一种时间和相位同步性能校准的装置及方法

技术领域

本发明属于电力设备的绝缘状态检测技术领域，涉及高压电力电缆线路分布式局部放电检测设备的时间和相位同步性能校准领域，特别涉及一种时间和相位同步性能校准的装置及方法。

背景技术

交接试验作为高压电力电缆线路投运前严把质量关的最后一环，其重要性不言而喻，通过严格考核高压电力电缆线路的敷设及附件敷设、安装质量，同时验证电缆线路的完整性，为投运送电后高压电力电缆线路长期可靠运行提供有力支撑。高压电力电缆线路交接试验标准中规定的交流耐压试验项目侧重于考核线路的严重缺陷，对较明显的绝缘缺陷较敏感，绝缘性能考核以“通过或不通过”为单一判据，没有诊断性试验能力，对高压电缆潜伏性绝缘缺陷无检测能力。因此，即使高压电缆现场交接试验通过了交流耐压试验，高压电缆中的潜伏性故障仍然存在于高压电缆中，并没有被发现和处理，这为高压电力电缆线路的长期运行安全和可靠性留下了隐患。

另外，已经公开的标准中明确指出，66kV及以上电缆线路主绝缘交流耐压试验时应同时开展局部放电测量。局部放电作为高压电力电缆线路绝缘故障早期的主要表现形式，既是引起绝缘老化的主要原因，又是表现绝缘状况的主要特征参数。在进行交流耐压试验的同时进行电缆线路的局部放电检测，准确地发掘电力电缆及其附件中存在的局部放电现象，是当前判断该电缆线路施工质量和绝缘品质的直观、理想且有效的试验方法。通过交流耐压过程中同步开展局部放电测试的目的在于：

(1)有效发掘高压电力电缆附件中存在的潜伏性缺陷；

(2)避免将存在潜伏性缺陷的高压电力电缆线路接入电网；

(3)确保投运高压电力电缆线路绝缘健康可靠，提升电缆在役寿命；

(4)有效降低高压电力电缆运行故障。

变频谐振耐压试验的同时进行分布式同步局放检测试验已广泛应用于高压电力电缆线路交接试验中的局部放电测量，在工程实践中取得了很好的效果，国内外局部放电检测设备制造商相继开发了高压电力电缆线路分布式局放检测系统。国内外的高压电力电缆分布式局放检测系统都能实现局部放电的分布式测量，即布置在长距离高压电力电缆线路上的所有局放检测单元实现了局放检测的时间同步，每个局放检测单元实现了局放检测的相位同步。然而，目前针对高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能和相位同步性能尚无检测和评估方法，无法对高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能和相位同步性能进行检测和对比分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种时间和相位同步性能校准的装置及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够实现对高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能和相位同步性能的检测和评估，具有重要的工程实用价值。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开的一种时间和相位同步性能校准的装置，用于高压电力电缆线路分布式局部放电检测设备的时间和相位同步性能校准，所述时间和相位同步性能校准的装置包括：

局部放电标定源，所述局部放电标定源的输出端用于与高压电力电缆的线芯相连接；

工频电流源，所述工频电流源包括第一通道工频电流源和第二通道工频电流源；其中，所述第一通道工频电流源和第二通道工频电流源能够实现同相位输出，所述第一通道工频电流源的输出端与所述局部放电标定源的输入端相连接，所述第二通道工频电流源的输出端用于通过高压电力电缆的金属屏蔽层与大地构成回路。

本发明的进一步改进在于，所述局部放电标定源能够输出最大10nC局部放电脉冲电流，每个工频周期输出的局部放电脉冲个数为4个、6个或12个。

本发明的进一步改进在于，所述第一通道工频电流源和所述第二通道工频电流源能够设置0°～360°的相位差。

本发明的进一步改进在于，所述第一通道工频电流源和所述第二通道工频电流源最大输出工频电流为20A，频率范围为20～300Hz。

本发明的进一步改进在于，所述高压电力电缆线路分布式局部放电检测设备包括：终端脉冲电流传感器、终端局放采集单元、起始端脉冲电流传感器、工频电流传感器、起始端局放采集单元、信号同步数据交换单元和上位机；

连接终端绝缘接头的短接线穿心通过终端脉冲电流传感器(13)，连接起始端绝缘接头的短接线穿心通过起始端脉冲电流传感器(15)和工频电流传感器(16)；起始端脉冲电流传感器、工频电流传感器的输出端均与所述起始端局放采集单元的输入端相连接，终端脉冲电流传感器的输出端与所述终端局放采集单元的输入端相连接；起始端局放采集单元、终端局放采集单元采集的数据经信号同步数据交换单元传递给上位机，所述上位机基于接收的数据和预设算法，获得局部放电相位分布模式(PRPD，Phase-Resolved PartialDischarge)。

本发明的进一步改进在于，所述工频电流源通过交流电源供电，所述局部放电标定源通过电池供电。

本发明的进一步改进在于，起始端局放采集单元、终端局放采集单元采集的数据经信号同步数据交换单元传递给上位机时，采用光纤级联的连接方式。

本发明的一种时间和相位同步性能校准的方法，基于本发明上述的装置，所述方法包括以下步骤：

通过局部放电标定源和工频电流源向高压电力电缆线路注入带时间基准和带相位基准的局部放电信号；

从注入局部放电信号端起算，起始端分布式局放检测单元检测到的局部放电信号作为局部放电信号的时间基准信号；获取所述高压电力电缆线路上连接的其余分布式局放检测单元检测到的局部放电信号与所述局部放电信号的时间基准信号的时间差，基于所述时间差评估时间同步性能；

获取所述高压电力电缆线路上连接的所有分布式局放检测单元检测到的局部放电相位的测量值，将所述测量值与局部放电信号的相位基准进行对比，获得对比结果，基于所述对比结果评估相位同步性能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的装置设置有局部放电标定源和工频电流源，能够向高压电力电缆线路注入带时间基准和带相位基准的局部放电信号，利用带时间基准和带相位基准的局部放电信号，既能够对布置在长距离高压电力电缆线路上的所有局放检测单元实现局放检测的时间同步性能检测，又能够对每个局放检测单元实现局放检测的相位同步性能检测。

本发明的方法中，利用带时间基准和带相位基准的局部放电信号，可在一次校准试验中同时完成时间同步性能和相位同步性能的检测和评估。具体地，从注入局部放电信号端起算，起始端分布式局放检测单元检测到的局部放电信号作为局部放电信号的时间基准信号，对比高压电力电缆线路上接的其余分布式局放检测单元检测到的局部放电信号与局部放电信号的时间基准信号的时间差，就能实现高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能的检测和评估。把带相位基准的局部放电信号注入到高压电力电缆线路，对比局部放电相位基准与高压电力电缆线路上接的所有分布式局放检测单元检测到的局部放电相位的测量值，就能实现高压电力电缆线路分布式局放检测系统的相位同步性能的检测和评估。本发明创新性地利用向高压电力电缆线路注入带时间基准和带相位基准的局部放电信号，进而对比分析分布式局部放电检测设备测量到的局部放电时间和相位信息，实现了对高压电力电缆线路分布式局放检测设备的时间同步性能和相位同步性能的检测和评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种时间和相位同步性能校准的装置的示意图；

图中，11、局部放电标定源；12、工频电流源；13、终端脉冲电流传感器；14、终端局放采集单元；15、起始端脉冲电流传感器；16、工频电流传感器；17、起始端局放采集单元；18、信号同步数据交换单元；19、上位机；21、终端绝缘接头；22、起始端绝缘接头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种高压电力电缆线路分布式局部放电检测设备的时间和相位同步性能校准装置，包括：局部放电标定源11和工频电流源12；其中，局部放电标定源11的输出与高压电力电缆线芯相连接，能够输出最大10nC局部放电脉冲电流，每个工频周期输出局部放电脉冲个数可在4个、6个和12个之间选择设置；局部放电标定源11具有工频同步信号输入；局部放电标定源11的输出端和高压电力电缆的中心导体连接。

工频电流源12设置2个通道的工频电流源，且2个通道的工频电流源可设置0°至360°的相位差，2个通道的工频电流源可实现同相位输出。工频电流源12的2个电流源最大输出20A的工频电流，频率在20～300Hz范围内可调。使用时，把工频电流源12的2个工频电流输出相位差设置为0，实现2个工频电流源同相位输出，通道1工频电流源通过高压电力电缆线路的金属屏蔽层与大地构成回路，实现注入局部放电信号的相位基准信号；通道2工频电流源输出给局部放电标定源11的同步信号端，实现注入局部放电信号的相位同步。

本发明实施例中，被测的高压电力电缆线路分布式局部放电检测设备包括：终端脉冲电流传感器13、终端局放采集单元14、起始端脉冲电流传感器15、工频电流传感器16、起始端局放采集单元17、信号同步数据交换单元18和上位机19；其中可选的，连接终端绝缘接头的短接线穿心通过终端脉冲电流传感器13，连接起始端绝缘接头的短接线穿心通过起始端脉冲电流传感器15和工频电流传感器16；起始端脉冲电流传感器15、工频电流传感器16的输出端均与所述起始端局放采集单元17的输入端相连接，终端脉冲电流传感器13的输出端与所述终端局放采集单元14的输入端相连接。起始端局放采集单元17、终端局放采集单元14采集的数据经信号同步数据交换单元18传递给上位机19；其中可选的，终端局放采集单元14的信号输出端与起始端局放采集单元17的信号输入端通过光纤相连接。

本发明实施例中可选的，所述高压电力电缆线路设置有多个绝缘接头，最先测到脉冲电流的绝缘接头为起始端绝缘接头22，最后测到脉冲电流的绝缘接头为终端绝缘接头21。起始端脉冲电流传感器15、终端脉冲电流传感器13作为分布式局部放电脉冲电流测量单元；工频电流传感器16作为工频同步相位测量单元。起始端局放采集单元17是从注入局部放电信号端起算，第一个分布式局放检测单元。起始端局放采集单元17通过工频电流传感器16采集工频同步信号，终端局放采集单元14是从注入局部放电信号端起算，第N个分布式局放检测单元，N的总个数是分布式局部放电检测设备的分布局部放电检测单元个数。所述信号同步数据交换单元18把N个分布式局放检测单元的局部放电信号和工频同步信号进行预处理并上传给上位机19。上位机19把N个分布式局放检测单元的局部放电信号和工频同步信号进行处理、分析和显示。终端绝缘接头21是第N个高压电力电缆线路的绝缘接头。起始端绝缘接头22是第1个高压电力电缆线路的绝缘接头。

本发明实施例的时间和相位同步性能校准装置，可解决当前高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能和相位同步性能尚无检测和评估方法的问题。其工作原理包括：向高压电力电缆线路注入带时间基准和带相位基准的局部放电信号。从注入局部放电信号端起算，起始端分布式局放检测单元检测到的局部放电信号作为局部放电信号的时间基准信号，对比高压电力电缆线路上接的其余分布式局放检测单元检测到的局部放电信号与局部放电信号的时间基准信号的时间差，就能实现高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能的检测和评估。另一方面，把带相位基准的局部放电信号注入到高压电力电缆线路，对比局部放电相位基准与高压电力电缆线路上接的所有分布式局放检测单元检测到的局部放电相位的测量值，就能实现高压电力电缆线路分布式局放检测系统的相位同步性能的检测和评估。本发明专利可以提升电缆绝缘状态评估领域的技术水平，具有广阔的应用前景。

本发明实施例中，在高压电力电缆线路绝缘接头的交叉互联箱中用短接线连接绝缘接头两侧的金属屏蔽层，交叉互联短接线穿过脉冲电流传感器进行每个绝缘接头处的分布式局部放电测量，每个绝缘接头的分布式局部放电测量单元通过光纤连接。从注入局部放电信号端起算，起始端分布式局放检测单元通过光纤接入信号同步/数据交换单元，信号同步/数据交换单元通过网线接入到上位机。从注入局部放电信号端起算，起始端交叉互联短接线除了穿过脉冲电流传感器，还要穿过工频电流传感器，工频电流传感器实现工频相位同步。

带时间基准和带相位基准的局部放电信号是由局部放电标定源和工频电流源实现。工频电流源回路由高压电力电缆线路的金属屏蔽层与大地构成，可实现注入局部放电信号的相位基准信号。工频电流源由外部交流电源供电，局部放电标定源由电池供电。工频电流源与局部放电标定源由同步信号实现相位同步，实现产生带相位基准的局部放电信号。

本发明实施例优选的高压电力电缆线路分布式局放检测设备的时间同步性能和相位同步性能的测量，采用局部放电标定源作为带时间基准和带相位基准的局部放电信号，通过同轴信号电缆将局部放电标定脉冲信号注入到电缆线芯，局部放电传感器穿心接入金属屏蔽接地线，传感器输出端接至后端数据采集处理单元，用光纤级联实现不同数据采集单元直接的数据传输及时间同步，采用标准工频电流源作为相位同步信号源，标准工频电流源与局放标定源利用同步信号实现相位同步输出，最终将局放和同步数据上传至同步/数据交换单元。从注入局部放电信号端起算，起始端分布式局放检测单元检测到的局部放电信号作为局部放电信号的时间基准信号，对比高压电力电缆线路上接的其余分布式局放检测单元检测到的局部放电信号与局部放电信号的时间基准信号的时间差。另一方面，把带相位基准的局部放电信号注入到高压电力电缆线路，对比局部放电相位基准与高压电力电缆线路上接的所有分布式局放检测单元检测到的局部放电相位的测量值。通过上述步骤，完成高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能和相位同步性能的检测和评估。

本发明实施例的一种高压电力电缆线路分布式局部放电检测设备的时间和相位同步性能校准方法的使用步骤可分为如下4步：

1、设置工频电流源

把工频电流源12的2个工频电流输出相位差设置为0，实现2个工频电流源同相位输出，通道1工频电流源通过高压电力电缆线路的金属屏蔽层与大地构成回路，实现注入局部放电信号的相位基准信号；通道2工频电流源输出给局部放电标定源11的同步信号端，实现注入局部放电信号的相位同步。

2、设置局部放电标定源

把局部放电标定源11的一个工频周期输出局部放电脉冲电流的个数设置为4个、6个或者12个；把局部放电标定源11的输出端和高压电力电缆的中心导体连接；打开局部放电标定源11的局部放电脉冲电流输出开关。

3、时间同步性能校准

从注入局部放电信号端起算，起始端分布式局放检测单元检测到的局部放电信号作为局部放电信号的时间基准信号，对比高压电力电缆线路上接的其余分布式局放检测单元检测到的局部放电信号与局部放电信号的时间基准信号的时间差，就能实现高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能的检测和评估。

4、相位同步性能校准

把带相位基准的局部放电信号注入到高压电力电缆线路，对比局部放电相位基准与高压电力电缆线路上接的所有分布式局放检测单元检测到的局部放电相位的测量值，就能实现高压电力电缆线路分布式局放检测系统的相位同步性能的检测和评估。

本发明实施例的一种高压电力电缆线路分布式局部放电检测设备的时间和相位同步性能校准方法，创新性地利用向高压电力电缆线路注入带时间基准和带相位基准的局部放电信号，进而对比分析分布式局部放电检测设备测量到的局部放电时间和相位信息，实现了对高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能和相位同步性能的检测和评估。

综上，本发明实施例公开了一种高压电力电缆线路分布式局部放电检测设备的时间和相位同步性能校准装置及方法。所述装置由局部放电标定源、工频电流源和分布式局部放电检测设备构成校准系统。目前针对高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能和相位同步性能尚无检测和评估方法，无法对高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能和相位同步性能进行检测和对比分析。本发明实施例提出了一种高压电力电缆线路分布式局部放电检测设备的时间和相位同步性能校准方法，能够实现对高压电力电缆线路分布式局放检测系统的时间同步性能和相位同步性能的检测和评估，具有重要的工程实用价值。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。