系统详情

检测原理

当电缆线芯中有电流流过时，将会使金属护套上产生感应电势。在护套开路、三相不平衡时，这个感应电势可能会很大，有时不但会危及人身安全，还会击穿金属护套的外护层，尤其是电缆线路发生过电压及短路故障时，可能会在金属护套上会形成很高的感应电压，使电缆外护套绝缘发生击穿。当感应电压升高，电缆护层接地线的泄露电流必然增大。

电缆受到电、热、机械和化学等的因素影响而发生老化,从而影响其寿命。经过了一定的使用年限之后,高压电缆的绝缘性能都会呈现不同程度的劣化。电缆劣化主要表现在电缆绝缘电阻的下降,绝缘介质损耗的增加,泄露电流的增加,严重时会在绝缘劣化的部位产生局部放电。电力电缆在发生局部放电时,会发出频带很宽的电信号,激发电磁波。通过对运行中电缆局部放电信号的检测,可以实现对电力电缆绝缘状态的有效评估。

硬件组成及参数

系统硬件由上位计算机、网络交换机、矿用电缆绝缘（运行电流、泄露电流、局放）在线监测主机、运行电流传感器、泄露电流传感器、HFCT局放传感器组成。

（1）矿用电缆绝缘（运行电流、泄露电流、局放）在线监测主机

监测主机由电源模块、网络模块、运行电流采集模块、泄露电流采集模块、局放主控板、高速数据采集模块等组成，主要参数如下：

名称	参数	名称	参数
供电电压：	220V	额定电流：	2A
运行电流接入路数：	12路	泄露电流接入路数：	12路
局放信号接入路数：	12路	通讯接口：	千兆光口2路，千兆电口2路
运行电流测量范围：	0-1000A工频电流值（按需配置）	运行电流频带：	50Hz
运行电流测量精度：	0.5级	泄露电流测量范围：	0-1000A工频电流值（按需配置）
泄露电流频带：	50Hz	泄露电流测量精度：	0.5级
局放频带：	300kHz～100MHz	局放传输阻抗：	100kHz～100MHz 频带范围内不低于15mV/mA
局放信号传输方式：	50Ω同轴电缆	局放信号采集精度：	14bit
触发方式：	外触发	总采集速率：	200Mhz

（2）运行电流传感器

结构型式：开合式，易于安装和检修

名称	参数	名称	参数
精度：	0.5级	工作频率：	50/60Hz
介质强度：	4000Vac/10s	绝缘电阻：	100M Ohms@500Vdc
量程：	100A、150A、200A、250A、300A、400A、500A、600A、800A、1000A可选

（3）泄露电流传感器

结构型式：开合式，易于安装和检修

名称	参数	名称	参数
精度：	0.5级	工作频率：	50/60Hz
介质强度：	4000Vac/10s	绝缘电阻：	100M Ohms@500Vdc
量程：	100A

（4）HFCT传感器

名称	参数	名称	参数
响应速度：	0.01ns	工作频率范围：	0.3Mhz-100Mhz
灵敏度：	≤5pC	传输阻抗：	15mV/mA
匹配阻抗：	50Ω	工作温度：	-40℃～+85℃
输出接口：	BNC	防护等级：	IP68

设备安装

本系统可由多个矿用电缆绝缘（运行电流、泄露电流、局放）在线监测主机并配套相应数量的运行电流传感器、泄露电流传感器、HFCT局放传感器组成，实际安装按照现场设计图纸要求进行。

（1）在线监测主机的安装

主机应安装在室内，选择电磁干扰少、通风良好、利于布线的地点安装，主机要牢固地固定在墙壁或支架上，并可靠接地。

（2）运行电流传感器

运行电流传感器采用开合式结构，打开后直接卡在被测电缆相线护套外面即可，传感器输出信号采用1.5平方以上屏蔽电缆。

（3）泄露电流传感器

泄露电流传感器采用开合式结构，打开后直接卡在被测电缆外层护套接地线上即可，传感器输出信号采用1.5平方以上屏蔽电缆。

（4）HFCT局放传感器

对于电缆绝缘局放监测，可以在电缆终端接头接地线、电缆中间接头接地线、电缆中间接头交叉互联接地线、电缆本体上安装HFCT局放传感器，在电缆单相本体上安装相位信息传感器。如果存在无外接地线的电缆终端接头，HFCT局放传感器也可以安装在该段电缆本体上，使用时应注意放置方向，应保证电流入地方向与传感器标记方向一致。

对于电容型、避雷器等设备绝缘监测，高频局部放电检测可以从设备末端接地线和末端引下线上安装HFCT局放传感器，相位信息传感器可安装在同一接地线上或者检修电源箱等处，使用时应注意放置方向，应保证电流入地方向与传感器标记方向一致。

对于变压器类设备绝缘监测，可以选择铁心接地线、夹件接地线和套管末端引下线上安装HFCT局放传感器。一般相位信息传感器可安装在同一接地线上或者检修电源箱等处，传感器安装时应保证电流入地方向与传感器标记方向一致。

HFCT传感器输出信号线采用专用通信电缆，长度应小于100m。

软件

系统软件支持B/S、C/S架构，也可通过云服务器实现全球访问。

软件可实时显示各被测电缆运行电流、泄露电流、局放电压、局放主频等参数，并保存在数据库中可按时间、监控对象等方式以表格、曲线、棒状图等形式查询展示，可对各参数设置报警阀值，实现报警和联动。

软件界面如下：

点击局部放电数据分析按钮，进入局放图谱分析画面：

左侧区域每根被测电缆都有0相位触发、120度相位触发、240度相位触发三个按钮，点击相应的按钮就可进入相应的图谱画面。该设计是因为煤矿下井电缆是多芯电缆，采集到的局放信号可能是由A、B、C三相的任何一相引起的，或者是二相、三相局放信号的叠加，便于技术人员分析判断。

（1）PRPD图谱

左上角是PRPD图谱，记录了局放信号的相位、放电电压幅值和放电脉冲密度三个参数，横坐标最左侧原点对应0相位、最右侧对应360度相位，局放现象是由相电压升高当电缆内部有缺陷时发生高频脉冲信号，其与相电压的相位密切相关。纵坐标单位是幅值，就是局放传感器每间隔1度相位监测到的输出电压累加后的平均值，按照我国交流电工频50Hz，每1度相位55.56ns的时间间隔依次显示对应相位的幅值。 PRPD图谱统计最近2个小时的局放信号，每20ms记录360个点，当相同相位的信号幅值相等时，用颜色的深浅表达放电脉冲密度，如下图所示，颜色越黄表示重合度越高，放电脉冲密度越大。本说明书上一页左上角的PRPD图，与供电工频波形或其倍频波形类似，并幅值较小，可以判断其不是由于电缆内部局部放电引起的，由于本系统非常灵敏，该图谱反映了接收到的电磁波干扰信号。

（2）时域图谱

左下角是时域图谱，横坐标是时间，纵坐标放电电压幅值，每0.01ns记录一个点，可真实反映局放现象时的高频脉冲波形。本说明书上一页左下角的时域图谱，不是脉冲波形，并幅值较小，可以判断其不是由于电缆内部局部放电引起的，由于本系统非常灵敏，该图谱反映了接收到的电磁波干扰信号。

（3）频域图谱

左下角是频域图谱，横坐标是频率，纵坐标放电电压幅值，该图谱是通过左下角的时域图谱做快速傅里叶变换得到的。该图谱可直观反映出局放现象时脉冲信号的频率和该频率对应的幅值分量。本说明书上一页右下角的频域图谱，没有高频分量，可以判断其不是由于电缆内部局部放电引起的，由于本系统非常灵敏，该图谱反映了接收到的电磁波干扰信号。

（4）时频图谱

利用“等效频宽-等效时长”（f_eq-t_eq）对应的平面簇技术来实现将局放脉冲与噪声干扰的分离的图谱，称为时频图谱。f_eq-t_eq分离技术用于同时表征信号时域和频域特征。f_eq和t_eq两个特征的提取是基于脉冲信号的时域测量的，具体方法如下。

按照以下公式从每个检测到的脉冲波形中提取对应的时域脉冲s（t）（脉冲时间长度为t_s），脉冲信号的时间位置或时间重心为：

脉冲信号的等效时间长度定义为：

脉冲信号的等效频宽定义为：

以上式中，τ和⨍表示时域和频域中的积分常数；f_eq和t_eq可以认为是脉冲在时域和频域的标准偏差；"FFT"表示快速Fourier变换；S（⨍）表示频域中的脉冲。

如果来自同一个局放源及干扰源的脉冲具有相似的波形，则其投射到f_eq-t_eq平面将形成同一个簇。那么，不同放电源的脉冲在f_eq-t_eq平面就形成不同的簇，从而可进行不同局放源分离及噪声干扰的识别。

本说明书上二页右上角的时频图谱都是离散的点，没有形成同一个簇或不同的簇，可以判断其不是由于电缆内部局部放电引起的，由于本系统非常灵敏，该图谱反映了接收到的电磁波干扰信号。

高频局放的典型图谱

（1）电缆内部放电典型图谱

内部放电是指绝缘内部存在的气泡或者杂质引起的局放现象，特征为一个周期内有两簇放电图谱，极性相反，分别位于电压波形的第一、第三象限，且正负极性放电图谱的幅值基本相等。如下图所示：

（2）电缆尖端放电典型图谱

指气体介质在不均匀电场中的局部自持放电，是最常见的一种气体放电形式。在曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励，因而出现电晕放电。

电晕放电特征为一个周期内仅有一簇放电图谱，且放电图谱位于电压波形的负峰值。放电信号表现为负极性。如下图所示：

（3）电缆沿面放电典型图谱

沿面放电是指绝缘表面上方或沿着绝缘表面的局放，其特征主要表现为一个周期内有两簇放电图谱，极性相反，分别位于电压波形的第一、第三象限，且正负极性放电图谱的幅值相差较大。如下图所示：

（4）电缆悬浮放电典型图谱

悬浮放电是指在高压设备附近或高压设备中，由于某区域接地不良而引起的局放。该放电信号通常在工频相位的正、负半周均会出现，具有一定的对称性，信号呈现横线状，放电信号幅值很大且相邻放电信号时间间隔基本一致，放电次数较少，重复率较低。如下图所示：

如何基于检测图谱识别局放信号

（1）基于PRPD图谱

局放信号具有相位相关性，在每一个周期的第一和第三象限会产生两处相位差值为180°且极性相反的图谱，如下图所示：

（2）基于频域图谱

从频域图上可以看到，局放信号的整体信号水平明显高于背景信号且从低频到高频有明显的衰减趋势，且越接近局放发生的位置衰减前的频带会越宽，如上图所示：

（3）基于时域图谱

局放信号的时域波形呈现单脉冲的特点，上升沿时间短、脉冲带宽窄，且越接近局放源，对应波形的上升沿时间越短，在信号强度大时还可以利用反射波实现局放定位，如下图所示：

局放检测的典型干扰信号