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系統(tǒng)詳情

檢測(cè)原理

當(dāng)電纜線芯中有電流流過(guò)時(shí)，將會(huì)使金屬護(hù)套上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),。在護(hù)套開路,、三相不平衡時(shí)，這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)可能會(huì)很大,，有時(shí)不但會(huì)危及人身安全,，還會(huì)擊穿金屬護(hù)套的外護(hù)層，尤其是電纜線路發(fā)生過(guò)電壓及短路故障時(shí),，可能會(huì)在金屬護(hù)套上會(huì)形成很高的感應(yīng)電壓,，使電纜外護(hù)套絕緣發(fā)生擊穿。當(dāng)感應(yīng)電壓升高,，電纜護(hù)層接地線的泄露電流必然增大,。

電纜受到電、熱,、機(jī)械和化學(xué)等的因素影響而發(fā)生老化,從而影響其壽命,。經(jīng)過(guò)了一定的使用年限之后,高壓電纜的絕緣性能都會(huì)呈現(xiàn)不同程度的劣化。電纜劣化主要表現(xiàn)在電纜絕緣電阻的下降,絕緣介質(zhì)損耗的增加,泄露電流的增加,嚴(yán)重時(shí)會(huì)在絕緣劣化的部位產(chǎn)生局部放電,。電力電纜在發(fā)生局部放電時(shí),會(huì)發(fā)出頻帶很寬的電信號(hào),激發(fā)電磁波。通過(guò)對(duì)運(yùn)行中電纜局部放電信號(hào)的檢測(cè),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電纜絕緣狀態(tài)的有效評(píng)估,。

硬件組成及參數(shù)

系統(tǒng)硬件由上位計(jì)算機(jī),、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、礦用電纜絕緣（運(yùn)行電流,、泄露電流,、局放）在線監(jiān)測(cè)主機(jī)、運(yùn)行電流傳感器,、泄露電流傳感器,、HFCT局放傳感器組成。

（1）礦用電纜絕緣（運(yùn)行電流、泄露電流,、局放）在線監(jiān)測(cè)主機(jī)

監(jiān)測(cè)主機(jī)由電源模塊,、網(wǎng)絡(luò)模塊、運(yùn)行電流采集模塊,、泄露電流采集模塊,、局放主控板、高速數(shù)據(jù)采集模塊等組成,，主要參數(shù)如下：

名稱	參數(shù)	名稱	參數(shù)
供電電壓：	220V	額定電流：	2A
運(yùn)行電流接入路數(shù)：	12路	泄露電流接入路數(shù)：	12路
局放信號(hào)接入路數(shù)：	12路	通訊接口：	千兆光口2路,，千兆電口2路
運(yùn)行電流測(cè)量范圍：	0-1000A工頻電流值（按需配置）	運(yùn)行電流頻帶：	50Hz
運(yùn)行電流測(cè)量精度：	0.5級(jí)	泄露電流測(cè)量范圍：	0-1000A工頻電流值（按需配置）
泄露電流頻帶：	50Hz	泄露電流測(cè)量精度：	0.5級(jí)
局放頻帶：	300kHz～100MHz	局放傳輸阻抗：	100kHz～100MHz 頻帶范圍內(nèi)不低于15mV/mA
局放信號(hào)傳輸方式：	50Ω同軸電纜	局放信號(hào)采集精度：	14bit
觸發(fā)方式：	外觸發(fā)	總采集速率：	200Mhz

（2）運(yùn)行電流傳感器

結(jié)構(gòu)型式：開合式，易于安裝和檢修

名稱	參數(shù)	名稱	參數(shù)
精度：	0.5級(jí)	工作頻率：	50/60Hz
介質(zhì)強(qiáng)度：	4000Vac/10s	絕緣電阻：	100M Ohms@500Vdc
量程：	100A,、150A,、200A、250A,、300A,、400A、500A,、600A,、800A、1000A可選

（3）泄露電流傳感器

結(jié)構(gòu)型式：開合式,，易于安裝和檢修

名稱	參數(shù)	名稱	參數(shù)
精度：	0.5級(jí)	工作頻率：	50/60Hz
介質(zhì)強(qiáng)度：	4000Vac/10s	絕緣電阻：	100M Ohms@500Vdc
量程：	100A

（4）HFCT傳感器

名稱	參數(shù)	名稱	參數(shù)
響應(yīng)速度：	0.01ns	工作頻率范圍：	0.3Mhz-100Mhz
靈敏度：	≤5pC	傳輸阻抗：	15mV/mA
匹配阻抗：	50Ω	工作溫度：	-40℃～+85℃
輸出接口：	BNC	防護(hù)等級(jí)：	IP68

設(shè)備安裝

本系統(tǒng)可由多個(gè)礦用電纜絕緣（運(yùn)行電流,、泄露電流、局放）在線監(jiān)測(cè)主機(jī)并配套相應(yīng)數(shù)量的運(yùn)行電流傳感器,、泄露電流傳感器,、HFCT局放傳感器組成，實(shí)際安裝按照現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行,。

（1）在線監(jiān)測(cè)主機(jī)的安裝

主機(jī)應(yīng)安裝在室內(nèi),，選擇電磁干擾少、通風(fēng)良好,、利于布線的地點(diǎn)安裝,，主機(jī)要牢固地固定在墻壁或支架上，并可靠接地,。

（2）運(yùn)行電流傳感器

運(yùn)行電流傳感器采用開合式結(jié)構(gòu),，打開后直接卡在被測(cè)電纜相線護(hù)套外面即可，傳感器輸出信號(hào)采用1.5平方以上屏蔽電纜,。

（3）泄露電流傳感器

泄露電流傳感器采用開合式結(jié)構(gòu),，打開后直接卡在被測(cè)電纜外層護(hù)套接地線上即可，傳感器輸出信號(hào)采用1.5平方以上屏蔽電纜,。

（4）HFCT局放傳感器

對(duì)于電纜絕緣局放監(jiān)測(cè),，可以在電纜終端接頭接地線,、電纜中間接頭接地線、電纜中間接頭交叉互聯(lián)接地線,、電纜本體上安裝HFCT局放傳感器,，在電纜單相本體上安裝相位信息傳感器。如果存在無(wú)外接地線的電纜終端接頭,，HFCT局放傳感器也可以安裝在該段電纜本體上,，使用時(shí)應(yīng)注意放置方向，應(yīng)保證電流入地方向與傳感器標(biāo)記方向一致,。

對(duì)于電容型,、避雷器等設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)，高頻局部放電檢測(cè)可以從設(shè)備末端接地線和末端引下線上安裝HFCT局放傳感器,，相位信息傳感器可安裝在同一接地線上或者檢修電源箱等處,，使用時(shí)應(yīng)注意放置方向，應(yīng)保證電流入地方向與傳感器標(biāo)記方向一致,。

對(duì)于變壓器類設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè),，可以選擇鐵心接地線、夾件接地線和套管末端引下線上安裝HFCT局放傳感器,。一般相位信息傳感器可安裝在同一接地線上或者檢修電源箱等處,，傳感器安裝時(shí)應(yīng)保證電流入地方向與傳感器標(biāo)記方向一致。

HFCT傳感器輸出信號(hào)線采用專用通信電纜,，長(zhǎng)度應(yīng)小于100m,。

軟件

系統(tǒng)軟件支持B/S、C/S架構(gòu),，也可通過(guò)云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)全球訪問(wèn),。

軟件可實(shí)時(shí)顯示各被測(cè)電纜運(yùn)行電流、泄露電流,、局放電壓,、局放主頻等參數(shù)，并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中可按時(shí)間,、監(jiān)控對(duì)象等方式以表格,、曲線、棒狀圖等形式查詢展示,，可對(duì)各參數(shù)設(shè)置報(bào)警閥值,，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)。

軟件界面如下：

點(diǎn)擊局部放電數(shù)據(jù)分析按鈕,，進(jìn)入局放圖譜分析畫面：

左側(cè)區(qū)域每根被測(cè)電纜都有0相位觸發(fā)、120度相位觸發(fā),、240度相位觸發(fā)三個(gè)按鈕,，點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕就可進(jìn)入相應(yīng)的圖譜畫面。該設(shè)計(jì)是因?yàn)槊旱V下井電纜是多芯電纜，采集到的局放信號(hào)可能是由A,、B,、C三相的任何一相引起的，或者是二相,、三相局放信號(hào)的疊加,，便于技術(shù)人員分析判斷。

（1）PRPD圖譜

左上角是PRPD圖譜,，記錄了局放信號(hào)的相位,、放電電壓幅值和放電脈沖密度三個(gè)參數(shù)，橫坐標(biāo)最左側(cè)原點(diǎn)對(duì)應(yīng)0相位,、最右側(cè)對(duì)應(yīng)360度相位,，局放現(xiàn)象是由相電壓升高當(dāng)電纜內(nèi)部有缺陷時(shí)發(fā)生高頻脈沖信號(hào)，其與相電壓的相位密切相關(guān),?？v坐標(biāo)單位是幅值，就是局放傳感器每間隔1度相位監(jiān)測(cè)到的輸出電壓累加后的平均值,，按照我國(guó)交流電工頻50Hz,，每1度相位55.56ns的時(shí)間間隔依次顯示對(duì)應(yīng)相位的幅值。 PRPD圖譜統(tǒng)計(jì)最近2個(gè)小時(shí)的局放信號(hào),，每20ms記錄360個(gè)點(diǎn),，當(dāng)相同相位的信號(hào)幅值相等時(shí)，用顏色的深淺表達(dá)放電脈沖密度,，如下圖所示,，顏色越黃表示重合度越高，放電脈沖密度越大,。本說(shuō)明書上一頁(yè)左上角的PRPD圖,，與供電工頻波形或其倍頻波形類似，并幅值較小,，可以判斷其不是由于電纜內(nèi)部局部放電引起的,，由于本系統(tǒng)非常靈敏，該圖譜反映了接收到的電磁波干擾信號(hào),。

（2）時(shí)域圖譜

左下角是時(shí)域圖譜,，橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)放電電壓幅值,，每0.01ns記錄一個(gè)點(diǎn),，可真實(shí)反映局放現(xiàn)象時(shí)的高頻脈沖波形。本說(shuō)明書上一頁(yè)左下角的時(shí)域圖譜,，不是脈沖波形,，并幅值較小,，可以判斷其不是由于電纜內(nèi)部局部放電引起的，由于本系統(tǒng)非常靈敏,，該圖譜反映了接收到的電磁波干擾信號(hào),。

（3）頻域圖譜

左下角是頻域圖譜，橫坐標(biāo)是頻率,，縱坐標(biāo)放電電壓幅值,，該圖譜是通過(guò)左下角的時(shí)域圖譜做快速傅里葉變換得到的。該圖譜可直觀反映出局放現(xiàn)象時(shí)脈沖信號(hào)的頻率和該頻率對(duì)應(yīng)的幅值分量,。本說(shuō)明書上一頁(yè)右下角的頻域圖譜,，沒(méi)有高頻分量，可以判斷其不是由于電纜內(nèi)部局部放電引起的,，由于本系統(tǒng)非常靈敏,，該圖譜反映了接收到的電磁波干擾信號(hào)。

（4）時(shí)頻圖譜

利用“等效頻寬-等效時(shí)長(zhǎng)”（f_eq-t_eq）對(duì)應(yīng)的平面簇技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)將局放脈沖與噪聲干擾的分離的圖譜,，稱為時(shí)頻圖譜,。f_eq-t_eq分離技術(shù)用于同時(shí)表征信號(hào)時(shí)域和頻域特征。f_eq和t_eq兩個(gè)特征的提取是基于脈沖信號(hào)的時(shí)域測(cè)量的,，具體方法如下,。

按照以下公式從每個(gè)檢測(cè)到的脈沖波形中提取對(duì)應(yīng)的時(shí)域脈沖s（t）（脈沖時(shí)間長(zhǎng)度為t_s），脈沖信號(hào)的時(shí)間位置或時(shí)間重心為：

脈沖信號(hào)的等效時(shí)間長(zhǎng)度定義為：

脈沖信號(hào)的等效頻寬定義為：

以上式中,，τ和?表示時(shí)域和頻域中的積分常數(shù),；f_eq和t_eq可以認(rèn)為是脈沖在時(shí)域和頻域的標(biāo)準(zhǔn)偏差；"FFT"表示快速Fourier變換,；S（?）表示頻域中的脈沖,。

如果來(lái)自同一個(gè)局放源及干擾源的脈沖具有相似的波形，則其投射到f_eq-t_eq平面將形成同一個(gè)簇,。那么,，不同放電源的脈沖在f_eq-t_eq平面就形成不同的簇，從而可進(jìn)行不同局放源分離及噪聲干擾的識(shí)別,。

本說(shuō)明書上二頁(yè)右上角的時(shí)頻圖譜都是離散的點(diǎn),，沒(méi)有形成同一個(gè)簇或不同的簇，可以判斷其不是由于電纜內(nèi)部局部放電引起的,，由于本系統(tǒng)非常靈敏,，該圖譜反映了接收到的電磁波干擾信號(hào)。

高頻局放的典型圖譜

（1）電纜內(nèi)部放電典型圖譜

內(nèi)部放電是指絕緣內(nèi)部存在的氣泡或者雜質(zhì)引起的局放現(xiàn)象,，特征為一個(gè)周期內(nèi)有兩簇放電圖譜,，極性相反，分別位于電壓波形的第一,、第三象限,，且正負(fù)極性放電圖譜的幅值基本相等,。如下圖所示：

（2）電纜尖端放電典型圖譜

指氣體介質(zhì)在不均勻電場(chǎng)中的局部自持放電，是最常見(jiàn)的一種氣體放電形式,。在曲率半徑很小的尖端電極附近，由于局部電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)氣體的電離場(chǎng)強(qiáng),，使氣體發(fā)生電離和激勵(lì),，因而出現(xiàn)電暈放電。

電暈放電特征為一個(gè)周期內(nèi)僅有一簇放電圖譜,，且放電圖譜位于電壓波形的負(fù)峰值,。放電信號(hào)表現(xiàn)為負(fù)極性。如下圖所示：

（3）電纜沿面放電典型圖譜

沿面放電是指絕緣表面上方或沿著絕緣表面的局放,，其特征主要表現(xiàn)為一個(gè)周期內(nèi)有兩簇放電圖譜,，極性相反，分別位于電壓波形的第一,、第三象限,，且正負(fù)極性放電圖譜的幅值相差較大。如下圖所示：

（4）電纜懸浮放電典型圖譜

懸浮放電是指在高壓設(shè)備附近或高壓設(shè)備中,，由于某區(qū)域接地不良而引起的局放,。該放電信號(hào)通常在工頻相位的正、負(fù)半周均會(huì)出現(xiàn),，具有一定的對(duì)稱性,，信號(hào)呈現(xiàn)橫線狀，放電信號(hào)幅值很大且相鄰放電信號(hào)時(shí)間間隔基本一致,，放電次數(shù)較少,，重復(fù)率較低。如下圖所示：

如何基于檢測(cè)圖譜識(shí)別局放信號(hào)

（1）基于PRPD圖譜

局放信號(hào)具有相位相關(guān)性,，在每一個(gè)周期的第一和第三象限會(huì)產(chǎn)生兩處相位差值為180°且極性相反的圖譜,，如下圖所示：

（2）基于頻域圖譜

從頻域圖上可以看到，局放信號(hào)的整體信號(hào)水平明顯高于背景信號(hào)且從低頻到高頻有明顯的衰減趨勢(shì),，且越接近局放發(fā)生的位置衰減前的頻帶會(huì)越寬,，如上圖所示：

（3）基于時(shí)域圖譜

局放信號(hào)的時(shí)域波形呈現(xiàn)單脈沖的特點(diǎn)，上升沿時(shí)間短,、脈沖帶寬窄,，且越接近局放源，對(duì)應(yīng)波形的上升沿時(shí)間越短,，在信號(hào)強(qiáng)度大時(shí)還可以利用反射波實(shí)現(xiàn)局放定位,，如下圖所示：

局放檢測(cè)的典型干擾信號(hào)