絺鬟f給XLPE電纜局部放電檢測定位主機進(jìn)行進(jìn)一步的運算。
[0023]XLPE電纜局部放電檢測定位主機在進(jìn)行局部放電定位時通過無線數(shù)據(jù)通訊告知XLPE電纜局部放電檢測定位從機進(jìn)行同步檢測，從機將檢測到的脈沖波形數(shù)據(jù)與時標(biāo)信息傳送到主機以后，主機(采用小波算法對從機和主機所檢測的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行波形相關(guān)性分析)檢測該脈沖數(shù)據(jù)與本機所檢測到數(shù)據(jù)的波形相關(guān)性和時差，并根據(jù)用戶設(shè)置的電纜長度定位局部放電位置，顯示在人機界面上。所有的局部放電檢測數(shù)據(jù)還可以通過數(shù)據(jù)連接口發(fā)送至上位機中。
[0024]上位機可以存儲XLPE電纜局部放電檢測定位主機上傳的局部放電檢測數(shù)據(jù)，并且提供用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和數(shù)據(jù)圖形化顯示，便于后續(xù)的分析和研究。
[0025]系統(tǒng)中使用硬件濾波器和軟件濾波算法去除干擾脈沖的影響。
[0026]XLPE電纜局部放電定位的關(guān)鍵在于測量局部放電信號傳遞到主機和從機的精確時間差。本系統(tǒng)使用GPS同步授時實現(xiàn)主機和從機的同步測量，GPS可以輸出一個IHz的方波，稱為PPS波。這個方波通過衛(wèi)星信號進(jìn)行同步，不同設(shè)備間PPS波上升沿之間的誤差極小，在Ius以下，對應(yīng)于一個工頻周期中的0.018°，足夠用來作為同步測量的信號。另外在主機和從機在檢測局部放電脈沖信號的同時會對波形原始數(shù)據(jù)加時間戳，該時間戳從GPS授時模塊讀取，可以確保主從機之間的時間同步，保證時間差計算的精確性。
[0027]與聲電聯(lián)合檢測技術(shù)相比，本發(fā)明在進(jìn)行XLPE電纜局部放電檢測定位作業(yè)時操作簡單，檢測速度快，使用方便，與振蕩波檢測法相比，本發(fā)明在進(jìn)行XLPE電纜局部放電檢測定位作業(yè)時無需使電纜停電，并且不需要額外的信號發(fā)生器，從而降低了成本，適合于電纜普測工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明基于GPS同步授時的局部放電定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明基于GPS同步授時的局部放電定位裝置測量示意圖。
[0030]圖3為XLPE電纜局部放電檢測定位主機的結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖4為XLPE電纜局部放電檢測定位從機的結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖5為基于GPS同步的測量時序。
[0033]圖6為測量流程圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明XLPE電纜局部放電檢測定位系統(tǒng)作詳細(xì)說明:本實施例給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0035]如圖1所示，本實施例包括:XLPE電纜局部放電檢測定位主機、XLPE電纜局部放電檢測定位從機與上位機。XLPE電纜局部放電檢測定位主機和從機都是便于攜帶的手持設(shè)備，需要進(jìn)行XLPE電纜局部放電檢測定位時，人工攜帶XLPE電纜局部放電檢測定位主機和從機分別至被測電纜的兩端電纜接頭處，將主機和從機的高頻電流傳感器分別接在相應(yīng)位置電纜接頭的接地線上。通過GPS同步授時和無線通信，由XLPE電纜局部放電檢測定位主機和從機共同完成電纜局部放電檢測與定位。存儲的數(shù)據(jù)可傳輸?shù)缴衔粰C進(jìn)行進(jìn)一步分析。
[0036]如圖3所示，XLPE電纜局部放電檢測定位主機包括傳感器、放大電路、保護電路、MCU、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、存儲器、液晶顯示屏、操作面板。保護電路一端接在傳感器，另一端與放大電路相連接，MCU模塊分別與放大電路、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、存儲器、液晶顯示屏、操作面板連接。傳感器套在XLPE電纜接頭接地線上，將流過XLPE電纜接頭接地線上脈沖電流信號傳遞給保護電路。保護電路用來保護設(shè)備內(nèi)部器件和人員安全，以防測量時間電纜接地線上出現(xiàn)較大電流，造成設(shè)備損壞和人員受傷。MCU模塊接受操作面板的控制，向無線通訊模塊發(fā)送通信命令，讀取GPS時鐘模塊的時間戳信息，將計算結(jié)果顯示在液晶顯示屏上，并存儲在EEPROM存儲器中。存儲在EEPROM中的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)接口上傳至上位機。
[0037]XLPE電纜局部放電檢測定位從機在主機發(fā)出測量命令時通過GPS時鐘模塊的同步脈沖信號同步采集XLPE電纜另一端電纜接頭接地線的脈沖信號，將脈沖電流數(shù)據(jù)和MCU從GPS時鐘模塊讀取的脈沖時間戳信息通過無線通信發(fā)送至主機，并存儲在EEPROM存儲器中。
[0038]測量過程如圖6所示，XLPE電纜局部放電檢測定位主機發(fā)出檢測命令后進(jìn)入等待狀態(tài)，從機接收到檢測命令后回復(fù)主機確認(rèn)收到命令，完成握手過程，然后也開始等待。主機和從機從完成握手過程后同步計數(shù)N個PPS脈沖，然后開始同步采集I秒鐘的脈沖波形數(shù)據(jù)。從機將檢測到的脈沖波形數(shù)據(jù)和從GPS時間模塊讀取的時間戳信息傳回XLPE電纜局部放電檢測定位主機處，由主機MCU模塊對兩個數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算時間差并定位局部放電源。主機通過對波形數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析，波形一致則計算時差，若無一致波形則自動再次發(fā)送采集命令，重復(fù)上述采集過程。若重復(fù)10次均無一致波形，則判斷局部放電源不在該段電纜內(nèi)。
[0039]本系統(tǒng)同步實現(xiàn)的原理如圖5。實現(xiàn)的方法為在XLPE電纜局部放電檢測定位主機和從機上分別安裝GPS模塊，用來獲取同步的時鐘信號。需要進(jìn)行局部放電定位時，先由XLPE電纜局部放電檢測定位主機等待下一個PPS脈沖，當(dāng)PPS脈沖來臨，用其上升沿觸發(fā)控制器，對從機發(fā)出檢測命令，并從下一個PPS脈沖開始對PPS脈沖計數(shù)。從機收到檢測命令后,也從下一個PPS脈沖開始對PPS脈沖計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到一個預(yù)定數(shù)值時,主從機就開始同步采集高頻電流信號，采集IS的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)分析處理。從機將采集的數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)姆绞絺骰刂鳈C，由主機對兩個數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到時間差和定位結(jié)果并將數(shù)據(jù)存儲。
【權(quán)利要求】
1.一種基于GPS同步授時的XLPE電纜局部放電定位裝置，其特征在于，包括第一高頻傳感器、第二高頻傳感器、XLPE電纜局部放電檢測定位主機、XLPE電纜局部放電檢測定位從機和上位機； 所述的XLPE電纜局部放電檢測定位主機包括保護電路、高頻放大電路、MCU、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、EEPROM存儲器、液晶顯示屏和操作面板，所述的保護電路一端與所述的第一高頻傳感器的一端相連，該保護電路的另一端與所述的高頻放大電路相連，所述的MCU模塊分別與所述的高頻放大電路、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、EEPROM存儲器、液晶顯示屏、操作面板連接，所述的EEPROM存儲另一端經(jīng)上位機接口與所述的上位機相連； 所述的XLPE電纜局部放電檢測定位從機包括保護電路、高頻放大電路、MCU、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、EEPROM存儲器、液晶顯示屏和操作面板，所述的保護電路一端與所述的第二高頻傳感器的一端相連，該保護電路的另一端與所述的高頻放大電路相連，所述的MCU模塊分別與所述的高頻放大電路、GPS時鐘模塊、無線通訊模塊、EEPROM存儲器、液晶顯示屏、操作面板連接。
【文檔編號】G01R31/08GK103823157SQ201410052471
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】宋輝, 盛戈皞, 錢勇, 代杰杰, 江秀臣 申請人:上海交通大學(xué)