局部放电检测装置及其检测方法与流程

1.本技术涉及电力电缆的绝缘状态检测技术领域，特别是涉及一种局部放电检测装置及其检测方法。


背景技术：

2.随着我国城市配电网络的发展，架空线路入地电缆化成为城市电网建设的重要内容之一，由于交联聚乙烯(xlpe)电缆良好的电气性能和机械性能，我国主要生产和运行的电力电缆均为聚乙烯(xlpe)电缆。而局部放电是造成电缆绝缘劣化的一个重要原因，虽然局部放电不会形成贯穿的放电通道导致绝缘击穿，但是会引起大量空间粒子加速撞击绝缘介质，使得xlpe高分子化学键断裂，降低其绝缘性能。同时，放电通道引起局部温度升高，加速绝缘介质化学分解，产生的高能射线，进一步引起xlpe高分子裂解，裂解伴随产生的大量氧化物也会逐步腐蚀绝缘材料。经过长时间的运行，局部放电会最终导致电缆绝缘击穿，引起停电事故。
3.振荡波局放检测是目前最为常见的现场电缆局部放电离线检测手段。目前振荡波局放检测仍需逐相检测，即使是设备容量足够，然而由于局放信号的辨别难度无法将三相进行同时测试，此外，电力电缆即使是离线测试仍具有较大的背景噪声，这会极大降低局部放电检测的灵敏度。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够同时对三相电缆进行降噪处理的局部放电检测装置及其检测方法。
5.一种局部放电检测装置，应用于对三相电缆的局部放电检测，装置包括：
6.信号生成模块，用于输出振荡波信号至待测的三相电缆，以分别形成各相的检测路径，振荡波信号用于激励各相电缆产生局部放电信号；
7.信号提取模块，一端与信号生成模块连接，另一端用于连接三相电缆，信号提取模块用于提取各相检测路径上的局部放电信号，并生成与局部放电信号相对应的提取信号；
8.采样模块，与信号提取模块连接，用于分别对各相提取信号进行采样，以获取各相提取信号的波形；
9.降噪处理模块，与采样模块连接，用于对采样的各相提取信号的波形进行降噪处理，以获取降噪后的提取信号波形，并根据降噪后的提取信号的波形分析出三相电缆的局部放电状态。
10.在其中一个实施例中，信号提取模块包括多个信号提取子模块，各信号提取子模块一端与信号生成模块连接，另一端分别用于连接三相电缆中的其中一相电缆，各信号提取子模块用于提取各相电缆检测路径上的局部放电信号，并生成与局部放电信号相对应的提取信号。
11.在其中一个实施例中，信号提取子模块包括：
12.耦合单元，与信号生成模块连接，用于耦合各相电缆检测路径上的局部放电信号，生成耦合信号；
13.滤波单元，一端与耦合单元连接，另一端用于接地，滤波单元用于滤除耦合信号的低频信号分量，并将滤波后的耦合信号作为提取信号。
14.在其中一个实施例中，滤波单元包括：
15.滤波阻抗，一端与耦合单元连接，另一端用于接地；
16.高通滤波器，高通滤波器的输入端与滤波阻抗的一端并联连接，高通滤波器的输出端与采样模块连接。
17.在其中一个实施例中，滤波阻抗为rlc型并联电路。
18.在其中一个实施例中，高通滤波器为九阶椭圆滤波器。
19.在其中一个实施例中，信号提取模块还包括：
20.阻塞电抗，一端与信号生成模块连接，另一端与耦合单元连接，阻塞电抗用于阻塞局部放电信号。
21.在其中一个实施例中，还包括：
22.分压器，与信号生成模块连接，分压器用于获取振荡波信号并生成分压信号；
23.其中，采样模块还与分压器连接，采样模块还用于对分压信号进行采样，以实时监测振荡波信号。
24.一种局部放电检测方法，应用于如上述装置中，方法包括：
25.输出振荡波信号至待测的三相电缆，以分别形成各相的检测路径，振荡波信号用于激励各相电缆产生局部放电信号；
26.提取各相检测路径上的局部放电信号，并生成与局部放电信号相对应的提取信号；
27.分别对各相提取信号进行采样，以获取各相提取信号的波形；
28.对采样的各相提取信号的波形进行降噪处理，以获取降噪后的提取信号波形，并根据降噪后的提取信号的波形分析出三相电缆的局部放电状态。
29.在其中一个实施例中，对采样的各相提取信号的波形进行降噪处理，以获取降噪后的提取信号波形，包括：
30.根据采集到的各相提取信号获取背景噪声信号波形；
31.根据背景噪声信号波形和各相提取信号波形获取降噪后的提取信号波形。
32.上述局部放电检测装置，应用于对三相电缆的局部放电检测，装置包括信号生成模块，用于输出振荡波信号至待测的三相电缆，以分别形成各相的检测路径，振荡波信号用于激励各相电缆产生局部放电信号；信号提取模块，一端与信号生成模块连接，另一端用于连接三相电缆，信号提取模块用于提取各相检测路径上的局部放电信号，并生成与局部放电信号相对应的提取信号；采样模块，与信号提取模块连接，用于分别对各相提取信号进行采样，以获取各相提取信号的波形；降噪处理模块，与采样模块连接，用于对采样的各相提取信号的波形进行降噪处理，以获取降噪后的提取信号波形，并根据降噪后的提取信号的波形分析出三相电缆的局部放电状态。本发明可以同时对三相电缆进行测试，并降低环境噪声对局放测试的影响有效地提升了测试的效率和测试的灵敏度。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为一个实施例中局部放电检测装置的结构示意图之一；
35.图2为一个实施例中信号提取子模块的结构示意图之一；
36.图3为一个实施例中滤波阻抗的结构示意图；
37.图4为一个实施例中高通滤波器的结构示意图；
38.图5为一个实施例中信号提取子模块的结构示意图之二；
39.图6为一个实施例中局部放电检测装置的结构示意图之二；
40.图7为另一个实施例中局部放电检测方法的流程示意图之一；
41.图8为另一个实施例中局部放电检测方法的流程示意图之二。
具体实施方式
42.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
43.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
44.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种信号提取子模块，但这些信号提取子模块不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个信号提取子模块与另一个信号提取子模块区分。
45.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
46.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
47.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
48.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种局部放电检测装置100包括信号生成模块110、信号提取模块130、采样模块150和降噪处理模块170。信号生成模块110用于输出振荡波信号至待测的三相电缆，以分别形成各相的检测路径，振荡波信号用于激励各相电缆产生局部放电信号；信号提取模块130一端与信号生成模块110连接，另一端用于连接三相
电缆，信号提取模块130用于提取各相检测路径上的局部放电信号，并生成与局部放电信号相对应的提取信号；采样模块150与信号提取模块130连接，用于分别对各相提取信号进行采样，以获取各相提取信号的波形；降噪处理模块170与采样模块连接，用于对采样的各相提取信号的波形进行降噪处理，以获取降噪后的提取信号波形，并根据降噪后的提取信号的波形分析出三相电缆的局部放电状态。其中，由于待测试的三相电缆输出的三相电压是三个相位差互为120
°
的对称正弦交流电的组合，即三相电压具有高度对称性的特点。因此，在检测过程中，检测路径上的局部放电信号也是具有高度对称性的特点。本发明既通过同时对三相电缆进行局部放电检测，达到提升检测效率的目的，同时，利用检测产生的局部放电信号的高度对称性进行降噪处理，达到提升了检测精度的效果。
49.在其中一个实施例中，继续参考图1，信号提取模130包括多个信号提取子模块。在本实施例的三相电缆检测中即包括了三个信号提取子模块，分别为第一信号提取子模块131、第二信号提取子模块132以及第三信号提取子模块133。各信号提取子模块一端与信号生成模块110连接，另一端分别用于连接三相电缆中的其中一相电缆，即分别为a相电缆、b相电缆或c相电缆。各信号提取子模块用于提取各相电缆检测路径上的局部放电信号，并生成与局部放电信号相对应的提取信号。
50.在其中一个实施例中，如图2所示，提供一种信号提取子模块示意图，需要说明的是各信号提取子模块的结构是相同的，本实施例以上述的第三信号提取子模块133为例，包括耦合单元1331和滤波单元1333。耦合单元1331与信号生成模块110连接，用于耦合对应相电缆检测路径上的局部放电信号，生成耦合信号；滤波单元1333一端与耦合单元1331连接，另一端用于接地，其中，滤波单1333与采样模块150连接。滤波单元1333用于滤除耦合信号的低频信号分量，并将滤波后的耦合信号作为提取信号。其中，由于信号中的高频信号分量失真率小，既有较强的可恢复性，且抗干扰率强，而低频信号分量很容易受地面及空中物体的阻碍而影响到本身的性质。因此，将低频信号分量滤出可以使得信号提取子模块提取的信号更有利于检测的精度。
51.在其中一个实施例中，耦合单元为耦合电容。
52.在其中一个实施例中，耦合电容采用容值为5nf的陶瓷电容。一般陶瓷电容器和其他电容器相比，具有使用温度较高，比容量大，耐潮湿性好，介质损耗较小，电容温度系数可在大范围内选择等优点。有利于检测装置的耐用性。
53.在其中一个实施例中，继续参考图2，滤波单元1333包括滤波阻抗和高通滤波器。滤波阻抗与耦合单元1331连接，另一端用于接地；高通滤波器的输入端与滤波阻抗的一端并联连接，高通滤波器的输出端与采样模块150连接。其中，滤波阻抗和高通滤波器可以保证耦合信号中的低频信号分量能够被完全滤除。
54.在其中一个实施例中，如图3所示，提供一种滤波阻抗结构示意图。滤波阻抗为rlc型并联电路，包括一个电感l0、一个电容c0和一个电阻r0。rlc型并联电路组成的滤波阻抗可以完全滤除耦合信号中的低频信号分量。
55.在其中一个实施例中，如图4所示，提供一种高通滤波器结构示意图。高通滤波器为九阶椭圆滤波器。包括九个电容以及三个电感，其中，电容c1的容值分别为8nf、电容c2的容值为104nf、电容c3的容值为2.54nf、电容c4的容值为53.6nf、电容c5的容值为57nf、电容c6的容值为52.5nf、电容c7的容值为50.6nf、电容c8的容值为65.7nf以及电容c9的容值为
58.7nf；电感l1为125uh，电感l2为115uh，电感l3为115uh。电容c1与电容c4的连接节点以及电感l1与l2的连接节点作为椭圆滤波器的输入端，电容c3与电容c9的连接节点以及l2与l3的连接节点作为椭圆滤波器的输出端。椭圆滤波器相比其他类型的滤波器，在阶数相同的条件下有着最小的通带和阻带波动，因此，有利于耦合信号中的低频信号分量的精准滤除。
56.在其中一个实施例中，如图5所示，提供了一种信号提取子模块示意图。其中，信号提取子模块130还包括阻塞电抗1335。阻塞电抗1335一端与信号生成模块110连接，另一端与耦合单元1331连接，阻塞电抗1335用于阻塞局部放电信号。这使得每一相的局部放电信号彼此之间不会互相干扰，有利于检测的准确性。
57.在其中一个实施例中，阻塞电抗采用空心电抗器，阻塞电抗的电抗值选择为10mh，可以避免在检测过程中三相电缆磁芯的饱和。
58.在其中一个实施例中，如图6所示，提供了一种局部放电检测装置100。其中置局部放电检测装置100还包括分压器180。分压器180与信号生成模块110连接，分压器180用于获取振荡波信号并生成分压信号；其中，采样模块还与分压器连接，采样模块150还用于对分压信号进行采样，以实时监测振荡波信号。
59.在其中一个实施例中，分压器包括高压臂电阻r1和低压臂电阻r2，高压臂电阻r1和低压臂电阻r2串联连接，低压臂电阻r2还用于接地。其中高压臂电阻r1并联有电容c1，低压臂电阻并联有电容c2。
60.在其中一个实施例中，分压器采用阻容分压器，高压臂电阻选值为200mω，电容选值为100pf，低压臂电阻选值为10kω，电容选值为1μf，分压器的变比为10000：1。保证了良好的分压比，有利于对振荡波信号的实时监测，降低检测装置的事故率，并有利于后续对局部放电信号的进一步检测。例如，介质损耗等。
61.在其中一个实施例中，采样模块的采样率为250mhz，采样位数为16位，保证了采样数据合理性。
62.在其中一个实施例中，如图6所示，提供了一种局部放电检测装置，该装置包括信号生成模块110、阻塞电抗114、第一信号提取子模块131、第二信号提取子模块132、第三信号提取子模块133、耦合单元1331、滤波单元1333、采样模块150和降噪处理模块170以及分压器180。其中，装置中的元件的连接关系以及功能限定如上述限定，在此不在赘述。
63.在其中一个实施例中，如图7所示，提供一种局部放电检测方法，应用于如上述局部放电检测装置中，局部放电检测方法包括步骤s100～s400。
64.步骤s100，输出振荡波信号至待测的三相电缆，以分别形成各相的检测路径，振荡波信号用于激励各相电缆产生局部放电信号。
65.步骤s200，提取各相检测路径上的局部放电信号，并生成与局部放电信号相对应的提取信号。
66.步骤s300，分别对各相提取信号进行采样，以获取各相提取信号的波形。
67.步骤s400，对采样的各相提取信号的波形进行降噪处理，以获取降噪后的提取信号波形，并根据降噪后的提取信号的波形分析出三相电缆的局部放电状态。
68.在其中一个实施例中，如图8所示，提供一种局部放电检测方法，应用于如上述局部放电检测装置中。其中，上述方法步骤s400中，对采样的各相提取信号的波形进行降噪处理，以获取降噪后的提取信号波形，包括步骤s410～s420。
69.步骤s410，根据采集到的各相提取信号获取背景噪声信号波形。
70.具体地，若在提取信号中的某一段信号中没有局部放电产生的信号波动发生，则将三相提取信号相加并取得的平均值作为背景噪声，若在提取信号中的某一段信号中某一相有局部放电产生的信号波动发生，则将没有局部放电产生的信号波动发生的两相提取信号相加取得的平均值作为背景噪声。
71.步骤s420，根据背景噪声信号波形和各相提取信号波形获取降噪后的提取信号波形。
72.具体地，在完成背景噪声的提取后，将各相提取信号减去背景噪声信号波形就是降噪后的提取信号波形。
73.利用三相电缆电压的高度对称性，其背景噪声也具有极强的对称性，根据此特点可以将背景噪声提取出来。相对于传统降噪方法，可以减少对噪声的判断以及对噪声变换等步骤，极大地提高了对三相电缆的局部放电检测的效率以及检测的精确度。
74.在其中一个实施例中，继续参看图8，提供一种局部放电检测方法，应用于如上述局部放电检测装置中。包括步骤s100、s200、s300、s410和s420。
75.步骤s100，输出振荡波信号至待测的三相电缆，以分别形成各相的检测路径，振荡波信号用于激励各相电缆产生局部放电信号；
76.步骤s200，提取各相检测路径上的局部放电信号，并生成与局部放电信号相对应的提取信号；
77.步骤s300，分别对各相提取信号进行采样，以获取各相提取信号的波形；
78.步骤s410，根据采集到的各相提取信号获取背景噪声信号波形；
79.步骤s420，根据背景噪声信号波形和各相提取信号获取降噪后的提取信号波形。
80.应该理解的是，虽然图7和图8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图7和图8中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
81.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
82.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。