交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统及故障分类方法

摘要

本发明公开了一种交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统，包括多个图像采集单元、图像数据暂存单元、立体图像还原分析单元、通讯与故障报警单元和电源供电单元；图像采集单元采集电缆接头处交联聚乙烯-硅橡胶界面的原始图像；图像数据暂存单元存储采集到的原始图像数据；立体图像还原分析单元一是粗分析界面是否发生放电故障，二是还原交联聚乙烯-硅橡胶界面故障放电电弧的立体形状，三是分析界面故障放电电弧形态而得到放电故障类型；通讯与故障报警单元把分析结果报警或发送到监控终端；电源供电单元为所有单元供电。本发明能形象直观、时时高效地监测电缆接头健康状况，为电缆接头放电故障的快速定位和故障类型的分类提供可靠数据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种接头放电故障在线监测系统及故障类型判断方法，尤其涉及一种交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统及故障分类方法。

背景技术

高压交联聚乙烯电力电缆在现代化城镇中承担着电力传输的重任，是电力系统的重要组成部分。但电缆中间接头击穿故障的比例约占电缆运行故障总数的31%，并且其中因交联聚乙烯-硅橡胶接头之间的多层介质沿面放电原因导致接头击穿故障约占电缆接头故障总数的97%。因此，快速有效地定位高压电缆接头沿面击穿故障，对提高电力供应的可靠性具有重要意义。

目前电缆接头故障检测主要分为在线监测和离线检测。离线检测有OWTS震荡波电缆局放测试、脉冲电流法（电磁耦合法）测量、超低频测量等；在线监测包括接地电流检测法、局部放电电容耦合和电感感应法等。

1)OWTS震荡波法电缆接头放电测试

OWTS震荡波电缆接头局部放电测试采用阻尼震荡电压测试放电强度，并结合局放定位系统实现局放的检测。OWTS振荡波法电缆接头局部放测试技术，由于试验时采用固定电感L和电缆谐振产生高频振荡波进行加压，其波形及频率接近工频正弦波，作用时间短，不会损伤电缆，比较适合现场使用。再者通过抗干扰措施，能准确检测出局放信号，对电缆的本体、附件、接头工艺等均有良好的检测效果，是一种行之有效的局放检测方法。但是现场检测工作量极大，不能时时有效的检测。

2)HFCF传感器(脉冲电流法）检测

HFCF传感器（脉冲电流法）检测主要应用于电缆接头局部放电在线监测系统或离线检测系统。脉冲电流法通过HFCT传感器，采用电容臂耦合的方法，将传感器安装在电缆终端设备的外表，检测回路、检测装置与设备回路无直接接触，不影响设备的运行。此检测方法由于传感器安装在电缆终端设备的外表，无关信号的干扰，检测结果可靠性极低。

3)超低频检测电缆局放技术

0.1Hz超低频技术在中低压电缆接头局部放电检测中应用的较普通。其检测原理同OWTS震荡波法测电缆局放相似，区别在于其采用0.1Hz高压发生器产生纯正弦波高压，施加到被检测电缆上激发缺陷点的局部放电，检测系统经耦合电容器分压后接检测阻抗的测量回路，采用脉冲电流法进行局放水平测量。此检测方法的工作量大，不能时时有效的检测。

4)局部放电电容耦合和电感感应法

局部放电电容耦合和电感感应法是在电缆绝缘层相关部位埋设耦合电容或者耦合电感，来检测发生在界面或者导体端面的局部放电。这种方法可以检测电缆故障初期的信号，能防止事故的扩大。但埋设耦合电容或者耦合电感的方法对电缆绝缘本体具有破坏作用，甚至直接导致绝缘事故。而且故障初期的局部放电信号相当微弱而干扰极大，有效的检测到真正的局部放电信号困难极大。

5)接地电流检测法

接地电流检测法认为在接头处，两绝缘材料界面放电后，在接头处的接地电极上可以检测到放电电流。但事实是接地电极与大地连接，而界面放电电流是流过交联聚乙烯绝缘材料表面的半导电层及铝护套或者电缆铠，在接地电极上没有放电电流流过或者非常微弱，不易检测。

以上电缆接头故障检测技术或者方法要么干扰大、要么要破坏绝缘本体，效果差，因此开发更有效的检测方法意义重大。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统。

同时，本发明还提供了一种交联聚乙烯电缆接头放电故障分类方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统，包括多个图像采集单元、图像数据暂存单元、立体图像还原分析单元、通讯与故障报警单元和电源供电单元；所述图像采集单元采集电缆接头处交联聚乙烯-硅橡胶界面的原始图像；所述图像数据暂存单元存储图像采集单元采集到的原始图像数据；所述立体图像还原分析单元一是粗略分析界面是否发生放电故障，二是还原交联聚乙烯-硅橡胶界面故障放电电弧的立体形状，三是详细分析界面故障放电电弧形态而得到放电故障类型；所述通讯与故障报警单元把立体图像还原分析单元的分析结果报警或发送到监控终端进一步处理；所述电源供电单元为图像采集单元、图像数据暂存单元、立体图像还原分析单元和通讯与故障报警单元供电。

本发明提供的交联聚乙烯电缆接头放电故障分类方法，在该方法中采用了上述的交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统，该方法包括以下步骤：1）利用设置在电缆接头处的多个针孔摄像头时时采集电缆接头的图片，为判断接头是否发生放电奠定数据事实基础；2）根据对时时采集的图像数据，判断图像中各个像素值是否大于设定值，若大于这个设定值，则需要暂存此图像数据，并进一步仔细分析，以防电源供电单元故障并能腾出空间为图像采集单元的连续时时采集提供条件；3）通过对放电电弧长度、粗细变化、面积、位置及位置固定否、分布形态特征的分析，给出相应的放电故障类型。

本发明的有益效果是：本发明能形象直观、时时高效地监测电缆接头健康状况，为电缆接头放电故障的快速定位和故障类型的分类提供可靠数据，能极大的减轻巡线人员劳动强度并高效率工作，提高供电的可靠性具有重要意义。

附图说明

图1为交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统图像采集单元的安装位置示意图；其中，1—两绝缘材料界面；2—内导体及内半导电层；3—针孔摄像头；4—填充物；5—绝缘外护套；6—透明接头外半导电层或者屏蔽层；7—交联聚乙烯主绝缘层；8—透明硅橡胶绝缘材料。

图2为交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统的组成示意图。

图3为交联聚乙烯电缆接头放电故障分类的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

图1为交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统图像采集单元的安装位置示意图，图2为交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统的组成示意图。交联聚乙烯电缆接头放电故障监测系统包括多个图像采集单元、图像数据暂存单元、立体图像还原分析单元、通讯与故障报警单元和电源供电单元。

图像采集单元采集电缆接头处交联聚乙烯-硅橡胶界面的原始图像，图像采集单元应该根据电缆的粗细、两绝缘界面的长度等实际情况，安装多个图像采集单元，图像采集单元安装最好采用阵列式，以便安装、设计、图像的还原等。由于当前高压交联聚乙烯电力电缆与接头、半导电层等基本采用不透明的材料，为采集到界面放电光信息，交联聚乙烯电力电缆、接头与半导电层等均应采用高透明材料，并且电缆铠应开小孔，以便于图像采集单元的安装。

图像数据暂存单元存储图像采集单元采集到的原始图像数据；图像数据暂存单元需要存储采集单元的原始数据，又要存储立体图像还原分析单元所还原的电弧数据，以对应电源供电单元失电和方便分析。

立体图像还原分析单元一是粗略分析界面是否发生放电故障，二是还原交联聚乙烯-硅橡胶界面故障放电电弧的立体形状，因为单个图像采集单元得到的图像数据只是一个面上的二维数据，并非实际交联聚乙烯-硅橡胶电缆中的圆桶形界面，三是详细分析界面故障放电电弧形态而得到放电故障类型。

通讯与故障报警单元把立体图像还原分析单元的分析结果报警或者通过光纤或其它形式发送到监控终端（采用网络计算机）进一步处理。电源供电单元为图像采集单元、图像数据暂存单元、立体图像还原分析单元和通讯与故障报警单元供电。

交联聚乙烯电缆接头放电故障分类方法，通过对放电电弧长度、粗细变化、面积、位置、分布等形态特征的分析，给出相应的放电故障类型，该方法包括以下步骤（如图3所示）：1）利用设置在电缆接头处的多个针孔摄像头时时采集电缆接头的图片，为判断接头是否发生放电奠定数据事实基础；2）根据对时时采集的图像数据，判断图像中各个像素值是否大于设定值，若大于这个设定值，则需要暂存此图像数据，并进一步仔细分析，以防电源供电单元故障并能腾出空间为图像采集单元的连续时时采集提供条件；3）通过对放电电弧长度、粗细变化、面积、位置及位置固定否、分布形态特征的分析，给出相应的放电故障类型。

其判断方法为：1)根据对时时采集的图像数据，粗略判断图像中各个像素值是否大于某个设定值，若大于这个设定值，则需要暂存此图像数据并发送放电故障报警信号；2）建立以电缆内导体轴心为Z坐标的柱坐标系，把多个图像采集单元的数据进行运算，利用柱坐标系描述放电电弧的立体形态；3）分析放电故障是否贯穿型故障，若为贯穿性故障则发送一级严重故障警报信号，若为非贯穿性故障则发送二级故障警报信号；3）从电弧长度方向，如果电弧粗细变化不大，则界面故障源为全面老化，如全面受潮；如果电弧粗细变化大，则界面故障源可能为局部严重劣化，如局部电缆硅脂消失或者有气隙产生或者局部严重变形；4）如果电弧长度方向有局部无电弧光，则界面在安装阶段处理不到位，引入了故障源，如小导电屑等；5）如果电弧位置时时变化，则界面全面老化，如果电弧位置不变化，则界面局部严重老化，非常危险。

将放电图片传输至监控终端进行数据分析和存储，判断电缆接头放电的具体故障类型；其判断方法为：实时分析上述步骤中放电图片，还原放电电弧立体形态跟位置。通过对放电电弧形态跟位置的分析，判断出放电故障类型。具体表现为对放电电弧的形态（长度、粗细、面积等）跟位置进行分析，详细说明如下：

判断故障的类型：在监控终端中设置一组光像素个数的上限值跟下限值，检测每一帧图片有光的像素的个数，当有光像素的个数超过设定下限值时，提取时段图片组进行实时分析，即可还原出该组放电电弧具体形态（表现为电弧的长度、粗细、面积）跟位置。

放电电弧形态的分析：如果放电电弧的长度、粗细、面积超过预设值上限，则说明此类故障类型为严重型故障（贯通型击穿）；如果放电电弧的长度、粗细、面积介于上限值跟下限值之间，则说明此类故障为一般型故障（非贯通型击穿）；鉴于不同型号的电缆接头粗细的不同，在设定上限值跟下限值时可根据具体的电缆接头型号进行设定。

放电电弧位置的分析：如果放电电弧反复出现在同一位置，则说明该放电故障有发展为贯通型故障的趋势；否之，则无发展为贯通型故障的趋势。

通讯与故障报警单元接收到监控终端的分析结果并根据分析结果的不同发送不同级别的报警信号，具体表现为一级报警信号与二级报警信号。如果故障极严重，则报警信号为一级信号，通讯与故障报警单元将发送反馈信号至监控终端以启动继电保护系统并同时向工作人员发送报警信号；如果故障一般，并非十分严重，则报警信号为二级信号，通讯与故障报警单元则只向工作人员发送报警信号。

本发明能形象直观、时时高效地监测电缆接头健康状况，为电缆接头放电故障的快速定位和故障类型的分类提供可靠数据，能极大的减轻巡线人员劳动强度并高效率工作，提高供电的可靠性具有重要意义。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。