专利名称：高压电缆系统分布式局部放电在线监测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电缆设备检测装置，特别是涉及一种高压电缆系统分布式局部放 电在线监测方法和装置。
背景技术：
随着高压及超高压电力电缆的发展和应用，交联聚乙烯(XLPE)电力电缆以其合 理的工艺和结构、优良的电气性能、安装敷设简单、运行维护工作少、安全可靠的特点，在电 力系统中得到了越来越广泛的应用。高压超高压电缆系统作为城市供电和主网架的重要环 节，在我国城市电网中已占据非常重要的地位。如何实现这些电缆设备的状态检测，保证电 缆设备安全可靠运行，是目前国内外研究的热点。电缆系统局部放电在线检测可及时发现 故障隐患，对绝缘劣化进行前期预报和评估，积极有效地预防电缆系统突发运行故障，是实 现电缆设备状态检修至关重要的技术手段。电缆附件例如中间接头都是在现场条件下人工制作安装的，其绝缘品质往往低于 电缆本体绝缘品质，是电缆系统中绝缘薄弱环节。中间接头施工工艺不良形成的各种施工 缺陷，使接头内电场分布不均勻，导致局部放电的产生。在工频电压下，局部放电将引起电 缆绝缘中电树的产生和扩展，并加速绝缘的劣化，最终导致绝缘击穿。目前许多高压电缆局部放电在线监测系统现场测量效果不理想，其主要原因有 (1)外界强电磁场干扰源很多，单纯依靠硬件技术实现剔除和防止外界电磁干扰难度很大， 且许多软硬件结合的抗干扰方法对测量设置有所要求；( 采集的局部放电信号微弱，幅 值很小，极易被背景噪声淹没；C3)窄频带滤波器和高倍数的放大器使得采集到的信号的 原始波形畸变，容易导致误判；(4)电缆局部放电信号识别技术不够成熟，缺乏现场测量的 局部放电脉冲信号波形、频率及幅值的识别判断技术；( 缺乏XLPE电缆绝缘劣化的评价 基础理论的研究和运行状态判据等实际运行经验的积累。上述各种因素的存在，大大降低了高压电缆局部放电在线检测的灵敏度、准确度、 可信度。因此，如何运用现有的先进技术，最大限度抑制干扰，准确提取局放信号，更可靠、 更灵敏地为后续的绝缘诊断提供信息，成为高压电缆设备局部放电在线检测中的重要方 向。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对目前电缆设备在线检测上述问题，本发明提 出一种高压电缆系统分布式局部放电在线监测方法及其装置，能够分布式的监测整条电缆 线路的每个附件及附件一定范围内的本体的局部放电信号。本发明所采用的技术方案是一种高压电缆系统分布式局部放电在线监测方法， 整条电缆线路每个附件处安装高频宽带电磁耦合传感器，传感器套接在电缆附件接地线或 交叉互联线上来耦合局部放电信号，50Hz电流传感器套接在电缆本体上来耦合工频电流信 号，下位机对传感器信号进行调理及高速采集并预处理，并通过光纤传输网络将数字信号传送至上位机监控软件，实现高压电缆设备分布式局部放电的在线监测，其特征在于，包括 以下步骤(1)在整条电缆线路每个电缆附件接地线或交叉互联线上套接高频宽带电磁耦合 传感器，通过信号调理后接入高速数据采集卡的通道上，进行三相同步触发高速采样，并经 FPGA电路处理后，将数字信号存储于下位机ROM中；(2)在电缆本体上套接50Hz工频电流传感器，通过信号调理后也接入高速数据采 集卡的通道上进行采样，用于局部放电信号采集通道的触发，以确定局部放电信号的工频 电压相位；(3)下位机内包括有信号调理模块、高速数据采集卡、I/O卡，用来完成局部放电 信号的初步干扰抑制、触发采集、数据存储；(4)光纤传输网络将每个下位机监测单元连接至上位机监控单元；(5)上位机监控单元完成对下位机的硬件控制，采集数据的接收、视在放电量的显 示、放电量-放电相位的放电谱图显示；(6)通过对每个附件放电量的连续监测，形成放电趋势数据库，从而掌握整条电缆 线路绝缘运行状况。本发明还提供一种高压电缆系统分布式局部放电在线监测装置，包括高频宽带电 磁传感器、光纤传输网络及上位机，高频宽带电磁传感器套接在三相电缆附件接地线或交 叉互联线上，其特征在于，还包括下位机数据预处理采集单元，上位机通过光纤传输网络与 下位机相连，下位机数据预处理采集单元进一步包括信号前置调理单元、I/O控制单元、高 速数据采集卡，信号前置调理单元对高频宽带电磁传感器耦合的信号进行调理，高速数据 采集卡对调理后的信号进行采集，I/O控制单元完成采集的控制，并通过光纤传输网络将采 集数据传送到上位机。本发明的有益效果是本发明的优点在于能够根据现场需要，通过对高压电缆三 相附件进行分布式的同步高速采样，实现局部放电在线监测。本装置宽频高速采集的方式 可获取完整的局部放电信号波形，能够实时显示视在放电量及各种放电谱图。放电量的连 续监测可实现对电缆系统绝缘状况的监控，为电缆设备的状态维修提供强有力的技术支撑。


图1为本发明实施例的高压电缆系统分布式局部放电在线监测方法的原理流程 图。图2为本发明实施例的高压电缆系统分布式局部放电在线监测装置的功能框图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。参见图1及图2所示，为本发明实施例提供的高压电缆系统分布式局部放电在线 监测方法及装置的原理及功能框图。本发明的高压电缆系统分布式局部放电在线监测装置，包括高频宽带电磁传感 器、光纤传输网络及上位机，高频宽带电磁传感器套接在三相电缆附件接地线或交叉互联线上，其特征在于，还包括下位机数据预处理采集单元，上位机通过光纤传输网络与下位机 相连，下位机数据预处理采集单元进一步包括信号前置调理单元、I/O控制单元、高速数据 采集卡，信号前置调理单元对高频宽带电磁传感器耦合的信号进行调理，高速数据采集卡 对调理后的信号进行采集，I/O控制单元完成采集的控制，并通过光纤传输网络将采集数据 传送到上位机。高频宽带电磁传感器安装于电缆附件接地线或交叉互联线上来耦合局部放电信 号，50Hz工频电压传感器安装于附件附近的本体上来耦合工频电流信号；局部放电信号前 置调理单元完成接地线上混杂信号的预处理，将信号调理至高速数据采集卡输入范围内进 行高速数据采集，并将采集数据存储到大容量的ROM中；光纤传输网络用于将下位机采集 数据高速传输至上位机监控软件；上位机对信号调理采集单元进行控制，接收采集数据后 进行软件抗干扰处理，显示放电视在放电量，以及q-Φ等放电谱图。下面对所述装置的主要部件进行逐一说明(一 )高频宽带电磁耦合传感器高频宽带信号传感器采用镍锌铁氧体，频率范围为20kHz-20MHz，测量时套接在三 相附件接地线或交叉互联线上组成传感器对，耦合的信号包括局部放电信号、干扰、背景噪声。50Hz工频信号传感器用于耦合电缆本体的工频电流信号，用作触发采集，并确定 放电信号所在的工频相位。( 二)下位机数据预处理采集单元下位机单元安装在传感器附近，对传感器输出的信号进行硬件滤除部分干扰，使 得后续放大单元对局部放电信号进行放大，以提高检测灵敏度。程控信号放大单元具有1、5、10、20、50、100倍的放大倍数，将信号调理至数据采
集卡最佳的输入范围。所采用的数据采集卡最高采样率为60MS/s，模拟带宽为30MHz，A/D分辨率为12 位，高速采集的信号存储到ROM中。I/O控制卡用来上下位机间控制命令的发送接收。(三)光纤传输网络采用带钢凯套光纤，其中一根作为备用。每根光纤16芯，在每个节点的光纤集线 器中将光纤截断熔接并引出一路光纤连接至一个下位机单元。(四)上位机监控软件上位机软件用于控制下位机数据采集、设置程控信号调理单元、以及控制接收下 位机ROM中存储的采集数据。对各相同步信号进行综合抗干扰处理后，上位机软件提取出局部放电信号，显示 局部放电视在放电量，以及q-Φ等放电谱图。本发明的高压电缆系统分布式局部放电在线监测方法，整条电缆线路每个附件处 安装高频宽带电磁耦合传感器，传感器套接在电缆附件接地线或交叉互联线上来耦合局部 放电信号，50Hz电流传感器套接在电缆本体上来耦合工频电流信号；下位机对传感器信号 进行调理及高速采集并预处理，并通过光纤传输网络将数字信号传送至上位机监控软件， 实现高压电缆设备分布式局部放电的在线监测。包括以下步骤
(1)在整条电缆线路每个电缆附件接地线或交叉互联线上套接高频宽带电磁耦合 传感器，通过信号调理后接入高速数据采集卡的通道上，进行三相同步触发高速采样，并经 FPGA(现场可编程门阵列)电路处理后，将数字信号存储于下位机ROM(内存)中。(2)在电缆本体上套接50Hz工频电流传感器，通过信号调理后也接入高速数据采 集卡的通道上进行采样，用于局部放电信号采集通道的触发，以确定局部放电信号的工频 电压相位。(3)下位机内包括有信号调理模块、高速数据采集卡、I/O卡，用来完成局部放电 信号的初步干扰抑制、触发采集、数据存储。(4)光纤传输网络将每个下位机监测单元连接至上位机监控单元。(5)上位机监控单元完成对下位机的硬件控制，采集数据的接收、视在放电量的显 示、q_ Φ (放电量-放电相位)等放电谱图显示。(6)通过对每个附件放电量的连续监测，形成放电趋势数据库，从而掌握整条电缆 线路绝缘运行状况。整条电缆线路的分布式的局部放电在线监测，可对绝缘劣化进行前期预报和评 估，积极有效地预防电缆系统突发运行故障。
权利要求
1.一种高压电缆系统分布式局部放电在线监测方法，整条电缆线路每个附件处安装高 频宽带电磁耦合传感器，传感器套接在电缆附件接地线或交叉互联线上来耦合局部放电信 号，50Hz电流传感器套接在电缆本体上来耦合工频电流信号，下位机对传感器信号进行调 理及高速采集并预处理，并通过光纤传输网络将数字信号传送至上位机监控软件，实现高 压电缆设备分布式局部放电的在线监测，其特征在于，包括以下步骤(1)在整条电缆线路每个电缆附件接地线或交叉互联线上套接高频宽带电磁耦合传感 器，通过信号调理后接入高速数据采集卡的通道上，进行三相同步触发高速采样，并经FPGA 电路处理后，将数字信号存储于下位机ROM中；(2)在电缆本体上套接50Hz工频电流传感器，通过信号调理后也接入高速数据采集卡 的通道上进行采样，用于局部放电信号采集通道的触发，以确定局部放电信号的工频电压 相位；(3)下位机内包括有信号调理模块、高速数据采集卡、I/O卡，用来完成局部放电信号 的初步干扰抑制、触发采集、数据存储；(4)光纤传输网络将每个下位机监测单元连接至上位机监控单元；(5)上位机监控单元完成对下位机的硬件控制，采集数据的接收、视在放电量的显示、 放电量-放电相位的放电谱图显示；(6)通过对每个附件放电量的连续监测，形成放电趋势数据库，从而掌握整条电缆线路 绝缘运行状况。
2.一种高压电缆系统分布式局部放电在线监测装置，包括高频宽带电磁传感器、光纤 传输网络及上位机，高频宽带电磁传感器套接在三相电缆附件接地线或交叉互联线上，其 特征在于，还包括下位机数据预处理采集单元，上位机通过光纤传输网络与下位机相连，下 位机数据预处理采集单元进一步包括信号前置调理单元、I/O控制单元、高速数据采集卡， 信号前置调理单元对高频宽带电磁传感器耦合的信号进行调理，高速数据采集卡对调理后 的信号进行采集，I/O控制单元完成采集的控制，并通过光纤传输网络将采集数据传送到上 位机。
全文摘要
本发明提供一种高压电缆系统分布式局部放电在线监测方法及装置，整条电缆线路每个附件处安装高频宽带电磁耦合传感器，传感器套接在电缆附件接地线或交叉互联线上来耦合局部放电信号，50Hz电流传感器套接在电缆本体上来耦合工频电流信号，下位机对传感器信号进行调理及高速采集并预处理，并通过光纤传输网络将数字信号传送至上位机监控软件，实现高压电缆设备分布式局部放电的在线监测。本发明的优点在于能够根据现场需要，通过对高压电缆三相附件进行分布式的同步高速采样，实现局部放电在线监测。
文档编号G01R31/12GK102116824SQ20101056647
公开日2011年7月6日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者夏荣, 李文杰, 罗俊华, 蒙绍新, 赵健康 申请人:国网电力科学研究院