一种高压电力电缆局部缺陷在线检测方法及装置

技术领域

本发明属于电缆检测技术领域，尤其涉及一种高压电力电缆局部缺陷在线检测方法及装置。

背景技术

电缆被广泛应用于国民经济发展的各领域，是不可或缺的电力传输设备。电缆在长期运行过程中，易受到外部机械应力、电磁辐射、化学腐蚀、高温热效应等作用造成局部老化和破损，这些局部缺陷随着电缆运行时间的增加逐渐发展成为电缆硬故障，对电力系统的供电稳定性和安全性构成了巨大的挑战，由电缆故障可能引发的火灾、爆炸事故对国民的生命财产安全构成了极大的威胁，如果能够在电缆局部缺陷形成初期将其检测出并精准定位，然后对电缆局部缺陷段进行修复或替换，能很大程度上避免安全事故的发生，对保障整个系统的安全稳定性、减小运维的成本具有重要意义。

然而，现有的电缆局部缺陷检测方法，大多采用离线检测，在进行检测前电缆需要断电，并将电缆从原始连接系统分离出来，接上检测设备才能进行检测，离线检测程序繁琐且检测成本较高。目前，电缆局部缺陷的检测方式正向着在线检测的方向发展，其目标是在电缆运行状态下实现对局部缺陷的检测和精确定位，目前该领域的研究成果较少且大多处于理论阶段，缺乏有效检测方法及检测技术。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种高压电力电缆局部缺陷在线检测方法及装置，以解决现有技术中缺乏有效检测电缆局部缺陷的方法及检测技术的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高压电力电缆局部缺陷在线检测装置，包括：

接线模块，用于构建测量环境；

同轴电缆，与所述接线模块连接，用于将待测电缆的金属护套引入到所述接线模块中；

测量模块，与所述接线模块连接，用于检测待测电缆系统的高频信号；

矢量网络分析仪，与所述测量模块连接，用于基于所述高频信号获取待测电缆系统的散射参数；

上位机，与所述矢量网络分析仪连接，用于控制矢量网络分析仪测量散射参数，并根据所述散射参数获取待测电缆的局部缺陷位置。

优选地，所述接线模块包括交叉互联箱、高频电容和校准夹具；

所述交叉互联箱用于提供测量框架；

所述高频电容与交叉互联箱的金属护套保护器并联，用于阻止高频信号流向非待测电缆的金属护套；

所述校准夹具一端与同轴电缆连接，另一端与高频电容连接，用于加载测量模块。

优选地，所述测量模块包括注入探头和检测探头；

所述注入探头用于发射高频信号；

所述检测探头用于接收反射回的高频信号。

优选地，所述注入探头和检测探头为卡钳式结构。

优选地，所述电缆系统包括待测电缆、同轴电缆、校准夹具、注入探头和检测探头。

本发明还提供了一种高压电力电缆局部缺陷在线检测方法，包括以下步骤：

通过接线模块将电缆分段，将注入探头及检测探头卡钳到校准夹具的内导体上；

将上位机和注入探头、检测探头通过矢量网络分析仪相连；

通过上位机控制矢量网络分析仪测量待测电缆系统的散射参数，并将所述散射参数上传到上位机，在补偿掉注入探头和检测探头对信号的衰减以及畸变的影响后，使用基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷检测方法判断待测电缆段是否存在局部缺陷，如果存在局部缺陷则对局部缺陷进行定位。

优选地，所述接线模块的内部连接方法包括：连接高频电容到交叉互联箱的金属护套保护器两端，校准夹具内导体的一端接高频电容，另一端通过同轴电缆连接待测电缆段的金属护套。

优选地，所述通过矢量网络分析仪连接的方法包括：使用标准电缆连接矢量网络分析仪的Part1端到注入探头，连接矢量网络分析仪的Part2端到检测探头，使用USB总线连接矢量网络分析仪到上位机，与上位机建立通讯通道。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明充分考虑了高压电力电缆的敷设特点，使用注入探头和检测探头在电缆交叉互联箱处向电缆金属护套注入高频信号和测量高频信号，可实现高压电缆局部缺陷的在线检测；使用校准夹具作为信号的辅助注入工具，提高信号注入及测量的效率；通过在金属护套保护器两端并联高频电容的方式实现高压电缆的分段检测，减小了对注入信号功率的要求。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的高压电力电缆局部缺陷在线检测装置结构图；

图2为本发明实施例的单段电缆的等效测量模型图；

图3为本发明实施例的实验结果图，其中(a)为9.945米电缆检测结果图，(b)为9.83米电缆检测结果图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例1

如图1所示，本发明提出了一种高压电力电缆局部缺陷在线检测装置，图中A、B、C为高压三相电缆的相编号，A1代表A相电缆的第一段，A2、A3分别代表A相电缆的第二、第三段，B相和C相电缆的编号含义以此类推，CC代表同轴电缆。与一般的高压电力电缆敷设方式一致，在电缆的中间接头处，通过同轴电缆内外导体，分别将接头左右两边金属护套引出到交叉互联箱中，按照图1所示交叉互联的方式连接。

为了减小金属护套中感应电流的大小，将电缆均分为三段，需要安装两个中间接头和两个交叉互联箱。在交叉互联箱中每个金属护套保护器的两端并联高频电容，用以形成高频信号通路，以达到电缆分段检测局部缺陷的目的。在交叉互联箱中每根同轴电缆内导体和每块用于交叉互联的金属片上均安装信号注入探头和信号检测探头，每个交叉互联箱需安装六套探头。将注入探头和检测探头分别接矢量网络分析仪的Part1端口和Part2端口，用于测量待测电缆系统的散射参数(S参数)，为了提高信号注入效率以及检测效率，使用与探头相匹配的校准夹具作为注入信号和检测信号的工具，如图2所示。注入探头和检测探头被安装到校准夹具的内导体上，校准夹具的内导体两端分别接电缆金属护套和高频电容。

矢量网络分析仪通过USB总线与上位机连接，上位机向矢量网络分析仪发出指令，控制矢量网络分析仪测量数据，并将数据传输到上位机中，通过检测算法提取待测电缆段的局部缺陷信息。

实施例2

本发明还提出了一种高压电力电缆局部缺陷在线检测方法，包括以下步骤：

通过接线模块将电缆分段，将注入探头及检测探头卡钳到校准夹具的内导体上；

将上位机和注入探头、检测探头通过矢量网络分析仪连接；

通过上位机控制矢量网络分析仪测量待测电缆系统的散射参数，并将所述散射参数上传到上位机，在补偿掉注入探头和检测探头对信号的衰减以及畸变的影响后，使用基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷检测方法判断待测电缆段是否存在局部缺陷，如果存在局部缺陷则对局部缺陷进行定位。

进一步地优化方案，所述接线模块的内部连接方法包括：连接高频电容到交叉互联箱的金属护套保护器两端，校准夹具内导体的一端接高频电容，另一端通过同轴电缆连接待测电缆段的金属护套。

进一步地优化方案，所述通过矢量网络分析仪连接的方法包括：使用标准电缆连接矢量网络分析仪的Part1端到注入探头，连接矢量网络分析仪的Part2端到检测探头，使用USB总线连接矢量网络分析仪到上位机，与上位机建立通讯通道。

实施例3

试验模拟两段电缆金属护套直接相连，通过接高频电容实现分段检测，该试验设置是对图1中任意两段金属护套直接相连的电缆局部缺陷检测的模拟。电缆1长度为9.945米，局部缺陷位于6米处，电缆2长度为9.83米，局部缺陷位于6米处。高频电容C

试验结果如图3所示，在9.945米电缆的检测结果中，在6.012米和10.458米处有两个明显的峰值，分别代表电缆的局部缺陷位置和电缆终端位置；在9.83米电缆的检测结果中，在6.126和10.128米处有两个明显的峰值，分别代表电缆的局部缺陷位置和电缆终端位置，试验结果验证了本发明的有效性。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。