CN102914729A

CN102914729A - 一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置

Info

Publication number: CN102914729A
Application number: CN2012103930959A
Authority: CN
Inventors: 梁得亮; 李洪杰; 唐明
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: CN102914729B

Abstract

本发明为一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置，主要包括脉冲发射线圈、高频信号电缆以及脉冲发射主机。脉冲发射线圈通过高频信号电缆与脉冲发射主机相连，脉冲发射主机控制脉冲发射电路产生的脉冲电流幅值与频率。本发明所述矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置，解决了矿井中开展配电电缆局部放电在线监测与定位的问题，准确计算脉冲沿电缆传播的速度与衰减系数，提高了矿用电缆局部放电在线监测与定位的准确性、可靠性与监测效率。本发明所述装置现场工作时与被测电缆无直接电连接，既可固定安装长期监测，也可便携移动巡回检测，具有灵活、便携及安全等特点。

Description

一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置

技术领域

本发明涉及矿用电力设备绝缘状态在线监测技术及其应用领域，特别是涉及用于矿用电缆开展绝缘状态评估时非侵入式局部放电在线监测与定位相关技术领域。

背景技术

近年来，一种先进的在线、带电、非侵入式电力电缆类设备内部局部放电监测技术在电力企业获得了越来越多的应用，通过在这些设备接地线处短时或固定安装高频电流传感器，测量流过接地线的脉冲电流，分析局部放电的强度与频率，可实现电力电缆的绝缘状态监测和故障诊断。

电力企业近几年的实践表明，上述监测方法虽然取得较好的应用效果，但也存在若干技术问题尚未解决，主要有在线监测时背景噪声干扰问题，高频发射脉冲在电缆中传输时的衰减问题，高频发射脉冲在电缆中传播速度准确估计问题。另一方面，矿用电力设备安全检测技术也越来越引起人们的重视，检测技术的研究才刚刚起步。

首先，背景噪声干扰问题：在线监测环境下，很多外部强电磁干扰会通过接地网、接地铜排、电缆接地线向电网传播，给在线监测系统带来很大干扰，造成反射装置误触发。

其次，脉冲衰减问题：不同频率的发射脉冲在电缆中传播的衰减系数不同，会影响对放电强度的准确评估。

最后：传播速度问题。信号在电缆中的传播速度直接影响局部放电定位的准确性和效率。

因此，如何设计一种安全、便携、高效的脉冲发射装置，解决矿用电缆局部放电在线监测与定位的问题，为当前业界的重要研究课题之一。

发明内容

本发明提供一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置，具有安全、便携、灵活与准确等特点，解决了当前配电电缆在线监测与定位系统发射端所发射高频信号的幅值与频率不能调整而导致局放定位失败的问题，提升了相关领域的技术水平，弥补了监测技术在实际应用中的不足。

本发明一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置，主要由脉冲发射线圈，高频信号电缆和脉冲发射主机组成，所述脉冲发射线圈通过高频信号电缆与脉冲发射主机相连，所述脉冲发射主机包括脉冲发射电路和ARM处理器，所述脉冲发射电路主要由高速电子开关K21、电感L21、电感L22、电感L23、电感L24、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24以及电阻R21构成。电感L21右端与电子开关K21左端的节点通过电容C21接地；电感L22右端与电感L21左端的节点通过电容C22接地；电感L22左端与电感L23右端的节点通过电容C23接地；电感L23左端与电感L24右端的节点通过电容C24接地；电感L24左端节点通过电阻R21接地。

所述脉冲发射线圈主要由钳形外壳、磁芯、线圈、积分电阻、无源带通滤波器、放电管、BNC接头组成，所述线圈缠绕在磁芯上，所述磁芯位于外壳内，所述线圈的一个端部自外壳引出并通过无源带通滤波器与BNC接头连接，所述积分电阻和放电管串联后连接在BNC接头两端，且积分电阻和放电管之间的结点与无源带通滤波器的输入端相连。

所述无源带通滤波器主要由电感L41、电感L42、电感L43、电感L44、电感L45、电容C41、电容C42、电容C43、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47构成；所述电感C41的左端通过电容C41接地；所述电感L41的右端和电感L42的左端通过电容C42接地；所述电感L42的右端和电容C44的左端通过电容C43接地；所述电容C44的右端与电容C45的左端通过电感L43接地，所述电容C45的右端与电容C46的左端通过电感L44接地，所述电容C46的右端与电容C47的左端通过电感L45接地。

所述高频信号电缆12为45MHz以内衰减小于0.5dB/m单芯同轴电缆。

所述脉冲发射电路封闭在外壳内，所述外壳和所述外壳钳形的外周均设置有绝缘材料，该绝缘材料均采用环氧树脂材质。

采用该设计后，本发明至少具有如下优点：

1、本发明采用非侵入式设计，发射线圈外壳与主机外壳均具有矿井现场要求的绝缘水平和隔爆要求，保证了使用人员操作该仪器时的安全性；

2、本发明装置体积小，重量轻。用于日常巡检时便于携带，用于长期在线监测时易于安装；

3、使用本发明进行现场监测时，操作人员只需将钳形脉冲发生器安装在电缆接地线上，通过脉冲发射主机即可发射不同强度和频率的脉冲电流，通过计算发射脉冲和反射脉冲的时间差，可准确计算脉冲在电缆中的传播速度；通过计算发射脉冲和反射脉冲的幅值差，可准确计算脉冲沿电缆传输时的衰减系数，从而可以诊断出电缆中是否发生局部放电以及定位局部放电。大大提高了工作人员监测的效率、局部放电定位的精度和状态评估的可靠性。

附图说明

以上所述仅是本发明方案概述，为了更清楚说明本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作详细说明。

图1为本发明一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置的组成示意图。

图2为本发明一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置脉冲发射线圈的基本组成示意图。

图3为本发明一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置无源带通滤波电路的基本结构示意图。

图4为一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置脉冲发射电路的基本组成示意图。

图5为一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置脉冲发射主机的基本组成示意图。

图6为本发明一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置在现场时脉冲信号传输的衰减系数和时间差的示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置，主要由钳形脉冲发射线圈11、高频信号电缆12、脉冲发射主机13组成。

如图2所示，钳形脉冲发射线圈11由钳形外壳21、磁芯22、线圈23、积分电阻24、无源带通滤波器25、放电管26、BNC接头27组成。所述线圈23缠绕在磁芯22外围，所述磁芯22设置在钳形外壳21内，所述线圈的一个端部自外壳引出并通过无源带通滤波器25与BNC接头27连接，所述积分电阻24和放电管26串联后连接在BNC接头两端，且积分电阻24和放电管26之间的结点与无源带通滤波器25的输入端相连。

图3所示为无源带通滤波器25，主要由电感L41、电感L42、电感L43、电感L44、电感L45、电容C41、电容C42、电容C43、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47构成。所述电感C41、电感L42、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47依次串联连接；所述电容C41的一端接地，另一端与电感L41的输入端相连；所述电容C42的一端接地，另一端与电感L41和电感L42之间的结点相连；所述电容C43的一端接地，另一端与电感L42和电容C44之间的结点相连；所述电感L43的一端接地，另一端与电容C44和电容C45之间的结点相连；所述电感L44的一端接地，另一端与电容C45和电容C46之间的结点相连；电感L45的一端接地，另一端与电容C46和电容C47之间的结点相连。

如图5所示，脉冲发射主机13由外壳51、BNC接头52、脉冲发射电路53、ARM处理器54、显示屏55组成。

单芯同轴电缆连接发射线圈的BNC接头与脉冲发射主机的BNC接头，使得脉冲发射主机发射的脉冲信号可以传递到发射线圈。

所述ARM处理器与脉冲发射电路相连，使用时，通过钳形脉冲发射线圈11将本发明装置安装在电缆接地线上，接着，通过脉冲发射主机发射脉冲信号，最后传回反射脉冲，通过ARM处理机计算发射脉冲和反射脉冲的时间差，最终精确计算脉冲在电缆中的传播速度；另外，通过计算发射脉冲和反射脉冲的幅值差，可准确计算脉冲沿电缆传输时的衰减系数，从而可以诊断出电缆中是否发生局部放电以及定位局部放电。

脉冲发射电路53结构如图4所示，主要由高速电子开关K21、电感L21、电感L22、电感L23、电感L24、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24以及电阻R21构成。电感L21右端与电子开关K21左端的节点通过电容C21接地；电感L22右端与电感L21左端的节点通过电容C22接地；电感L22左端与电感L23右端的节点通过电容C23接地；电感L23左端与电感L24右端的节点通过电容C24接地；电感L24左端节点通过电阻R21接地。

外壳21、外壳51均采用环氧树脂绝缘材料。

脉冲发射主机中包含的分析软件，主要工作是提取发射脉冲与反射脉冲的时间差与发射脉冲与反射脉冲的幅值差，如图6所示。发射信号与反射信号同时被采集并分析。根据测量信号的时间差可以计算出脉冲沿电缆传播的速度，从而为局部放电信号的定位打下基础。通过发射脉冲与反射脉冲的幅值差异，可以推测出高频电流信号沿着电缆传播时的衰减系数。如图6所示，假设主机13测得的发射与反射电流信号分别为“信号61”与“信号62”，信号幅值分别为U₁和U₂，时间差为Δt=t₂-t₁，如果电磁波传播速度为v，那么两传感器之间的距离L=Δt X v，进而可以推算出衰减系数α=ln（U₁/U₂）/L。

可见，本发明创造性地解决了在矿井现场，通过脉冲发射装置发射频率与幅度可变的高频脉冲电流信号，使得反射端可以接受到比实际噪声更大的脉冲电流，避免了反射电路误触发，来获取电缆在线监测时脉冲沿电缆传播的速度与衰减系数的的问题，提高了监测效果和工作效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例子而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置，其特征在于：主要由脉冲发射线圈（11），高频信号电缆（12）和脉冲发射主机（13）组成，所述脉冲发射线圈（11）通过高频信号电缆（12）与脉冲发射主机相连，所述脉冲发射主机包括脉冲发射电路（53）和ARM处理器（54），所述脉冲发射电路（53）主要由高速电子开关K21、电感L21、电感L22、电感L23、电感L24、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24以及电阻R21构成；电感L21右端与电子开关K21左端的节点通过电容C21接地；电感L22右端与电感L21左端的节点通过电容C22接地；电感L22左端与电感L23右端的节点通过电容C23接地；电感L23左端与电感L24右端的节点通过电容C24接地；电感L24左端节点通过电阻R21接地。

2.根据权利要求1所述的一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置，其特征在于：所述脉冲发射线圈（11）主要由钳形外壳（21）、磁芯（22）、线圈（23）、积分电阻（24）、无源带通滤波器（25）、放电管（26）、BNC接头（27）组成，所述线圈缠绕在磁芯上，所述磁芯位于外壳内，所述线圈的一个端部自外壳引出并通过无源带通滤波器（25）与BNC接头（27）连接，所述积分电阻（24）和放电管（26）串联后连接在BNC接头两端，且积分电阻（24）和放电管（26）之间的结点与无源带通滤波器（25）的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置，其特征在于：所述无源带通滤波器（25）主要由电感L41、电感L42、电感L43、电感L44、电感L45、电容C41、电容C42、电容C43、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47构成；所述电感C41的左端通过电容C41接地；所述电感L41的右端和电感L42的左端通过电容C42接地；所述电感L42的右端和电容C44的左端通过电容C43接地；所述电容C44的右端与电容C45的左端通过电感L43接地，所述电容C45的右端与电容C46的左端通过电感L44接地，所述电容C46的右端与电容C47的左端通过电感L45接地。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置，其特征在于：所述脉冲发射电路封闭在外壳（51）内，所述外壳（51）和所述外壳钳形（21）外周均设置有绝缘材料，该绝缘材料均采用环氧树脂材质。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种矿用电缆局部放电在线监测与定位脉冲发射装置，其特征在于：所述高频信号电缆为45MHz以内衰减小于0.5dB/m单芯同轴电缆。