一种电缆内部的局部放电分布式检测系统和检测方法与流程

1.本发明涉及电缆放电检测领域，尤其是一种电缆内部的局部放电分布式检测系统和检测方法。


背景技术：

2.传统电缆局部放电分布式测试系统，在高压电缆线路的接头和终端处安装高频局部放电采集传感器及信号采集主机，实现对高压电缆线路多组电缆附件局部放电信号的同时检测，各个信号采集主机采集到的信号通过光纤或无线通讯方式实时传输至数据分析系统，各传感器及信号采集主机采用220kv电源供电。
3.上述方法存在以下问题：1）传感器外置安装，电缆内部缺陷信号传输到外面衰减较大，检测灵敏度差；2）传感器及信号采集主机采用220kv电源供电，在现场没有供电的排管、直埋等方式无法应用；3）采集到的信号若通过光纤传输需要增设光纤通道，若通过无线通讯方式传输，则在电缆隧道转弯处需要增设中继站。


技术实现要素：

4.本发明需要解决的技术问题是提供一种电缆内部的局部放电分布式检测系统和检测方法，将分布式脉冲电流检测单元放置在电缆内部，通过温度取能免除外部电源需求，并且通过把信号耦合到导体中传输，可以通过不同的带通滤波器分析不同位置的局部放电情况，实现了不同位置局部放电的分布式检测。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电缆内部的局部放电分布式检测系统，包括设置于电缆内部外半导电层和金属铠装层之间的多个分布式脉冲电流检测单元，所述分布式脉冲电流检测单元包括柔性电极、可控开关、脉冲电流检测阻抗、信号放大模块、采集与控制模块、通讯模块和温差取能模块，所述柔性电极的一端与电缆绝缘层耦合、另一端电连接可控开关，所述采集与控制模块一端连接可控开关、另一端连接通讯模块，所述脉冲电流检测阻抗一端电连接可控开关、另一端电连接信号放大模块，所述信号放大模块电连接采集与控制模块，所述信号放大模块、采集与控制模块、通讯模块均电连接温差取能模块，所述温差取能模块的一端电连接外半导电层、另一端电连接金属铠装层。
6.本发明技术方案的进一步改进在于：相邻两个分布式脉冲电流检测单元之间的距离为50-100m。
7.本发明技术方案的进一步改进在于：所述柔性电极为圆形金属结构且柔性电极的下引线位于0.618倍的柔性电极半径位置。本发明技术方案的进一步改进在于：一种电缆内部的局部放电分布式检测方法，包括如下步骤：步骤s1、利用电缆绝缘层作为耦合电容，采用柔性电极耦合局部放电产生脉冲电流信号；步骤s2、脉冲电流信号经过脉冲电流检测阻抗转化为电压信号；
步骤s3、电压信号通过设定特定频率的信号放大模块被放大，放大后的电压信号被传输到采集与控制模块；步骤s4、当放大后的电压信号高于设定的阈值时，认为存在局部放电，此时采集与控制模块向控制通讯模块发送信号；步骤s5、通讯模块将放大后的电压信号调制为特定频率的载波信号，再通过柔性电极把载波信号耦合到电缆导体传播；步骤s6、温差取能模块依靠电缆外半导电层及金属铠装层之间的温度差获取能量，并向信号放大模块、采集与控制模块、通讯模块供能；步骤s7、在电缆末端，通过耦合装置获取电缆导体中的载波信号，不同位置的控制通讯模块所用载波频率不同，通过不同的带通滤波器分析不同位置的局部放电情况。
8.本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤s6中电缆外半导电层及金属铠装层之间的温度差为3-4℃。
9.由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：1、本发明相较于传统电缆局部放电检测装置安装在电缆终端头或中间接头，随着大长度电缆的广泛应用，各个局部放电监测装置间距在800米以上，电缆内部缺陷信号传输到外面衰减较大，检测灵敏度差的问题，通过在电缆中内置多个分布式脉冲电流检测单元进行检测电缆内部的局部放电，安装位置不受接头位置限制，通过增加检测装置数量，降低缺陷信号衰减；2、本发明相较于传统电缆局部放电检测装置需要外部电源供电从而增加了投资水平并降低了隧道内电缆线路安全运行可靠性的问题，通过温差取能模块供电，无需另外引接电缆供电；3、本发明相较于传统电缆局部放电检测装置通过光纤或外部无线组网进行信号传输从而增加工程投资的问题，本发明把信号耦合到导体中传输，节约投资成本，在电缆末端，通过耦合装置获取电缆导体中的载波信号，不同位置的通讯模块所用载波频率不同，因此获取电缆导体中的载波信号，可以通过不同的带通滤波器分析不同位置的局部放电情况，实现了不同位置局部放电的分布式检测。
附图说明
10.图1是本发明电缆内部结构示意图；图2是本发明分布式脉冲电流检测单元结构示意图；其中，1、分布式脉冲电流检测单元，2、电缆导体，3、内半导电层，4、电缆绝缘层，5、外半导电层，6、金属屏蔽层，7、内护层，8、金属铠装层，9、外护层，10、温差取能模块，11、柔性电极，12、可控开关，13、脉冲电流检测阻抗，14、信号放大模块，15、采集与控制模块，16、通讯模块。
具体实施方式
11.下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：如图1所示，现有的电缆内部结构包括导体2和依次设置于导体2外部的内半导电层3、电缆绝缘层4、外半导电层5、金属屏蔽层6、内护层7、金属铠装层8和外护层9，由于传统
电缆局部放电检测装置安装在电缆终端头或中间接头，各个局部放电监测装置间距在800米以上，电缆内部缺陷信号传输到外面衰减较大，检测灵敏度差的问题，本发明通过在电缆中内置多个分布式脉冲电流检测单元进行检测电缆内部的局部放电，安装位置不受接头位置限制，通过增加检测装置数量，降低缺陷信号衰减，本发明的一种电缆内部的局部放电分布式检测系统包括设置于电缆内部外半导电层5和金属铠装层8之间的多个分布式脉冲电流检测单元1，相邻两个分布式脉冲电流检测单元1之间的距离为50-100m，以确保有效检测小缺陷放电。
12.如图2所示，分布式脉冲电流检测单元1包括柔性电极11、可控开关12、脉冲电流检测阻抗13、信号放大模块14、采集与控制模块15、通讯模块16和温差取能模块10，所述柔性电极11的一端与电缆绝缘层4耦合、另一端电连接可控开关12，可控开关12用于调整柔性电极11连接方式，通过采集与控制模块15控制，确定整套系统工作在信号检测模式还是通讯信号发出模式。
13.柔性电极11为圆形金属结构，为获得更好的检测效果，柔性电极11的下引线位于0.618倍的柔性电极11半径位置。所述采集与控制模块15一端连接可控开关12、另一端连接通讯模块16，所述脉冲电流检测阻抗13一端电连接可控开关12、另一端电连接信号放大模块14，所述信号放大模块14电连接采集与控制模块15，所述信号放大模块14、采集与控制模块15、通讯模块16均电连接温差取能模块10，所述温差取能模块10的一端电连接外半导电层5、另一端电连接金属铠装层8。
14.一种电缆内部的局部放电分布式检测方法，包括如下步骤：步骤s1、利用电缆绝缘层4作为耦合电容，采用柔性电极11耦合局部放电产生脉冲电流信号；步骤s2、脉冲电流信号经过脉冲电流检测阻抗13转化为电压信号；步骤s3、电压信号通过设定特定频率的信号放大模块14被放大，放大后的电压信号被传输到采集与控制模块15；步骤s4、当放大后的电压信号高于设定的阈值时，认为存在局部放电，此时采集与控制模块15向控制通讯模块16发送信号；步骤s5、通讯模块16将放大后的电压信号调制为特定频率的载波信号，再通过柔性电极11把载波信号耦合到电缆导体2传播；步骤s6、电缆的热源是中间的导体2，由内向外相当于热阻，因此电缆不同层的温度是不一样的，温差取能模块10依靠电缆外半导电层5及金属铠装层8之间的温度差获取能量，温度差为3-4℃，并向信号放大模块14、采集与控制模块15、通讯模块16供能，通过温差取能模块10供电，无需另外引接电缆供电，相较于传统电缆局部放电检测装置需要外部电源供电从而增加了投资水平并降低了隧道内电缆线路安全运行可靠性的问题。
15.步骤s7、在电缆末端，通过耦合装置获取电缆导体中的载波信号，不同位置的控制通讯模块16所用载波频率不同，因此获取电缆导体中的载波信号，可以通过不同的带通滤波器分析不同位置的局部放电情况，相较于传统电缆局部放电检测装置通过光纤或外部无线组网进行信号传输从而增加工程投资的问题，本发明把信号耦合到导体中传输，节约投资成本，并且通过在电缆中内置多个分布式脉冲电流检测单元进行检测电缆内部的局部放电，安装位置不受接头位置限制，通过增加检测装置数量，降低缺陷信号衰减。