一种对直流XLPE电缆局部放电的检测与评估装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种对直流XLPE电缆局部放电的检测与评估装置及方法，包括被测电缆以及用于获取局部放电信号的直流局部放电检测装置；被测电缆的两端连接有直流高压输出装置和电流输出装置；被测电缆上布设有温度检测装置。本发明专利技术根据直流局部放电与交流局部放电的区别，采用适用于交流局部放电检测与分析的手段，填补了直流局部放电检测与分析方法的空白。本发明专利技术考虑温度对于局部放电的影响，采用将在常温下模拟电缆空载或离线状态下进行局部放电测量的测量结果与利用电流输出装置模拟电缆在带载状态下进行局部放电测量的测量结果相结合综合分析的方式，对于电缆绝缘状况进行更为全面综合的评估。

【技术实现步骤摘要】
一种对直流XLPE电缆局部放电的检测与评估装置及方法
本专利技术涉及一种对直流XLPE电缆局部放电的检测与评估装置及方法。
技术介绍
交联聚乙烯(XLPE)电力电缆因其结构简单、负载能力强、敷设容易、运行维护方便、绝缘性能优异、生产工艺简单等优点，被广泛应用于电力系统中。随着XLPE电缆线路的广泛应用，中间接头作为电力电缆的重要组成部分，使用量也随之增加。但电缆中间接头同时也是输电线路事故的多发部位，其可靠性直接影响供电系统的安全。电缆中间接头由于劣质材料、粗糙制作工艺、现场不规范安装以及电、热、机械应力等多种因素，会形成潜伏性绝缘缺陷，为电网的运行带来潜在的安全隐患。运行经验和研究均表明：电缆接头设计阶段存在的各类典型缺陷大多会产生局部放电，因此电缆接头的局部放电检测对于高压电缆的正常运行及故障预测有很重要的意义。而目前随着海上风电装机容量的快速增加以及直流输电技术的不断发展，直流电缆凭借其损耗低、易于进行功率调节等优势，需求量飞速提高。特别是近几年基于电压源换流器VSC(voltagesourceconverter)技术的发展，大大促进了以交联聚乙烯(XLPE)为主绝缘材料的柔性直流电缆的发展，相比于油纸电缆来讲，XLPE直流电缆具有更加环境友好，并且制造敷设简单等优点。通常直流电缆线路长、电压等级高，工程浩大，重要性极高，因此对其工作状态进行检测，确保其在正常的工作状态是非常有必要的。考虑到直流电缆与交流电缆不同的运行方式，直接套用交流电缆检测手段可能并不合适，目前针对直流电缆检测分析手段仍非常匮乏。局部放电检测作为交流电缆检测的重要手段，能够作为反映绝缘水平的重要手段。对于XLPE直流电缆，当其电缆主绝缘或附件发生缺陷并在一定电压下同样可能会产生局部放电，因此对直流电缆系统进行局部放电检测同样可以发现其可能存在的缺陷。而局部放电检测，直流局部放电与交流局部放电特征有着显著区别，相比较于交流局部放电，直流局部放电的重复率较低，而且只有放电幅值以及放电间隔，没有放电相位角的概念，因此交流局部放电分析当中常用的-q-n等与相角相关的分析方式便都无法应用于直流局部放电。对于直流局部放电需要用特殊的手段进行分析，这方面目前仍然相对空白。对于高压交流电缆来讲电场在绝缘层中分布主要依赖于电缆电容电场的几何分布，而在假定介电常数为一个不随温度变化的常数时便可容易得到，因而在加上负载并运行加热到操作温度的时候其始终不变，尽管实际情况介电常数是会发生一定变化的，但是其影响几乎可以忽略不计。高压交流电缆绝缘中的电场通常可以表示为：其中：EAC(r)＝在半径为r处的交流电场分布(kV/mm或MV/m)U0＝电缆的设计电压，即电介质上电压(kV)；在交流领域即表示相电压r＝半径距离(mm)ri＝电缆绝缘内半径(mm)r0＝电缆绝缘外半径(mm)对于高压直流电缆，其电场分布是随温度和时间变化的，这是由于直流电缆电场分布在稳态情况下是由该处电阻决定，即决定于绝缘的电阻率，而电介质的电阻率反过来依赖于温度与电场强度，仅在无负载电缆内部也没有温度梯度的情况下，直流电缆的电场分布情况与交流基本相同。高压直流电缆绝缘中的电场通常可以表示为：其中其中：a＝电导率的温度系数(1/K或1/℃)b＝电导率的应力系数(mm/kV或m/MV)其中:WC＝导体中的焦耳热损耗(w/m)λT＝绝缘的热导率放电位置处局部场强的变化会主要反映在放电重复率的改变，而由于电场的热效应影响，电场的变化反过来又会引起温度的变化，从而导致电场与温度的耦合关系，对于放电产生复杂的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种对直流XLPE电缆局部放电的检测与评估装置及方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种直流局部放电测量装置，包括被测电缆以及用于获取局部放电信号的直流局部放电检测装置；被测电缆的两端连接有直流高压输出装置和电流输出装置；被测电缆上布设有温度检测装置。所述直流高压输出装置采用工频试验变压器将工频交流220V升至工频高压Ut，经过硅堆D进行半波整流，再串接限流电阻R向滤波电容C进行充电，最后输出到被测电缆上。所述温度检测装置采用布设在被测电缆表面与电缆附件上的PT100热电偶。所述电流输出装置采用穿心变压器，穿心变压器与被测电缆的连接处安装有用于防止发生电晕的均压罩；穿心变压器上还连接有调压器。所述直流局部放电检测装置包括检测阻抗测量回路、高频电流互感器以及超声传感器；检测阻抗测量回路采用IEC60270标准中的规定，高频电流互感器卡接在被测电缆的接地线上，超声传感器紧贴于被测电缆接头。一种对直流XLPE电缆局部放电的检测与评估方法，包括以下步骤：1)在电流输出装置关闭的情况下，利用直流高压输出装置对被测电缆进行加压，升压至设定试验电压，记录温度监测装置显示温度；2)直流局部放电检测装置将局部放电信号进行耦合；3)对耦合后的局部放电信号去噪处理；4)在时域下对局部放电信号中的放电幅值Q进行提取，以时间函数t的函数形式展开，形成用于表现放电幅值随时间的变化规律的Q-t图进行直流局部放电分析；5)建立适用于直流局部放电分析情况下的三维谱图；6)通过对多个不同缺陷的被测电缆进行直流局部放电，并将得到的不同H(Q，Δt)三维谱图与相应放电类型进行保存，建立指纹库；将得到的H(Q，Δt)图像与放电图像进行对比，实现对直流局部放电的缺陷类型的判断；7)对步骤3)得到的局部放电信号进行快速傅里叶变化，在频域下分析局部放电信号在不同频段范围内的分布，通过分析波峰频率对实际放电或噪声、内部放电或电晕放电以及产生放电的缺陷类型进行判断；8)调节直流高压输出装置，将电压降低到0kV，开启电流输出装置穿心变压器，调节电流模拟电缆带载状况，观察温度监测装置中电缆及其附件表面温度，使其表面温度升高到70℃或以上，以模拟电缆高负荷运行条件下的情况；9)待温度达到稳定后，再利用直流高压输出装置对被测电缆试样进行加压，升压至设定试验电压后，记录温度监测装置显示温度；10)重复执行一次步骤2)～步骤7)检测分析过程，完成测量，测量完成后关闭电流输出装置与直流高压输出装置，将被测试样静置使温度降低并进行有效放电24小时。所述步骤2)中，对传感器耦合到的局部放电信号进行放大和滤波处理，然后执行步骤3)。所述步骤3)中，去噪处理是通过对脉冲信号进行捕捉，将与施加直流电压极性相反的信号过滤。所述步骤5)中，建立适用于直流局部放电分析情况下的三维谱图的具体方法如下：以直流局部放电过程中放电脉冲与其前序放电脉冲之间的时间间隔Δt代替相角，建立不同放电次数占总放电次数的百分比即放电密度H之间关系H(Q，Δt)，其中放电幅值Q在Q-t图绘制当中已进行提取；对于相邻脉冲时间间隔Δt的提取，根据放电阈值Qmin的设置，以超过放电阈值的脉冲为有效放电脉冲，记录各放电脉冲在Q-t对应坐标参数(Qi,ti)，其中Qi>Qmin，而Δt＝ti-ti-1得到Δt。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术根据直流局部放电与交流局部放电的区别，采用适用于交流局部放电检测与分析的手段，填补了直流局部放电检测与分析方法的空白。根据直流局部放电重复率低的特点，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流局部放电测量装置，其特征在于：包括被测电缆以及用于获取局部放电信号的直流局部放电检测装置；被测电缆的两端连接有直流高压输出装置和电流输出装置；被测电缆上布设有温度检测装置。

【技术特征摘要】
1.一种直流局部放电测量装置，其特征在于：包括被测电缆以及用于获取局部放电信号的直流局部放电检测装置；被测电缆的两端连接有直流高压输出装置和电流输出装置；被测电缆上布设有温度检测装置；所述直流高压输出装置采用工频试验变压器将工频交流220V升至工频高压Ut，经过硅堆D进行半波整流，再串接限流电阻R向滤波电容C进行充电，最后输出到被测电缆上；所述直流局部放电检测装置包括检测阻抗测量回路、高频电流互感器以及超声传感器；检测阻抗测量回路采用IEC60270标准中的规定，高频电流互感器卡接在被测电缆的接地线上，超声传感器紧贴于被测电缆接头。2.根据权利要求1所述的直流局部放电测量装置，其特征在于：所述温度检测装置采用布设在被测电缆表面与电缆附件上的PT100热电偶。3.根据权利要求1所述的直流局部放电测量装置，其特征在于：所述电流输出装置采用穿心变压器，穿心变压器与被测电缆的连接处安装有用于防止发生电晕的均压罩；穿心变压器上还连接有调压器。4.一种采用权利要求1-3任意一项所述装置的对直流XLPE电缆局部放电的检测与评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在电流输出装置关闭的情况下，利用直流高压输出装置对被测电缆进行加压，升压至设定试验电压，记录温度监测装置显示温度；2)直流局部放电检测装置将局部放电信号进行耦合；3)对耦合后的局部放电信号去噪处理；4)在时域下对局部放电信号中的放电幅值Q进行提取，以时间函数t的函数形式展开，形成用于表现放电幅值随时间的变化规律的Q-t图进行直流局部放电分析；5)建立适用于直流局部放电分析情况下的三维谱图；6)通过对多个不同缺陷的被测电缆进行直流局部放电，并将得到的不同H(Q，Δt)三维谱图与相应放电类型进行保存，建立指纹库；将得到的H(Q，Δt)图像与放电图像进行对比，实现对直流局部放电的缺陷...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐阳，康强，陈浩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61