一．系统概述

在城市和大中型企业的供电系统中，越来越多地方采用高压电缆输配电。 所有的高压电力电缆在工厂都做过很精密的检测， 电缆基本上不会存在局部放电，但是电缆头（电缆接头或电缆终端）是电缆出厂后是做成的，存在局部放电的危险。 多年的运行迹象表明 90% 以上的电缆故障都是电缆终端接头故障引发的所以有必要对电缆电缆接头和电缆终端进行局部放电的检测，为了保证电力电缆的安全运行，要求在接头做好后进行耐压和局部放电的试验。同时，对已经进入运行的电缆也能经常测量其局部放电以评估其绝缘状态。因此，对电缆接头进行现场局部放电监测，对实现电力系统的安全运行，进而对经济发展、社会稳定都有重要的意义。

本公司根据《QGDW11304.5-2023 电力设备带电检测仪器技术规范 第5部分高频局部放电检测仪》以及《DL/T 2271-2021高压电缆局部放电在线监测系统技术规范》研发生产的电缆局部放电在线监测系统，通过安装在高压电缆接头处接地引下线处的高频电流传感器，各个在线监测单元检测电缆内部发生局部放电后产生的脉冲电流，测试数据通过网络传输到后台的在线监测服务器软件上。

系统示意图如下图所示：

如图 1 所示，电力电缆局部放电在线监测系统主要由前端外置式高频信号传感器、3通道局部放电监测单元、数据集中器、电脑服务器和局部放电在线监测软件平台构成，前端高频局放信号采集传感器安装在高压电缆接头处的接地引下线，再通过同轴电缆接入局部放电监测单元，监测单元具有信号滤波放大和模数转换功能，可对传感器耦合信号进行滤波降噪和放大，以达到 AD 转换的量程范围内，局部放电采集单元采用 100MS/s 采样率， 14 位分辨率，三通道同步采集传感器耦合的高频放电脉冲信号，通过同步控制单元和电源相位保持一致。同时采用触发采集模式，当触发信号达到触发采集阈值时，局部放电采集单元立即采集一定时长的局部放电信号，由于系统采用同一触发信号对各局部放电采集单元进行同时触发，因此各采集单元能够达到高度同步性，同步时差＜100ns。

系统通过光纤连接各个局部放电监测单元，在线监测平台软件可调整采集单元的采集时间间隔和发射数据间隔，同时接收各局部放电采集单元返回的局部放电波形，并实时显示和存储，根据各局部放电采集单元测量到局部放电的放电量、极性及时间差，根据局部放电的波形统计特征，与专家库中相应的参量进行比较，得出局部放电故障判别， 进一步判断判别局部放电的危害程度。

功能特点

● 分布式布局，基于IP技术，扩展性强

监测单元网络化布局，基于TCP/IP通信和WEB技术，整套系统能支持多达200个在线监测单元同时检测，在原有布局基础上加入或者撤掉终端时，系统无需额外设置，自动进行识别和配置。

● 实时监测

系统记录各监测节点的实时数据，监测周期可以灵活设置。

● 边缘化计算

符合当前物联网终端设计理念，计算边缘化，数据就地处理，异地分析判断，数据再现回溯机制。

● 灵活取用和巡检

检测单元也适合线路巡检场合，此时带上装有局放分析软件的电脑配合终端使用即可。

● 稳定的数据传输

系统内两个监测节点间最远距离可以为20km,保证数据传输的稳定性。

● 同步实时采样

所有采样通道都可连续同步采集，数据处理都是在监测单元内部FPGA内并行计算处理完成，数据的采集计算和模式识别都是由采集单元处理，分布式计算，后台计算机只负责数据存储和展示，显示查询测量结果，整体系统更稳定。

● 软件平台WEB化

软件采用WEB平台，浏览器直接浏览管理即可，不需要再安装其他客户端软件，接外网云平台后，可以在任何电脑上查看监测情况。支持超大数据库容量，保证10年的监测数据的稳定存储。

● 软件功能丰富

可记录测量放电量、放电相位、测量时间等相关参数，可提供放电趋势图并具有预警和报警功能，可对数据库进行查询、删除、备份以及打印报表等。

● 丰富的图谱信息

系统以不同的图形方式显示局部放电信号，如年月日局放趋势图，相位脉冲图、 PRPD、PRPS图谱，清晰反应放电的幅度，时间，相位信息。可以浏览每一个监测单元任意监测时刻的局放波形细节。

● 高灵敏度

最小可检测5PC的放电信号。

● 抗冲击

可承受600KV的闪络冲击，终端设备不损坏、数据不丢失。

● 抗干扰

具备时域、频域信号分析技术，可有效分离干扰信号和局放信号，可有效避免仪器电源端的干扰。

二． 在线监测系统介绍

2.1 测量原理

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，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，故应在金属护套的一定位置采用特殊的连接方式和接地方式。

当护层两端都接地时，就和大地形成一个通路，从而产生了接地环流。护层接地方式不当时，这个环流大小甚至可以达到线芯电流的50%或者更高，使得金属护层上产生大量的损耗，影响了电缆的载流量并且使得电缆绝缘加速老化，同时电缆线路的许多故障会表现为金属护层接地环流的变化，比如护层绝缘损坏引起的多点接地、护层接地系统遭到破坏（接地线或者交叉互联线被偷盗）等，所以有必要对电缆金属护层的环流进行相关的分析计算。而当护层单端接地时，接地线中将有电容电流流过，因为可以将单芯电缆线芯和线芯外面的金属护套，看作是一个圆柱形的电容器，使得接地电流成分中含有电容电流，这个电容电流在电缆主绝缘状态发生变化时也随之发生变化。当电缆主绝缘存在水树时，由于水树的整流作用，将会有直流电流成分通过接地线，而电缆主绝缘或者接头处存在缺陷的而产生的局部放电信号电流也会流经电缆护层的接地线，这些不同类型的接地电流成分不仅可以反映电力电缆金属护层自身的状态，也可以反映主绝缘的品质状态（如老化以及缺陷等）引起的局部放电在内的多类故障。

电缆内部局部放电产生的电流脉冲还可以激发出电磁波，包括中低频和UHF段电磁波，然后根据接收的信号来分析局部放电的严重程度及其位置。 该方法特别适合在电缆头位置处检测，电缆头是局放发生概率最高的位置，且HF信号更容易传出来被检测到，可定制合适的频带实现抗感扰的目的，也能对故障实现定位。

系统采用模块化设计方法，通过安装在电缆接头接地线上的脉冲电流传感器，来耦合电缆本体里的局部放电脉冲电流信号，耦合到的脉冲信号通过同轴电缆传送至智能无线数据采集终端，经多次采集后， 对模拟信号经过滤波、放大处理和模拟数字转换后变成数字信号，再经过高阶数字滤波处理后由处理器经过无线信号发射单元传送至服务器。

 检测单元采用内置光纤时基同步或者电流感应同步方式，用以标定各种特征信号发生的时刻值，实现各终端之间的相位和时基同步，方便后续局放图谱分析。

终端采集的每组局放数据，根据是否有时标信号或相位信号输入，分别标注相应的时刻参数。经算法处理后先本地存储，然后根据服务器端软件指令向服务器发送指定数据。既保证数据系统性，不遗漏诸如局放信号等特征信号，又不至于引起通信堵塞。

终端将系统所设置的每个测量周期内的局放信号峰值，有效值计算，加入时戳，传输给服务器。

2.2  系统组成框图

电缆在线监测单元主要以光纤网络方式布局，各个监测单元和在线监测数据集中器构成一个封闭的光网络，监测单元通过该网络实时或者定时输送给电脑服务器上的在线监测平台。

多个监测子站可以通过把光电交换机连接到一起汇聚成一个较大的监测网络（注意数据集中器的IP地址不要冲突，监测子网的光网络相互隔离），如图所示（接地环流和护层电压传感器作为选配传感器），节点之间的光网络手拉手连接，注意光纤端口需要A-B-A-B串接。

2.3  传感器

根据项目现场需求，采集单元可以集成高频局放，接地环流，负荷电流，测温等传感器进行多维度的监测。

高频电流传感器由磁芯、罗高夫斯基线圈、滤波和取样单元以及电磁屏蔽盒组成。线圈绕在高频下具有较高导磁率的磁芯上，滤波及取样单元的设计，兼顾测量灵敏度和信号响应频带的要求。为了抑制干扰，提高信噪比，并考虑到防雨、防尘等要求，罗高夫斯基线圈及滤波采样单元都安装在金属屏蔽盒中。

接地环流传感器通过测量电缆金属护层的接地电流变化，实时监测电缆绝缘状态。电缆运行时，金属护层与电流产生电磁感应，形成感应电压。该电压通过接地线形成回路电流（即接地环流），传感器通过电流互感器非接触测量该电流。

复合电流传感器套接在电缆本体上，通过电磁感应原理，感应流经电缆本体的电流进行测量。

局放相位同步传感器主要用于实时监测电气设备内部局部放电的相位同步信息，通过捕捉放电产生的电磁波、超声波等信号，实现绝缘缺陷的精准定位与量化评估，为局放测量提供相位信息，使得局放判断更加精准和科学。安装时将相位同步传感器套接到电缆本体A相上。

高压电缆温度监测点都处于高电压、大电流、强磁场的环境中， 甚至有的监测点还处在密闭的空间中，由于强电磁噪声和高压绝缘、空间的限制等问题，通常的温度测量方法无法解决这些问题而无法使用。无线式温度监测系统采用无线电波进行信号传输。传感器安装在高压设备上，与接收设备之间无电气连接，因此该系统从根本上 解决了高压设备接点运行温度不易实时在线监测的难题。传感器采用感应取电方式，通过合金扎带绑到电缆头或者电缆本体上，进行测量。

2.4  在线监测采集单元

1. 监测单元实时采集并处理高频局放信号；

2. 监测过程无需人工干预，自动、实时、连续监测；

3. 具有幅值监测、周期图谱监测、PRPD2D-PRPS3D监测功能；

4. 可通过后台监控软件实时查看数据和调阅历史测试数据，方便进行横向和纵向数据对比，进行专家级数据分析。

⑴ 环流CH1,CH2,CH3：将环流传感器信号线从过线孔这里穿过，连接各相传感  器;

⑵ 复合电流1，复合电流2，复合电流3：将复合电流传感器信号线从这里穿过连接各相传感器;

⑶  CT取电：将CT取电信号线从这个过线孔穿过，连接取电CT传感器;如果是220V取电，则将220V电源线经过此过孔。

⑷  LORA/4G/网口：无线测温天线，4G天线，或者网线从这里穿过；

⑸  同步：局放同步信号传感器信号线从这里穿过，传感器套接到电缆A相;

⑹  CH1,CH2,CH3: 高频局放传感器信号线从这里穿过，连接到各相传感器;

2.5 高频传感器部署

数量：每一相电缆接地线布置一个高频局放传感器

安装位置：电缆接地线。

安装方式：开口卡接。

走线方式：线缆外部加装金属波纹管连接到就近的监测单元。

功能：监测电缆内部高频局放信号。

2.6  接地环流传感器部署

数量：每一相电缆接地线布置一个接地环流传感器

安装位置：电缆接地线。

安装方式：开口卡接。

走线方式：线缆外部加装金属波纹管连接到就近的监测单元。

功能：监测电缆接地环流信号。

2.7  复合电流传感器部署

数量：每一相电缆本体套接一只复合电流传感器

安装位置：电缆本体。

安装方式：开口卡接。

走线方式：线缆外部加装金属波纹管连接到就近的监测单元。

功能：监测电缆负荷电流。

三、 系统技术参数

Ø 适用范围

在线实时监测电力电缆的高频局放局放，提供数据的长期存储和分析对比，提示预警，提高电缆的运维效率。

Ø 环境条件 

环境温度 -25℃～60℃；

相对湿度 ≤90%；

Ø 供电方式和功率

供电方式: 交流100V~240V

监测单元功耗: 10W

Ø 高频传感器： 

检测频带：0.3MHz～30MHz

测量范围：0~70dB

分辨率：0.1dB

传输阻抗：≥10mV/mA

输入阻抗：50Ω

Ø 环流监测传感器： 

测量范围：0~300A

分辨率：0.1A

Ø 负荷电流传感器： 

测量范围：0~100KA

分辨率：1A

Ø 同步电流传感器： 

输入范围：0~1000A

输出电压:92mV@50Hz

频率范围:10Hz~1MHz

Ø 电缆测温传感器： 

测量范围：-40℃~ +125℃

测量精度：±1℃

通讯距离：300m（空旷）

通讯频段：433MHz

待机功耗： ≤5uA

外形尺寸：38*35*24mm