專利名稱：一種用于高壓xlpe電纜的在線監測方法
技術領域：
本發明涉及電力設備絕緣故障檢測領域，特別涉及一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法。
背景技術：
近年來，隨著國內外電纜行業的不斷發展，研究人員開發了多種XLPE電力電纜的監測及檢測方法，其中有些方法已在運行單位得到了應用。(1)外置式電容耦合傳感器外置式電容耦合傳感器結構如圖1 (a)所示，將一對電極安裝在電纜接頭兩側(接頭中間的屏蔽層用絕緣墊圈隔開)，再用檢測阻抗將兩電極相連。其等效電路如圖1(b)所示，圖中Cp C2為金屬屏蔽層與線芯導體形成的等效電容，C3, C4為金屬電極與金屬屏蔽層形成的等效電容，Zd為檢測阻抗。(2)外置式電感耦合傳感器參見圖2，M為Rogowski線圈結構電流傳感器線圈的互感，Ls為線圈的自感，Cs為線圈的等效雜散電容，Rs為線圈的等效電阻，CO、RO為線圈的取樣阻抗。(3)超聲波檢測法超聲波技術是在現場條件下較早應用成功的技術之一。超聲波檢測系統通常采用壓電晶體作傳感器，其工作頻帶多取60 300kHz。目前，該技術主要用于電纜接頭及附近的局放檢測，可以采用傳感器固定安裝的在線監測方法，也可以采用移動傳感器進行便攜式檢測。(4)紫外成像技術紫外成像技術目前已廣泛應用于電力設備電暈放電的檢測，且發展到了可在白天進行檢測的水平。該技術可用于對電纜終端發生的電暈放電信號進行采集，從而發現電纜終端電暈嚴重部位，并采取相應措施保證高壓電纜系統的安全運行。(5)介質損耗法參見圖3，該方法對零點的檢測精度要求高，因此對過零檢測器的穩定性(包括長時間工作的穩定性及溫度穩定性等)有較高的要求。這種方法對測量信號本身的要求也較高，因為疊加在正弦波電壓上的過零點附近的一些干擾，往往會影響過零點檢測的準確性， 諧波對正確檢測過零點也有舉足輕重的影響。因此，要使用穩定性很好的濾波器來濾除諧波分量。常用高阻進行分壓取得電壓信號，之后，與流經電纜絕緣的電流相量進行相位比較，但事先要驗證電阻測量時的角差。有關資料提出，當tan δ大于時，絕緣可判斷為不良。由此法得到的信息是反映絕緣缺陷的平均程度，也有研究者認為該方法只能反映電纜的吸水程度。(6)光學檢測法隨著光學技術的不斷發展，國外學者近幾年還提出了通過光檢測法來獲取XLPE 電纜絕緣信息的想法。一般來講，電樹枝起始前聚合物中電場強度增高點發射出的光稱為場致發光(EL)，這一現象已被加拿大、日本和瑞典等國所認識。由于EL在水樹轉化為電樹之前就發射出來，可以據此察覺聚合物材料的老化狀態。EL的強度比局部放電(PD)至少低兩個數量級，EL的光譜不同于PD的光譜，為此，采取高靈敏度的光學聚集裝置來顯示EL光譜的波長、強度和色調等特征，且按不同的EL起始電壓測出光譜強度與波長、電樹枝起始時間、老化生成范圍等的關系，可據此實現電纜絕緣的評價。該方法目前還處在試驗室研究階段，離實用化技術還有很長的一段距離。發明人在實現本發明的過程中發現現有技術中至少存在以下的缺點和不足①外置式電容耦合傳感器受到外界噪聲的干擾，包括廣播信號，白噪聲信號，以及線路諧波的影響，并且安裝后運行環境惡劣，尤其直埋電纜上不能長期使用；②電感耦合傳感器法適用于隧道敷設的電纜接頭和終端，且抗干擾性能不佳，經常受到電暈放電的干擾； ③超聲波檢測法由于超聲信號在電纜中衰減較快，傳感器靈敏度不高；④紫外檢測法只能檢測電纜終端表面放電信號，對于電纜附件內部的缺陷無能為力；⑤光學檢測法目前尚處于實驗室研究階段，離實際應用還有一段距離，且該方法難以實現在線監測。
發明內容
本發明提供了一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，本發明消除了外界環境的干擾，提高了抗干擾性；實現了對電纜本體及附件內部缺陷的檢測；能準確定位缺陷位置和大小，實現在線監測，詳見下文描述一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，所述方法包括以下步驟(1)在高壓XLPE電纜附件中距橡膠件第一預設距離處電纜外半導電層上安裝內置式電容耦合傳感器；(2)在所述高壓XLPE電纜上施加一個測試信號，測試由所述內置式電容耦合傳感器、同軸電纜、濾波器、放大器組成的電路是否能調通；如果是，執行步驟(4)；如果否，執行步驟⑶；(3)檢查由所述內置式電容耦合傳感器、所述同軸電纜、所述濾波器、所述放大器組成的電路，重復執行步驟O)，直到電路調通為止，執行步驟(4)；(4)所述內置式電容耦合傳感器感應所述高壓XLPE電纜附件中的第一放電信號， 通過中間接頭金屬護殼密封口處的橡膠塞將所述同軸電纜引出，作為信號線傳遞所述第一放電信號；(5)所述第一放電信號經所述同軸電纜引出后經過所述濾波器、所述放大器、電光轉換器、監控中心、光電轉換器和采集卡的處理，獲取第三放電信號；(6)所述監控中心對所述第三放電信號進行處理，統計多個連續工頻周波中所述第三放電信號的相角、幅值以及放電次數，并構建識-q-n放電譜圖，其中，識為所述第三放電信號發生時所對應的工頻周波相角，q為放電量大小，η為放電次數；(7)判斷所述第三放電信號的相角是否同時滿足180度特征及信號幅值大于 300mV，如果是，執行步驟(8)；如果否，執行步驟(9)；(8)所述第三放電信號為局部放電信號，觀察所述第三放電信號的發展情況，流程結束；(9)判斷所述第三放電信號的幅值是否不滿足所述180度特征及信號幅值在100mV-300mV之間，如果是，執行步驟(10)；如果否，執行步驟(11)；(10)縮短對所述高壓XLPE電纜的監測周期，流程結束；(11)所述高壓XLPE電纜工作正常，流程結束。所述內置式電容耦合傳感器具體為在電纜外半導電層上纏繞兩層寬度為第二預設距離的PVC絕緣膠帶，再纏繞一層寬度為第三預設距離的金屬電極，并用銅屏蔽線與所述金屬電極連接后引出，最后再纏繞兩層PVC絕緣膠帶，所述金屬電極作為所述內置式電容耦合傳感器，其中，所述第三預設距離小于所述第二預設距離。所述測試信號為方波信號。所述第一放電信號經所述同軸電纜引出后經過所述濾波器、所述放大器、所述電光轉換器、監控中心、光電轉換器和采集卡的處理，獲取第三放電信號具體為1)所述第一放電信號經所述同軸電纜引出后經過所述濾波器進行濾波，將頻率低于預設范圍的信號濾掉，獲取濾波后第一放電信號；2)所述放大器對所述濾波后第一放電信號進行放大，獲取放大后第一放電信號；3)所述電光轉換器將所述放大后第一放電信號轉換為光信號，通過光纖將所述光信號傳輸到所述監控中心；4)所述監控中心接收所述光信號，并經所述光電轉換器將所述光信號轉換為第二放電信號；5)所述采集卡對所述第二放電信號進行采集，獲取所述第三放電信號。所述180度特征具體為所述第三放電信號的相角在0-90°和180-270°之間。本發明提供的技術方案的有益效果是本發明提供了一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，與電感耦合傳感器法和外置式電容耦合傳感器相比，本發明所提供的監測方法具有較高的抗干擾性能，由于高壓 XLPE電纜附件內的屏蔽效應可以消除大部分干擾，大大提高檢測可靠性，適用于工程現場測試；本發明的內置式電容耦合傳感器安裝不破壞高壓XLPE電纜附件本身絕緣結構，不會對高壓XLPE電纜運行造成危害，并且不受高壓XLPE電纜運行環境的影響；內置式電容耦合傳感器靈敏度高，對于監測微小局放信號敏感；該方法安裝簡單，校準方便，利于推廣。
圖1 (a)為現有技術提供的外置式電容耦合傳感器結構示意圖；圖1 (b)為現有技術提供的外置式電容耦合傳感器的等效電路圖；圖2為現有技術提供的Rogowski線圈傳感器的等效電路圖；圖3為現有技術提供的tan δ在線檢測法的原理示意圖；圖4為本發明提供的一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法的流程圖；圖5為本發明提供的用于高壓XLPE電纜的在線監測的結構示意圖；圖6為本發明提供的放電量與相角關系的示意圖。附圖中各標號所代表的部件列表如下1:橡膠件；2 :外半導電層；3 內置式電容耦合傳感器；4 =PVC絕緣膠帶；
5 金屬電極；6:同軸電纜；
7 金屬護殼；8 橡膠塞；
9 高壓XLPE電纜；10 導體；
11:應力錐；12 濾波器；
13 放大器；14 電光轉換器
15 監控中心；16 光電轉換器
17 采集卡。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。為了消除外界環境的干擾，提高抗干擾性；實現對電纜本體及附件內部缺陷的檢測；能準確定位缺陷位置和大小，實現在線監測，參見圖4和圖5，本發明實施例提供了一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，詳見下文描述本發明實施例解決其技術問題所采用的技術方案是利用電容耦合傳感器對高頻信號敏感的原理，將電容耦合傳感器裝設在電纜中間接頭，由于不破壞電纜附件本身絕緣結構，因此不會對電纜運行造成危害，并且不受電纜運行環境的影響，而且還可對接頭中的局部放電信號進行在線監測。沿電纜線路敷設內置式電容耦合傳感器還可對接頭中的局放進行定位。絕緣體中只有局部區域發生放電，而沒有貫穿施加電壓的導體之間，這種現象稱之為局部放電。內置式電容耦合傳感器3，一般安裝在半導體屏蔽層上，對于電纜接頭，也可以利用應力錐11或接頭周圍的半導體層直接作為檢測電極；而外置式是直接將金屬電極貼附于電纜或接頭的護套外表面，無需接觸電纜或接頭內部的任何部件，故不影響原有的絕緣性能，而且安裝也非常簡單，適合于現場及在線檢測。101 在高壓XLPE電纜9附件中距橡膠件1第一預設距離處電纜外半導電層2上安裝內置式電容耦合傳感器3;其中，具體實現時，第一預設距離通常選取IOcm左右，本發明實施例對此不做限制。其中，參見圖5，內置式電容耦合傳感器3具體為在電纜外半導電層2上纏繞兩層寬度為第二預設距離的PVC絕緣膠帶4，再纏繞一層寬度為第三預設距離的金屬電極5， 并用銅屏蔽線與金屬電極5連接后引出，最后再纏繞兩層PVC絕緣膠帶4，此金屬電極5作為內置式電容耦合傳感器3，其中，第三預設距離小于第二預設距離。其中，具體實現時，第二預設距離通常選取9cm左右，第三預設距離通常選取5cm 左右，本發明實施例對此不做限制。本發明實施例中得金屬電極5采用銅電極，具體實現時，還可以為其他金屬材料， 本發明實施例對此不做限制。102 在高壓XLPE電纜9上施加一個測試信號，測試由內置式電容傳感器3、同軸電纜6、濾波器12、放大器13組成的電路是否能調通；如果是，執行步驟104 ；如果否，執行步驟103 ；
其中，具體實現時，為了方便測試，本發明實施例優選測試信號為方波信號，即可以通過方波盒產生方波信號，或采用其他的實現手段，本發明實施例對此不做限制。103 檢查由內置式電容耦合傳感器3、同軸電纜6、濾波器12、放大器13組成的電路，重復執行步驟102，直到電路調通為止，執行步驟104 ；104:內置式電容耦合傳感器3感應電纜附件中的第一放電信號，通過中間接頭金屬護殼7密封口處的橡膠塞8將同軸電纜6引出，作為信號線傳遞第一放電信號；其中，橡膠塞8用樹脂澆注，保證電纜接頭密封性良好。105 第一放電信號經同軸電纜6引出后經過濾波器12、放大器13、電光轉換器 14、監控中心15、光電轉換器16和采集卡17的處理，獲取第三放電信號；其中，該步驟具體為(1)第一放電信號經同軸電纜6引出后經過濾波器12進行濾波，將頻率低于預設范圍的信號濾掉，獲取濾波后第一放電信號；其中，預設頻率范圍為小于IMHz和大于30MHz。(2)放大器13對濾波后第一放電信號進行放大，獲取放大后第一放電信號；其中，本發明實施例以放大器13的放大倍數為30dB為例進行說明，具體實現時， 根據實際應用中的需要進行設定，本發明實施例對此不做限制。(3)電光轉換器14將放大后第一放電信號轉換為光信號，通過光纖將光信號傳輸到監控中心15 ；(4)監控中心15接收光信號，并經光電轉換器16將光信號轉換為第二放電信號；(5)采集卡17對第二放電信號進行采集，獲取第三放電信號；其中，采集卡17采集的頻率通常為ΙΟΟΜΚζ，具體實現時，本發明實施例對此不做限制。106 監控中心15對第三放電信號進行處理，統計多個連續工頻周波中第三放電信號的相角、幅值以及放電次數，并構建識-q-η放電譜圖；其中，參見圖6，^為第三局放電信號發生時所對應的工頻周波相角，q為放電量大小(mV)，η為放電次數。107 判斷第三放電信號的相角是否同時滿足180度特征及信號幅值大于300mV， 如果是，執行步驟108 ；如果否，執行步驟109 ；其中，180度特征具體為第三放電信號的相角在0-90°和180-270°之間。108 第三放電信號為局部放電信號，觀察第三放電信號的發展情況，流程結束；參見表1，當監測到的第三放電信號的相角在0-90°和180-270°時，即識-q-n放電譜圖具有明顯180度特征，認為第三放電信號為局部放電信號，應引起注意，觀察其發展情況，必要時停電檢修。表 1高頻局部放電結果
譜圖特征
放電幅值
說明
缺陷
異常
具有典型局部放電譜圖特征，且放電幅值較大
有局部放電特征，放電幅值較 /K
放電譜圖具有明顯180度特征，
并且幅值正負分明
放電譜圖180度特征不明顯，幅值正負模糊
大于300mV，
并且參考放電頻率
小于300mV， 大于100mV，
并參考放電頻
缺陷應密切監視，觀察其發展情況，必要時停電檢修。
縮短監測周期， 對于發展較快的異常應給予足夠的重視。
正常無明顯放點特征無放電譜圖沒有放電信號按正常周期進
行109 判斷第三放電信號的幅值是否不滿足180度特征及信號幅值在100mV_300mV 之間，如果是，執行步驟110 ；如果否，執行步驟111 ；110 縮短對高壓XLPE電纜9的監測周期，流程結束；縮短對高壓XLPE電纜9的監測周期，對于發展較快的異常應給予足夠的重視。111 高壓XLPE電纜9工作正常，流程結束。綜上所述，本發明實施例提供了一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，與電感耦合傳感器法和外置式電容耦合傳感器相比，本發明實施例所提供的監測方法具有較高的抗干擾性能，由于高壓XLPE電纜附件內的屏蔽效應可以消除大部分干擾，大大提高檢測可靠性，適用于工程現場測試；本發明實施例中的內置式電容耦合傳感器安裝不破壞高壓 XLPE電纜附件本身絕緣結構，不會對高壓XLPE電纜運行造成危害，并且不受高壓XLPE電纜運行環境的影響；內置式電容耦合傳感器靈敏度高，對于監測微小局放信號敏感；該方法安裝簡單，校準方便，利于推廣。本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)在高壓XLPE電纜附件中距橡膠件第一預設距離處電纜外半導電層上安裝內置式電容耦合傳感器；(2)在所述高壓XLPE電纜上施加一個測試信號，測試由所述內置式電容耦合傳感器、 同軸電纜、濾波器、放大器組成的電路是否能調通；如果是，執行步驟；如果否，執行步驟⑶；(3)檢查由所述內置式電容耦合傳感器、所述同軸電纜、所述濾波器、所述放大器組成的電路，重復執行步驟O)，直到電路調通為止，執行步驟；(4)所述內置式電容耦合傳感器感應所述高壓XLPE電纜附件中的第一放電信號，通過中間接頭金屬護殼密封口處的橡膠塞將所述同軸電纜引出，作為信號線傳遞所述第一放電信號；(5)所述第一放電信號經所述同軸電纜引出后經過所述濾波器、所述放大器、電光轉換器、監控中心、光電轉換器和采集卡的處理，獲取第三放電信號；(6)所述監控中心對所述第三放電信號進行處理，統計多個連續工頻周波中所述第三放電信號的相角、幅值以及放電次數，并構建識-q-n放電譜圖，其中，識為所述第三放電信號發生時所對應的工頻周波相角，q為放電量大小，η為放電次數；(7)判斷所述第三放電信號的相角是否同時滿足180度特征及信號幅值大于300mV，如果是，執行步驟⑶；如果否，執行步驟(9)；(8)所述第三放電信號為局部放電信號，觀察所述第三放電信號的發展情況，流程結束；(9)判斷所述第三放電信號的幅值是否不滿足所述180度特征及信號幅值在 100mV-300mV之間，如果是，執行步驟(10)；如果否，執行步驟(11)；(10)縮短對所述高壓XLPE電纜的監測周期，流程結束；(11)所述高壓XLPE電纜工作正常，流程結束。
2.根據權利要求1所述的一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，其特征在于，所述內置式電容耦合傳感器具體為在電纜外半導電層上纏繞兩層寬度為第二預設距離的PVC絕緣膠帶，再纏繞一層寬度為第三預設距離的金屬電極，并用銅屏蔽線與所述金屬電極連接后引出，最后再纏繞兩層 PVC絕緣膠帶，所述金屬電極作為所述內置式電容耦合傳感器，其中，所述第三預設距離小于所述第二預設距離。
3.根據權利要求1所述的一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，其特征在于，所述測試信號為方波信號。
4.根據權利要求1所述的一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，其特征在于，所述第一放電信號經所述同軸電纜引出后經過所述濾波器、所述放大器、所述電光轉換器、監控中心、光電轉換器和采集卡的處理，獲取第三放電信號具體為1)所述第一放電信號經所述同軸電纜引出后經過所述濾波器進行濾波，將頻率低于預設范圍的信號濾掉，獲取濾波后第一放電信號；2)所述放大器對所述濾波后第一放電信號進行放大，獲取放大后第一放電信號；3)所述電光轉換器將所述放大后第一放電信號轉換為光信號，通過光纖將所述光信號傳輸到所述監控中心；4)所述監控中心接收所述光信號，并經所述光電轉換器將所述光信號轉換為第二放電信號；5)所述采集卡對所述第二放電信號進行采集，獲取所述第三放電信號。
5.根據權利要求1所述的一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，其特征在于，所述 180度特征具體為所述第三放電信號的相角在0-90°和180-270°之間。
全文摘要
本發明公開了一種用于高壓XLPE電纜的在線監測方法，內置式電容耦合傳感器感應電纜附件中的第一放電信號，通過中間接頭金屬護殼密封口處的橡膠塞將同軸電纜引出，作為信號線傳遞第一放電信號；第一放電信號經同軸電纜引出后經過濾波器、放大器、電光轉換器、監控中心和采集卡的處理，獲取第三放電信號；監控中心對第三放電信號進行處理，統計多個連續工頻周波中第三放電信號的相角、幅值以及放電次數；根據第三放電信號的相角、幅值對高壓XLPE電纜進行監測，本發明的內置式電容耦合傳感器安裝不破壞高壓XLPE電纜附件本身絕緣結構，不會對高壓XLPE電纜運行造成危害，并且不受運行環境的影響；該方法安裝簡單，校準方便，利于推廣。
文檔編號G01R31/00GK102565588SQ201210010798
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月14日 優先權日2012年1月14日
發明者劉勇, 杜伯學, 程欣欣, 胡文佳, 韓濤, 馬宗樂, 高宇 申請人:天津大學