CN112285508B - 一种用于高压电力电缆局部放电的定位方法 - Google Patents

Abstract

一种用于高压电力电缆局部放电的定位方法，解决目前高压电力电缆局部放电检测中，干扰信号大、难以正确定位的困难。本发明对运行中的高压电力电缆，采用叠加三角波的形式，对暂态地电压传感器采集电力电缆的局部放电信号进行分析，判断是否为放电信号，分析局部放电的位置。

Description

一种用于高压电力电缆局部放电的定位方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及高电压技术、绝缘故障诊断、设备带电检测技术，尤其涉及一种用于高压电力电缆局部放电的定位方法。

背景技术

电力电缆是使用极其广泛的开关设备，由于在设计制造和运行维护等诸多方面存在不同程度问题，而导致电力电缆的事故发生率比较高。在配电网中，电力电缆长期运行于高温、高压、潮湿等恶劣的环境下，其绝缘性很容易遭到损坏，进而引发局部放电。对电力电缆局部放电进行监测，对绝缘故障早期准确的诊断，减少设备事故损失和非计划停运、增强运营能力、提高设备运行与维护管理水平，具有十分重要的意义。

发现电力电缆中存在可能危及绝缘安全的局部放电时，采取合适的方法确定，对及时检修、发现绝缘薄弱环节具有重要意义，目前能够准确判断局部放电的手段缺乏，识别放电与干扰的成功率不高。

现有技术中已有一些用于电力电缆局部放电的检测、识别方法。中国专利CN200420041922公开了一种电力电缆局部放电在线监测装置，该装置包括罗氏线圈局部放电传感器，其接在电缆的接地线上，通过罗氏线圈局部放电传感器与采集装置、处理器、主机等实现对线缆局部放电的在线检测。中国专利CN201510685910公开了一种暂态地电压局部放电检测仪检定系统及其检定方法，其是通过正弦波信号，利用两颗TEV传感器检定电力电缆的局部放电信号。中国专利CN201711318530公开了一种开关柜局部放电的放电量检测方法，通过在离线条件下对地施加正弦波信号，得到第一检测信号，经过一系列的信号处理过程，计算得出开关柜局部放电的放电量，进而检测开关柜的绝缘性。

以上现有技术虽然都公开了一系列电缆局部放电的检测方法，但是对于局部放电位置的定位信号纯洁度不高，所采集到的检测信号存在计算时间差，时两端计时无法同步的问题，干扰信号大、难以正确识别，亟需进一步改善。

发明内容

本发明的目的旨在于针对现有技术存在的不足，提供一种用于高压电力电缆的局部放电的定位方法，适用于10kV及以上电压等级的电力电缆，其结构特征是具有载流导体、绝缘层和金属屏蔽层，电力电缆的金属屏蔽层在运行时要求两端接地。

发明内容

本发明提供了一种用于高压电力电缆局部放电的定位方法，具体包括以下步骤：

步骤1：在电力电缆带电运行的情况下，用高频电流传感器和测量系统检测信号，所述高频电流传感器为基于耦合罗氏线圈原理的高频电流检测传感器，其被安装在电力电缆一端的金属屏蔽层的接地线上来获取高频电流信号；所述测量系统为采样频率不低于20MHz的局部放电测试仪或者数字示波器，输入阻抗为不低于1兆欧，该测量系统获取所述高频电流传感器的输出信号；设步骤1中所测信号的绝对值最大幅值为Y。

步骤2：获取电力电缆高压电的正弦电压随时间的变化情况，计算所述正弦电压的频率f和相位A，整形产生与之同频率f、同相位A的三角波信号，该三角波信号的幅值为1至30V。

步骤3：把步骤2中所述三角波信号对地注入到电力电缆的屏蔽层上；所述地为与步骤1中所述高频电流传感器的输出信号的地共地。

步骤4：采用与步骤1中同样的传感器和测量系统检测电流信号。

步骤5：对步骤4所得测试信号采样，采样后每个时间点的信号值称为采样数据，采样的总时间长度不少于10秒钟，且为步骤2中所述f之倒数的整数倍；将所述采样的总时间从测量开始计时的时间点起，划分为10微秒长的时间段，时间段的编号依次为n＝1、2、3…，每个时间段内的采样数据如果有一个绝对值高于Y/2，则把该时间段内的所有数据称作为一个有效脉冲，记录每个有效脉冲对应的时间段编号n，如果所述n>100000/f，从n中减去100000/f，直到n<100000/f为止。

步骤6：统计步骤6所述采样的总时间长度中所有的有效脉冲个数，记作N；根据所述有效脉冲对应的时间段编号n，统计符合10000/(18*f)<n<20000/(9*f)的有效脉冲个数，记作M。

如果M/N>0.5，则认定所述电力电缆中存在局部放电。

如果0.3<M/N<0.5，则认定所述电力电缆中可能存在局部放电。

如果M/N<0.3，则认定所述电力电缆中不存在局部放电，绝缘状况安全。

步骤7：将步骤1中获取高频电流信号的方式更改为将所述高频电流传感器安装在电力电缆另一端的金属屏蔽层的接地线上，重复以上步骤1至6。

在电力电缆的另一端，即安装高频电流信号传感器的一端，按照步骤2得到所述正弦电压的频率f和相位B，该频率f与步骤2中所述频率f相等；在所述电力电缆的另一端按步骤6中获得有效脉冲个数N的方式确定有效脉冲个数，记作P；按获得有效脉冲个数M的方式确定有效脉冲个数，记作Q。

步骤8：所述相位A和相位B的相位差，对应电场在电力电缆中传播的时间过程，若所述电力电缆的长度为L，则电场在所述电力电缆中传播的速度v＝2πfL/(A-B)，单位为m/s。

用高速示波器同时监测所述电力电缆两端的放电信号，根据所述速度v确定局部放电的位置，设所述电力电缆两端的放电信号到达示波器的时间差为Δt，则局部放电位置距离信号先到达的测量端的距离为(L-v*Δt)/2。

具体实施方式

以下对本发明进行详细阐述。

本发明提供了一种用于高压电力电缆的局部放电识别，具体包括以下步骤：

步骤1：电力电缆带电运行情况下，用高频电流传感器和测量系统检测信号；所述高频电流传感器为基于耦合罗氏线圈原理的高频电流检测传感器，取信号的方式是安装在电力电缆一端的金属屏蔽层的接地线上。所述测量系统为采样频率不低于20MHz的局部放电测试仪或者数字示波器，输入阻抗为不低于1兆欧，该测量系统获取所述高频电流传感器的输出信号。设所测信号的绝对值最大幅值为Y。

获取电力电缆高压电的正弦电压随时间的变化情况，计算所述正弦电压的频率f和相位A，整形产生与之同频率f(单位为Hz)、同相位A的三角波信号，三角波信号的幅值1至30V；

步骤3：把所述三角波信号对地注入到电力电缆的屏蔽层上，所述地为与步骤1中所述高频电流传感器的输出信号的地共地；

步骤4：采用与步骤1中同样的传感器和测量系统检测信号；

步骤5：对步骤4所得测试信号采样，采样后每个时间点的信号值称为采样数据。采样的总时间长度不少于10秒钟，且应为步骤2中所述f之倒数的整数倍；

步骤6：把步骤4所述采样的总时间从测量开始计时的时间点起，划分为10微秒长的时间段，时间段的编号依次为n＝1、2、3…。

每个时间段内的采样数据如果有一个绝对值高于Y/2，则把该时间段内的所有数据称作为一个有效脉冲，记录所述每个有效脉冲对应的时间段编号n，如果所述n>100000/f，从n中减去100000/f，直到n<100000/f为止。

统计步骤4所述采样的总时间长度中所有的有效脉冲个数，记作N。

根据所述有效脉冲对应的时间段编号n，统计符合10000/(18*f)<n<20000/(9*f)的有效脉冲个数，记作M。

如果M/N>0.5，认为步骤1所述电力电缆中存在局部放电，应密切关注绝缘状况或者予以维修。如果0.3<M/N<0.5，认为步骤1所述电力电缆中可能存在局部放电，应加强观察。如果M/N<0.3，认为步骤1所述电力电缆中不存在局部放电，绝缘状况安全。

步骤7：将取信号方式更改为将所述高频电流传感器安装在电力电缆另一端的金属屏蔽层的接地线上，重复以上步骤1至6，在所述电力电缆的另一端，即安装高频电流传感器的一端，按以上步骤2得到的所述正弦电压的频率f(应和上述步骤2中所述的频率f相等)和相位B。在所述电力电缆的另一端按步骤6中获得有效脉冲个数N的方式确定有效脉冲个数，记作P；按获得有效脉冲个数M的方式确定有效脉冲个数，记作Q。

如果Q/P>0.5，则认定所述电力电缆中存在局部放电，应密切关注绝缘状况或者予以维修。

如果0.3<Q/P<0.5，则认定所述电力电缆中可能存在局部放电，应加强观察。

如果Q/P<0.3，则认定所述电力电缆中不存在局部放电，绝缘状况安全；

步骤8：所述相位A和相位B的差异(A和B用弧度计量)，反映了电场在电力电缆中传播的时间过程，如果已知本段电力电缆的长度为L，那么电场在本类电力电缆中传播的速度v＝2πfL/(A-B)，单位为m/s。

用高速示波器同时监测所述电力电缆两端的放电信号，用上述速度v进行放电位置的确定。所述电力电缆两端的放电信号到达示波器的时间之差为Δt，则放电位置距离信号先到达的测量端的距离为(L-v*Δt)/2。

综上所述，本发明采用叠加三角波的形式，对暂态地电压传感器采集电力电缆的局部放电信号进行分析，判断是否为放电信号，并分析计算出了局部放电的位置。解决了高压电力电缆局部放电检测中，干扰信号大、难以正确定位的难题，简单便捷，成本低，具有巨大的应用市场。

Claims (1)

1.一种用于高压电力电缆局部放电的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在电力电缆带电运行的情况下，用高频电流传感器和测量系统检测信号，所述高频电流传感器为基于耦合罗氏线圈原理的高频电流检测传感器，其被安装在电力电缆一端的金属屏蔽层的接地线上来获取高频电流信号；所述测量系统为采样频率不低于20MHz的局部放电测试仪或者数字示波器，输入阻抗为不低于1兆欧，该测量系统获取所述高频电流传感器的输出信号；设所检测到信号的绝对值最大幅值为Y；

步骤2：获取电力电缆高压电的正弦电压随时间的变化情况，计算所述正弦电压的频率f和相位A，整形产生与之同频率f、同相位A的三角波信号，该三角波信号的幅值为1至30V；

步骤3：把步骤2中所述三角波信号对地注入到电力电缆的屏蔽层上，所述地为与步骤1中所述高频电流传感器的输出信号的地共地；

步骤4：采用与步骤1中同样的传感器和测量系统检测电流信号；

步骤5：对步骤4所得测试信号采样，采样后每个时间点的信号值称为采样数据，采样的总时间长度不少于10秒钟，且为步骤2中所述f之倒数的整数倍；将所述采样的总时间从测量开始计时的时间点起，划分为10微秒长的时间段，时间段的编号依次为n＝1、2、3…，每个时间段内的采样数据如果有一个绝对值高于Y/2，则把该时间段内的所有数据称作为一个有效脉冲，记录每个有效脉冲对应的时间段编号n，如果所述n>100000/f，从n中减去100000/f，直到n<100000/f为止；

步骤6：统计步骤5 所述采样的总时间长度中所有的有效脉冲个数，记作N；根据所述有效脉冲对应的时间段编号n，统计符合10000/(18*f)<n<20000/(9*f)的有效脉冲个数，记作M；

如果M/N>0.5，则认定所述电力电缆中存在局部放电；

如果0.3<M/N<0.5，则认定所述电力电缆中可能存在局部放电；

如果M/N<0.3，则认定所述电力电缆中不存在局部放电，绝缘状况安全；

步骤7：将步骤1中获取高频电流信号的方式更改为将所述高频电流传感器安装在电力电缆另一端的金属屏蔽层的接地线上，重复以上步骤1至6；

在电力电缆的另一端，即安装高频电流信号传感器的一端，按照步骤2得到所述正弦电压的频率f和相位B，该频率f与步骤2中所述频率f相等；在所述电力电缆的另一端按步骤6中获得有效脉冲个数N的方式确定有效脉冲个数，记作P；按获得有效脉冲个数M的方式确定有效脉冲个数，记作Q；

如果Q/P>0.5，则认定所述电力电缆中存在局部放电；

如果0.3<Q/P<0.5，则认定所述电力电缆中可能存在局部放电；

如果Q/P<0.3，则认定所述电力电缆中不存在局部放电，绝缘状况安全；

步骤8：所述相位A和相位B的相位差，对应电场在电力电缆中传播的时间过程，若所述电力电缆的长度为L，则电场在所述电力电缆中传播的速度v＝2πfL/(A-B)，单位为m/s；

用高速示波器同时监测所述电力电缆两端的放电信号，根据所述速度v确定局部放电的位置，设所述电力电缆两端的放电信号到达示波器的时间差为Δt，则局部放电位置距离信号先到达的测量端的距离为(L-v*Δt)/2。