本发明专利技术提供了一种基于多级谐振的电缆局部放电传感器及监测装置，本发明专利技术在电缆局放检测传感器设计上，增加串联电感/并联电感，形成多级谐振回路，提升电容型传感器传变比、扩展信号脉宽，增加了传感器灵敏度；在采集回路设计上，由于传感器谐振扩展了信号脉宽，使得可以利用检波器降低装置采样率要求，从而有效控制装置的整体功耗及成本，并且由于有效控制了装置功耗，电缆局放监测装置可以采用在线取能方式供电。同时，设计中利用了取能线圈构造高频边界抑制外部干扰的影响。频边界抑制外部干扰的影响。频边界抑制外部干扰的影响。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多级谐振的电缆局部放电传感器及监测装置
[0001]本专利技术属于高压电路局部放电监测
，特别是一种基于多级谐振的电缆局部放电传感器及监测装置。
技术介绍
[0002]电缆在生产、施工、安装过程中的不当操作，都有可能导致电缆本体、附件出现局部的绝缘缺陷，发生局部放电。在长期运行中受电、热、应力的影响，局部缺陷不断发展，最终导致整体击穿。目前，电缆的局放检测一般采用定检方式，但定检方式需要停电进行，电缆离线与运行状态存在差异，影响检测准确度，并且在定检周期内电缆状态也会发生变化。
[0003]国内外技术发展趋势是从定检方式向基于在线监测数据的状态检修转变，一方面能减少试验/停电次数，另一方面在线监测可以及时发现故障风险点。电缆局放检测是通过检测放电过程中发出的电、热、声信号实现的，从检测量上可分为非电量检测法和电量检测法。非电量检测法(热、声等)信号传输距离有限，只用于离线检测和电缆附件检测。电量检测法通过分析局部放电产生的脉冲电压/电流信号实现检测。电量检测根据信号频带的不同，分为高频/甚高频(10kHz～300MHz)、特高频(300MHz～3GHz)两类。特高频检测灵敏度高、抗干扰性能好，但受信号衰减的影响，一般也只用于离线检测和电缆附件监测；高频/甚高频检测频带与电晕等干扰信号频带交叉，受外部干扰影响较大，但其监测范围大，可用于电缆全线路监测，并且传感器安装简便，是应用最为广泛的局部放电检测/监测方法。
[0004]典型的电缆局放在线监测装置由传感器模块、采集模块、通讯模块及供电模块构成。传感器模块负责提取局部放电信号，是决定电缆局放监测灵敏度、可靠性的关键；采集模块负责数模转换；供电模块负责装置的整体供电。在设计上，现有装置特点如下：
[0005](1)传感器模块
[0006]高频/甚高频局部放电检测传感器根据原理的不同分为：电感型和电容型传感器。以高频电流传感器(HFCT)为代表的电感型传感器因其使用简便，获得了广泛应用，但也存在以下不足：
[0007]带宽相对较窄，特别是高频响应偏弱，检测灵敏度都在10pC以上；
[0008]基于电磁耦合，抗干扰能力较差，比较容易受白噪声、非周期脉冲等干扰影响，这是现有局放检测高虚警率的最主要原因，严重制约了应用效果。
[0009]在工程中，电感型传感器还有以下制约其应用的因素：
[0010]价格相对较高，高频电流传感器对磁芯材质、结构设计要求较高，其价格相对昂贵，限制了其在中低电压等级电缆线路在线监测领域的应用；
[0011]传感器标准化，多数情况下，电感传感器一般安装在电缆两端接地线，但对于长距离电缆而言，就需要安装在交叉互联线或电缆本体上，此时电感传感器内径就需要根据电缆外径订制，难以标准化，而单独订制进一步增加了其成本及应用限制。
[0012]电容型传感器基于电容分压原理提取高频信号，具有以下特点：
[0013]带宽大、灵敏度高，性能良好的电容型传感器灵敏度可达1pC甚至更低；
[0014]抗干扰性能好，其基于静电耦合原理，干扰量仅能通过传导进入传感器，而传导干扰较容易屏蔽。
[0015]在实际应用中，制约电容型传感器的主要问题是安装不便。已有的电容型传感器普遍切割电缆外层护套，或采用预埋方式安装，用于既有线路较为困难。少数研究人员提出了无需破坏外护套的电容型传感器，但受屏蔽层影响，检测灵敏度受到很大影响。相对于电感型传感器，电容型传感器由于仅需要金属电极，其成本几乎忽略不计，对于需要广泛部署的在线监测设备，成本是影响技术推广应用的重要因素。
[0016](2)采集模块
[0017]采集模块即实现传感器输出信号的数模转换，电量检测数模采集及记录有两种类型：
[0018]越限采集，以特高频检测为例，当传感器检测到特高频信号越限即记录下信号幅值、时刻，但不记录信号时域波形，因此越限采集对采样率要求是比较低；
[0019]时域波形采集，现有的高频/甚高频采集，一般是采用时域波形采集，需要记录一定时长(一个完整周波或多周波录波)的原始信号波形，完整周波的时域波形对于后续的状态分析及局放源定位都具有重大价值。由于需要记录原始波形，因此对采样率要求较高(一般在20MHz以上)，储存等相关硬件配置也相应较高，使得装置功耗、成本均较高。
[0020](3)供电模块
[0021]如前所述，由于电缆局放在线监测装置高采样率对高速采集芯片、控制芯片以及存储空间要求较高，使得装置的功耗难以降低，现有的电缆局放在线监测装置一般是通过110/220v交直流电源供电，这就大大制约了装置安装地点。
[0022]从现场应用角度出发，电缆局放在线监测装置应能就地部署、无线组网、在线取能，而高采样率要求又使得装置难以满足上述要求。
技术实现思路
[0023]本专利技术的目的是提供一种基于多级谐振的电缆局部放电传感器及监测装置，旨在解决现有技术中传感器灵敏度低以及整体功耗高的问题，实现增加传感器灵敏度，并降低整体功耗及成本。
[0024]为达到上述技术目的，本专利技术提供了一种基于多级谐振的电缆局部放电传感器，所述传感器包括：
[0025]主绝缘电容C0、防水护套电容C1、屏蔽层阻抗R、贴片电极对地杂散电容C2构成的多级分压电路；
[0026]在杂散电容C2两端设置并联电感，构成并联谐振；
[0027]在杂散电容C2与接地点之间设置串联电感，构成串联谐振；
[0028]所述杂散电容C2两端电压为传感器输出电压。
[0029]优选地，所述传感器的输出信号在频段小于10MHz时为：
[0030][0031]其中，Z
C0
为主绝缘等效阻抗，Z
CL
为杂散电容C2与并联电感L构成并联支路等效阻抗。
[0032]优选地，所述传感器的输出信号在频段大于10MHz时为：
[0033][0034]其中，Z
C0
为主绝缘等效阻抗，R为屏蔽层特征阻抗。
[0035]优选地，所述串联电感以及并联电感的配置如下：
[0036][0037][0038]其中，C代表等效电容值，L为贴片电极长度、R为外电极半径，r为内电极半径，ε为介电常数。
[0039]本专利技术还提供了一种利用所述传感器实现的基于多级谐振的电缆局部放电监测装置，所述装置包括：
[0040]依次连接的传感器、调理电路、检波电路、MCU以及通讯模块；
[0041]所述MCU通过串联在电缆本体上的取能线圈供电。
[0042]优选地，所述检波电路将采样频率降低至5MHz。
[0043]优选地，所述取能线圈等效于在电缆本体串联电感。
[0044]
技术实现思路
中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是专利技术所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
[0045]与现有技术相比，本专利技术在电缆局放检测传感器设计上，增加串联电感/本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于多级谐振的电缆局部放电传感器，其特征在于，所述传感器包括：主绝缘电容C0、防水护套电容C1、屏蔽层阻抗R、贴片电极对地杂散电容C2构成的多级分压电路；在杂散电容C2两端设置并联电感，构成并联谐振；在杂散电容C2与接地点之间设置串联电感，构成串联谐振；所述杂散电容C2两端电压为传感器输出电压。2.根据权利要求1所述的一种基于多级谐振的电缆局部放电传感器，其特征在于，所述传感器的输出信号在频段小于10MHz时为：其中，Z
C0
为主绝缘等效阻抗，Z
CL
为杂散电容C2与并联电感L构成并联支路等效阻抗。3.根据权利要求1所述的一种基于多级谐振的电缆局部放电传感器，其特征在于，所述传感器的输出信号在频段大于10MHz时为：其中，Z
C0
为主绝缘等...
【专利技术属性】
技术研发人员：张曦，李春，徐勇，周光尧，陈伦珂，王涛，
申请(专利权)人：济南轨道交通集团建设投资有限公司，
类型：发明
国别省市：
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