一种高压电缆局部放电定位方法、系统及处理装置

技术领域

本发明涉及电力设备状态监测领域，具体地涉及一种高压电缆局部放电定位方法、系统及处理装置。

背景技术

由于具有传输容量大、介电性能和耐热性好、安装敷设简单等优点，交联聚乙烯(XLPE)电缆在35kV及以上电压等级电网中得到广泛应用，其绝缘性能对电网安全运行影响巨大，电缆的绝缘性能会受到施工工艺缺陷、绝缘老化等诸多因素的影响，难以避免会产生局部放电。监测并定位XLPE电缆的局部放电，对于及早发现故障隐患，提高电网稳定性和可靠性有重大意义。

目前高压电缆局部放电的定位主要有离线和在线两种方式。离线方式是在电缆投运前或电缆定期停运期间，对电缆进行离线耐压试验，检测电缆局部放电的位置。离线检测方式需要电力电缆停运，具有明显的局限性。

在线定位方式主要有幅频法、单端法和双端法。幅频法通过对比电缆两端局部放电脉冲的幅值、频带等信息，分析信号的幅值衰减判断局部放电位置。幅频法不受时间同步、波速影响，但只能计算大致的局部放电位置，精度较差。单端法主要采用时域反射法，结合传播波速进行定位。由于局部放电信号在电缆上传输存在衰减和色散现象，当电缆距离较长或外部噪声较大时，反射信号识别困难，无法准确进行局部放电定位。双端法通过计算局部放电脉冲信号到达电缆两端的时间差，结合电缆长度、传播波速等进行定位。双端法仅需识别初始脉冲信号，原理简单可靠，但需要两端监测设备有较高的时钟同步精度。

常用的卫星(GPS/BD)授时同步方法在现场应用中面临以下问题：卫星授时需要外接天线，对于经常安装在隧道/电缆沟里的高压电缆局部放电监测设备而言，天线铺设较为困难，难以实施。此外，由于现有的卫星授时精度一般在0.1～1μs级别，不能完全满足高压电缆局部放电定位精度要求。

发明内容

本申请旨在提供一种高压电缆局部放电定位方法、系统及处理装置，解决传统方法对时精度差、不能完全满足高压电缆局部放电定位精度要求等问题。

为了达成上述目的，本申请采用以下技术方案：

根据本申请的第一方面，提出了一种高压电缆局部放电定位方法，包括：

在高压电缆两端和中间接头位置安装监测设备；

相邻两台监测设备之间通过光纤互联；

采用相位同步和频率同步方法对所有监测设备进行时钟同步；

通过监测设备获取电缆的局部放电脉冲信号；

相邻监测设备之间交互两侧的局部放电脉冲信号；

基于所述两侧的局部放电脉冲信号计算相邻两台监测设备之间电缆段的相对局部放电位置；

根据各电缆段的相对局部放电位置确定最终的局部放电位置。

进一步地，所述相位同步包括：采用IEEE1588时间协议，通过监测设备之间的网络报文交互获取时钟信息，计算两端的时钟差，校正接收端监测设备的本地时钟，实现两端监测设备时钟的相位同步。

进一步地，所述频率同步包括：采用同步以太网物理层芯片从接收端监测设备的网络报文中恢复出发送端监测设备的时钟，实现两端监测设备时钟的频率同步。

进一步地，所述基于所述两侧的局部放电脉冲信号计算相邻两台监测设备之间电缆段的相对局部放电位置，计算公式为：

x＝L/2+vΔt/2，

其中x为局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段上的相对位置，Δt为局部放电信号传输至相邻两台监测设备的时间差，L为相邻两台监测设备安装点之间的电缆段长度，v为局放电信号在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段中的传播速度。

进一步地，所述根据各电缆段的相对局部放电位置确定最终的局部放电位置，包括

当x大于0且小于L，则判断局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段上；

当x小于等于0，则判断局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段的左侧；

当x大于等于L，则局部放电源在该段电缆的右侧；

根据以上原则找到局部放电源具体处于哪组相邻两台监测设备安装点之间的电缆段，及局部放电源在该电缆段的具体位置x。

根据本申请的第二方面，提出了一种高压电缆局部放电定位系统，包括诊断设备和安装于高压电缆两端和中间接头位置的监测设备；

所述监测设备，包括数据采集模块、时钟管理模块、分析处理模块和网络接口模块；

相邻两台监测设备的网络接口模块通过光纤互联；

所述数据采集模块与外部传感器相连，用于获取电缆的局部放电脉冲信号；所述数据采集模块与网络接口模块相连，用于通过光纤通讯接口将本侧局部放电脉冲信号发送给相邻监测设备；

所述时钟管理模块与网络接口模块相连，用于采用相位同步和频率同步方法实现时钟同步及管理功能；

所述分析处理模块与数据采集模块、时钟管理模块和网络接口模块相连，用于基于本侧的局部放电脉冲信号以及从网络接口模块所接收的相邻监测设备侧局部放电脉冲信号计算相邻两台监测设备之间电缆段的相对局部放电位置；

所述诊断设备，接收所述监测设备计算的相对局部放电位置，综合确定最终的局部放电位置。

进一步地，所述相位同步包括：采用IEEE1588时间协议，通过监测设备之间的网络报文交互获取时钟信息，计算两端的时钟差，校正接收端监测设备的本地时钟，实现两端监测设备时钟的相位同步。

进一步地，所述频率同步包括：采用同步以太网物理层芯片从接收端监测设备的网络报文中恢复出发送端监测设备的时钟，实现两端监测设备时钟的频率同步。

进一步地，所述分析处理模块中计算相对局部放电位置公式为：

x＝L/2+vΔt/2，

其中x为局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段上的相对位置，Δt为局部放电信号传输至相邻两台监测设备的时间差，L为相邻两台监测设备安装点之间的电缆段长度，v为局放电信号在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段中的传播速度。

进一步地，所述诊断设备，接收所述监测设备计算的相对局部放电位置，综合确定最终的局部放电位置包括：

当x大于0且小于L，则判断局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段上；

当x小于等于0，则判断局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段的左侧；

当x大于等于L，则局部放电源在该段电缆的右侧；

根据以上原则找到局部放电源具体处于哪组相邻两台监测设备安装点之间的电缆段，及局部放电源在该电缆段的具体位置x。

根据本申请的第三方面，提出了一种处理装置，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上所述任意一种方法。

本申请的有益效果是：本申请采用相位同步和频率同步的时钟同步方法，分段计算局部放电位置，从而最终确定局部放电源，具有对时精度高、定位准确可靠的特点，解决了传统方法对时精度差、不能完全满足高压电缆局部放电定位精度要求等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1示出根据本申请示例实施例的高压电缆局部放电定位方法流程图。

图2示出根据本申请示例实施例的高压电缆局部放电定位监测装置示意图。

图3示出根据本申请示例实施例的高压电缆局部放电定位时钟相位同步示意图。

图4示出根据本申请示例实施例的高压电缆局部放电定位时钟频率同步示意图。

图5示出根据本申请示例实施例的高压电缆局部放电定位系统示意图。

具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例。提供这些实施例是为使得本申请更全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，可能不是按比例的。附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

以下将结合附图，对本申请的技术方案进行详细说明。

图1示出根据本申请示例实施例的高压电缆局部放电定位方法流程图。

如图1所示，步骤S100，在高压电缆两端和中间接头位置安装监测设备。高压电缆通常采用电缆接头将整根电缆分成多段，监测设备安装在高压电缆两端和所有的中间接头位置。

步骤S200，相邻两台监测设备之间通过光纤互联。光纤可以是单模光纤或多模光纤；光纤与监测设备的网络接口相连。如图5所示的实施例中，高压电缆300共分成三段，监测设备320共有四个，分别为320-1、320-2、320-3和320-4。其中监测设备320-1和监测设备320-2的网络接口通过光纤330相连。监测设备320-2和监测设备320-3的网络接口通过光纤330相连。监测设备320-3和监测设备320-4的网络接口通过光纤330相连。

步骤S300，采用相位同步和频率同步方法对所有监测设备进行时钟同步。

一些实施例中，相位同步包括：采用IEEE1588时间协议，通过监测设备之间的网络报文交互获取时钟信息，计算两端的时钟差，校正接收端监测设备的本地时钟，实现两端监测设备时钟的相位同步。

一些实施例中，频率同步包括：采用同步以太网物理层芯片从接收端监测设备的网络报文中恢复出发送端监测设备的时钟，实现两端监测设备时钟的频率同步。

图3示出根据本申请示例实施例的高压电缆局部放电定位时钟相位同步示意图。

如图3所示，发送端监测设备向接收端监测设备发送包含时间戳t1的时钟同步报文，并打包发送同步跟随报文，接收端监测设备收到同步报文后记录下当前时间戳t2。当接收端监测设备需要同步本地时钟相位的时候，向发送端监测设备发送包含时间戳t3的延时请求报文，发送端监测设备收到延时请求报文后记录下当前时间戳t4，并返回延时应答给接收端监测设备。

接收端监测设备获得4个时间值。以太网报文在两个设备之间的环路时延可以计算为：

T

由于传输时延是对称的，那么单路时延是：

T

接收端监测设备的时钟和发送端监测设备的差值是：

T

这样，通过监测设备之间的网络报文交互获取时钟信息，计算两端的时钟差T

图4示出根据本申请示例实施例的高压电缆局部放电定位时钟相位同步示意图。

如图4所示，发送端监测设备通过时钟管理模块，将高精度时钟注入以太网物理层芯片，以太网物理层芯片通过网络接口TX将高精度时钟报文发送出去，通过以太网传输给接收端监测设备。接收端监测设备通过网络接口RX接收高精度时钟报文，以太网物理层芯片从报文中提取时钟，从而恢复出发送端监测设备的时钟，实现两端监测设备时钟的频率同步。

综合应用基于IEEE1588时间协议的相位同步方法和基于太网物理层芯片的频率同步方法，发送端和接收端监测设备的时钟同步精度可达ns级。

在步骤S400，通过监测设备获取电缆的局部放电脉冲信号。

如图5所示，传感器310设置于高压电缆300两端和中间接头位置的接地线上，用于采集高压电缆的局部放电信号。监测设备320通过同轴电缆与传感器310对应相连，用于接收所述局部放电信号从而获取包含时钟信息的脉冲波形数据。

在步骤S500，相邻监测设备之间交互两侧的局部放电脉冲信号。

如图5所示，监测设备320-1和监测设备320-2交换局部放电脉冲信号；监测设备320-2和监测设备320-3交换局部放电脉冲信号；监测设备320-3和监测设备320-4交换局部放电脉冲信号。

在步骤S600，基于所述两侧的局部放电脉冲信号计算相邻两台监测设备之间电缆段的相对局部放电位置。

相对局部放电位置的计算公式为：

x＝L/2+vΔt/2，

其中x为局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段上的相对位置，Δt为局部放电信号传输至相邻两台监测设备的时间差，L为相邻两台监测设备安装点之间的电缆段长度，v为局放电信号在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段中的传播速度。

如图5所示，假设局部放电源在监测设备320-2和监测设备320-3的高压电缆上。该段电缆的长度为L，局放电信号在该段电缆中的传播速度为v。局放电信号分别向监测设备320-2和监测设备320-3两个方向传播，假设监测设备320-2接收到局部放电信号的时间为T1，监测设备320-3接收到局部放电信号的时间为T2，两者时间差Δt＝T2-T1。通过公式x＝L/2+vΔt/2，可计算出局部放电源在该段电缆长度上的相对位置x。

在步骤S700，根据各电缆段的相对局部放电位置确定最终的局部放电位置。

当x大于0且小于L，则判断局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段上；

当x小于等于0，则判断局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段的左侧，；

当x大于等于L，则局部放电源在该段电缆的右侧；

根据以上原则找到局部放电源具体处于哪组相邻两台监测设备安装点之间的电缆段，及局部放电源在该电缆段的具体位置x。

图5所示为本申请实施例提供的一种高压电缆局部放电定位系统，包括诊断设备350和安装于高压电缆两端和中间接头位置的监测设备320-1、320-2、320-3、320-4。其中监测设备320-1和监测设备320-2的网络接口通过光纤330相连。监测设备320-2和监测设备320-3的网络接口通过光纤330相连。监测设备320-3和监测设备320-4的网络接口通过光纤330相连。诊断设备350通过通讯线340与所有监测设备相连。

所述监测设备的具体结构如图2所示，包括数据采集模块620、时钟管理模块630、分析处理模块610、网络接口模块640。相邻两台监测设备的网络接口模块通过光纤互联。所述数据采集模块620与外部传感器相连，用于获取电缆的局部放电脉冲信号；所述数据采集模块620与网络接口模块640相连，用于通过光纤通讯接口将本侧局部放电脉冲信号发送给相邻监测设备。所述时钟管理模块630与网络接口模块640相连，用于采用相位同步和频率同步方法实现时钟同步及管理功能。所述分析处理模块610与数据采集模块620、时钟管理模块630和网络接口模块640相连，用于基于本侧的局部放电脉冲信号以及从网络接口模块所接收的相邻监测设备侧局部放电脉冲信号计算相邻两台监测设备之间电缆段的相对局部放电位置。

所述诊断设备350，接收所述监测设备计算的相对局部放电位置，综合确定最终的局部放电位置。

一些实施例中，分析处理模块610中计算相对局部放电位置公式为：

x＝L/2+vΔt/2，

其中x为局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段上的相对位置，Δt为局部放电信号传输至相邻两台监测设备的时间差，L为相邻两台监测设备安装点之间的电缆段长度，v为局放电信号在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段中的传播速度。

一些实施例中，诊断设备350，接收所述监测设备计算的相对局部放电位置，综合确定最终的局部放电位置的方式为：当x大于0且小于L，则判断局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段上；当x小于等于0，则判断局部放电源在相邻两台监测设备安装点之间的电缆段的左侧；当x大于等于L，则局部放电源在该段电缆的右侧。根据以上原则找到局部放电源具体处于哪组相邻两台监测设备安装点之间的电缆段，及局部放电源在该电缆段的具体位置x。

如图5所示，假设通过监测设备320-2和监测设备320-3的采样波形数据计算出放电位置x，发现x大于0且小于L，则判断局部放电源在监测设备320-2和监测设备320-3安装点之间的电缆段上，放电位置相对监测设备320-2的距离为x。假设通过监测设备320-2和监测设备320-3的采样波形数据计算出放电位置x，发现x小于等于0，则判断局部放电源在该段电缆的左侧。诊断设备350需要根据监测设备320-1和监测设备320-2的采样波形数据计算出放电位置x1进一步判断。假设通过监测设备320-2和监测设备320-3的采样波形数据计算出放电位置x，发现x大于等于L，则局部放电源在该段电缆的右侧。诊断设备350需要根据监测设备320-3和监测设备320-4的采样波形数据计算出放电位置x3进一步判断。

根据本申请的一些实施例，还提供了一种处理装置，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现前述的方法。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。