用于检测地下电力电缆中的绝缘缺陷的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于检测地下电力电缆(12)中的绝缘缺陷的系统(2)，包括由导电屏蔽件(22)围绕的一个或多个单导体(16、18、20)。所述系统(2)包括夹持到电力电缆(12)外部或布置在电力电缆(12)附近的一个或多个外部的钳式传感器(4、4'、4”、4”')。钳式传感器(4、4'、4”、4”')被配置为从电力电缆(12)的外部提供两个或更多个电流测量值，而不电连接到电力电缆(12)的一个或多个单导体(16，18，20)中的任一个。系统(2)包括信号处理单元(50)。钳式传感器(4、4'、4”、4”')被配置为检测局部放电事件(6,6',6”,6”',6

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测地下电力电缆中的绝缘缺陷的系统和方法


[0001]本专利技术涉及用于局部放电分析的系统和用于执行局部放电分析的方法。更具体地，本专利技术涉及用于检测地下电力电缆中的绝缘缺陷的系统和方法。

技术介绍

[0002]根据国际标准国际电工委员会(IEC)，局部放电定义为：
[0003]“局部放电，其仅部分地桥接导体之间的绝缘，并且其可能或不可能发生在导体附近”。
[0004]当导体的绝缘体内部的杂质或空腔或外部的突起引起应力区时，发生局部放电。应力区可以由导体周围的尖锐边缘或突起形成。
[0005]电力电缆中的部分放电包括几种类型的放电现象，诸如出现在不同绝缘材料的边界处的表面放电以及在固体或液体电介质内的空隙或空腔中发生的内部放电。
[0006]放电的检测和测量基于放电期间发生的能量交换。这些交换表现为电脉冲电流。
[0007]然而，现有技术的解决方案安装起来既困难又昂贵，因为它们需要电连接到电力电缆。因此，当应用这些解决方案时，需要断开电力电缆。这几十年来是主要的未解决的挑战。
[0008]现有技术的局部放电分析工具是昂贵的，因为它们需要昂贵的钳式传感器，并且因为这些传感器需要通过电连接到导体或围绕单导体来安装。因此，这些分析工具不适合使用。
[0009]技术人员越来越频繁地面对是否更换其地下分配系统中的一些较旧的电缆的决定。使用局部放电的测量，以便识别是否应该用新的电缆替换电缆或如果可能的话修理电缆。
[0010]然而，研究表明，难以使用电力电缆中局部放电的测量来肯定地识别是否应该更换电力电缆。可能不保证仅基于局部放电测量移除这些电缆，因为外部事件(例如，雷电或网络中的切换)以及电力电缆绝缘中的泄漏结构可能导致局部放电事件。现有技术解决方案的问题在于，它们不能辨别局部放电事件是由外部事件(例如，雷电)还是电力电缆中的泄漏结构引起的。
[0011]US20090177420A1公开了一种用于检测、定位和解释沿着电气设备在局部放电位点发生的局部放电的装置。然而，该装置不适于以足够大的精度确定局部放电。
[0012]因此，期望具有减少或甚至消除现有技术解决方案的缺点的系统和方法。期望具有用于检测、定位和解释局部放电的改进的装置和方法。
[0013]因此，本专利技术的目的是提供一种减少或甚至消除现有技术的上述缺点的系统。
[0014]本专利技术的目的是提供一种用于检测、定位和解释多导体电缆中的局部放电的系统和方法。

技术实现思路

[0015]本专利技术的目的可以通过如权利要求1所述的电能质量分析系统和如权利要求17所述的方法来实现。优选实施例在从属子权利要求中定义，在以下描述中解释，并在附图中示出。
[0016]根据本专利技术的系统是一种用于检测地下电力电缆中的绝缘缺陷的系统，该地下电力电缆包括被导电屏蔽件围绕的一个或多个单导体，其中该系统包括夹持到电力电缆的外部上或布置在电力电缆附近的一个或多个外部的钳式传感器，其中钳式传感器被配置为从电力电缆的外部提供一个或多个电流测量值，而不电连接到电力电缆的一个或多个单导体中的任何一个，其中该系统包括处理单元，其中钳式传感器被配置为检测局部放电事件，其中该系统包括信号处理单元，该信号处理单元适于使用数学统计模型，该数学统计模型处理由钳式传感器进行的电流测量值，以识别电流测量值是否由电力电缆中的泄漏结构引起的局部放电事件引起。
[0017]由此，可以提供一种系统，该系统能够以使得可以进行预测和主动维护的方式测量电力电缆中的局部放电；即，肯定地识别是否应该更换电力电缆。
[0018]该系统被配置为检测地下电力电缆中的绝缘缺陷，该地下电力电缆包括由导电屏蔽件围绕的单导体。单导体和周围的导电屏蔽件两者构成导体。因此，由导电屏蔽件围绕的单导体是双导体电缆。
[0019]现有技术解决方案未被配置为检测地下电力电缆中的绝缘缺陷，该地下电力电缆包括由导电屏蔽件围绕的至少一个单导体。问题是方程的数量少于未知数。因此，由于存在无限数量的解决方案，因此不可能提供独特的解决方案，并且因此通过使用由布置在电力电缆外部的钳式传感器检测到的磁场来确定电流测量值是由电力电缆中的泄漏结构引起的局部放电事件还是由来自导电屏蔽件的局部放电事件引起的。
[0020]然而，本专利技术应用数学统计模型来识别电流测量值是由电力电缆中还是导电屏蔽中的泄漏结构引起的局部放电事件引起的。这是通过在电力电缆的外表面上或附近布置足够大量的子传感器来提供足够大量的方程来完成的。由此，可以提供由多个不同传感器(主传感器和多个子传感器)检测到的多个测量值，多个不同传感器以传感器相对于彼此的相对位置已知的方式布置(这可以通过将传感器布置在预定安装结构中来完成)。
[0021]数学模型用于估计从导体和屏幕到主传感器和子传感器的传递函数作为线性投影和随机噪声分量。
[0022]如果必须检测包括三个单导体(其中单导体彼此电绝缘)和导电屏蔽件的地下电力电缆中的绝缘缺陷，则在电力电缆的导体中流动的电流将表示为I1、I2、I3，并且在导电屏蔽件中流动的电流表示为I4。
[0023]由主传感器和子传感器测量的信号B1、B2、B3、B4。。。可以计算为由电流I1、I2、I3、I4产生的磁场的叠加，作为叠加等式：
[0024](1)
[0025]其中B
j
是j
th
信号(由j
th
传感器测量)，并且d
ij
可以通过简单投影来计算。计算可以通过简单的投影来完成，因为六个圆柱坐标(从三个单导体中的每一个的中心到所讨论的钳式传感器的三个距离和传感器的角位置)是已知的。
[0026]根据安培定律，在距具有流动电流I的导体的中心距离r处，磁场B由下式定义：
[0027](2)B2πr＝μ0I或
[0028](3)
[0029]其中μ0是自由空间的磁导率。
[0030]实施例1
[0031]在具有被导电屏蔽件包围的三个单导体的地下电力电缆中，将具有需要使用来自主传感器和子传感器的叠加方程估计的七个未知参数(假设从主传感器和子传感器到电力电缆的中心的距离是已知的)。
[0032]如果我们具有一个主传感器和十一个子传感器，因此我们具有12
‑
7＝5自由度。实际上，电流采用三个自由度，并且因此在12方程的集合中存在两个自由度。在该具体示例中，电流I1、I2、I3、I4因此可以通过具有两个自由度的多重线性回归来估计和微分。
[0033]所需子传感器的数量取决于导体的数量。
[0034]在一个实施例中，主传感器和附加子传感器包括线圈。因此，当电流在电力电缆的单导体或导电屏蔽件中流动时，将在每个线圈中感应出电流。
[0035]在一个实施例中，数学统计模型被配置为对单导体和导电屏蔽件中的电流进行线性投影，其中数学统计模型被定义为：
[0036]Y
t
＝F
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测地下电力电缆(12)中的绝缘缺陷的系统(2)，所述地下电力电缆(12)包括被导电屏蔽件(22)包围的一个或多个单导体(16、18、20)，其中，所述系统(2)包括两个或更多个外部的钳式传感器(子传感器)(4、4'、4”、4”')，其被夹持到所述电力电缆(12)的外部或布置在所述电力电缆(12)的附近，其中，所述钳式传感器(4、4'、4”、4”')被配置为从所述电力电缆(12)的外部提供一个或多个电流测量值，而不被电连接到所述电力电缆(12)的一个或多个所述单导体(16、18、20)中的任何一个，其中，所述系统(2)包括信号处理单元(50)，其特征在于，所述钳式传感器(4、4'、4”、4”')被配置为检测局部放电事件(6、6'、6”、6”'、6
””
)，其中，所述信号处理单元(50)适于使用数学统计模型(52)来处理由所述钳式传感器(4、4'、4”、4”')进行的测量，以识别所述电流测量值是否由所述电力电缆(12)中的泄漏结构(46)引起的局部放电事件(6、6'、6”、6”'、6
””
)引起。2.根据权利要求1所述的系统(2)，其特征在于，所述数学统计模型(52)被配置为对所述单导体(16、18、20)和导电屏蔽件(22)中的电流进行线性投影，其中所述数学统计模型(52)被定义为：Y
t
＝F
t
(θ
t
)+ε
t ε
t
～δ1(V
t
)其中Y
t
是确定在时间t的观察过程的向量，包括来自钳式传感器的观察数据(S1，S2，
…
，S
n
)；θ
t
是确定时间t处的潜在过程的向量，包括潜在过程数据；即分别源自电力电缆(12)的单导体(16、18、20)和导电屏蔽件(22)的电流；F
t
是回归矩阵，其确定在时间t时潜在过程和观察过程之间的线性关系；g
t
是进化矩阵，其确定潜在过程中从时间t
‑
1到时间t的转变；δ1和δ2分别是观察过程和潜在过程的随机噪声向量；V
t
是观测方差
‑
协方差矩阵；W
t
是进化方差
‑
协方差矩阵。3.根据权利要求1或2所述的系统(2)，其特征在于，所述电力电缆(12)包括若干单导体(16、18、20)。4.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，所述系统(2)包括沿着所述电力电缆(12)的所述导电屏蔽件(22)布置的若干间隔开的钳式传感器(4、4'、4”、4”')。5.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，所述系统(2)包括主传感器构件(34)和沿着所述电力电缆(12)的所述导电屏蔽件(22)的圆周布置的一个或多个附加传感器构件(36、36'、36”、36”')，其中传感器构件(34、36、36'、36”、36”')切向地间隔开。6.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，所述系统(2)包括校准单元(54)，所述校准单元(54)被配置为执行一个或多个所述钳式传感器(4、4'、4”、4”')的校准，以便将所述系统(2)校准到电力电缆和环境上的物理位置。7.根据权利要求6所述的系统(2)，其特征在于，所述校准单元(54)与所述钳式传感器(4、4'、4”、4”')分离。8.根据权利要求6所述的系统(2)，其特征在于，所述校准单元(54)集成在每个所述钳式传感器(4、4'、4”、4”')中。9.根据权利要求6所述的系统(2)，其特征在于，所述校准单元(54)被配置为在钳式传
感器(4、4'、4”、4”')的主传感器构件(34)和若干附加传感器构件(36、36'、36”、36”')沿着所述电力电缆(12)的外围移动时校准所述钳式传感器(4、4'、4”、4”')。10.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，一个或多个外部所述钳式传感器(4、4'、4”、4”')包括能量收集器。11.根据权利要求10所述的系统(2)，其特征在于，所述能量收集器包括热电发电机或电场能量收集装置。12.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，所述系统(2)包括：从钳式传感器(4)朝向地平面延伸的通信单元(24)，以及被配置为发送无线信号(30)的天线(28)，其中，系统(2)被配置为通过天线(30)无线地发送由钳式传感器(4)进行的测量。13.根据前述权利要求之一所述的系统(2)，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：博，
申请(专利权)人：雷莫尼股份公司，
类型：发明
国别省市：