基于gps同步授時(shí)的xlpe電纜局部放電定位裝置制造方法
【專利摘要】一種基于GPS同步授時(shí)的XLPE電纜局部放電定位裝置，包括第一高頻傳感器、第二高頻傳感器、XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)、XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)和上位機(jī)。本發(fā)明將單一的定位裝置分為兩個(gè)，分別檢測(cè)一條XLPE電纜兩端電纜接頭接地線上的高頻電流信號(hào)，其中一個(gè)裝置作為檢測(cè)主機(jī)，另外一個(gè)裝置作為檢測(cè)從機(jī)，主機(jī)和從機(jī)通過(guò)GPS授時(shí)同步實(shí)現(xiàn)同步采集，從而獲得同一脈沖的精確時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)精確定位局部放電源。
【專利說(shuō)明】基于GPS同步授時(shí)的XLPE電纜局部放電定位裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及局部放電定位【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種用于交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜的基于GPS同步授時(shí)的局部放電定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜大量應(yīng)用于城市主電網(wǎng)中。由于XLPE電纜制作時(shí)原材料不純，或者由于制作工藝的問(wèn)題，絕緣層可能會(huì)存在氣隙、雜質(zhì)或突出物，在這些存在氣隙和突出物的部位極易發(fā)送局部放電；另外XLPE電纜運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，其絕緣材料易于收到侵蝕，在局部放電的作用下，會(huì)加劇絕緣材料的老化，最終導(dǎo)致主絕緣擊穿發(fā)生故障。因此檢測(cè)并定位XLPE電纜局部放電，對(duì)于及早發(fā)現(xiàn)故障隱患，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性有重大意義。
[0003]局部放電的檢測(cè)主要有脈沖電流法、特高頻檢測(cè)法、高頻電流檢測(cè)法、超聲檢測(cè)法等。其中脈沖電流不適用與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，特高頻信號(hào)和超聲信號(hào)在電纜中衰減比較嚴(yán)重，因此針對(duì)XLPE電纜局部放電檢測(cè)通常使用高頻電流檢測(cè)法。局部放電產(chǎn)生的高頻電流信號(hào)會(huì)從局部放電發(fā)生點(diǎn)沿電纜向兩端傳播，高頻電流檢測(cè)法通常使用高頻電流傳感器(HFCT)接在電纜接頭的接地線上，通過(guò)檢測(cè)接地線上的高頻電流檢測(cè)是否有局部放電發(fā)生。
[0004]目前已有的XLPE電纜局部放電定位技術(shù)主要有兩種,一種是聲電聯(lián)合檢測(cè)法,一種是振蕩波檢測(cè)法。聲電聯(lián)合檢測(cè)法同時(shí)采用超聲檢測(cè)法和高頻電流檢測(cè)法兩種檢測(cè)方法，利用高頻電流信號(hào)和超聲信號(hào)在XLPE電纜中傳播速度不同，可以確定局部放電信號(hào)傳來(lái)的方向，如需準(zhǔn)確定位局部放電的位置則耗時(shí)長(zhǎng)、操作復(fù)雜。振蕩波檢測(cè)法利用振蕩波信號(hào)發(fā)生器替代工頻的試驗(yàn)電源，在XLPE電纜的一端注入振蕩波電壓，利用振蕩波電壓引發(fā)缺陷產(chǎn)生局部放電并定位局部放電位置，缺點(diǎn)是需要專門(mén)的振蕩波信號(hào)發(fā)生器，而且需要設(shè)備停運(yùn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)傳統(tǒng)的XLPE電纜局部放電定位技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供一種基于GPS同步授時(shí)的XLPE電纜局部放電定位裝置及定位方法，將單一的定位裝置分為兩個(gè)，分別檢測(cè)一條XLPE電纜兩端電纜接頭接地線上的高頻電流信號(hào)，其中一個(gè)裝置作為檢測(cè)主機(jī)，另外一個(gè)裝置作為檢測(cè)從機(jī)，主機(jī)和從機(jī)通過(guò)GPS授時(shí)同步實(shí)現(xiàn)同步采集，從而獲得同一脈沖的精確時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)精確定位局部放電源。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]一種基于GPS同步授時(shí)的XLPE電纜局部放電定位裝置，其特點(diǎn)在于，包括第一高頻傳感器、第二高頻傳感器、XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)、XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)和上位機(jī)；
[0008]所述的XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)包括保護(hù)電路、高頻放大電路、微控制單元(MCU)、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、EEPROM存儲(chǔ)器、液晶顯示屏和操作面板，所述的保護(hù)電路一端與所述的第一高頻傳感器的一端相連，該保護(hù)電路的另一端與所述的高頻放大電路相連，所述的MCU模塊分別與所述的高頻放大電路、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、EEPROM存儲(chǔ)器、液晶顯示屏、操作面板連接，所述的EEPROM存儲(chǔ)另一端經(jīng)上位機(jī)接口與所述的上位機(jī)相連；
[0009]所述的XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)包括保護(hù)電路、高頻放大電路、MCU、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、EEPROM存儲(chǔ)器、液晶顯示屏和操作面板，所述的保護(hù)電路一端與所述的第二高頻傳感器的一端相連，該保護(hù)電路的另一端與所述的高頻放大電路相連，所述的MCU模塊分別與所述的高頻放大電路、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、EEPROM存儲(chǔ)器、液晶顯示屏、操作面板連接。
[0010]一種基于GPS同步授時(shí)的XLPE電纜局部放電定位方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括如下步驟:
[0011]①將第一高頻傳感器和第二高頻高頻傳感器的一端分別接在待測(cè)電纜兩端接頭的接地線上；
[0012]②將第一高頻傳感器和第二高頻高頻傳感器的另一端分別與XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)和XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)相連；
[0013]③啟動(dòng)系統(tǒng)，XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)發(fā)出檢測(cè)命令后進(jìn)入等待狀態(tài)，XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)接收到檢測(cè)命令后回復(fù)XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)確認(rèn)收到檢測(cè)命令，完成握手過(guò)程，然后也開(kāi)始等待；
[0014]④XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)和XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)完成握手過(guò)程后同步計(jì)數(shù)N個(gè)PPS脈沖，然后開(kāi)始同步采集待測(cè)電纜兩端接頭接地線的脈沖信號(hào)；
[0015]⑤XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)采集待測(cè)電纜一端的脈沖波形數(shù)據(jù)；
[0016]⑥XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)同步采集待測(cè)電纜另一端的脈沖波形數(shù)據(jù)，并通過(guò)MCU與無(wú)線通訊模塊將脈沖波形數(shù)據(jù)和從GPS時(shí)間模塊讀取的時(shí)間戳信息傳輸給XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)；
[0017]XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)的無(wú)線通訊模塊接收XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)傳輸?shù)拿}沖波形數(shù)據(jù)和時(shí)間戳信息，并將其傳輸給XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)的MCU ；
[0018]⑦XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)的MCU對(duì)兩組波形數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析，當(dāng)兩者波形一致時(shí)，則計(jì)算時(shí)差并定位局部放電源；
[0019]當(dāng)兩者波形無(wú)一致波時(shí)，則再次發(fā)送采集命令，重復(fù)上述采集過(guò)程，若重復(fù)10次均無(wú)一致波形，則判斷局部放電源不在該段電纜內(nèi)。
[0020]XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)和從機(jī)都做成便于攜帶的手持式設(shè)備，其中都含有高速采集設(shè)備，通過(guò)連接HFCT傳感器可以檢測(cè)局部放電傳至電纜接頭接地線的高頻電流信號(hào)，以此檢測(cè)是否存在局部放電。
[0021]XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)和從機(jī)都主要由放大電路、保護(hù)電路、MCU、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、EEPROM存儲(chǔ)器、液晶顯示屏、操作面板組成。放大電路負(fù)責(zé)將采集的局部放電產(chǎn)生的高頻電流信號(hào)放大；MCU模塊對(duì)采集到脈沖數(shù)據(jù)和其時(shí)間戳進(jìn)行分析，其中從機(jī)的MCU模塊負(fù)責(zé)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、脈沖峰值提取、加時(shí)間戳等功能，主機(jī)的MCU模塊除了負(fù)責(zé)本機(jī)所采集到的數(shù)據(jù)的分析處理，還負(fù)責(zé)對(duì)從機(jī)通過(guò)無(wú)線通訊所上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行波形相關(guān)性分析、時(shí)間差計(jì)算等功能；GPS時(shí)鐘模塊負(fù)責(zé)提供同步采集的同步脈沖和精確時(shí)間戳；無(wú)線通訊模塊負(fù)責(zé)主從機(jī)之間的控制命令和波形數(shù)據(jù)的傳輸；EEPROM存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)，并可通過(guò)數(shù)據(jù)接口上傳；液晶顯示屏和操作面板負(fù)責(zé)提供人機(jī)接口。
[0022]XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)在進(jìn)行局部放電定位時(shí)通過(guò)GPS的授時(shí)功能同步測(cè)量高頻電流脈沖，將測(cè)得的脈沖波形數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊傳輸?shù)姆绞絺鬟f給XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的運(yùn)算。
[0023]XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)在進(jìn)行局部放電定位時(shí)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊告知XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)進(jìn)行同步檢測(cè)，從機(jī)將檢測(cè)到的脈沖波形數(shù)據(jù)與時(shí)標(biāo)信息傳送到主機(jī)以后，主機(jī)(采用小波算法對(duì)從機(jī)和主機(jī)所檢測(cè)的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行波形相關(guān)性分析)檢測(cè)該脈沖數(shù)據(jù)與本機(jī)所檢測(cè)到數(shù)據(jù)的波形相關(guān)性和時(shí)差，并根據(jù)用戶設(shè)置的電纜長(zhǎng)度定位局部放電位置，顯示在人機(jī)界面上。所有的局部放電檢測(cè)數(shù)據(jù)還可以通過(guò)數(shù)據(jù)連接口發(fā)送至上位機(jī)中。
[0024]上位機(jī)可以存儲(chǔ)XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)上傳的局部放電檢測(cè)數(shù)據(jù)，并且提供用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和數(shù)據(jù)圖形化顯示，便于后續(xù)的分析和研究。
[0025]系統(tǒng)中使用硬件濾波器和軟件濾波算法去除干擾脈沖的影響。
[0026]XLPE電纜局部放電定位的關(guān)鍵在于測(cè)量局部放電信號(hào)傳遞到主機(jī)和從機(jī)的精確時(shí)間差。本系統(tǒng)使用GPS同步授時(shí)實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的同步測(cè)量，GPS可以輸出一個(gè)IHz的方波，稱為PPS波。這個(gè)方波通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行同步，不同設(shè)備間PPS波上升沿之間的誤差極小，在Ius以下，對(duì)應(yīng)于一個(gè)工頻周期中的0.018°，足夠用來(lái)作為同步測(cè)量的信號(hào)。另外在主機(jī)和從機(jī)在檢測(cè)局部放電脈沖信號(hào)的同時(shí)會(huì)對(duì)波形原始數(shù)據(jù)加時(shí)間戳，該時(shí)間戳從GPS授時(shí)模塊讀取，可以確保主從機(jī)之間的時(shí)間同步，保證時(shí)間差計(jì)算的精確性。
[0027]與聲電聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)相比，本發(fā)明在進(jìn)行XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位作業(yè)時(shí)操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，使用方便，與振蕩波檢測(cè)法相比，本發(fā)明在進(jìn)行XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位作業(yè)時(shí)無(wú)需使電纜停電，并且不需要額外的信號(hào)發(fā)生器，從而降低了成本，適合于電纜普測(cè)工作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明基于GPS同步授時(shí)的局部放電定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明基于GPS同步授時(shí)的局部放電定位裝置測(cè)量示意圖。
[0030]圖3為XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖4為XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖5為基于GPS同步的測(cè)量時(shí)序。
[0033]圖6為測(cè)量流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位系統(tǒng)作詳細(xì)說(shuō)明:本實(shí)施例給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0035]如圖1所示，本實(shí)施例包括:XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)、XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)與上位機(jī)。XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)和從機(jī)都是便于攜帶的手持設(shè)備，需要進(jìn)行XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位時(shí)，人工攜帶XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)和從機(jī)分別至被測(cè)電纜的兩端電纜接頭處，將主機(jī)和從機(jī)的高頻電流傳感器分別接在相應(yīng)位置電纜接頭的接地線上。通過(guò)GPS同步授時(shí)和無(wú)線通信，由XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)和從機(jī)共同完成電纜局部放電檢測(cè)與定位。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行進(jìn)一步分析。
[0036]如圖3所示，XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)包括傳感器、放大電路、保護(hù)電路、MCU、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、存儲(chǔ)器、液晶顯示屏、操作面板。保護(hù)電路一端接在傳感器，另一端與放大電路相連接，MCU模塊分別與放大電路、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、存儲(chǔ)器、液晶顯示屏、操作面板連接。傳感器套在XLPE電纜接頭接地線上，將流過(guò)XLPE電纜接頭接地線上脈沖電流信號(hào)傳遞給保護(hù)電路。保護(hù)電路用來(lái)保護(hù)設(shè)備內(nèi)部器件和人員安全，以防測(cè)量時(shí)間電纜接地線上出現(xiàn)較大電流，造成設(shè)備損壞和人員受傷。MCU模塊接受操作面板的控制，向無(wú)線通訊模塊發(fā)送通信命令，讀取GPS時(shí)鐘模塊的時(shí)間戳信息，將計(jì)算結(jié)果顯示在液晶顯示屏上，并存儲(chǔ)在EEPROM存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)在EEPROM中的數(shù)據(jù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)接口上傳至上位機(jī)。
[0037]XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)在主機(jī)發(fā)出測(cè)量命令時(shí)通過(guò)GPS時(shí)鐘模塊的同步脈沖信號(hào)同步采集XLPE電纜另一端電纜接頭接地線的脈沖信號(hào)，將脈沖電流數(shù)據(jù)和MCU從GPS時(shí)鐘模塊讀取的脈沖時(shí)間戳信息通過(guò)無(wú)線通信發(fā)送至主機(jī)，并存儲(chǔ)在EEPROM存儲(chǔ)器中。
[0038]測(cè)量過(guò)程如圖6所示，XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)發(fā)出檢測(cè)命令后進(jìn)入等待狀態(tài)，從機(jī)接收到檢測(cè)命令后回復(fù)主機(jī)確認(rèn)收到命令，完成握手過(guò)程，然后也開(kāi)始等待。主機(jī)和從機(jī)從完成握手過(guò)程后同步計(jì)數(shù)N個(gè)PPS脈沖，然后開(kāi)始同步采集I秒鐘的脈沖波形數(shù)據(jù)。從機(jī)將檢測(cè)到的脈沖波形數(shù)據(jù)和從GPS時(shí)間模塊讀取的時(shí)間戳信息傳回XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)處，由主機(jī)MCU模塊對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算時(shí)間差并定位局部放電源。主機(jī)通過(guò)對(duì)波形數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析，波形一致則計(jì)算時(shí)差，若無(wú)一致波形則自動(dòng)再次發(fā)送采集命令，重復(fù)上述采集過(guò)程。若重復(fù)10次均無(wú)一致波形，則判斷局部放電源不在該段電纜內(nèi)。
[0039]本系統(tǒng)同步實(shí)現(xiàn)的原理如圖5。實(shí)現(xiàn)的方法為在XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)和從機(jī)上分別安裝GPS模塊，用來(lái)獲取同步的時(shí)鐘信號(hào)。需要進(jìn)行局部放電定位時(shí)，先由XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)等待下一個(gè)PPS脈沖，當(dāng)PPS脈沖來(lái)臨，用其上升沿觸發(fā)控制器，對(duì)從機(jī)發(fā)出檢測(cè)命令，并從下一個(gè)PPS脈沖開(kāi)始對(duì)PPS脈沖計(jì)數(shù)。從機(jī)收到檢測(cè)命令后,也從下一個(gè)PPS脈沖開(kāi)始對(duì)PPS脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到一個(gè)預(yù)定數(shù)值時(shí),主從機(jī)就開(kāi)始同步采集高頻電流信號(hào)，采集IS的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)分析處理。從機(jī)將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞絺骰刂鳈C(jī)，由主機(jī)對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到時(shí)間差和定位結(jié)果并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于GPS同步授時(shí)的XLPE電纜局部放電定位裝置，其特征在于，包括第一高頻傳感器、第二高頻傳感器、XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)、XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)和上位機(jī)； 所述的XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位主機(jī)包括保護(hù)電路、高頻放大電路、MCU、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、EEPROM存儲(chǔ)器、液晶顯示屏和操作面板，所述的保護(hù)電路一端與所述的第一高頻傳感器的一端相連，該保護(hù)電路的另一端與所述的高頻放大電路相連，所述的MCU模塊分別與所述的高頻放大電路、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、EEPROM存儲(chǔ)器、液晶顯示屏、操作面板連接，所述的EEPROM存儲(chǔ)另一端經(jīng)上位機(jī)接口與所述的上位機(jī)相連； 所述的XLPE電纜局部放電檢測(cè)定位從機(jī)包括保護(hù)電路、高頻放大電路、MCU、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、EEPROM存儲(chǔ)器、液晶顯示屏和操作面板，所述的保護(hù)電路一端與所述的第二高頻傳感器的一端相連，該保護(hù)電路的另一端與所述的高頻放大電路相連，所述的MCU模塊分別與所述的高頻放大電路、GPS時(shí)鐘模塊、無(wú)線通訊模塊、EEPROM存儲(chǔ)器、液晶顯示屏、操作面板連接。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK103823157SQ201410052471
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】宋輝, 盛戈皞, 錢(qián)勇, 代杰杰, 江秀臣 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)