专利名称：电力电缆局部放电在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力设备在线监测技术领域，涉及一种电力电缆局部放电在线监测装置。
背景技术：
高压电缆是电力系统的重要组成部分。随着高压及超高压输电线路的发展，电力电缆由于其特有的技术优越性得到了越来越广泛地应用。电缆在运行过程中，会由于内部的杂质、半导体层凸起、电压作用下空间电荷的积累等因素造成的局部电场应力集中，产生局部放电，使电缆的安全运行受到影响。因此，通过检测电缆绝缘的局部放电，可以有效地判断电缆绝缘的老化情况，这对于电力电缆线路长期稳定运行具有重要意义。
国内外研制的电力设备局部放电检测装置很多，主要有应用于GIS超高频局部放电的检测装置、应用于发电机的局部放电检测装置、应用于变压器的超高频局部放电检测装置，但能应用于在线检测电力电缆局部放电的装置并未见到相关报道。中国专利公开号1046045所介绍的检测电缆放电的便携式装置，这种装置采用探头耦合技术，在检测过程中需要人工移动探头，难以检测深埋于地下的电缆以及人员不能进入的电缆运行场所。
随着电力自动化水平的提高，电力运行部分要求电力设备监测装置具有丰富的数据分析功能、强大的数据管理能力和自动化水平。已有的电力设备的局部放电监测装置的分析参数少，往往只能分析放电量、放电次数，以及它们与放电相位之间的关系等一些基本的局部放电参量，没有分析与电力设备绝缘老化相关性很大的局部放电的偏斜度和峭度。而且已有的放电监测装置功能较简单，对大量监测数据管理能力较差，自动化水平不高，难以满足自动化水平日益增长的电力部门的要求。

发明内容
针对在线监测电力电缆绝缘状况的迫切要求，本实用新型的目的在于，提供一种在线监测电力电缆局部放电的装置，能够监测电缆绝缘和电缆连接盒的局部放电。
随着计算机技术和电子技术的飞速发展，推进了虚拟仪器技术的快速发展。这种技术采用软件直接控制底层硬件，由软件来完成信号的采集、分析处理和结果显示，实现了“软件就是仪器”的理念，具有高效、易用、灵活、功能强大等优点。
本实用新型采用虚拟仪器的设计思想，开发了一种在线监测电力电缆局部放电的装置，该装置能够分析最大放电量、平均放电量、放电次数、放电相位、偏斜度、峭度等放电参数，具有丰富的谱图显示功能，能够显示放电量(包括最大放电量和平均放电量)与放电相位谱图、放电次数与放电相位谱图、放电椭圆谱图、放电量-放电次数-放电相位三维谱图，通过ORACLE实现数据的管理，具有历史查询功能，还具有报表打印、阈值报警、远程查询等功能。
实现上述目的的技术解决方案是，一种采用同轴屏蔽电缆进行信号有效传输的电力电缆局部放电在线监测装置，其特点是，该装置包括套接三相在电缆接地线上的罗氏线圈局部放电传感器，用于采集电力电缆局部放电信号；一数据采集电路，数据采集电路设置有前端放大器，后端信号调理器、电阻分压器；前端放大器用于将罗氏线圈局部放电传感器的信号放大，使信号经过远距离传输到达后端信号调理器时具有足够幅值；后端信号调理器安装在监控室，用于对局部放电信号进行程控放大、滤波、多路选择、信号隔离，也能对电阻分压器的输出信号进行信号隔离；电阻分压器安装在变电站电压互感器低压输出端，与局部放电信号同时采集，用于从电压互感器上分压，获取现场电压信号，作为分析放电信号的相位参考信息；一计算机，用于分析放电信号的最大放电量、平均放电量、放电次数、偏斜度和峭度；计算机内有数据采集卡、I/O卡、预处理模块、放电信号特征分析模块、绝缘趋势预测模块、阀值判断模块和报警模块；数据采集卡用于接收电阻分压器和后端信号调理器的信号，送入预处理模块中，经预处理的数据传输到放电信号特征分析模块中，放电信号特征分析模块经处理后一路送入绝缘趋势预测模块，绝缘趋势预测模块还通过网络服务器软件实现远程监控，另一路送入阀值判断模块中，阀值判断模块根据信号进行报警；I/O卡用于和前端放大器、后端信号调理器通讯。
本实用新型的其它一些特点是，所述罗氏线圈局部放电传感器的频率范围为50kHz～20MHz，它由外屏蔽盒、磁芯、线圈、积分电阻、输出同轴线插头构成；其中磁芯为环形镍锌磁芯，具体尺寸取决于所监测电缆的接地线截面积。
所述环形镍锌磁芯对于35kV～500kV的电缆，内径为30mm～45mm；所述线圈采用漆包线绕制，匝数为17匝；所述积分电阻与输出同轴线插头的阻抗相同，均为50Ω，以防止局部放电信号在传输过程中发生发射。
所述前端放大器的频带范围为50kHz～20MHz，与罗氏线圈局部放电传感器工作频带吻合。
所述电阻分压器选用大功率的电阻串连分压，电阻分别为500kΩ和2.5kΩ，功率为4W。
所述后端信号调理器具有50kHz～20MHz的带通滤波模块，以减小放电信号在经过长距离传输时可能引入的干扰信号。
所述数据采集卡最高实时采样速率为100MS/s，模拟带宽为20MHz，A/D分辨率8位，输入电压范围-25V～+25V。
所述数字采集卡具有三个端口，每个端口8位组成一个控制字，可以在每个端口上写入控制字来实现控制功能；通过该数字采集卡控制通道选通、增益调节以及滤波模块。
本实用新型的电力电缆局部放电在线监测装置，采用虚拟仪器的设计思想，通过计算机对放电信号采用统计分析方法，分析放电信号的最大放电量、平均放电量、放电次数、偏斜度、峭度，能够显示放电量(包括最大放电量和平均放电量)与放电相位谱图、放电次数与放电相位谱图、放电椭圆谱图、放电量-放电次数-放电相位三维谱图，通过ORACLE数据库实现数据的管理，具有历史数据查询功能，同时还具有报表打印、阈值报警等功能。在计算机上安装了网络服务器软件，远程用户可以利用Internet Explorer，通过在本实用新型所设置的IP地址访问装置，以查看当前监测结果和查询历史数据。


图1为本发明的组成结构示意图；图2为传感器线圈示意图；图3为电阻分压器结构示意图(其中R1为500kΩ，R2为2.5kΩ)；图4为前端放大器的放大电路原理图；图5为后端信号调理器的滤波电路原理图(其中u1为信号输入端，u2为信号输出端)；图6为数据采集卡的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
按照上述技术方案，本实用新型的电力电缆局部放电在线监测装置，采用同轴屏蔽电缆进行信号有效传输，该装置包括套接三相在电缆接地线上的罗氏线圈局部放电传感器1，用于采集电力电缆局部放电信号；
一数据采集电路2，数据采集电路2设置有前端放大器21，后端信号调理器22、电阻分压器23；前端放大器21于将罗氏线圈局部放电传感器1的信号放大，使信号经过远距离传输到达后端信号调理器22时具有足够幅值；后端信号调理器22安装在监控室，用于对局部放电信号进行程控放大、滤波、多路选择、信号隔离，也能对电阻分压器的输出信号进行信号隔离；电阻分压器23安装在变电站电压互感器低压输出端，与局部放电信号同时采集，用于从电压互感器上分压，获取现场电压信号，作为分析放电信号的相位参考信息；一计算机3，用于分析放电信号的最大放电量、平均放电量、放电次数、偏斜度和峭度；计算机3内有数据采集卡31、I/O卡32、预处理模块33、放电信号特征分析模块34、绝缘趋势预测模块35、阀值判断模块36和报警模块37；数据采集卡31用于接收电阻分压器23和后端信号调理器22的信号，送入预处理模块33中，经预处理的数据传输到放电信号特征分析模块34中，放电信号特征分析模块34经处理后一路送入绝缘趋势预测模块35，绝缘趋势预测模块35还通过网络服务器软件实现远程监控，另一路送入阀值判断模块36中，阀值判断模块36根据信号进行报警；I/O卡32用于和前端放大器21、后端信号调理器22通讯。
套接在电缆接地线上的局部放电传感器1耦合的放电信号经过电路板2上的前端放大器21放大之后，经过信号电缆传输到位于监控室的后端信号调理器22进行放大、滤波、信号隔离、多路选择等处理之后，送入到安装在计算机3内的数据采集卡进行数据采集、处理和结果显示。电阻分压器安装在变电站电压互感器低压输出端，其输出信号经过信号电缆传输后送入后端信号调理器进行隔离等处理，与局部放电信号同时采集，用于获取电缆局部放电的相位参考信息。
罗氏线圈局部放电传感器1由外屏蔽盒、磁芯、线圈、积分电阻、输出同轴线插头构成。其中磁芯为环形镍锌磁芯，具体尺寸取决于所监测电缆的接地线截面积，一般对于35kV～500kV的电缆使用的磁芯内径为30～45mm。线圈采用漆包线绕制，匝数为17匝。积分电阻为50Ω，输出BNC插头的特征阻抗也是50Ω，它们的阻值和信号电缆的特征阻抗相等，防止局部放电信号在传输过程中发生发射。本实用新型使用的传感器的频率范围为50kHz～20MHz。罗氏线圈局部放电传感器为环形，套接在电缆接地线耦合电缆放电信号，不影响电缆的正常运行。
前端放大器21安装在罗氏线圈局部放电传感器1附近，对罗氏线圈局部放电传感器输出的局部放电信号进行放大，使信号经过远距离传输到达后端信号调理单元时具有较大幅值，以提高抗干扰水平。本实用新型所采用的放大器的频带范围为50kHz～20MHz，与传感器工作频带吻合。
由于电缆接地线距离监控室的距离一般比较远，为了保证放电信号有效传输以及在传输过程中抗干扰，本系统选用了同轴屏蔽电缆进行远距离信号传输。
电阻分压器用于从电压互感器上分压，获取电压信号，作为分析放电信号的相位参考信息。电阻分压器具有A、B、C三相，分别对应着电缆的A、B、C三相。电阻分压器的选用大功率的电阻串连分压，电阻分别为500kΩ和2.5kΩ，功率都是4W。
后端信号调理器安装在监控室，能够对局部放电信号进行程控放大、滤波、多路选择、信号隔离，也能对电阻分压器的输出信号进行信号隔离。该器件具有的程控放大或者衰减倍数有1、2、5、10、20、50、100倍，选择合适的放大倍数，将放电信号调理到采集板卡最佳信号输入范围，以减小采集卡A/D转换时的量化误差。该器件具有50kHz～20MHz的带通滤波模块，以减小放电信号在经过长距离传输时可能引入的干扰信号。该器件具有多路选择功能，因为它有多个信号输入端，包括多根电缆的放电信号和电阻分压器输出的相位参考电压信号，在每次检测时需要选择一路放电信号和一路相位参考电压信号进行处理，需要进行多路选择。
所采用的数据采集卡最高实时采样速率为100MS/s，模拟带宽为20MHz，A/D分辨率8位，输入电压范围-25V～+25V。该卡的采样频率是放电信号最高频率的5倍，能够不失真地采集输入的放电信号。该卡具有两路模拟信号输入端，可以同时采集放电信号和电压参考信号。
所采用的数字采集卡具有三个端口，每个端口8位组成一个控制字，可以在每个端口上写入控制字来实现控制功能。通过该数字采集卡控制通道选通、增益调节以及滤波模块。
采集板卡和和计算机构建装置的采集和分析平台，具有界面友好、分析功能强等特点。能够用于在线监测电力电缆的局部放电信号，频率范围为50kHz～20MHz，采用统计分析方法，能够分析最大放电量、平均放电量、放电次数、偏斜度、峭度等局部放电的统计参量，能够显示最大放电量和平均放电量与放电相位的谱图、放电次数与放电相位谱图、放电椭圆谱图、放电量-放电次数-放电相位三维谱图，通过ORACLE数据库实现数据的管理，具有历史数据查询功能，同时还具有报表打印、阈值报警、远程查询等功能。按照上述技术方案申请人已完成一台样机，经试验证明达到了本实用新型的目的。
权利要求1.一种采用同轴屏蔽电缆进行信号有效传输的电力电缆局部放电在线监测装置，其特征在于，该装置包括一罗氏线圈局部放电传感器(1)，该罗氏线圈局部放电传感器(1)套接三相在电缆接地线上；一数据采集电路(2)，数据采集电路(2)设置有前端放大器(21)，后端信号调理器(22)、电阻分压器(23)；电阻分压器(23)安装在变电站电压互感器低压输出端，后端信号调理器(22)安装在监控室；前端放大器(21)将罗氏线圈局部放电传感器(1)的信号放大，传输到后端信号调理器(22)中；一计算机(3)；该计算机(3)内有数据采集卡(31)、I/O卡(32)、预处理模块(33)、放电信号特征分析模块(34)、绝缘趋势预测模块(35)、阀值判断模块(36)和报警模块(37)；数据采集卡(31)将接收的电阻分压器(23)和后端信号调理器(22)的信号，送入预处理模块(33)中，经预处理的数据传输到放电信号特征分析模块(34)中，放电信号特征分析模块(34)经处理后一路送入绝缘趋势预测模块(35)，绝缘趋势预测模块(35)还通过网络服务器软件实现远程监控，另一路送入阀值判断模块(36)中，阀值判断模块(36)根据信号进行报警；I/O卡(32)和前端放大器(21)、后端信号调理器(22)通讯。
2.如权利要求1所述的电力电缆局部放电在线监测装置，其特征在于，所述罗氏线圈局部放电传感器(1)的频率范围为50kHz～20MHz，它由外屏蔽盒、磁芯、线圈、积分电阻、输出同轴线插头构成；其中磁芯为环形镍锌磁芯，具体尺寸取决于所监测电缆的接地线截面积。
3.如权利要求2所述的电力电缆局部放电在线监测装置，其特征在于，所述环形镍锌磁芯对于35kV～500kV的电缆，内径为30mm～45mm；所述线圈采用漆包线绕制，匝数为17匝；所述积分电阻与输出同轴线插头的阻抗均为50Ω。
4.如权利要求1所述的电力电缆局部放电在线监测装置，其特征在于，所述前端放大器(21)的频带范围为50kHz～20MHz，与罗氏线圈局部放电传感器(1)工作频带吻合。
5.如权利要求1所述的电力电缆局部放电在线监测装置，其特征在于，所述电阻分压器(23)选用大功率的电阻串连分压，电阻分别为500kΩ和2.5kΩ，功率为4W。
6.如权利要求1所述的电力电缆局部放电在线监测装置，其特征在于，所述后端信号调理器(22)具有50kHz～20MHz的带通滤波模块。
7.如权利要求1所述的电力电缆局部放电在线监测装置，其特征在于，所述数据采集卡(31)最高实时采样速率为100MS/s，模拟带宽为20MHz，A/D分辨率8位，输入电压范围-25V～+25V。
8.如权利要求1或7所述的电力电缆局部放电在线监测装置，其特征在于，所述数字采集卡(31)具有三个端口，每个端口8位组成一个控制字。
专利摘要本实用新型公开了一种在线监测电力电缆局部放电的装置，该装置由罗氏线圈局部放电传感器、前端放大器、信号电缆、后端信号调理器、电阻分压器、数据采集卡、数字IO卡、计算机等构成。该装置能够分析最大放电量、平均放电量、放电次数、放电相位、偏斜度、峭度等放电参数，具有丰富的谱图显示功能，能够显示放电量(包括最大放电量和平均放电量)与放电相位谱图、放电次数与放电相位谱图、放电椭圆谱图、放电量－放电次数－放电相位三维谱图，通过ORACLE实现数据的管理，具有历史查询功能，还具有报表打印、阈值报警、远程查询等功能。
文档编号G01R31/14GK2718593SQ20042004192
公开日2005年8月17日 申请日期2004年5月17日 优先权日2004年5月17日
发明者成永红, 陈小林, 张少锋, 吕一航, 赵勇 申请人:西安交通大学