[发明专利]双原理电缆局部放电传感器及其数据融合方法

说明书

本发明公开了一种双原理电缆局部放电传感器，主要包括套设在电缆屏蔽层外的电容型传感器、电感型传感器；所述电容型传感器由内向外依次包括内层极板、防水层、外层极板，内层极板包裹在电缆外护套上；所述电感型传感器包括开口式圆形线圈骨架、均匀绕制在线圈骨架上的线圈、金属外壳，线圈骨架采用高导磁率材料制成，金属外壳设置在线圈骨架的外部；所述电感型传感器布置在电容型传感器的外侧。还公开了该传感器的数据融合方法，充分利用了双原理传感器具有分频段互补，且白噪声互不相关的特点，兼顾不同原理的传感器低频/高频段性能，通过分频段加权运算方法较好地还原波形，从而实现对电缆局部放电信号的有效提取。

技术领域

本发明涉及电力系统自动化领域，特别是涉及一种双原理电缆局部放电传感器及其数据融合方法。

背景技术

电缆在长期运行中受电、热、应力的影响，以及施工、安装过程中的不当操作，都有可能导致电缆本体、附件出现局部的绝缘缺陷，发生局部放电(简称为局放)。随着局部放电的持续，绝缘的局部缺陷最终会发展为整体击穿。

在当前电力生产中，电缆的局放检测(监测)一般采用定检方式，但定检方式需要停电进行，电缆离线与运行状态存在差异，影响检测准确度，并且在定检周期内电缆状态也会发生变化。国内外技术发展趋势是从定检方式向基于在线监测数据的状态检修转变，不仅能减少试验/停电次数，而且通过在线监测数据分析可以及时发现故障风险点。电缆局放在线监测是通过测量放电过程中产生的电流脉冲、电磁波、声、热等信号实现的，从检测量上可分为非电量检测法和电量检测法。

(1)非电量检测法主要有光纤测温法、超声波检测法等，非电量检测法对局放状态的量化分析较为困难，适宜于定检和复检；

(2)根据电信号频带，电量检测法分类可分为两类：高频检测法(0～30MHz)、超高频/甚高频检测法(VHF/UHF，30MHz以上)。VHF/UHF检测由于信号本身特点，主要作为辅助手段用于“本地”(即：电缆终端、中间头等)监测，无法用于电缆全线路监测，需要布点数多，功能相对单一。从技术发展角度看，基于电容/电感传感器的高频检测法是未来发展方向，也是电缆局放在线监测系统的主要传感器。

电缆局放在线监测系统由传感器模块、高速采集模块、同步模块及后台数据处理模块构成，通过检测工频周期内局放脉冲信号(简称为局放信号)的幅值、次数以及对应工频电压相位，生成二维/三维图谱判断局放程度。传感器模块是决定电缆局放监测灵敏度、可靠性的关键环节，传感器模块核心指标是灵敏度(高信号传变比)和抗干扰能力。

目前，电感型传感器是当前主要使用的局放检测(监测)传感器，其优点是可非接触测量，安装简便，但存在以下问题：

1)带宽相对较窄，高频段灵敏度不足，一般电感型传感器检测灵敏度都在10pC以上；

2)基于电磁耦合，抗干扰能力较差，比较容易受白噪声、非周期脉冲等干扰影响，这是现有局放检测高虚警率的最主要原因，严重制约了应用效果。

相对于电感型传感器，电容型传感器具有以下特点：

1)带宽较宽，高频段灵敏度高，性能良好的传感器灵敏度可达1pC甚至更低；

2)基于静电耦合，抗干扰性能好，干扰量仅能通过传导进入传感器，而传导干扰较容易屏蔽。

在实际应用中，制约电容型传感器的主要问题是安装不便。已有的电容型传感器普遍切割电缆外层护套，或采用预埋方式安装，用于既有线路较为困难。少数研究人员提出了无需破坏外护套的电容传感器，但此类传感器低频段响应相对较差，在现场应用中传感器监测范围受到限制。但总体而言，由于电容型传感器在核心性能上具有优势，因此，电容型传感器是当前研究的热点，但技术上还有待解决安装、低频信号提取问题。

发明内容