CN101149416B - 电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统 - Google Patents
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Abstract
一种电力技术领域的电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统，包括：数据采集模块、数据分析模块、数据库模块、图形显示模块和报表管理模块，其中数据采集模块负责采集电缆绝缘监测数据，并将监测数据送到数据分析模块和图形显示模块，同时保存监测数据至数据库模块；数据分析模块接收电缆绝缘监测数据后对数据进行预处理和分析计算，并结合相关数据对电缆的绝缘和剩余寿命进行判断，将判断结果保存至数据库模块并发送到图形显示模块；数据库模块负责存储监测数据和判断结果；图形显示模块显示电网接线图和监测数据；报表管理模块读取数据库模块中保存的监测数据和判断结果。本发明分析数据面广，涵盖信息丰富，提高了判断精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种电力技术领域的系统，具体是一种电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统。
背景技术
工业、企业部门所使用(特别是对重要负荷供电)的电缆在运行了一段时间后发生老化，留下事故隐患，如不及时采取措施可能会造成重大的财产以及其他方面的损失。而电缆的离线检测对于运行中的电缆往往是不可行的，因此，电缆的在线监测技术以及对电缆运行状态的判断是必要的，以利于适当的时候对电缆进行检修甚至是更换。电缆状态监测以及寿命管理的关键技术包括两方面的内容：数据采集以及数据分析。由于电缆泄露电流通常比较小以及现场的干扰等因素，数据采集系统必须附加外部电源来进行；另外，电缆的寿命管理是建立在对电缆的老化程度进行分析的基础上的，由于不同运行环境的电缆其老化程度的判别没有统一的标准，因此数据分析的核心是通过各种诊断技术对电缆的剩余寿命做出判断。
经过对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号200610041888.9，公开了一种交联聚乙烯绝缘电力电缆绝缘状态在线监测系统，采用直流叠加对三相XLPE电缆绝缘水树枝老化程度和绝缘电阻在线进行测量，测量得到参数以后，下位主机通过数据收发单元GPRS发送到上位机，上位机通过设置的数据采集分析软件对测量参数进行分析，按给定的评价标准给出电缆绝缘状态的评判，给出综合诊断结果。该专利中所提出的内容和方法主要强调的是对电缆的某一项参数进行在线测量，对于不同的电缆和不同的绝缘老化原因，该方法存在一定的片面性，不能全面的反映电缆绝缘的状态，也无法对电缆的剩余寿命做出判断。
发明内容
本发明针对上述现有技术中的不足，提供了一种电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统，该系统以被监测电缆的介质损耗角正切值和低频泄漏电流值为基础，再结合试验数据、环境信息、出厂参数、本电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据等对被监测电缆的绝缘情况进行判断，然后再利用数据挖掘技术挖掘出对电缆绝缘情况和电缆剩余寿命发展的规律，对电缆的剩余寿命作出判断。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：数据采集模块、数据分析模块、数据库模块、图形显示模块和报表管理模块，数据采集模块负责采集电缆绝缘监测数据，并将监测数据送到数据分析模块和图形显示模块，同时保存监测数据至数据库模块；数据分析模块接收数据采集模块传输的监测数据后对数据进行预处理和分析计算，并结合试验数据、环境信息、出厂参数、电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据，对电缆的绝缘和剩余寿命进行判断，并将判断结果保存至数据库模块，同时将判断结果发送到图形显示模块；数据库模块负责存储监测数据和判断结果，与数据采集模块、数据分析模块、图形显示模块和报表管理模块进行数据交互；图形显示模块负责显示数据采集模块传输的监测数据，并显示电网接线图；报表管理模块负责读取数据库模块中保存的监测数据和判断结果，实现判断结果的查询、显示和打印。
所述的数据采集模块，包括：标准取样电阻、绝缘监测仪、低频信号发生器、单片机系统、电感、PT转换器、PT二次回路，其中：标准取样电阻取得被测电缆的泄漏电流，绝缘监测仪将泄漏电流模/数转换变换成离散信号，离散信号经过傅立叶变换进行低频分离和工频分离处理，得到低频信号和基波信号并传送至单片机系统，低频信号发生器产生低频信号，经过放大处理后输出到电感，经过电感耦合至电缆的PT二次回路，由PT转换器获得PT参考信号，同样采用傅立叶变换技术分离出基波信号，也送至单片机系统，单片机系统对传输到其中的信号进行处理得到监测数据，监测数据包括电缆的介质损耗角正切值tgδ和电缆低频泄漏电流值。
所述数据分析模块，其采用基于中心聚类理论的梯度优化算法对采集的监测数据中的孤立点进行识别和修正，识别和修正的结果采用基于回归技术的空缺值填充方法填充采集过程中出现的空缺值，同时实现在自动采集和实时传输过程中存在的数据的一致性和填充数据。
所述数据分析模块，以信息增益最大化为目标，判断出连续属性分裂点应该满足的条件，确定分裂指数，从而通过建立二叉树并对其进行拓展来建立完整的决策树，并采用决策树分析技术，根据试验数据和在线监测数据对电缆的绝缘状态进行分类和判断，将电缆的绝缘状态分为良好、一般、差和故障，最后依据热寿命的化学反应公式，根据实际测量的参数来对电缆的寿命进行判断，得出电缆的绝缘状态及剩余寿命。
所述的数据库模块，其内部所存储的电缆绝缘监测数据和试验数据、环境信息、出厂参数、本电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据作为数据分析模块的数据基础，数据分析模块的判断计算结果也存入数据库模块，数据库模块提供图形显示模块所要实时显示的图形数据和绝缘监测数据，数据库模块也提供报表管理模块所需检索查询和形成各种报表的数据。
所述的图形显示模块是整个系统人机交换的接口，显示整个电力网络的原理接线图，具备放大、缩小、漫游基本功能，并进行电气设备的查询和定位，同时也是设备属性和类型数据、图形数据、试验数据、环境信息、出厂参数、本电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据的录入窗口。
所述的报表管理模块，负责对电缆绝缘和剩余寿命情况进行统计、分析和查询，形成电缆绝缘和剩余寿命判断管理所需要的各种报表，与数据库模块进行接口、交换数据，具备与EXCEL文件的接口，用于读和写EXCEL文件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明中综合考虑了实时监测数据和试验数据、环境信息、出厂参数、本电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据等，分析数据面广，涵盖信息丰富，较之以往的同类产品，提高了判断精度和效率。
附图说明
图1是本发明系统结构框图；
图2是本发明数据采集模块在线检测工作原理图；
图3是本发明实施例硬件结构结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
现场运行的电缆基本上是由变电站引出的，因此本实施例安装于变电站内。
本实施例与SCADA系统(数据采集与监控系统)相连，作为SCADA系统当中的一个子站(见图3)。
所述SCADA系统实现对电网的“遥控、遥测、遥调、遥信”，已经广泛的配置于各个电压等级的电网当中，特别是对于35kY以上电网。
如图1所示，本实施例包括：数据采集模块、数据分析模块、数据库模块、图形显示模块和报表管理模块，数据采集模块负责采集电缆绝缘监测数据，并将监测数据送到数据分析模块和图形显示模块，同时保存监测数据至数据库模块；数据分析模块接收数据采集模块传输的监测数据后对数据进行预处理和分析计算，并结合试验数据、环境信息、出厂参数、电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据，对电缆的绝缘和剩余寿命进行判断，并将判断结果保存至数据库模块，同时将判断结果发送到图形显示模块；数据库模块负责存储监测数据和判断结果，与数据采集模块、数据分析模块、图形显示模块和报表管理模块进行数据交互；图形显示模块负责显示数据采集模块传输的监测数据，并显示电网接线图；报表管理模块负责读取数据库模块中保存的监测数据和判断结果，实现判断结果的查询、显示和打印。
如图2所示，所述的数据采集模块，包括：标准取样电阻R、绝缘监测仪、低频信号发生器、单片机系统、电感L、PT转换器、PT二次回路，其中：标准取样电阻R取得被测电缆的泄漏电流，绝缘监测仪将泄漏电流模/数转换变换成离散信号，离散信号经过傅立叶变换进行低频分离和工频分离处理，得到低频信号和50HZ基波信号并传送至单片机系统，低频信号发生器产生低频信号，经过放大处理，输出最高值达5A的低频信号，经过电感L耦合至电缆的PT二次回路，由PT转换器获得PT参考信号，同样采用傅立叶变换技术分离出50HZ基波信号，也送至单片机系统，单片机系统对传输到其中的信号进行处理得到监测数据，监测数据包括电缆的介质损耗角正切值tgδ和电缆低频泄漏电流值。
所述数据分析模块，其采用基于中心聚类理论的梯度优化算法对采集的监测数据中的孤立点进行识别和修正，识别和修正的结果采用基于回归技术的空缺值填充方法填充采集过程中出现的空缺值，同时实现在自动采集和实时传输过程中存在的数据的一致性和填充数据。
所述数据分析模块，以信息增益最大化为目标，判断出连续属性分裂点应该满足的条件，确定分裂指数，从而通过建立二叉树并对其进行拓展来建立完整的决策树，并采用决策树分析技术，根据试验数据和在线监测数据对电缆的绝缘状态进行分类和判断，将电缆的绝缘状态分为良好、一般、差和故障，最后依据热寿命的化学反应公式，根据实际测量的参数来对电缆的寿命进行判断，得出电缆的绝缘状态及剩余寿命。
如图3所示，所述的数据采集模块组成电缆绝缘在线监测仪，电缆绝缘在线监测仪通过通讯光缆和485通讯接口与电缆绝缘在线监测工作站进行通讯，数据分析模块、数据库模块、图形显示模块和报表管理模块常驻于电缆绝缘在线监测工作站，数据分析模块完成对监测数据和其他数据(设备的属性和类型数据、电缆绝缘监测数据和试验数据、环境信息、出厂参数、电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据等)的分析比较，并对电缆绝缘状态和剩余寿命作出判断，判断结果存入数据库模块，供报表管理模块对电缆绝缘和剩余寿命情况进行统计、分析和查询；此外，由于本实施例在上层平台与其他系统进行接口，特别是与MIS系统进行接口，方便将与电缆有关的数据进行收集，更加方便电缆的状态检修和寿命管理。
所述的数据库模块，其内部所存储的电缆绝缘监测数据和试验数据、环境信息、出厂参数、本电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据作为数据分析模块的数据基础，数据分析模块的判断计算结果也存入数据库模块，数据库模块提供图形显示模块所要实时显示的图形数据和绝缘监测数据，数据库模块也提供报表管理模块所需检索查询和形成各种报表的数据。
所述的图形显示模块是整个系统人机交换的接口，显示整个电力网络的原理接线图，具备放大、缩小、漫游基本功能，并进行电气设备的查询和定位，同时也是设备属性和类型数据、图形数据、试验数据、环境信息、出厂参数、本电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据的录入窗口。
所述的报表管理模块，负责对电缆绝缘和剩余寿命情况进行统计、分析和查询，形成电缆绝缘和剩余寿命判断管理所需要的各种报表，与数据库模块进行接口、交换数据，具备与EXCEL文件的接口，用于读和写EXCEL文件。
与现有技术相比，本实施例具有如下有益效果：本实施例中综合考虑了实时监测数据和试验数据、环境信息、出厂参数、本电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据等，分析数据面广，涵盖信息丰富，较之以往的同类产品，提高了判断精度和效率。
Claims (7)
1.一种电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统，其特征在于，包括：数据采集模块、数据分析模块、数据库模块、图形显示模块和报表管理模块，其中：数据采集模块负责采集电缆绝缘监测数据，并将监测数据送到数据分析模块和图形显示模块，同时保存监测数据至数据库模块；数据分析模块接收数据采集模块传输的监测数据后对数据进行处理，并结合试验数据、环境信息、出厂参数、电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据，对电缆的绝缘和剩余寿命进行判断，并将判断结果保存至数据库模块，同时将判断结果发送到图形显示模块；数据库模块负责存储监测数据和判断结果，与数据采集模块、数据分析模块、图形显示模块和报表管理模块进行数据交互；图形显示模块负责显示数据采集模块传输的监测数据，并显示电网接线图；报表管理模块负责读取数据库模块中保存的监测数据和判断结果，实现判断结果的查询、显示和打印，上述系统以被监测电缆的介质损耗角正切值和低频泄漏电流值为基础，再结合试验数据、环境信息、出厂参数、本电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据对被监测电缆的绝缘情况进行判断，然后再利用数据挖掘技术挖掘出对电缆绝缘情况和电缆剩余寿命发展的规律，对电缆的剩余寿命作出判断。
2.根据权利要求1所述的电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统，其特征是，所述的数据采集模块，包括：标准取样电阻、绝缘监测仪、低频信号发生器、单片机系统、电感、PT转换器、PT二次回路，其中：标准取样电阻取得被测电缆的泄漏电流，绝缘监测仪将泄漏电流模/数转换变换成离散信号，离散信号经过傅立叶变换进行低频分离和工频分离处理，得到低频信号和基波信号并传送至单片机系统，低频信号发生器产生低频信号，经过放大处理后输出到电感，经过电感耦合至电缆的PT二次回路，由PT转换器获得PT参考信号，同样采用傅立叶变换技术分离出基波信号，也送至单片机系统，单片机系统对传输到其中的信号进行处理得到监测数据，监测数据包括电缆的介质损耗角正切值tgδ和电缆低频泄漏电流值。
3.根据权利要求1所述的电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统，其特征是，所述数据分析模块，其采用基于中心聚类理论的梯度优化算法对采集的监测数据中的孤立点进行识别和修正，识别和修正的结果采用基于回归技术的空缺值填充方法填充采集过程中出现的空缺值，同时实现在自动采集和实时传输过程中存在的数据的一致性和填充数据。
4.根据权利要求1所述的电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统，其特征是，所述数据分析模块，以信息增益最大化为目标，判断出连续属性分裂点应该满足的条件，确定分裂指数，从而通过建立二叉树并对其进行拓展来建立完整的决策树，并采用决策树分析技术，根据试验数据和在线监测数据对电缆的绝缘状态进行分类和判断，将电缆的绝缘状态分为良好、一般、差和故障，最后依据热寿命的化学反应公式，根据实际测量的参数来对电缆的寿命进行判断，得出电缆的绝缘状态及剩余寿命。
5.根据权利要求1所述的电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统，其特征是，所述的数据库模块，其内部所存储的电缆绝缘监测数据和试验数据、环境信息、出厂参数、本电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据作为数据分析模块的数据基础，数据分析模块的判断计算结果也存入数据库模块，数据库模块提供图形显示模块所要实时显示的图形数据和绝缘监测数据，数据库模块也提供报表管理模块所需检索查询和形成各种报表的数据。
6.根据权利要求1所述的电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统，其特征是，所述的图形显示模块是整个系统人机交换的接口，显示整个电网接线图，具备放大、缩小、漫游基本功能，并进行电气设备的查询和定位，同时也是设备属性和类型数据、图形数据、试验数据、环境信息、出厂参数、本电缆的历史测量数据、相同类型电缆的测量数据的录入窗口。
7.根据权利要求1所述的电力电缆绝缘状态监测与寿命管理系统，其特征是，所述的报表管理模块，负责对电缆绝缘和剩余寿命情况进行统计、分析和查询，形成电缆绝缘和剩余寿命判断管理所需要的各种报表，与数据库模块进行接口、交换数据，具备与EXCEL文件的接口，用于读和写EXCEL文件。
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| CN1737594A (zh) * | 2005-07-25 | 2006-02-22 | 上海电缆研究所 | 基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路 |
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Assignee: Shanghai Lanhao Electric Co Ltd Assignor: Shanghai Jiao Tong University Contract record no.: 2011310000134 Denomination of invention: Power cable insulation state monitoring and life span management system Granted publication date: 20100929 License type: Exclusive License Open date: 20080326 Record date: 20110816 |
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