本發(fā)明涉及高壓電纜局部放電檢測領(lǐng)域，尤其涉及到一種高壓直流電纜局部放電智能監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

高壓直流電纜輸電與高壓交流電纜輸電相比具有以下優(yōu)勢：(1)輸送相同功率時(shí)，線路造價(jià)低；(2)線路的有功損耗??；(3)系統(tǒng)穩(wěn)定性更加可靠；(4)能夠有效的限制系統(tǒng)的短路電流；(5)調(diào)節(jié)速度快，運(yùn)行可靠。在城市化的進(jìn)程中，居民和企業(yè)用電量的大幅增加，現(xiàn)代城市空間的不足，對電網(wǎng)輸電量和輸電方式提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)。高壓直流電纜輸電方式以其特有的優(yōu)勢，近年來在高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)內(nèi)逐漸得到了推廣和應(yīng)用，如何檢測高壓直流電纜絕緣狀態(tài)，保障直流電纜輸電系統(tǒng)安全有效地運(yùn)行，并為日常運(yùn)維和檢修提供有效的技術(shù)手段，成為當(dāng)前亟待解決的問題。

理論、試驗(yàn)證明，局部放電檢測是能夠發(fā)現(xiàn)直流電纜及其附件絕緣缺陷的有效方法之一。局部放電不僅是高壓直流電纜絕緣老化的結(jié)果,而且是引起絕緣老化的重要原因,它與絕緣內(nèi)部的缺陷密切相關(guān)。

目前公知的有關(guān)電纜局部放電的檢測方法和裝置，都是應(yīng)用于交流電纜檢測的，技術(shù)和手段已經(jīng)非常成熟，并且積累了大量的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)。但與高壓交流電纜相比，高壓直流電纜的局部放電機(jī)理和特性有顯著區(qū)別，例如沒有高壓交流電纜局部放電相位相關(guān)性、周期性等，而且二者數(shù)據(jù)圖譜完全不同，因此交流電纜局部放電的檢測方法和裝置從根本上來說不能應(yīng)用到直流電纜局部放電檢測中，尤其是數(shù)據(jù)采集方式。另外目前對高壓直流電纜局部放電的理論研究剛剛起步，大多在試驗(yàn)室中進(jìn)行，缺乏現(xiàn)場檢測手段及裝置，因此有必要研究一種能在高壓直流電纜現(xiàn)場應(yīng)用的局部放電智能監(jiān)測裝置，進(jìn)行現(xiàn)場檢測或試驗(yàn)，收集直流電纜局部放電數(shù)據(jù)，為研究高壓直流電纜局部放電特性、產(chǎn)生因素、評估絕緣狀態(tài)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)手段支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出一種高壓直流電纜局部放電智能監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，目的在于解決現(xiàn)在直流電纜局部放電現(xiàn)場檢測難的問題，為開展高壓直流電纜隱患排查和狀態(tài)評價(jià)分析，及早發(fā)現(xiàn)和消除事故隱患，提供有效工具和技術(shù)手段，進(jìn)而有針對性的制定運(yùn)維和檢修策略，確保設(shè)備狀態(tài)可控、在控，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：一種高壓直流電纜局部放電智能監(jiān)測裝置，包括兩個(gè)分別連接外部高壓直流電纜正負(fù)極電纜的高頻脈沖電流傳感器，以及與兩個(gè)高頻脈沖電流傳感器電連接的智能監(jiān)測裝置，所述智能監(jiān)測裝置中包括兩路相互獨(dú)立的A通道信號(hào)處理電路和B通道信號(hào)處理電路、以及與A通道信號(hào)處理電路和B通道信號(hào)處理電路電連接的同步觸發(fā)控制電路和雙通道高速采樣電路，所述A通道信號(hào)處理電路和B通道信號(hào)處理電路分別與所述兩個(gè)高頻脈沖電流傳感器電連接以對所述兩個(gè)高頻脈沖電流傳感器檢測到的局部放電信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理，所述A通道信號(hào)處理電路輸出和B通道信號(hào)處理電路輸出均與所述同步觸發(fā)控制電路輸入相連，所述同步觸發(fā)控制電路輸出與所述雙通道高速采樣電路輸入相連，所述同步觸發(fā)控制電路通過比較接收來自所述A通道信號(hào)處理電路和B通道信號(hào)處理電路的輸出信號(hào)是否超過預(yù)設(shè)觸發(fā)閥值，從而判斷輸出或不輸出啟動(dòng)信號(hào)給所述雙通道高速采樣電路以進(jìn)行局部放電信號(hào)采集。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述A通道信號(hào)處理電路和B通道信號(hào)處理電路與所述雙通道高速采樣電路之間分別電連接有A通道模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和B通道模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所述A通道模數(shù)信號(hào)處理電路和B通道信號(hào)處理電路的信號(hào)處理帶寬均不低于100MHz，所述A通道模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和B通道模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換速度均不低于100MS/s。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和通訊電路，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和通訊電路均與所述雙通道高速采樣電路電連接，所述通訊電路用于與外部控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述A通道信號(hào)處理電路包括A通道放大電路和A通道濾波電路，所述A通道放大電路的輸入和輸出分別與所述高頻脈沖電流傳感器和所述A通道濾波電路的輸入電連接，所述A通道濾波電路的輸出與所述A通道模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入電連接，所述B通道信號(hào)處理電路包括B通道放大電路和B通道濾波電路，所述B通道放大電路的輸入和輸出分別與所述高頻脈沖電流傳感器和所述B通道濾波電路的輸入電連接，所述B通道濾波電路的輸出與所述B通道模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入電連接。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述A通道放大電路和B通道放大電路中均設(shè)置有頻帶不低于100MHz的精密運(yùn)算放大器，所述A通道濾波電路和B通道濾波電路中均設(shè)置有帶寬為100kHz-50MHz的帶通濾波器。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述A通道放大電路和B通道放大電路均采用AD8009，所述A通道模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和B通道模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均采用AD9288。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述雙通道高速采樣電路采用FPGA控制芯片，所述雙通道高速采樣電路的采樣速度不低于100MS/s，所述同步觸發(fā)控制電路中設(shè)置有高速比較器。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，還包括殼體，所述智能監(jiān)測裝置內(nèi)置于所述殼體中，所述2個(gè)高頻脈沖電流傳感器接于所述殼體外，所述智能監(jiān)測裝置上還設(shè)置有2個(gè)信號(hào)輸入接口，所述2個(gè)高頻脈沖電流傳感器分別電連接到所述2個(gè)信號(hào)輸入接口上。

在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，所述通訊電路設(shè)置有USB接口和光纖通訊接口。

一種高壓直流電纜局部放電智能監(jiān)測方法，包括以下步驟：

1)現(xiàn)場測試人員在高壓直流電纜中間接頭或戶外終端處，把2個(gè)高頻脈沖電流傳感器安裝在金屬套引出高壓直流電纜正負(fù)極電纜上，并保持2個(gè)高頻脈沖電流傳感器的信號(hào)極性一致；

2)用盡可能短的同軸線，把2個(gè)高頻脈沖電流傳感器分別連接到智能監(jiān)測裝置的2個(gè)信號(hào)輸入接口上，利用智能監(jiān)測裝置上的通訊接口連接控制計(jì)算機(jī)；

3)首先完成系統(tǒng)的信號(hào)校準(zhǔn)工作，保存校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

4)對直流電纜進(jìn)行局部放電測量，利用2個(gè)外置高頻脈沖電流傳感器，同時(shí)同步采集、記錄高壓直流電纜線路正、負(fù)極電纜的局部放電信號(hào)，測量時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場情況，在智能監(jiān)測裝置中設(shè)置測量參數(shù)(如數(shù)據(jù)采集的時(shí)間、量程、時(shí)長等)；

5)通過光纖網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)街髡究刂朴?jì)算機(jī)，利用后臺(tái)專用數(shù)據(jù)分析軟件對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，顯示局部放電Q(t)圖譜、時(shí)頻域特性，還原疑似局部放電信號(hào)原始波形，并記錄測量數(shù)據(jù)(信號(hào)幅值、重復(fù)率等)，從而對高壓直流電纜局部放電狀況進(jìn)行評估分析，判斷是否存在局部放電信號(hào)、評估高壓直流電纜絕緣健康狀態(tài)；

6)拆除脈沖電流傳感器和智能監(jiān)測裝置，清理現(xiàn)場，測試結(jié)束。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果在于：該高壓直流電纜局部放電智能監(jiān)測裝置，基于高頻脈沖電流局部放電檢測原理，利用2個(gè)外置的高頻脈沖電流傳感器分別連接外部高壓直流電纜正負(fù)極電纜，通過智能監(jiān)測裝置進(jìn)行雙通道同時(shí)同步高速數(shù)據(jù)采集，在采集的同時(shí)記錄高壓直流電纜線路正、負(fù)極電纜的局部放電信號(hào)，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)街髡究刂朴?jì)算機(jī)，利用后臺(tái)專用數(shù)據(jù)分析軟件對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，顯示局部放電Q(t)圖譜、時(shí)頻域特性，從而對高壓直流電纜局部放電狀況進(jìn)行評估。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1)針對高壓直流電纜輸電線路系統(tǒng)特點(diǎn)，即采用正負(fù)兩根單芯XLPE電纜輸電，提出一種能夠應(yīng)用于實(shí)際現(xiàn)場檢測的直流電纜局部放電智能監(jiān)測裝置，該裝置具有雙通道同時(shí)同步檢測的特點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，分析手段多樣化，解決了目前高壓直流電纜缺乏現(xiàn)場局部放電檢測設(shè)備的難題；2)該裝置雙路局部放電信號(hào)采集處理通道完全獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了真正意義上同時(shí)同步采集數(shù)據(jù)，利用采樣率達(dá)100MS/s的高速采樣、A/D轉(zhuǎn)換電路和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)了長度達(dá)數(shù)十毫秒，甚至上百毫秒的原始數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，可以還原局部放電信號(hào)的原始波形，用來對比分析、區(qū)分判斷局部放電與背景噪聲，準(zhǔn)確定位局部放電源點(diǎn)；3)該裝置具有USB接口，可以進(jìn)行單機(jī)測試，即單臺(tái)設(shè)備可以通過USB信號(hào)線直接與控制電腦的USB接口相連，進(jìn)行現(xiàn)場測試；4)該裝置具有光纖接口，可以將多臺(tái)裝置通過光纖級(jí)連，即插即用，最終于控制電腦相連，組成測試網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行分布式現(xiàn)場測試。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的高壓直流電纜局部放電智能監(jiān)測裝置的原理框圖；

圖2為本發(fā)明中的高壓直流電纜局部放電智能監(jiān)測裝置現(xiàn)場檢測應(yīng)用連接示意圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1至圖2，該高壓直流電纜局部放電智能監(jiān)測裝置，包括殼體(圖未示)，和設(shè)置在殼體中的智能監(jiān)測裝置(2)和外接于殼體外的高頻脈沖電流傳感器(1)，高頻脈沖電流傳感器(1)包括分別連接外部高壓直流電纜正負(fù)極電纜的高頻脈沖電流傳感器A(11)和高頻脈沖電流傳感器B(12),2個(gè)高頻脈沖電流傳感器(11,12)的信號(hào)極性一致,智能監(jiān)測裝置(2)中有2路完全獨(dú)立的信號(hào)采集通道A通道和B通道，其中A通道包括A通道放大電路(201)、A通道濾波電路(202)和A通道100MHz A/D轉(zhuǎn)換電路(203),B通道包括B通道放大電路(204)、B通道濾波電路(205)和B通道100MHz A/D轉(zhuǎn)換電路(206)，A通道輸出和B通道輸出均與所述同步觸發(fā)控制電路(207)輸入相連，同步觸發(fā)控制電路(207)輸出與雙通道高速采樣電路輸入相連，雙通道高速采樣電路采用FPGA控制芯片(208)，同步觸發(fā)控制電路(207)比較接收來自所述A通道和B通道的處理信號(hào)是否超過預(yù)設(shè)觸發(fā)閥值,從而判斷輸出或不輸出啟動(dòng)信號(hào)給FPGA控制芯片(208)以進(jìn)行局部放電信號(hào)采集。

其中，關(guān)于A通道：高頻脈沖電流傳感器A(11)安裝在待測高壓直流電纜上，耦合局部放電脈沖電流信號(hào)，通過同軸線與A通道放大電路(201)輸入相連，進(jìn)行信號(hào)放大，A通道放大電路(201)的輸出與A通道濾波電路(202)輸入相連，進(jìn)行信號(hào)濾波，濾除信號(hào)中疊加的工頻干擾和空間射頻干擾噪聲，A通道放大電路(201)和A通道濾波電路(202)采用頻帶至少在100MHz以上的精密運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)，本實(shí)施例采用AD8009，A通道濾波電路(202)為帶通濾波器，帶寬為100kHz-50MHz，A通道濾波電路(202)輸出與A通道100MHz的A/D轉(zhuǎn)換電路(203)輸入相連，對局部放電模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，A/D轉(zhuǎn)換芯片的速度至少在100MS/s以上，本實(shí)施例采用AD9288，B通道信號(hào)處理方式相同，兩個(gè)通道完全獨(dú)立。

A通道濾波電路(202)輸出和B通道濾波電路(205)輸出同時(shí)連接同步觸發(fā)控制電路(207)輸入，雙通道高速采樣電路采用FPGA控制芯片(208)，同步觸發(fā)控制電路(207)輸出與FPGA控制芯片(208)I/O連接，同步觸發(fā)控制電路(207)核心為高速比較器，判斷高頻脈沖電流傳感器耦合信號(hào)是否超過預(yù)設(shè)的觸發(fā)閾值，如超過，輸出啟動(dòng)信號(hào)給FPGA控制芯片(208)，同時(shí)啟動(dòng)2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換電路(203,206)，F(xiàn)PGA控制芯片(208)的I/O口與同步觸發(fā)控制電路(207)輸入連接，以設(shè)置同步觸發(fā)控制電路閾值，本實(shí)施例中FPGA控制芯片采用Altera公司的CycloneII系列芯片。

A通道100MHz的A/D轉(zhuǎn)換電路(203)和B通道100MHz的A/D轉(zhuǎn)換電路(206)的輸出分別連接到FPGA控制芯片(208)的2個(gè)I/O口上，F(xiàn)PGA控制芯片(208)的1個(gè)I/O口同時(shí)連接A通道100MHz的A/D轉(zhuǎn)換電路(203)和B通道100MHz的A/D轉(zhuǎn)換電路(206)的轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入，F(xiàn)PGA控制芯片(208)的數(shù)據(jù)總線I連接大容量RAM(209)的并行數(shù)據(jù)接口，地址總線連接大容量RAM(209)的并行地址接口，F(xiàn)PGA控制芯片(208)接收到同步觸發(fā)控制電路(207)啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，輸出1個(gè)啟動(dòng)控制信號(hào)給A通道100MHz的A/D轉(zhuǎn)換電路(203)和B通道100MHz的A/D轉(zhuǎn)換電路(206)，同時(shí)啟動(dòng)2路通道的進(jìn)行局部放電信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)通過FPGA控制芯片(208)數(shù)據(jù)總線I和地址總線存儲(chǔ)到大容量RAM(209)中。

FPGA控制芯片(208)的數(shù)據(jù)總線II連接通訊電路(210)的并行數(shù)據(jù)接口，通訊電路(210)具有USB2.0接口和光纖通訊接口，連接外設(shè)控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)通過裝置通訊電路與裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括讀取測試數(shù)據(jù)、設(shè)置裝置工作參數(shù)、控制裝置測試等。

還包括供電電路(211)給殼體內(nèi)置的監(jiān)測裝置各個(gè)電路進(jìn)行供電，為了使裝置能夠適應(yīng)多種使用現(xiàn)場，供電電路(211)可將外部市電或蓄電池等交直流電源轉(zhuǎn)換為紋波小于2mV的DC5V電源，供給各個(gè)電路，降低電源噪聲對測試的影響。

參見圖2，具體使用的步驟如下：

1)現(xiàn)場測試人員在高壓直流電纜中間接頭或戶外終端處，把2個(gè)高頻脈沖電流傳感器安裝在金屬套引出高壓直流電纜正負(fù)極電纜上，并保持2個(gè)高頻脈沖電流傳感器的信號(hào)極性一致；

2)用盡可能短的同軸線，把2個(gè)高頻脈沖電流傳感器分別連接到智能監(jiān)測裝置的2個(gè)信號(hào)輸入接口上，利用智能監(jiān)測裝置上的通訊接口連接控制計(jì)算機(jī)；

3)首先完成系統(tǒng)的信號(hào)校準(zhǔn)工作，保存校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

4)對直流電纜進(jìn)行局部放電測量，利用2個(gè)外置高頻脈沖電流傳感器，同時(shí)同步采集、記錄高壓直流電纜線路正、負(fù)極電纜的局部放電信號(hào)，測量時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場情況，在智能監(jiān)測裝置中設(shè)置測量參數(shù)(如數(shù)據(jù)采集的時(shí)間、量程、時(shí)長等)；

5)通過光纖網(wǎng)絡(luò)將將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)街髡究刂朴?jì)算機(jī)，利用后臺(tái)專用數(shù)據(jù)分析軟件對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，顯示局部放電Q(t)圖譜、時(shí)頻域特性，還原疑似局部放電信號(hào)原始波形，并記錄測量數(shù)據(jù)(信號(hào)幅值、重復(fù)率等)，從而對高壓直流電纜局部放電狀況進(jìn)行評估分析，判斷是否存在局部放電信號(hào)、評估高壓直流電纜絕緣健康狀態(tài)。

綜上所述，該高壓直流電纜局部放電智能監(jiān)測裝置，基于高頻脈沖電流局部放電檢測原理，利用2個(gè)外置的高頻脈沖電流傳感器分別連接外部高壓直流電纜正負(fù)極電纜，通過智能監(jiān)測裝置進(jìn)行雙通道同時(shí)同步高速數(shù)據(jù)采集，在采集的同時(shí)記錄高壓直流電纜線路正、負(fù)極電纜的局部放電信號(hào)，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)街髡究刂朴?jì)算機(jī)，利用后臺(tái)專用數(shù)據(jù)分析軟件對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，顯示局部放電Q(t)圖譜、時(shí)頻域特性，從而對高壓直流電纜局部放電狀況進(jìn)行評估，本發(fā)明的有益效果在于：1)針對高壓直流電纜輸電線路系統(tǒng)特點(diǎn)，即采用正負(fù)兩根單芯XLPE電纜輸電，提出一種能夠應(yīng)用于實(shí)際現(xiàn)場檢測的直流電纜局部放電智能監(jiān)測裝置，該裝置具有雙通道同時(shí)同步檢測的特點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，分析手段多樣化，解決了目前高壓直流電纜缺乏現(xiàn)場局部放電檢測設(shè)備的難題；2)該裝置雙路局部放電信號(hào)處理通道完全獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了真正意義上同時(shí)同步采集數(shù)據(jù)，利用采樣率達(dá)100MS/s的高速采樣、A/D轉(zhuǎn)換電路和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)了長度達(dá)數(shù)十毫秒，甚至上百毫秒的原始數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，可以還原局部放電信號(hào)的原始波形，用來對比分析、區(qū)分判斷局部放電與背景噪聲，準(zhǔn)確定位局部放電源點(diǎn)；3)該裝置具有USB接口，可以進(jìn)行單機(jī)測試，即單臺(tái)設(shè)備可以通過USB信號(hào)線直接與控制電腦的USB接口相連，進(jìn)行現(xiàn)場測試和高速數(shù)據(jù)傳輸；4)該裝置具有光纖接口，可以將多臺(tái)裝置通過光纖級(jí)連，即插即用，最終于控制電腦相連，組成測試網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行分布式現(xiàn)場測試。

上述僅為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。