一种电力电缆故障二次闪络检测装置

摘要

本发明公开了一种电力电缆故障二次闪络检测装置，由高压脉冲发生器和二次闪络电缆故障测试仪构成，其特征在于，高压脉冲发生器包括高频电源、脉冲输出单元、二次闪络采集单元和自动放电单元，其中，脉冲输出单元的输出与电缆故障相连；二次闪络采集单元用于故障波形的采集，并将采集到的故障波形通过采集线传输给二次闪络电缆故障测试仪；高频电源产生15kHz高频电压转换为直流高压后给高压储能单元提供能量，再由脉冲输出单元为故障电缆输送高压脉冲信号；自动放电单元用于测试完成后对故障电缆以及高压储能单元进行放电处理。

说明书

技术领域

本发明涉及电力电缆故障检测技术，特别涉及一种超高压和特高压电缆 故障的检测设备。

背景技术

随着社会的快速发展，电网的发展更出乎我们预料。电压等级由高压发 展到超高压以及特高压，由交流输电发展到直流输电。再加上人们生活水平 的提高，对环境要求的升级，城市内所有输电线路将由原来的架空线改为地 下电力电缆。这不仅使电力电缆的数量突飞猛进，而且使电力电缆的电压等 级发生了巨大变化：500V及以上统称为高压,500V以下统称为低压；按供电 系统来分,1000V以下低压,1000V-10kV叫中压,10kV-330kV叫高压,330kV及 以上叫超高压,500kV及以上叫特高压。

传统的电缆故障检测装置只能检测35kV及以下的电缆故障，66kV级以上 的电缆故障无能为力；传统的二次脉冲法以及多次脉冲法更是存在问题。不 管是国内的还是国外的检测装置都有一个脉冲发生装置，该装置目前有两种： 一种是在高压检测回路串联大功率电阻；另一种是在高压检测回路串联大功 率电感。不管是串联什么在高压检测回路中都会影响检测效果，尤其是故障 点放电的充分性。这使传统的二次脉冲法以及多次脉冲法电缆故障检测装置 大打折扣。

电线电缆行业是中国仅次于汽车行业的第二大行业。在世界范围内，中国电 线电缆总产值已超过美国，成为世界上第一大电线电缆生产国。由于市场的恶 性竞争，电缆的质量难免出现各种问题；再加上现实当中超负荷运行现象尤为严 重。随之所产生的电缆故障自然越来越多，数不胜数。

发明内容

本发明的目的主要是解决各种电压等级的各种电缆故障的快速检测。提供一 种操作简单、测试快速、波形易读、专家在线的电力电缆故障装置。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种电力电缆故障二次闪络检测装置，由高压脉冲发生器和二次闪络电 缆故障测试仪构成，所述高压脉冲发生器包括高频电源、脉冲输出单元、二次 闪络采集单元和自动放电单元，其中，脉冲输出单元的输出与电缆故障相相连； 二次闪络采集单元用于故障波形的采集，并将采集到的故障波形通过采集线传输 给二次闪络电缆故障测试仪；高频电源产生15kHz高频电压转换为直流高压后给 高压储能单元提供能量，再由脉冲输出单元为故障电缆输送高压脉冲信号；自动 放电单元用于测试完成后对故障电缆以及高压储能单元进行放电处理。

上述方案中，所述的二次闪络采集单元由水电阻R2、与R2串联的取样电阻 R3和电流取样器Lp组成，它们与高压储能单元的电容构成回路，储能电容的高压 端通过水电阻R2，由取样电阻R3取的故障波形B,经取样电阻R3两端B1、B2输出； 另一波形由电流取样器Lp在储能电容的低压端耦合取样得到波形A,经A1、A2输 出。

所述脉冲输出单元包括放电间隔选择开关K1、整流桥D1、滤波电容C1、直流 电机M1、放电动球Q1和放电定球Q2组成，由工作电源提供V1＝5V、V2＝7V、V3＝9V、 V4＝11V电压，通过放电间隔选择开关K1的T1＝8s、T2＝6s、T3＝4s、T4＝2s给整流桥 D1输送能量，由整流桥D1变为直流电再经过滤波电容C1滤波将能量传送给电机 M1，电机M1使放电动球Q1顺时针旋转，放电动球Q1每旋转一周给放电定球Q2一个 高压脉冲信号，由放电定球Q2将高压脉冲信号输送出去。

所述自动放电单元由自动放电开关K2、上限位开关K3、下限位开关K4、正 反转电机M2、放电电阻R1、放电动球Q3和放电定球Q4组成，放电时按下自动 放电开关K2将上刀接通，经上限位开关K3使电机M2反转，当放连接电机M2的 电动球Q3与放电定球Q4接触时，上限位开关K3断开，从而接通放电电阻R1保 持放电状态；当放开自动放电开关K2将下刀接通，经下限位开关K4使电机M2 正转，放电动球Q3与放电定球Q4分开，当分开到一定距离时下限位开关K4断 开，保持高压脉冲正常输出。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、测试波形易读：从图5不难看出故障点距离非常容易找到。故障距离就 是波形A与波形B在基准线上的交叉点t1和t2两间的时间与故障电缆传播速率 的积。

2、放电容易：现有的二次脉冲法都是在高压回路中串联大功率电感或大功 率电阻来维持故障点放电时间，从而给故障点耦合一低压脉冲信号，得到两个波 形。这样串联大功率电感或大功率电阻吸收大量能量，使故障点放电的能量大大 降低。本发明如图2所示，所有能量由高压储能单元经动球Q1和静球Q2直接 传输给故障电缆。

3、在线专家支持：针对电力电缆故障故障检测现场需要一定的经验。最早 交流方式是发传真；后来有了手机现场方便了些，但通信费太高；随着社会的发 展通信费下降了，通信工具也多样化了，但没有专用的现场通信工具。本发如图 2所示，通过Internet与本发明的PC机平台的在线专家实时交流。

4、专业报告生成：现有的电缆故障测试仪大多都是以测数值为原则，有一 部分也只有微型打印机输出故障波形。本发明利用PC机平台最终得到如图6所 示的测试报告。

附图说明

图1是本发明测试装置的结构及现场接线图。图中：1、高压脉冲输出线；2、 电缆接地线；3、采样线；4、安全接地线。

图2是图1高压脉冲发生器中的脉冲输出单元电路原理图。

图3是图1高压脉冲发生器中的自动放电单元电路原理图。

图4是图1高压脉冲发生器中的二次闪络采集单元电路原理图。

图5是本发明测试波形图。

图6是测试报告表格样式。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参考图1，本发明电力电缆故障二次闪络检测装置包括高压脉冲发生器和 二次闪络电缆故障测试仪两部分。其中，高压脉冲发生器的高压输出单元通过 高压脉冲输出线1与故障电缆的故障相相连；地端子通过电缆接地线2与故障电缆 的地线相连；安全地端子通过安全接地线4与现场的安全大地相连。二次闪络电 缆故障测试仪的输入单元通过采样线3与高压脉冲发生器的二次闪络采集单元 相连，从而改变传统电缆故障的复杂接线，降低因为接线错误而导致的事故。

高压脉冲发生器包括高频电源、直流高压电源、高压储能单元、脉冲输出单 元、自动放电单元、二次闪络采集单元、工作电源。工作电源是将市电AC220V电 压转换成各个单元所需电压分别连接到每个单元，确保其每个单元能够正常工 作；高频电源是将工作电源所提供的直流电转换成高频电，然后连接到直流高压 电源的输入，直流高压电源将高频电再次转换为直流并根据需求升至故障测试所 需高压，直流高压电源的输出连接到高压储能单元的输入，当能量储存到脉冲所 需能量后，高压储能单元的输出连接到脉冲输出单元的输入，由脉冲输出单元的 输出传输给故障电缆；自动放电单元的输入连接到高压储能单元的输出；二次闪 络采集单元的输入连接到高压储能单元的低端，二次闪络采集单元的输出通过采 样线连接到二次闪络电缆故障测试仪的输入。其中，高频电源产生15kHz的高频 电源从而降低50Hz的电源的体积和重量，通过直流高压电源，高频电源变为直流 电源给高压储能单元提供能量，再由脉冲输出单元为故障电缆输送高压脉冲信 号。

自动放电单元用于测试完成后对故障电缆以及高压储能单元进行有效放电 处理。二次闪络采集单元用于故障波形的采集，并将采集到的故障波形通过采集 线传输给二次闪络电缆故障测试仪。工作电源给高频电源、二次闪络采集单元、 自动放电单元供电，确保它们正常工作。高压储能单元也就是高压脉冲电容器， 专用于储能放电。

参考图2，脉冲输出单元由放电间隔选择开关K1、整流桥D1、滤波电容C1、 瞬态抑制器D2、直流电机M1、放电动球Q1和放电定球Q2组成。由工作电源提供的 电源V1、V2、V3、V4分别对应连接到放电间隔选择开关K1的T1、T2、T3、T4上， 它们的地线连接到整流桥D1的低端，放电间隔选择开关K1的公共端连接到整流桥 D1的高端,整流桥D1的负端分别连接滤波电容C1、瞬态抑制器D2和电机M1的负端； 整流桥D1的正端分别连接滤波电容C1、瞬态抑制器D2和电机M1的正端。放电动球 Q1的机械部分连接到电机M1，电路部分连接到高压储能单元的高压端。放电定球 Q2通过导线直连接故障电缆的故障相。其工作原理是：由工作电源提供V1＝5V、 V2＝7V、V3＝9V、V4＝11V电压，通过放电间隔选择开关K1的T1＝8s、T2＝6s、T3＝4s、 T4＝2s给整流桥D1输送能量，由整流桥D1变为直流电再经过滤波电容C1滤波将能 量传送给电机M1，电机M1使放电动球Q1顺时针旋转，放电动球Q1每旋转一周给放 电定球Q2一个高压脉冲信号，由放电定球Q2将高压脉冲信号输送出去。瞬态抑制 器D2在电路中是起保护电机功能。

参考图3，自动放电单元由自动放电开关K2、上限位开关K3、下限位开关 K4、正反转电机M2、放电电阻R1、放电动球Q3和放电定球Q4组成。由工作电 源提供AC220V电源，N线连接电机M2的公共端，L线连接放电开关K2的输入并 将上下两组短接，放电开关K2的输出上端也就是常开点连接上限位开关K3的输 入，上限位开关K3的输出连接电机M2的反转端；放电开关K2的输出下端也就 是常闭点连接下限位开关K4的输入，下限位开关K4的输出连接电机M2的正转 端。放电动球Q3机械部分连接电机M2,电路部分连接放电电阻R1的高端，放电 电阻R1的低端接高压地。放电定球Q4连接高压储能单元的高压端。其工作原理 是：由工作电源提供220V电源，通过自动放电开关K2来实现自动放电功能。放 电时按下自动放电开关K2将上刀接通，经上限位开关K3使电机M2反转，当放 电动球Q3与放电定球Q4接触时，上限位开关K3断开，从而接通放电电阻R1保 持放电状态；当放开自动放电开关K2将下刀接通，经下限位开关K4使电机M2 正转，放电动球Q3与放电定球Q4分开，当分开到一定距离时下限位开关K4断 开，保持高压脉冲正常输出状态。

参考图4，二次闪络采集单元由水电阻R2、取样电阻R3和电流取样器Lp组 成。水电阻R2的高端连接高压储能单元的高压端，水电阻R2的低端连接取样电 阻R3的高端，取样电阻R3的低端接电缆地并连接大地。同时取样电阻的两端连 接B1B2，并由B1B2将故障波形B传输给二次闪络电缆故障测试仪。电流取样Lp 是将高压储能单元的低端接地线穿心，它的两端A1A2将故障波形A传输给二次 闪络电缆故障测试仪。其工作原理是：高压储能单元的高压端通过水电阻R2，由 取样电阻R3取的故障波形B,经B1、B2输出；另一波形由电流取样器Lp在高压 储能单元的低压端耦合取样得到波形A,经A1、A2输出。最终得到的波形如果图 5所示。

图1中，二次闪络电缆故障测试仪包括输入单元、高速A/D转换单元、数据暂 存单元、控制操作单元、输出显示单元、Internet(互联网)、PC机平台及在线 专家、CPU控制单元、低压脉冲发生单元。输入单元的输入通道1通过采样线连接 高压脉冲发生器的二次闪络采集单元，输入单元的输入通道2连接低压脉冲发生 单元的输出；输入单元的控制连接CPU控制单元；输入单元的输出连接高速A/D转 换单元的输入；高速A/D转换单元的控制连接CPU控制单元；高速A/D转换单元的 输出连接数据暂存单元的输入，数据暂存单元的输出连接CPU控制单元进行数据 输出及通信控制。CPU控制单元的控制线分别连接输入单元、高速A/D转换单元、 数据暂存单元、PC机平台及在线专家、低压脉冲发生单元进行控制，同时与数据 暂存单元和PC机平台实现数据通信。PC机平台分别与控制操作单元、输出显示单 元、Internet、CPU控制单元连接；控制操作单元通过按键操作实现人与PC机平 台的对话；输出显示单元通过数据线将PC机平台处理好的结果显示给操作人员； CPU控制单元与PC机平台的连线主要是数据通信实现上位机与下位机信息交流； PC机平台与Internet的连接实现了我们现在互联网+时代。其工作原理是，输入 单元是通过CPU控制单元来实现各种功能的输入转换。高速A/D转换单元是将输入 单元所有信号由模拟转换为数字，并交给数据暂存单元进行储存，供CPU控制单 元进行调用。数据暂存单元是波形数据的暂存地。控制操作单元是人机对话单元， 通过操作按钮或对话窗口进行人机对话。输出显示单元是通过不同尺寸的显示屏 来显示所采集到的故障波形及各种人机对话按钮和窗口。Internet是通过有线或 无线方式将装置系统的PC机平台及在线专家与互联网络连接起来实现信息交流 以及在线专家的实时技术支持。PC机平台及在线专家是我们常规的有通信接口的 工控台式机、一体机或笔计本电脑。它的主机任务是运行系统软件，实现故障检 测、电缆管理以及在线专家的实时技术支持。CPU控制单元是整个二次闪络电缆 故障测试仪控制中心，也是故障波形的数字处理中心，它的第一功能是控制各模 块单元协调工作，第二功能是将故障波形进行数字滤波整形。低压脉冲发生单元 是通过CPU控制单元控制输出不同宽度的脉冲波形，用于测量不同长度电缆的低 阻故障、断线故障、电缆对接头位置、电缆全长以及电缆的传播速度等。

参考图6，本发明装置可通过二次闪络电缆故障测试仪中的PC机平台制作 出现场故障电缆测试报告。现有的电缆故障测试仪大多都是以测数值为原则，有 一部分也只有微型打印机输出故障波形。现场测试人员只能现场拿笔和纸来手工 记录测试结果，有的也只能打印一张小纸条。随着社会的发展，无纸办公的推广 以及互联网+时代的盛行，传统的平台已经无法满足现场的测试需求。

本发明利用PC机平台最终得到如图6所示的测试报告，弥补了上述不足。

本发明的电力电缆故障检测，是通过二次闪络采集单元得到故障点闪络放 电的两个波形。其工作原理是：高压储能单元的高压端通过水电阻R2，由取样 电阻R3取的故障波形B,经B1、B2输出；另一波形由电流取样器Lp在高压储能 单元的低压端耦合取样得到波形A,经A1、A2输出。最终得到的波形如果图5所 示。

传统的单次故障检测所得到和故障波形只有一个，由于故障的复杂程度不同 以及现场的测试环境不同所得到的故障千变万化，如果没有一定的实践经验是很 难分析出故障点距离来得。本发明从图5不难看出故障点距离非常容易找到。故 障距离就是波形A与波形B在基准线上的交叉点t1和t2两间的时间与故障电缆 传播速率的乘积。现有的二次脉冲法都是在高压回路中串联大功率电感或大功率 电阻来维持故障点放电时间，从而给故障点耦合一低压脉冲信号，得到两个波形。 这样串联大功率电感或大功率电阻吸收大量能量，使故障点放电的能量大大降 低。本发明如图2所示，所有能量由高压储能单元经动球Q1和静球Q2直接传 输给故障电缆。这样故障点就会有足够的能量进行充分放电，这对能否采集到正 确故障波形的非常重要，如果我们采集不到正确的故障波形何谈故障分析呢？那 就更谈不到找到故障点的具体位置了。

综上，本发明克服了传统单次故障检测故障波形不易读的缺点，同时解 决了传统二次脉冲发放电不充分问题，使电力电缆故障检测工作达到事半功 倍的效果，确保电力系统的安全正常运行。