基于异步双端测量的电缆振荡波局部放电检测系统

1.一种基于双端测量的电缆振荡波局部放电检测系统，其特征是包括：
一振荡波发生装置，由30KV程控高压直流电源和其分别电连接的空心电感及无局放高压电子开关构成；
2套信号采集子系统，每套信号采集子系统包括依次电连接的高稳定度高压分压装置、保护型无源低噪声小信号分离耦合装置、多点数据采集装置、PCI远程控制装置和一台上位机；
一程控宽程局部放电校准仪；
所述的2套信号采集子系统分别连接在被测电缆的两端，对振荡波局部放电信号进行不同步采样，所述的振荡波发生装置的空心电感的另一端与被测电缆、以及被测电缆一端的信号采集子系统的高压分压装置连接，所述的信号采集子系统的多点数据采集装置通过WIFI或直连网线与上位机连接进行数据传输，同时还与PCI远程控制装置连接，所述的程控宽程局部放电校准仪在校准阶段接在被测电缆与电缆屏蔽层之间；
所述的振荡波发生装置的30KV程控高压直流电源采用市电供电，其RS232接口与PCI远程控制器连接、通讯，输出分30KV高压和6—12V开关控制信号两路，6—12V开关控制信号控制所述的无局放高压电子开关；
所述的无局放高压电子开关耐压值为28KV，开通时间小于1μS，最大电流80A；
所述的高稳定度高压分压装置分压比为10000：1，电路电流限制到毫安级；
所述的保护型无源低噪声小信号分离耦合装置是一个无源二端口网络，把输入电流信号转换成电压信号，频带为150KHZ—45MHZ，滤除工频电压及其低频谐波；
所述的多点数据采集装置采用NI或ADLINK的100MS/s，8位的数字化仪，进行双通道同步采样；
所述的空心电感为低损耗、高品质因素的0.7H电感，可测试的电力电缆的电容范围为
0.05μ~2μF；
信号采集处理部分集成在抗干扰机箱内，电源采用隔离和滤波措。

基于异步双端测量的电缆振荡波局部放电检测系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种基于异步双端测量的电缆振荡波局部放电检测系统。适用于电缆的局部放电检测和缺陷定位。\n背景技术\n[0002] 随着电力系统发展的需要和用户对供电可靠性要求的提高，高压电力设备运行的可靠性受到了越来越高的重视，但电网中电缆的绝缘问题也愈来愈突出，严重影响了供电可靠性的提高。研究发现，电缆的局部放电量与其绝缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着电缆绝缘可能存在危害电缆安全运行的缺陷。因此，国内外许多专家、学者及一些国际电力权威机构一致推荐局部放电试验为绝缘电力电缆绝缘状况评价的最佳方法，并作为及时发现电缆故障隐患、预测电缆运行寿命、保障电缆安全可靠运行的重要手段。目前，国际上应用比较广泛的振荡波电缆局部放电检测和定位技术，能够有效检测和定位电缆局部放电的位置且检测本身不对电缆造成伤害。\n[0003] 目前国内使用的振荡波局部放电测试系统都是单端检测的。由于单端检测有一定的局限性，当电缆长度较长时系统采集到的反射信号失真严重或采集不到反射信号，使得局部放电定位较为困难，因此单端系统只能对一定长度范围内的电缆进行局部放电检测，另外单端系统对电缆长度的测量有一定的误差。基于以上一些缺陷，本发明提出基于异步双端测量的电缆振荡波局部放电检测系统，用于局部放电信号采集、识别和故障定位。\n发明内容\n[0004] 为克服现有局部放电检测系统的不足，本发明提供一种基于异步双端测量的局部放电检测系统，该系统不仅能测出电缆是否发生局部放电，而且系统的抗干扰性能得到很好提升，对局部放电源的定位精度大幅提高，还可对长电缆进行局部放电测试。\n[0005] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：\n[0006] 一种基于双端测量的电缆振荡波局部放电检测系统，包括：\n[0007] 一振荡波发生装置，由30KV程控高压直流电源和其分别电连接的空心电感及无局放高压电子开关构成；\n[0008] 2套信号采集子系统，每套信号采集子系统包括依次电连接的高稳定度高压分压装置、保护型无源低噪声小信号分离耦合装置、多点数据采集装置、PCI远程控制装置和上位机；\n[0009] 一程控宽程局部放电校准仪；\n[0010] 所述的2套信号采集子系统分别连接在被测电缆的两端，对振荡波局部放电信号进行不同步采样，所述的振荡波发生装置的空心电感另一端和被测电缆、以及被测电缆一端的信号采集子系统的高压分压装置连接，所述的信号采集子系统的多点数据采集装置通过WIFI或直连网线与上位机连接进行数据传输，同时还与PCI远程控制装置连接，所述的程控宽程局部放电校准仪在校准阶段接在被测电缆与电缆屏蔽层（地）之间。\n[0011] 所述30KV程控高压直流电源采用市电供电，其RS232接口与PCI远程控制器连接、通讯，输出分30KV高压和6—12V开关控制信号两路，6—12V开关控制信号控制所述无局放高压电子开关。\n[0012] 所述无局放高压电子开关耐压值为28KV，开通时间小于1μS，最大电流80A。\n[0013] 所述高稳定度高压分压装置分压比为10000：1，电路电流限制到毫安级。\n[0014] 所述无源低噪声小信号耦合装置是一个无源二端口网络，把输入电流信号转换成电压信号，频带为150KHZ—45MHZ，可滤除工频电压及其低频谐波。\n[0015] 所述多点数据采集装置采用NI或ADLINK的100MS/s，8位的数字化仪，进行双通道同步采样。\n[0016] 所述空心电感为低损耗、高品质因素的0.7H电感，可测试的电力电缆的电容范围为0.05μ~2μF。\n[0017] 所述的信号采集处理部分集成在抗干扰机箱内，电源采用隔离和滤波措施。\n[0018] 振荡波发生装置根据测试控制软件的指令产生阻尼振荡波，数据采集子系统对外部输入的含局部放电信息的振荡波信号进行采集，并在信号采集阶段对信号进行加工处理，主要是进行滤波处理。PCI远程控制器装在信号采集子系统中，通过WIFI或直连网线与上位机连接，将采集到的数据传送给上位机保存、分析，信号采集子系统与被检测电缆连接，上位机根据保存的数据使用局放分析软件进行运算分析，提取出局放信号的特征参数，给出是否有局部放电发生及局放量大小、发生局部放电的位置等结果。\n[0019] 检测可按下述步骤进行：\n[0020] 1、首先对连接好的测试系统，使用程控宽程局放校准仪对测试系统进行校准，保存相关测量参数，校准程序完成后需要断开校准器与测试系统的电气连接；\n[0021] 2、系统校准完成后，30KV程控高压直流电源对待测电缆进行充电；\n[0022] 3、达到预设电压后，控制无局放的高压电子开关闭合，使电路产生振荡，振荡波经高稳定度高压分压装置和无源低噪声小信号分离耦合装置后，由多点信号采集装置进行信号的采集和处理，然后将数据发送给上位机保存和分析；\n[0023] 4、上位机的局放分析软件对数据分析得出信号的各项特征参数后，对电缆的绝缘状态做出判断，得出有无局部放电发生以及局放量大小和局部放电的位置等分析结果。\n[0024] 本发明的效果是：采用双端测量，可克服单端测量不能测试长电缆的缺点，基于双端测量可简化局放定位算法，定位精度高。\n[0025] 本发明也可单独使用进行单端测试，能实现阻尼振荡波的发生、自动采集振荡波局放信号并保存，试验数据可实时传输给局放分析软件平台进行快速分析和状态评估。\n附图说明\n[0026] 图1是异步双端电缆振荡波局部放电检测系统实施例的结构框图；\n[0027] 图2是实施双端检测时的系统框图。\n具体实施方式\n[0028] 下面结合附图，对本发明的工作原理作进一步详细说明。\n[0029] 如图1所示，是本发明的电缆振荡波局部放电检测系统实施例的整体结构框图，该系统包括待测电缆、空心电感、30KV程控高压直流电源、无局放高压电子开关、程控宽程局部放电校准仪、信号采集子系统、上位机。系统工作时电路连接为：30KV程控高压直流电源和空心电感及无局放高压电子开关连接，空心电感和被测电缆及高压分压装置连接，高压分压装置和无源小信号耦合装置连接，无源小信号耦合装置和多点数据采集装置连接，多点数据采集装置和PCI远程控制装置连接。校准时程控宽程局部放电校准仪接于电缆及其屏蔽层间，测试时需要断开其电气连接。\n[0030] 本发明可对电力电缆进行局部放电测试，在测试过程中需对信号进行采集及处理。信号采集处理部分集成在一个定制的抗干扰机箱内，电源采用了隔离、滤波等措施。\n[0031] 上述抗干扰机箱内集成的装置包括多点数据采集卡和PCI远程控制装置。\n[0032] 所述无源小信号耦合装置安装在一个抗干扰的屏蔽金属盒里，屏蔽盒及抗干扰机箱均按照相应的电磁兼容标准设计。\n[0033] 图2为本发明实施双端检测时的结构框图，其中主测试端A安装全套的测试设备，包括振荡波发生装置、信号采集子系统、程控宽程局部放电校准仪，对端B只需安装信号采集子系统。测试时A端对电缆进行充电，到达设定电压后控制高压电子开关闭合，使试验回路产生振荡波电压，与此同时PCI远程控制系统对两端的设备进行通信，使得两端的信号采集系统按约定时间对振荡波局部放电信号进行采集，两端信号采集系统都将采集到的数据上传给上位机集中进行处理分析。\n[0034] 30KV程控高压直流电源可产生0—30KV的直流电压，可直接采用市电供电，通过RS232接口与PCI远程控制装置连接通信，采用微机程控控制，输出分30KV高压和6—12V开关控制信号两路，30KV高压负责给测试系统充电，6—12V开关信号控制高压电子开关通/断。\n[0035] 无局放高压电子开关耐压值为28KV，开通时间小于1μS，最大电流80A，在系统充电完成后受30KV程控高压直流电源控制而闭合，使系统形成闭合回路振荡放电。\n[0036] 空心电感为低损耗、高品质因素的0.7H电感，与被测电缆组成LC串联振荡电路。\n[0037] 程控宽程局放校准仪通过RS232接口与PCI远程控制器通讯，根据选择的量程相应地自动产生1pc—10nc的频率为100HZ或400HZ可调周期的脉冲信号。\n[0038] 保护型无源低噪声小信号分离耦合装置是一个无源二端口网络，把输入电流信号转换成电压信号，频带为150KHZ—45MHZ，可滤除工频电压及其低频谐波，负责把采集到的局部放电电流信号转换成电压信号，并将工频谐波滤除。\n[0039] 高稳定度高压分压装置分压比为10000：1，电路电流限制到毫安级，对低频的振荡波和高频的局部放电信号进行分压、限流及信号分离。\n[0040] PCI远程控制装置实现对局放测量与定位信号采集的同步控制，以及对多点数据采集卡的控制。\n[0041] 多点信号采集装置采用NI或ADLINK的100MS/s，8位数字化仪，实现双通道同步对振荡波和局部放电信号分别采样。