高壓電纜局部放電在線監(jiān)測及放電位置定位系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及到一種高壓電纜局部放電在線監(jiān)測及放電位置定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力電纜作為電力主要的傳輸通道，是輸電中最為重要的設(shè)備。但是電纜運行末期，受電纜本體絕緣的樹枝老化，電-熱老化及附件老化的影響，電力電纜的故障率將大幅上升。一旦出現(xiàn)電纜事故，將會影響人民生活，對國家、企業(yè)、個人造成經(jīng)濟損失。
[0003]局部放電檢測一直是電纜絕緣非破壞性電氣檢驗的主要項目，越來越被看作是一種最有效的絕緣診斷方法，目的是觀察和研究局部放電引起的絕緣老化問題。
[0004]電纜發(fā)生局部放電時，引起局部放電的空穴形成實阻抗。其產(chǎn)生的脈沖基本上是單極性脈沖，上升時間很短，并且脈沖寬度也很窄。脈沖在電纜中傳播時，呈現(xiàn)衰減和散射特性，當(dāng)?shù)竭_測量點時，脈寬增加幅值減小。
[0005]國內(nèi)外運行經(jīng)驗和研究成果表明:XLPE電力電纜性能早期劣化或使用壽命很大程度上取決于其絕緣介質(zhì)的樹枝狀老化，而局部放電測量是定量分析樹枝狀劣化程度的有效方法之一。
[0006]國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)，一般采用脈沖電流傳法或是超高頻法等手段，實現(xiàn)對電纜接頭的局部放電水平進行監(jiān)測，判斷其老化程度。目前監(jiān)測方法的缺陷在于，由于電纜很長，電纜中間部分產(chǎn)生的局部放電電流也會沿著電纜屏蔽層經(jīng)過接頭處接地線往大地傳播，現(xiàn)有的技術(shù)無法判斷是接頭部分的放電，還是電纜本體部分的放電。如果絕緣故障發(fā)生在非接頭處，現(xiàn)有技術(shù)通常無法實現(xiàn)放電位置準(zhǔn)確定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種高壓電纜局部放電在線監(jiān)測及放電位置定位系統(tǒng)，實現(xiàn)電纜整體的全方位局部放電在線監(jiān)測，并能對放電位置準(zhǔn)確定位，可為電纜的檢修提供依據(jù)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高壓電纜局部放電在線監(jiān)測及放電位置定位系統(tǒng)，至少包括兩個安裝在同一條電纜不同接頭處的數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器設(shè)置有三個BNC接口，各BNC接口一端通過同軸電纜連接于高頻電流傳感器，一端通過網(wǎng)線連接至數(shù)據(jù)采集器同時并與設(shè)置于數(shù)據(jù)采集器內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡相連，所述數(shù)據(jù)采集卡一路通過兩芯信號觸發(fā)線連接于同步采樣觸發(fā)器，另一路通過網(wǎng)線連接于光端機；
[0009]所述同步采樣觸發(fā)器通過設(shè)置于數(shù)據(jù)采集器的單模光纖接口連接至單模光纖和同步采樣控制單元，同步采樣控制單元與工控機相連；
[0010]所述光端機通過設(shè)置于數(shù)據(jù)采集器的單模光纖接口連接至單模光纖和工控機端的光端機。
[0011]進一步地，所述光端機內(nèi)置有光電信號轉(zhuǎn)換器。
[0012]進一步地，所述數(shù)據(jù)采集器以及同步采樣觸發(fā)器均設(shè)置有光電信號轉(zhuǎn)換器。
[0013]進一步地，高頻電纜傳感器分別卡套在A、B、C三相被測電纜接頭處屏蔽層接地線或者交叉互連線上，電纜無需停電即可方便地帶電安裝拆卸。
[0014]進一步地，所述數(shù)據(jù)采集器還設(shè)置有電源接口，其供電電壓為220V。
[0015]進一步地，所述同步采樣觸發(fā)器與另一接口數(shù)字采集器設(shè)置的同步采樣觸發(fā)器通過單模光纖連接。
[0016]進一步地，所述光端機與另一接口數(shù)字采集器設(shè)置的光端機通過單模光纖連接。
[0017]進一步地，所述多個采集器有兩個單模光纖接口，通過一條單模光纖與工控機端的光端機連接，光端機采用以太網(wǎng)網(wǎng)線，與工控機的RJ-45端口連接組成局域網(wǎng)，采集器與工控機的通信協(xié)議為TCP/IP協(xié)議，通訊速率可達100Mbps。
[0018]進一步地，所述的同步采樣觸發(fā)器，帶有單模光纖接口，通過另一條單模光纖與所有采集器的另一個單模光纖接口連接。同步采樣觸發(fā)器通過串口線和RS-232協(xié)議，接收工控機端的采集命令，并發(fā)出一個觸發(fā)信號，這個觸發(fā)信號為一個上升沿很陡的單脈沖，通過光纖傳輸?shù)矫恳粋€采集器，所有采集器在接收到這個脈沖之后，開始同步采集。
[0019]進一步地，所述高頻電流傳感器的頻率響應(yīng)范圍為LkHZ-lOOMHZ。
[0020]進一步地，所述高頻電流傳感器采用開合式鉗形結(jié)構(gòu)，拆卸安裝方便。
[0021]進一步地，所述高頻電流傳感器通過同軸電纜與采集器上A、B、C相采集通道的BNC接口連接。
[0022]進一步地，所述的采集器中的采集卡采用高性能FPGA處理器，實現(xiàn)lOOMsps、12Bit分辨率的高速采樣、存儲，每次分析可連續(xù)采樣50個工頻周期以上的數(shù)據(jù)。
[0023]本發(fā)明還提供了高壓電纜局部放電在線監(jiān)測和放電位置的定位方法，其特征在于:包含如下步驟，
[0024]I)假設(shè)被測電纜為L米長的單芯電纜，高頻電流傳感器5安裝在接頭處的屏蔽層接地線上，假設(shè)電纜的一固定位置處發(fā)生局部放電，此時該放電產(chǎn)生的高頻脈沖電流信號會同時向左右兩端的接頭傳輸。
[0025]2)假設(shè)放電位置離電纜左側(cè)接頭的距離為AL，放電脈沖到達左側(cè)傳感器所需的時間為tl ;放點位置距離電纜右側(cè)接頭的距離為L-AL，時間為t2。放電形成的脈沖電流在電纜中傳播的速度V為實驗已測知的數(shù)據(jù)，可以得出:
[0026]AL = tl*V (I)
[0027]L-AL = t2*V (2)
[0028]由以上(I)和⑵兩個式子可以得出:
[0029]tl = AL/V(3)
[0030]t2 = (L- Δ L) /V (4)
[0031]由以上(3)和(4)兩個式子可以得出:
[0032]t2-tl = (L-2AL)/V (5)
[0033]該系統(tǒng)采用同步采集，由此可以確定該脈沖電流信號到達電纜兩端的時間差，假定到達的右端電纜接頭的時間t2>tl，可以得出:
[0034]At = t2_tl (6)
[0035]因此聯(lián)合以上(5)和(6)兩個式子解方程組，可以確定出距離左端電纜接頭放電位置A L:
[0036]AL= (L-Δ tV) /2
[0037]由以上定位原理可知，實現(xiàn)定位的關(guān)鍵在于必須測量出該脈沖到達兩個傳感器的時間差，而能測出時間差的基礎(chǔ)在于，這兩個傳感器的數(shù)據(jù)必須是同時采集到的，這樣才能分析出脈沖電流信號到達兩個傳感器的時間差。
[0038]上述技術(shù)方案具有如下有益技術(shù)效果:
[0039]1、該系統(tǒng)采用雙端定位法，采用光纖觸發(fā)的同步數(shù)據(jù)采集技術(shù)同時采集相鄰的兩個接頭接地線的局部放電信號，可通過電纜中間部位發(fā)生的局部放電信號傳輸?shù)阶罱鼉蓚€接頭處采集器的時間差，計算出局部放電發(fā)生的位置，定位精度可達正/負(fù)3米，并可分辨出是A、B、C哪相電纜的放電；
[0040]2、該系統(tǒng)適合IlOkv及以上電壓等級的電纜；
[0041]3、該系統(tǒng)可以在電纜正常運行時，帶電安裝；
[0042]4、該系統(tǒng)可以監(jiān)測電纜的放電幅值、相位、次數(shù)等參數(shù)，能顯示工頻周期放電圖、二維(放電量-相位，放電次數(shù)-相位，放電次數(shù)-放電量)放電譜圖；并提供放電量趨勢圖、設(shè)置報警閥值、進行歷史查詢及打印報表等功能；
[0043]5、系統(tǒng)可以統(tǒng)計每次測量放電量值的最大值、平均值；
[0044]6、所有采集器組成局域網(wǎng)，采用手拉手式的串行組網(wǎng)模式通過單模光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，成本低、傳輸距離遠、穩(wěn)定可靠；
[0045]7、采用所有采集器同步采集技術(shù)和脈沖到達時間分析(ATA)算法，可以定位電纜接頭及電纜本體局放發(fā)生的絕對位置(而不僅僅是監(jiān)測接頭處放電)，定位精度可以達到正負(fù)3米；
[0046]8.整個系統(tǒng)只采用一個同步采樣觸發(fā)器，使用光信號觸發(fā)所有的采集器同步采集(通過軟件減掉固定的延時，可實現(xiàn)所有采集器真正采集到同一時刻的放電數(shù)據(jù)，并可以實現(xiàn)對每一個放電脈沖的精確定位)，而現(xiàn)有技術(shù)都是每個采集器分別有一個觸發(fā)器，在工頻零相位觸發(fā)時，所有采集器可以做到同相位觸發(fā)，但是不是同時觸發(fā)，因此無法定位；
[0047]9光纖觸發(fā)信號采用手拉手式的串行組網(wǎng)模式，進而可以實現(xiàn)通過一芯光纖傳輸觸發(fā)信號到每一個采集器處；
[0048]10.用于傳輸觸發(fā)信號的光纖，同時可以傳輸控制信號，進而實現(xiàn)工控主機通過觸發(fā)光纖發(fā)送重啟指令，對所有采集器實現(xiàn)重新啟動控制，進而實現(xiàn)故障自恢復(fù)功能。
【附圖說明】
[0049]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050]圖2本發(fā)明對局放信號定位原理演示圖。
[0051]圖中:附圖標(biāo)記及標(biāo)記名稱如下:
[0052]1、A相被測電纜；2、B相被測電纜；3、C相被測電纜；4、電纜屏蔽層接地線或交叉互連接地線；5、高頻電流傳感器；6、同軸電纜；7、數(shù)據(jù)采集器；7-1、A相局放采集通道或BNC接口 ；7-2、B相電纜局放采集通道或BNC接口 ；7_3、C相電纜局放采集通道或BNC接口 ；7-4、數(shù)據(jù)采集卡；7-5、光端機I ;7-5-1、光端機2 ;7_6、同步采樣觸發(fā)器；7_7、單模光纖接口 ；7-7-1、單模光纖I ;7-7-2、單模光纖2 ;7-8、網(wǎng)線；7_9、兩芯觸發(fā)信號線；7_10、網(wǎng)線；8、電源；9、工控機；10、RS232串口連接線；11、同步采樣控制單元；12、被測電纜；12_1、