電纜附件絕緣帶電檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電纜附件絕緣帶電檢測裝置，包括傳感器、系統(tǒng)機箱、便攜主機和檢測軟件系統(tǒng)，所述的傳感器包括兩個高頻電流傳感器、一個特高頻傳感器和一個超聲傳感器；耦合電纜附件中的局部放電信號送入所述的系統(tǒng)機箱；所述的系統(tǒng)機箱由信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元、綜合電源單元和開關(guān)電路構(gòu)成，系統(tǒng)機箱完成對局部放電信號的前置調(diào)理、采樣處理和數(shù)據(jù)傳輸；所述的系統(tǒng)機箱和便攜主機之間通過USB通信線進行連接；所述的便攜主機搭載所述的檢測軟件系統(tǒng)，對局部放電數(shù)據(jù)進行處理、分析診斷，并建立局部放電數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明提高電纜附件局部放電帶電檢測的靈敏度、信噪比和抗干擾能力，實現(xiàn)對現(xiàn)場信號的實時自動處理，給出現(xiàn)場診斷分析結(jié)果。
【專利說明】電纜附件絕緣帶電檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電纜設(shè)備檢測，特別是一種電纜附件絕緣帶電檢測裝置。
技術(shù)背景
[0002]電力電纜是電力系統(tǒng)的重要組成部分，交聯(lián)聚乙烯電纜(簡稱為XLPE電纜)因為其絕緣性能良好、介電損耗系數(shù)小、耐高溫、占用空間小和安裝維護方便等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于城鎮(zhèn)的輸配電網(wǎng)中。當(dāng)XLPE電纜絕緣內(nèi)部存在缺陷時，會導(dǎo)致電纜內(nèi)部局部放電的發(fā)生，加劇絕緣的老化，進而引起絕緣故障，影響電纜的安全可靠運行。由于XLPE電纜多采用地下敷設(shè)的方式，更增加了判斷電纜工作狀態(tài)正常與否的難度。傳統(tǒng)的常規(guī)性預(yù)防試驗周期長，不能及時有效地發(fā)現(xiàn)電纜故障，隨著電纜在電力網(wǎng)絡(luò)中的廣泛應(yīng)用，單一的定期檢修模式已經(jīng)不再能夠滿足電纜檢修的需要。因此，如何快速有效地判斷電纜的絕緣狀況，及時準(zhǔn)確地診斷電纜的絕緣故障，具有非常重要的現(xiàn)實意義。
[0003]通過檢測電纜內(nèi)部的局部放電水平，可以間接地反映XLPE電纜的絕緣狀況，是一種有效的電纜絕緣缺陷檢測手段。根據(jù)統(tǒng)計，電纜發(fā)生的絕緣故障中，絕大部分發(fā)生在電纜附件上，因而，對電纜局部放電的檢測目前主要集中在檢測電纜附件內(nèi)部的局部放電水平。目前用于檢測電纜附件內(nèi)部局部放電的方法主要有高頻法、特高頻法和超聲法，由于電纜及其附件運行的現(xiàn)場背景干擾情況復(fù)雜，采用單一的檢測方法對電纜附件進行檢測時，經(jīng)常發(fā)生誤判的情況，為了解決這個問題，實際應(yīng)用中通常需要結(jié)合多種檢測儀器的結(jié)果進行綜合分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電纜附件絕緣帶電檢測裝置，該裝置綜合多個傳感器的檢測信息，使得各傳感器的優(yōu)勢互補，增強了局放檢測的抗干擾能力和檢測效率，具有很好的實用價值。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種電纜附件絕緣帶電檢測裝置，包括傳感器、系統(tǒng)機箱、便攜主機和檢測軟件系統(tǒng)，其特點在于:
[0007]所述的傳感器包括兩個高頻電流傳感器、一個特高頻傳感器和一個超聲傳感器；耦合電纜附件中的局部放電信號送入所述的系統(tǒng)機箱；
[0008]所述的系統(tǒng)機箱由信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元、綜合電源單元和開關(guān)電路構(gòu)成，系統(tǒng)機箱完成對局部放電信號的前置調(diào)理、采樣處理和數(shù)據(jù)傳輸；所述的系統(tǒng)機箱和便攜主機之間通過USB通信線進行連接；
[0009]所述的便攜主機搭載所述的檢測軟件系統(tǒng)，對局部放電數(shù)據(jù)進行處理、分析診斷，并建立局部放電數(shù)據(jù)庫。
[0010]所述的信號調(diào)理單元包括2個HFCT放大器、I個UHF放大器和I個AE放大器，所述的2個HFCT放大器的輸入端分別接所述的2個高頻電流傳感器的輸出端、所述的UHF放大器的輸入端接所述的特高頻傳感器的輸出端，所述的AE放大器的輸入端接所述的超聲傳感器的輸出端，所述的開關(guān)電路是具有4個輸入端和2個輸出端的雙通道轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述的2個HFCT放大器、I個UHF放大器和I個AE放大器的輸出端分別接所述的開關(guān)電路的四個輸入端，傳感器信號中自由配置2個采集通道，實現(xiàn)2個采集通道對電纜設(shè)備的同時在線檢測
[0011]所述的數(shù)據(jù)采集單元為高速采集卡，，負(fù)責(zé)實現(xiàn)系統(tǒng)局放信號的采集，具有雙通道100MS/s的采樣率，50MHz采樣帶寬，8 - bit分辨率，采用USB總線與所述的便攜主機相連，將局放數(shù)據(jù)送便攜主機分析處理。
[0012]所述的綜合電源單元包含變壓器、電源模塊和工頻相位模塊，變壓器的輸入為外加工頻電壓，變壓器的輸出與電源模塊相連，電源模塊有兩路輸出，一路輸出為直流，為開關(guān)電路提供電源供給，另一路輸出為工頻正弦電壓信號，作為工頻相位模塊的輸入，工頻相位模塊根據(jù)外加的工頻正弦電壓產(chǎn)生一個與之同步的觸發(fā)脈沖，作為數(shù)據(jù)采集單元的外同步觸發(fā)源。
[0013]所述的檢測軟件的功能包括對測試信息的管理、采樣模式與采樣參數(shù)的配置、局放數(shù)據(jù)的 處理、局放特征的提取、局放結(jié)果的診斷分析、數(shù)據(jù)圖譜顯示、局放數(shù)據(jù)庫的建立等內(nèi)容，并提供友好的用戶界面。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0015](I)通過多個傳感器的信息綜合，整體提高電纜附件局部放電帶電檢測的靈敏度、信噪比和抗干擾能力。
[0016](2)檢測裝置配有檢測軟件，可以實現(xiàn)對現(xiàn)場信號的實時自動處理，給出現(xiàn)場診斷分析結(jié)果。同時，軟件系統(tǒng)通過人性化的人機交互界面，可以對檢測模式、采樣參數(shù)和測試信息等進行靈活的選擇與配置。
[0017](3)檢測軟件同時建立歷史數(shù)據(jù)庫，以方便人員對數(shù)據(jù)進行進一步的查閱分析。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、使用簡便，可以快速有效地實現(xiàn)對電纜附件的絕緣帶電檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明電纜附件絕緣帶電檢測裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明中檢測系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖3是本發(fā)明中檢測軟件模式界面，其中(a)為實時診斷模式，(b)為連續(xù)采樣模式；
[0021]圖4是檢測裝置的數(shù)據(jù)處理過程。
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0027]1、局部放電傳感器包括高頻電流傳感器、特高頻傳感器和超聲傳感器，本實施例中，高頻電流傳感器(HFCT)采用Rogowski線圈，為外置鉗式結(jié)構(gòu)，傳遞函數(shù)5.0 Ω，檢測頻帶為120kHz?40MHz，應(yīng)用于現(xiàn)場檢測的高頻電流傳感器安裝在電纜附件的接地線上或電纜附件附近的電纜本體上，可以獲取電纜附件局部放電時的高頻電流信號；特高頻(UHF)傳感器采用外置式微帶天線結(jié)構(gòu)，檢測頻帶為500MHz — 1.5GHz，應(yīng)用于現(xiàn)場檢測的特高頻傳感器安裝在電纜附件的附近，可以檢測到電纜附件周圍空間中由局部放電激發(fā)的特高頻電磁波信號；聲發(fā)射(AE)傳感器采用空氣耦合方式的超聲傳感器，額定頻率為40kHz，檢測帶寬6kHz，檢測靈敏度_46dB，應(yīng)用于現(xiàn)場檢測的超聲傳感器安裝在電纜附件的附近，可以檢測到電纜附件周圍空氣中由局部放電激發(fā)的超聲波信號。
[0028]本發(fā)明在4路傳感器信號中自由配置2個采集通道，實現(xiàn)2個采集通道對電纜設(shè)備的同時在線檢測。
[0029]2、系統(tǒng)機箱主要由信號調(diào)理單元1、數(shù)據(jù)采集單元2、綜合電源單元3和開關(guān)電路4構(gòu)成。系統(tǒng)機箱的硬件結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。信號調(diào)理單元包括2個HFCT放大器、I個UHF放大器和I個AE放大器。HFCT放大器對HFCT傳感器耦合的高頻脈沖電流信號進行前置濾波和增益后輸出；UHF放大器對UHF傳感器耦合的特高頻信號進行前置濾波、增益及檢波之后輸出；AE放大器對AE傳感器耦合的超聲波信號進行前置濾波和增益之后輸出。
[0030]數(shù)據(jù)采集單元為基于高速采集卡的數(shù)據(jù)采集平臺，采用USB總線模式，具有雙通道lOOMS/s的采樣率，50MHz采樣帶寬，8_bit分辨率，負(fù)責(zé)實現(xiàn)系統(tǒng)局放信號的采集，并將局放數(shù)據(jù)送回便攜主機分析處理。
[0031]綜合電源單元為檢測裝置提供可靠穩(wěn)定的電源供給，外加工頻電壓220V±30%。綜合電源單元除了供電的功能之外，還有相位同步的功能，如圖1所示，綜合電源單元內(nèi)部包含變壓器、電源模塊和工頻相位模塊。外加工頻電壓220V±30%作為變壓器的輸入，變壓器對工頻電壓進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后的輸出發(fā)送到電源模塊，電源模塊產(chǎn)生一路直流輸出電壓+9V，給開關(guān)電路供電，電源模塊另外輸出一路工頻正弦電壓信號，送給工頻相位模塊，由工頻相位模塊產(chǎn)生一個與之同步的觸發(fā)脈沖，用作數(shù)據(jù)采集單元的外同步觸發(fā)源。
[0032]所述的開關(guān)電路為手動切換。
[0033]3、采用便攜筆記本電腦作為便攜主機，作為搭載檢測軟件系統(tǒng)的硬件平臺，使用及攜帶方便。便攜主機與系統(tǒng)機箱之間通過USB通信線連接。
[0034]檢測軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集控制模塊、數(shù)據(jù)分析與診斷模塊、測試信息處理模塊和數(shù)據(jù)庫。檢測軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成對測試信息的管理、采樣模式與采樣參數(shù)的配置、局放數(shù)據(jù)的處理、局放特征的提取和局放檢測結(jié)果的診斷分析。檢測軟件的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
[0035]1、數(shù)據(jù)采集控制模塊負(fù)責(zé)管理裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對數(shù)據(jù)采集參數(shù)進行配置。本發(fā)明的檢測模式分為實時診斷模式和連續(xù)采樣模式，實時診斷模式中，軟件按照指定采樣次數(shù)實時采集數(shù)據(jù)，顯示實時診斷圖，達到指定采樣次數(shù)后自動停止采樣，給出診斷結(jié)論。連續(xù)采樣模式中，軟件僅采集原始數(shù)據(jù)而不做其它處理，直接將原始波形實時顯示。檢測軟件根據(jù)用戶的要求可以在兩種檢測模式中自由切換，如圖3所示。
[0036]為滿足系統(tǒng)實時性的要求，軟件的采集流程控制采用多線程設(shè)計，在系統(tǒng)采集過程中，軟件需要及時響應(yīng)用戶的輸入，并實時與主界面交互，顯示系統(tǒng)當(dāng)前的信息和狀態(tài)，包括采集的數(shù)據(jù)，采樣的狀態(tài)，測試的信息顯示等。
[0037]2、數(shù)據(jù)分析與診斷模塊可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的自動分析與處理，處理過程如圖4所示。在現(xiàn)場檢測中，影響局部放電的干擾大致可以分為窄帶干擾、白噪聲干擾和脈沖型干擾。針對這三種類型的干擾，可以分別采用基于FFT的窄帶干擾抑制算法、基于小波的消噪算法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN)的濾波算法等。
[0038]在大量模型實驗和實際數(shù)據(jù)測試的基礎(chǔ)上，軟件系統(tǒng)地提取出局部放電各種類型的特征參數(shù)，構(gòu)建各種缺陷對應(yīng)的局部放電指紋特征庫。局部放電的基本特征參數(shù)主要有最大放電量MaxQ、平均放電量AvgQ、平均放電電流1、均方率D、NQN等10余種。在系統(tǒng)判斷有局放現(xiàn)象存在時，軟件將自動進行局放類型判別，判斷局放類型一般根據(jù)局部放電相位分布圖譜進行，局部放電相位分布圖譜主要有最大放電量相位分布Η,Χ(Φ)、平均放電量相位分布Hqn(<i))、放電次數(shù)相位分布Ηη(Φ)、局部放電幅值分布H(q)和局部放電能量分布H(p)共五種二維放電譜圖 ，以及一種三維放電譜圖扎((^，(1)，不同類型的絕緣缺陷產(chǎn)生的局放在相位分布圖譜上有較為明顯的差別，通過實驗室模擬試驗建立的指紋庫可以作為現(xiàn)場檢測缺陷識別的參考。檢測軟件在診斷分析模式下，提供診斷結(jié)果，并將診斷圖譜輸出顯示，以方便人員對測試診斷結(jié)果的分析。
[0039]3、軟件測試信息處理模塊負(fù)責(zé)對測試信息由用戶錄入，并可保存為數(shù)據(jù)文件，便于以后的分析和測試報告的生成。對現(xiàn)場檢測信息的有效管理，為采樣數(shù)據(jù)的詳細分析提供了幫助。在實時診斷模式下，檢測軟件可以根據(jù)測試信息自動生成測試報告。
[0040]4、檢測軟件對采樣數(shù)據(jù)建立局部放電數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的有效管理。用戶可以通過軟件方便地查詢歷史數(shù)據(jù)，查看原始數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)。軟件同時提供對數(shù)據(jù)的對比分析功能，可以比較多根電纜的診斷數(shù)據(jù)，為判斷整個測試站內(nèi)電纜局部放電狀況提供支持。
[0041]實施例
[0042]當(dāng)電纜或電纜附件內(nèi)發(fā)生局部放電時，會有高頻脈沖電流從局放源沿電纜高壓導(dǎo)體和電纜接地線傳播，同時從局放源向外激發(fā)出特高頻電磁波和超聲信號。對被測電纜進行局部放電檢測時，將高頻電流傳感器安裝于電纜本體或接地線上，特高頻傳感器和超聲傳感器置于電纜附件附近。當(dāng)被測電纜內(nèi)部發(fā)生局部放電時，放電信號被傳感器耦合到，并傳回到檢測系統(tǒng)機箱。系統(tǒng)機箱對局放信號前置調(diào)理后，采樣處理，并通過USB數(shù)據(jù)接口送到系統(tǒng)便攜主機作進一步的分析診斷。便攜主機通過系統(tǒng)軟件實現(xiàn)對原始采樣數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)特征參數(shù)分析、數(shù)據(jù)存儲方式、數(shù)據(jù)顯示、查詢和數(shù)據(jù)診斷等內(nèi)容，給出電纜的診斷結(jié)果。
[0043]數(shù)據(jù)采集控制模塊負(fù)責(zé)管理裝置的數(shù)據(jù)采集，并對數(shù)據(jù)采集參數(shù)進行配置，采樣后的局部放電數(shù)據(jù)在軟件界面顯示，并存入原始數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)分析與診斷模塊中，局部放電數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波處理、提取特征參數(shù)，送到特征數(shù)據(jù)庫，通過專家診斷系統(tǒng)，給出診斷結(jié)果。測試信息處理模塊負(fù)責(zé)管理現(xiàn)場測試的基本信息。局部放電數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對局部放電數(shù)據(jù)的可靠高效管理，用戶可以由軟件方便地查詢歷史數(shù)據(jù)，查看原始數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)，t匕對多條電纜線路的歷史數(shù)據(jù)，為給出更為全面的診斷分析結(jié)果提供幫助。
[0044]應(yīng)用電纜附件局部放電帶電檢測裝置的現(xiàn)場測試方案如下:
[0045]1、對于IlOkV電壓等級以上的高壓電纜線路，現(xiàn)場一般是單芯結(jié)構(gòu)，各相電纜的接地線分別接地，這時可以在三相各自的接地線上安裝高頻電流傳感器，并將特高頻傳感器和超聲傳感器安裝在電纜附件的附近。[0046] 2、對于IlOkV電壓等級以下的中低壓電纜線路，一般采用三芯結(jié)構(gòu)，此時可在三相終端本體或接地線上套接高頻電流傳感器，并將特高頻傳感器和超聲傳感器安裝在電纜附件的附近。
【權(quán)利要求】
1.一種電纜附件絕緣帶電檢測裝置，包括傳感器、系統(tǒng)機箱、便攜主機和檢測軟件系統(tǒng)，其特征在于: 所述的傳感器包括兩個高頻電流傳感器、一個特高頻傳感器和一個超聲傳感器；耦合電纜附件中的局部放電信號送入所述的系統(tǒng)機箱； 所述的系統(tǒng)機箱由信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元、綜合電源單元和開關(guān)電路構(gòu)成，系統(tǒng)機箱完成對局部放電信號的前置調(diào)理、采樣處理和數(shù)據(jù)傳輸；所述的系統(tǒng)機箱和便攜主機之間通過USB通信線進行連接； 所述的便攜主機搭載所述的檢測軟件系統(tǒng)，對局部放電數(shù)據(jù)進行處理、分析診斷，并建立局部放電數(shù)據(jù)庫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜附件絕緣帶電檢測裝置，其特征在于，所述的信號調(diào)理單元包括2個HFCT放大器、I個UHF放大器和I個AE放大器，所述的2個HFCT放大器的輸入端分別接所述的2個高頻電流傳感器的輸出端、所述的UHF放大器的輸入端接所述的特高頻傳感器的輸出端，所述的AE放大器的輸入端接所述的超聲傳感器的輸出端，所述的開關(guān)電路是具有4個輸入端和2個輸出端的雙通道轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述的2個HFCT放大器、I個UHF放大器和I個AE放大器的輸出端分別接所述的開關(guān)電路的四個輸入端，傳感器信號中自由配置2個采集通道，實現(xiàn)2個采集通道對電纜設(shè)備的同時在線檢測 所述的數(shù)據(jù)采集單元為高速采集卡，，負(fù)責(zé)實現(xiàn)系統(tǒng)局放信號的采集，具有雙通道100MS/s的采樣率，50MHz采樣帶寬，8 - bit分辨率，采用USB總線與所述的便攜主機相連，將局放數(shù)據(jù)送便攜主機分析處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜附件絕緣帶電檢測裝置，其特征在于，所述的綜合電源單元包含變壓器、電源模塊和工頻相位模塊，變壓器的輸入為外加工頻電壓，變壓器的輸出與電源模塊相連，電源模塊有兩路輸出，一路輸出為直流，為開關(guān)電路提供電源供給，另一路輸出為工頻正弦電壓信號，作為工頻相位模塊的輸入，工頻相位模塊根據(jù)外加的工頻正弦電壓產(chǎn)生一個與之同步的觸發(fā)脈沖，作為數(shù)據(jù)采集單元的外同步觸發(fā)源。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的電纜附件的絕緣帶電檢測裝置，其特征在于所述的檢測軟件的功能包括對測試信息的管理、采樣模式與采樣參數(shù)的配置、局放數(shù)據(jù)的處理、局放特征的提取、局放結(jié)果的診斷分析、數(shù)據(jù)圖譜顯示、局放數(shù)據(jù)庫的建立等內(nèi)容，并提供友好的用戶界面。
【文檔編號】G01R31/12GK103969556SQ201410095139
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】錢勇, 陳孝信, 舒博, 李嫣然, 巍翀, 張一鳴, 盛戈皞, 江秀臣 申請人:上海交通大學(xué)