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中压电缆振荡波局部放电双端检测装置开发及应用——广东电网公司电科院电缆局放检测成果

2015-10-21

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆在中低压配电网中的应用越来越广泛,电网的安全运行与电缆的绝缘状况紧密相联。局部放电是造成电力电缆绝缘失效的主要原因之一,也是反映电缆绝缘状况的重要技术指标和检测手段。

基于振荡波电压法的局部放电检测与定位技术具有操作简便、抗干扰能力强、检测缺陷灵敏度高等优点,适合于电缆局部放电的现场测量和缺陷定位。目前采用的电缆振荡波局部放电检测系统主要靠进口,价格昂贵,技术壁垒严重,设备采用单端测量的方式,对3千米以上的长电缆检测灵敏度严重不足。“中压电缆振荡波局部放电双端检测装置”项目打破技术垄断,开发国内首台振荡波局部放电双端检测装置,可测电缆达6千米,定位精度5米,技术指标优于国外同类装置技术水平。成果在南方电网公司推广应用,及时发现多起设备缺陷,取得了显著的经济效益和社会效益。项目成果通过南方电网公司组织的鉴定和审查,得到多名电力行业专家的高度评价,一致认为“成果在振荡波局部放电双端检测技术上达到国际领先水平”。

一、项目完成情况

项目攻克了长电缆局部放电双端检测、识别及定位等技术难题,取得了集局部放电双端检测设备研制、诊断平台开发、设备标准化与试验方法标准化及现场示范应用于一体的系列成果,可满足中压电缆的局部放电缺陷的检测、定位、识别及状态评估需要。项目开发国内首套振荡波局部放电检测与缺陷定位装置,可测电缆长度达6千米,定位精度5,优于国外同类装置水平。开发电缆振荡波局部放电诊断平台,收集缺陷案例3000个,远超国外同类装置;融合神经网络等智能算法,使诊断结果更为准确、客观。编制的国际首个电缆振荡波局部放电测试方法和测量系统的行业标准,推动了技术的规范化发展。

项目获发明专利2项(基于异步双端测量的电缆振荡波局部放电检测系统,ZL201110411587.1;一种基于传递函数法的电力电缆故障定位方法,ZL 201210005154.0),授权实用新型专利1项(电缆局部放电测试系统,ZL201320482318. 9);制定电力行业标准2份;开发振荡波局部放电检测装置及定位软件各1套;发表高水平论文7篇。

二、主要创新点

1.开发了10kV电缆线路用振荡波局部放电检测系统,可实现电缆单端、双端局部放电检测,可测电缆长度达到6千米,定位精度5米,部分技术指标优于国外同类装置水平。

2.首创基于远程无线软同步技术的局部放电双端检测方法,实现对电缆双端局部放电信号的同步测量,解决了国外同类设备对3千米以上长电缆检测和定位精度不够的问题。

3.提出并实现了基于短时能量-动态时间规整算法的局部放电信号识别方法,提高了信号识别正确率;提出了基于行波传输理论的双端信号定位方法,提高了缺陷定位精度。

4.开发了基于振荡波局部放电检测的电缆绝缘状态诊断平台,建立了缺陷电缆局部放电数据库,引入神经网络等智能算法实现数据库的自我学习,提高了诊断智能化水平。

三、关键技术设备

1.振荡波局部放电双端检测装置

振荡波局部放电双端检测装置由近端采集单元、远端采集单元组成。在功能上,局部放电测量符合IEC60270的要求,装置兼容局部放电单端和双端检测的功能,最长可测电缆长度达6千米,解决了国外同类装置对3千米以上的长电缆检测灵敏度严重不足的问题。在结构上采用集约化设计,满足便携性、简便性等现场测试需要。通过现场应用对比,国产化的振荡波局部放电检测系统各项技术指标达到甚至部分超过国外同类设备水平。

双端局部放电测量系统是该项目的最大亮点,其核心是双端局部放电信号的同步测量和匹配。项目创造性地提出和实现了远程无线软同步技术的局部放电双端检测方法,即融合信号软同步技术和高精度GPS时钟同步技术实现双端信号的时基校准和同步测量。双端同步时间误差达ns级,满足现场定位要求。采集的双端局部放电信号通过3G/4G无线网络实时上传至后台服务器,由后台分析系统完成双端局部放电信号的合并、识别和定位。经现场应用,振荡波局部放电双端检测装置可测电缆长度达6千米,定位精度5米。

此外,无局放快速电子开关开发也是装置开发的技术难题之一。项目基于光纤触发和串联均压技术解决了串联晶闸管作为电子开关的触发和同步性控制难题。同时采用基于多策略的抗干扰处理和信号滤波措施,使局部放电检测装置的背景噪声达到10pC以下,满足现场测试要求。在信号识别方面,为解决局部放电信号沿电缆传输过程中波形畸变导致识别正确率不高的问题,创造性地提出基于短时能量-动态时间规整算法的信号识别方法,识别正确率达95%以上。

2.电缆缺陷诊断平台

在.NET框架下开发了电缆绝缘状态诊断平台,支持对电缆振荡波局部放电试验数据的导入、浏览及基于试验数据的状态评估、故障识别。其中数据导入功能采用基于TCP/IP协议实现远程登录,帮助试验人员完成试验数据的远程传输和远程协助。状态评估功能根据电缆局部放电量,将电缆状态划分为健康、注意、紧急和故障四种状态,对振荡波局部放电试验数据进行特征提取和样本训练,利用神经网络算法实现电缆绝缘状态评估。平台可根据电缆绝缘状态进行统一分类管理,一方面收集了大量缺陷数据并用于缺陷库的自我学习,提高缺陷诊断正确率,另一方面实现对电缆运行状态信息的集中管理,提高管理精细化水平。

四、应用情况

2013年至今,利用自主开发的振荡波局部放电检测设备,在广东电网江门、惠州、东莞、肇庆等地及广州供电局、深圳供电局开展现场检测,共检测电缆548条,发现缺陷45例,并对其中20条缺陷电缆解体分析,正确率100%,有效降低了电缆故障水平。

国产化振荡波局部放电检测装置打破了国外技术壁垒,有效降低了设备购置成本和维护成本,市场前景广阔。目前已在云南、福建、河南等地销售5台,经大量现场应用,产品性能稳定,各项技术指标达到并部分优于国外同类装置水平。成果已初步列入南方电网2015年重点科技成果推广目录,将在南方电网大面积推广应用。

五、推广应用前景

项目成果的应用丰富了电缆运维手段,可及时发现和消除电缆潜在缺陷,有效避免中压电缆事后抢修的老问题,减少了故障抢修时间和抢修成本,提高了供电可靠性。通过开展电缆振荡波局部放电交接试验,也可及时发现和杜绝不良产品入网,提高电网安全运行整体水平。

国产化系统解决了国外同类设备对长电缆检测灵敏度不足的问题,有效降低了设备购置成本和维护成本,市场前景广阔。

项目编制的两部电力行业标准《6kV35kV电缆振荡波局部放电测试方法》和《6kV35kV电缆振荡波局部放电测量系统》,为现场的振荡波局部放电检测应用提供了方法指导,也为缺陷电缆的诊断和运维措施提供了建议,有助于该技术的进一步推广。