[发明专利]一种矿用电缆局部放电在线监测与定位智能装置

说明书

技术领域

本发明涉及矿用电力设备绝缘状态在线监测技术及其应用领域，特别是涉及用于矿用电缆开展绝缘状态评估时非侵入式局部放电在线监测与定位相关技术领域。

背景技术

矿井中电力电缆的绝缘状态监测、分析与故障定位是矿井电力设备检测的重要内容，也是为保证矿井安全所必需的监测手段。今年来，城市电网管理部门通过在电力电缆接地线处短时或长期安装高频电流传感器测量流过接地线的脉冲电流，分析局部放电的强度与频率、监测电力电缆绝缘状态，取得较好的实践效果。但也存在若干技术问题尚未解决，主要有在线监测时强背景噪声干扰，高频脉冲传播速度估计不准确，高频脉冲传播时衰减系统难以确定，导致绝缘状态监测的效果不佳，局放点定位经常有误。另一方面，这些先进的检测技术并未用到矿用电力设备的安全检测当中，无法提升矿井中电力设备的故障监测与故障定位的技术水平。

对于矿井中电缆绝缘状态监测与故障定位，目前面临的主要困难有如下几个方面：

首先，背景噪声干扰问题：在线监测环境下，很多外部强电磁干扰会通过接地网、接地铜排、电缆接地线向电网传播，这些强干扰通常比实际的放电信号大，导致检测时的信噪比很低，局放信号难于提取。同时也造成故障定位系统的发射装置误触发，故障定位难度加大，故障定位效率低下。

其次，高频脉冲在电缆中传播速度不易准确估计也是电缆绝缘状态在线监测与故障定位系统所面临的重要难题。当前所实现的系统，故障定位时使用的传播速度一般取经验值，并假定各种情况下该传播速度均保持不变，这往往与实际情况不符，导致定位误差较大，故障处理费时费力。

因此，设计一种安全、便携、高效的电缆绝缘状态监测与故障定位装置，解决矿用电缆局部放电在线监测与定位的问题，保证矿用电力设备的安全运行，为当前业界的研究热点。

发明内容

本发明提供一种矿用电缆局部放电在线监测与定位智能装置，具有安全、便携、灵活与准确等特点，可很大程度上解决当前矿用电力电缆绝缘状态在线监测与故障定位系统检测灵敏度低、故障定位效率不高等问题，提升了相关领域的技术水平，弥补了监测技术在实际应用中的不足。

本发明一种矿用电缆局部放电在线监测与定位智能装置，主要由高频电流传感器，脉冲发射天线，高频信号电缆和监测主机组成，所述高频电流传感器通过高频信号电缆与监测主机相连，所述脉冲发射天线通过高频信号电缆与监测主机相连，所述监测主机包括脉冲接收电路，采集板卡，脉冲发射电路和工控机，两个采区变电所分别安装一个所述在线监测与定位智能装置，所述高频电流传感器和脉冲发射天线分别套接在同一采区变电所的电缆接地线上，当监测主机捕捉到局部放电信号后，通过脉冲产生电路生成同频率但幅值比局部放电大得多的高频脉冲，通过脉冲发射天线发射出去。

所述脉冲输出电路主要由高速电子开关电子开关K61、电感L61、电感L62、电感L63、电容C61、电容C62、电容C63、电容C64、电阻R61、电阻R62、电阻R63与运算放大器OP61构成；所述高速电子开关K61、电感L61、电感L62、电感L63、运算放大器依次串联连接，所述电阻R61连接在运算放大器的同相输入端，所述电容C64一端接地，一端连接在运算放大器的反相输入端，所述电阻R63一端接地，一端连接在运算放大器的反相输入端，电阻R62连接在运算放大器的同相输入端和输出端之间；所述运算放大器和电感L63之间的结点通过电阻R64接地，所述电感L63和嗲拧干L62之间的结点通过电容C63接地，所述电感L62和电感L61之间的结点通过电阻电容C62接地，所述高速电子开关K61和电感61之间的结点通过电容C61接地。

所述脉冲产生电路电阻均采用精度为千分之一，温度系数小于10×10-6/℃的高精度低温漂电阻；电容均采用电容量稳定、温度范围宽，温漂小的COG电容器；运算放大器采用高精度仪表运算放大器，其指标至少应满足：失调电压为5mV、开环增益100dB、偏置电流10pA、有效带宽为100MHz。

所述脉冲发射天线主要由天线外壳、阿基米德天线、天线放电管、微分电阻、天线BNC接头组成，所述阿基米德螺旋天线位于天线外壳内，天线激励端口自天线外壳引出并连接到天线BNC接头，所述微分电阻和天线放电管串联后连接在天线BNC接头两端。

所述阿基米德螺旋天线线圈绘制于PCB板上，所述PCB板使用FR4基材，阿基米德螺旋天线匝数不超过10匝，天线等效电容不超过100pF。