一種高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器的制造方法
【專利摘要】一種高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器。其包括三個局放傳感器、局放信號采集處理裝置和電源；局放傳感器為局部放電信號傳感器，其由高頻波傳感器構成，三個局放傳感器分別安裝在A、B、C相電纜終端的表面，并分別與局放信號采集處理裝置的三個信號采集輸入端相連接。本發(fā)明提供的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器采用增益大、頻帶寬、靈敏度高的高頻局放傳感器，并設計了相應的信號放大電路和濾波電路，借助ARM開發(fā)了局放高頻信號后續(xù)處理程序，實現了局放信號放電幅值的顯示和報警信息的發(fā)布。與此同時，利用UPS在負荷側取電，最終實現了對電纜終端的局部放電在線監(jiān)測、絕緣缺陷及時發(fā)現、實時跟蹤。
【專利說明】一種高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于高壓電力輸變電【技術領域】，特別是涉及一種高壓電纜終端局部放電高 頻監(jiān)測器。

【背景技術】
[0002] 近年來，電力電纜在城市電網中得到了廣泛的應用，隨之而來的是電纜故障的不 斷增多。電纜終端作為電纜的重要部件，由于其絕緣結構比較復雜，所以影響其絕緣性能的 原因眾多，而且其通常是在現場人工制作，不良工藝容易遺留故障隱患，所以故障率遠遠高 于電纜本體。因此，電纜終端絕緣狀態(tài)的評估對電纜的安全穩(wěn)定運行有著十分重要的實際 意義。局部放電作為絕緣劣化的前兆和主要原因，已被國內外廣大學者廣泛認可。目前，電 纜局部放電的檢測方法主要有基于脈沖電流的電容耦合法、電感耦合法、方向耦合法，基于 局放高頻波信號的高頻法，基于局放超高頻信號的超高頻法和基于光信號的光學法，而電 容耦合法、電感耦合法和高頻法有著較好的運行經驗，方向耦合法、超高頻法和光學法相關 研究和運行經驗較少，目前無法對高壓電纜進行在線監(jiān)測。電容耦合法分為內置電容耦合 法和外置電容耦合法，內置電容耦合法通常將傳感器安裝在電纜半導電層上，這種方法檢 測靈敏度高，不易受到外界的電磁干擾，但需要破壞電纜的原有結構，且安裝十分不便，對 電纜的安全穩(wěn)定運行是一個巨大的隱患；外置電容耦合法是直接將金屬電極貼附于電纜或 接頭的護套外表面，雖安裝方便，但易受到周圍電磁環(huán)境的影響，獲取的信號信噪比較低， 且某些情況下需要停電進行系統(tǒng)測試。電感耦合法的傳感器一般做成鉗型，尺寸大，安裝方 便，對電纜本體沒有影響，但靈敏度較低，易受空間電磁干擾，測量不準確。高頻法是在現場 條件下較早應用成功的技術之一，電纜中局放激發(fā)的高頻信號頻帶在1ΜΗζ-300ΜΗζ之間， 一般可以采1MHz?10MHz的高頻信號檢測電纜中的局放信號，采集高頻信號高頻傳感器的 頻帶基本可以覆蓋此頻帶。雖然高頻信號在不同介質中傳輸衰減較大，但變壓器、GIS外殼 與電纜終端的鎧裝有著良好的連接，信號軸向衰減小，將高頻傳感器安裝在電纜接地線上 可以有效地監(jiān)測電纜終端的局部放電情況。高頻法不會破壞電纜的結構，且安裝十分方便， 受外部電磁噪聲影響較小，是比較理想的現場監(jiān)測方法。
[0003] 國內電纜在線監(jiān)測技術研究起步較晚，至今仍在不斷發(fā)展之中。目前，國內對XLPE 電力電纜尤其是110kV及以上電壓等級的電纜的檢測及監(jiān)測手段還十分落后，缺乏有效的 監(jiān)測手段。


【發(fā)明內容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測 器。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明提供的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器包括：三個 局放傳感器、局放信號采集處理裝置和電源；其中：局放傳感器為局部放電信號傳感器，其 由高頻波傳感器構成，三個局放傳感器分別安裝在A、B、C相電纜終端的表面，并分別與局 放信號采集處理裝置的三個信號采集輸入端相連接；
[0006] 局放信號采集處理裝置為局部放電信號采集處理及顯示模塊，其通過局放傳感器 采集三相電力電纜的局部放電信號，然后將其轉換成數字信號，并進行相應的處理，最后根 據得到的結果進行顯示或輸出報警信號；
[0007] 電源為局放信號采集處理裝置的工作電源，其與局放信號采集處理裝置相連接。
[0008] 所述的局放信號采集處理裝置包括：局放信號放大器、硬件濾波器、局放信號采集 器、局放信號處理器和顯示及報警器，其中：局放信號放大器由三路差分放大電路組成，用 于分別對三個局放傳感器的輸入信號進行放大，其三個輸入端分別與三個局放傳感器相連 接，三個輸出端分別與硬件濾波器的三個輸入端相連接；
[0009] 硬件濾波器由三路濾波電路組成，用于對三路局放輸入信號進行整形濾波，其三 個輸出端分別與局放信號采集器的三個采樣輸入端相連接；
[0010] 局放信號采集器為三通道模數轉換器，其用于將三路局放模擬信號轉換成數字信 號，其輸出端與局放信號處理器相連接；
[0011] 局放信號處理器為數字信號處理器，其輸出端與顯示及報警器相連接，用于從局 放信號采集器中讀取局放數字信號，并對其進行后續(xù)處理和計算，從而根據局放信號識別 局部放電的類型，并確定局放信號的幅值，然后將得到的信息傳送給顯示及報警器；
[0012] 顯示及報警器用于顯示局放信號的相關信息，并根據設定的警戒值進行實時報 警。
[0013] 所述的電源為USP供電電路，其包括：A、B、C相電流互感器、三相整流電路、穩(wěn)壓電 路、充放電控制電路和蓄電池；其中：A、B、C相電流互感器為安裝在三相電力電纜上的三個 電流互感器，其三路輸出分別與三相整流電路的三相輸入回路相連接，當三相電力電纜的 負荷電流在電流互感器工作范圍之內時，A、B、C相電流互感器從三相負荷側取得電流，并將 其輸送給三相整流電路；
[0014] 三相整流電路用于對A、B、C相電流互感器的三相輸出進行整流，其直流輸出端與 穩(wěn)壓電路的輸入端相連接；
[0015] 穩(wěn)壓電路為直流穩(wěn)壓器，其輸出端與充放電控制電路的輸入端相連接，用于對三 相整流電路輸出的直流電進行穩(wěn)壓；
[0016] 充放電控制電路與蓄電池相連接，同時通過供電輸出端與局放信號采集處理裝置 相連接；充放電控制電路用于根據三相電力電纜的負荷電流對蓄電池的充放電進行控制， 當負荷電流在電流互感器工作范圍之內時，電流互感器從負荷側取得電流，此電流經整流 穩(wěn)壓后供給局放信號采集處理裝置，并同時為蓄電池充電；當負荷電流低于電流互感器的 工作范圍時，由蓄電池為局放信號采集處理裝置供電；
[0017] 蓄電池為儲能電池，用于存儲電能，并在需要的時候輸出電能。
[0018] 本發(fā)明提供的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器采用增益大、頻帶寬、靈敏度高 的高頻局放傳感器，并設計了相應的信號放大電路和濾波電路，借助ARM開發(fā)了局放高頻 信號后續(xù)處理程序，實現了局放信號放電幅值的顯示和報警信息的發(fā)布。與此同時，利用 UPS在負荷側取電，最終實現了對電纜終端的局部放電在線監(jiān)測、絕緣缺陷及時發(fā)現、實時 跟蹤。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明提供的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器的組成示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明提供的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器中局放信號采集處理裝 置組成框圖。
[0021] 圖3為本發(fā)明提供的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器中工作電源組成框圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器 進行詳細說明。
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明提供的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器包括：三個局放傳 感器1、局放信號采集處理裝置2和電源3 ;其中：局放傳感器1為局部放電信號傳感器，其 由高頻波傳感器構成，三個局放傳感器1分別安裝在A、B、C相電纜終端的表面，并分別與局 放信號采集處理裝置2的三個信號采集輸入端相連接；
[0024] 局放信號采集處理裝置2為局部放電信號采集處理及顯示模塊，其通過局放傳感 器1采集三相電力電纜的局部放電信號，然后將其轉換成數字信號，并進行相應的處理，最 后根據得到的結果進行顯示或輸出報警信號；
[0025] 電源3為局放信號采集處理裝置2的工作電源，其與局放信號采集處理裝置2相 連接。
[0026] 如圖2所示，所述的局放信號采集處理裝置2包括：局放信號放大器21、硬件濾波 器22、局放信號采集器23、局放信號處理器24和顯示及報警器25,其中：局放信號放大器 21由三路差分放大電路組成，用于分別對三個局放傳感器1的輸入信號進行放大，其三個 輸入端分別與三個局放傳感器1相連接，三個輸出端分別與硬件濾波器22的三個輸入端相 連接；
[0027] 硬件濾波器22由三路濾波電路組成，用于對三路局放輸入信號進行整形濾波，其 三個輸出端分別與局放信號采集器23的三個采樣輸入端相連接；
[0028] 局放信號采集器23為三通道模數轉換器，其用于將三路局放模擬信號轉換成數 字信號，其輸出端與局放信號處理器24相連接；
[0029] 局放信號處理器24為數字信號處理器，其輸出端與顯示及報警器25相連接，用于 從局放信號采集器23中讀取局放數字信號，并對其進行后續(xù)處理和計算，從而根據局放信 號識別局部放電的類型，并確定局放信號的幅值，然后將得到的信息傳送給顯示及報警器 25 ；
[0030] 顯示及報警器25用于顯示局放信號的相關信息，并根據設定的警戒值進行實時 報警。
[0031] 所述的局放信號采集器23和局放信號處理器24的功能可由高性能ARM微控制器 芯片來完成。
[0032] 如圖3所示，所述的電源3為USP供電電路，其包括：A、B、C相電流互感器31、三 相整流電路32、穩(wěn)壓電路33、充放電控制電路34和蓄電池35 ;其中：A、B、C相電流互感器 31為安裝在三相電力電纜上的三個電流互感器，其三路輸出分別與三相整流電路32的三 相輸入回路相連接，當三相電力電纜的負荷電流在電流互感器工作范圍之內時，A、B、C相電 流互感器31可從三相負荷側取得電流，并將其輸送給三相整流電路32 ;
[0033] 三相整流電路32用于對A、B、C相電流互感器31的三相輸出進行整流，其直流輸 出端與穩(wěn)壓電路33的輸入端相連接；
[0034] 穩(wěn)壓電路33為直流穩(wěn)壓器，其輸出端與充放電控制電路34的輸入端相連接，用于 對三相整流電路32輸出的直流電進行穩(wěn)壓；
[0035] 充放電控制電路34與蓄電池35相連接，同時通過供電輸出端與局放信號采集處 理裝置2相連接；充放電控制電路34用于根據三相電力電纜的負荷電流對蓄電池35的充 放電進行控制，即當負荷電流在電流互感器31工作范圍之內時，電流互感器31從負荷側取 得電流，此電流經整流穩(wěn)壓后供給局放信號采集處理裝置2,并同時為蓄電池35充電；當負 荷電流低于電流互感器31的工作范圍時，由蓄電池35為局放信號采集處理裝置2供電；
[0036] 蓄電池35為儲能電池，用于存儲電能，并在需要的時候輸出電能。
[0037] 本發(fā)明提供的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器的工作原理如下：當電纜終端發(fā) 生局部放電時，會輻射出高頻波，利用局放傳感器1的聲電換能功能可實現對高頻信號的 采集和聲電轉換，并通過差分放大電路獲得毫伏級的高頻局放信號，將此信號進行濾波整 形后再進行模數轉換，得到相應的局放數字信號；然后通過數字處理器對局放數字信號進 行識別分析和運算，從而確定局部放電的類型和強度，以便進行進一步處理，及時發(fā)現電纜 終端的絕緣缺陷，并實現實時跟蹤。
[0038] 目前，國內外主要通過監(jiān)測電纜終端絕緣的局部放電對其絕緣老化狀態(tài)進行評 價。電纜終端絕緣局部放電會輻射出微弱高頻波信號，高頻波信號的獲取需要具有帶寬寬、 增益大且線性度高的傳感器；其次，由于局放高頻信號小，信噪比低，對信號的放大、濾波以 及后續(xù)的處理也提出了更高的要求；再次，在現場沒有穩(wěn)定電源供電的情況下如何實現在 線監(jiān)測也是一個難點。本發(fā)明針對以上難點，設計了符合電纜終端局放高頻信號頻帶的高 頻傳感器，此高頻傳感器在高頻局放信號主頻帶內具有良好的線性度和穩(wěn)定的增益，能夠 有效地獲取局放高頻信號；針對局放高頻信號的提取難度大這一難點，設計了放大、濾波電 路，并運用有效的混合算法，實現了局放高頻信號的準確提??；針對現場沒有穩(wěn)定電壓源的 情況，選擇了符合要求的UPS電源，實現了裝置的連續(xù)工作，最終達到了電纜終端的局放在 線檢測的目的。
[0039] 本發(fā)明裝置具有以下特點：
[0040] 1、結構簡單，體積小，容易實現、人員操作方便；
[0041] 2、與系統(tǒng)實現了電氣上的隔離，保證了設備的安全；
[0042] 3、該裝置不會破壞電纜本體，安裝不需要電纜線路停電；
[0043] 4、不受現場電磁環(huán)境干擾，適應性強，能夠得到廣泛的應用；
[0044] 5、靈敏度高，能夠發(fā)現最小lpC的放電，實現了對電纜終端局放的精確測量。
【權利要求】
1. 一種高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器，其特征在于：所述的高壓電纜終端局部放 電高頻監(jiān)測器包括：三個局放傳感器（1)、局放信號采集處理裝置（2)和電源（3);其中：局 放傳感器（1)為局部放電信號傳感器，其由高頻波傳感器構成，三個局放傳感器（1)分別安 裝在A、B、C相電纜終端的表面，并分別與局放信號采集處理裝置（2)的三個信號采集輸入 端相連接； 局放信號采集處理裝置（2)為局部放電信號采集處理及顯示模塊，其通過局放傳感器 (1)采集三相電力電纜的局部放電信號，然后將其轉換成數字信號，并進行相應的處理，最 后根據得到的結果進行顯示或輸出報警信號； 電源（3)為局放信號采集處理裝置（2)的工作電源，其與局放信號采集處理裝置（2) 相連接。
2. 根據權利要求1所述的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器，其特征在于：所述的局 放信號采集處理裝置（2)包括：局放信號放大器（21)、硬件濾波器（22)、局放信號采集器 (23)、局放信號處理器（24)和顯示及報警器（25)，其中：局放信號放大器（21)由三路差分 放大電路組成，用于分別對三個局放傳感器（1)的輸入信號進行放大，其三個輸入端分別 與三個局放傳感器（1)相連接，三個輸出端分別與硬件濾波器（22)的三個輸入端相連接； 硬件濾波器（22)由三路濾波電路組成，用于對三路局放輸入信號進行整形濾波，其三 個輸出端分別與局放信號采集器（23)的三個采樣輸入端相連接； 局放信號采集器（23)為三通道模數轉換器，其用于將三路局放模擬信號轉換成數字 信號，其輸出端與局放信號處理器（24)相連接； 局放信號處理器（24)為數字信號處理器，其輸出端與顯示及報警器（25)相連接，用于 從局放信號采集器（23)中讀取局放數字信號，并對其進行后續(xù)處理和計算，從而根據局放 信號識別局部放電的類型，并確定局放信號的幅值，然后將得到的信息傳送給顯示及報警 器（25); 顯示及報警器（25)用于顯示局放信號的相關信息，并根據設定的警戒值進行實時報 警。
3. 根據權利要求1所述的高壓電纜終端局部放電高頻監(jiān)測器，其特征在于：所述的電 源⑶為USP供電電路，其包括：A、B、C相電流互感器（31)、三相整流電路（32)、穩(wěn)壓電路 (33)、充放電控制電路（34)和蓄電池（35);其中：A、B、C相電流互感器（31)為安裝在三 相電力電纜上的三個電流互感器，其三路輸出分別與三相整流電路（32)的三相輸入回路 相連接，當三相電力電纜的負荷電流在電流互感器工作范圍之內時，A、B、C相電流互感器 (31)從三相負荷側取得電流，并將其輸送給三相整流電路（32); 三相整流電路（32)用于對A、B、C相電流互感器（31)的三相輸出進行整流，其直流輸 出端與穩(wěn)壓電路（33)的輸入端相連接； 穩(wěn)壓電路（33)為直流穩(wěn)壓器，其輸出端與充放電控制電路（34)的輸入端相連接，用于 對三相整流電路（32)輸出的直流電進行穩(wěn)壓； 充放電控制電路（34)與蓄電池（35)相連接，同時通過供電輸出端與局放信號采集 處理裝置（2)相連接；充放電控制電路（34)用于根據三相電力電纜的負荷電流對蓄電池 (35)的充放電進行控制，當負荷電流在電流互感器工作范圍之內時，電流互感器從負荷側 取得電流，此電流經整流穩(wěn)壓后供給局放信號采集處理裝置（2)，并同時為蓄電池（35)充 電；當負荷電流低于電流互感器的工作范圍時，由蓄電池（35)為局放信號采集處理裝置 (2)供電； 蓄電池（35)為儲能電池，用于存儲電能，并在需要的時候輸出電能。
【文檔編號】G01R31/12GK104090219SQ201410345210
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權日:2014年7月18日
【發(fā)明者】王榮亮, 李寧, 溫紅旗, 殷震, 宋瑞, 田學詩 申請人:國家電網公司, 國網天津市電力公司