CN103336227A - 新型电力电缆局部放电在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，所述监测节点、中心节点及数据管理平台间采用无线传输，不用铺设通信线缆，具有可靠性高、实时性好、成本低的优点。所述UHF传感器，采用无缝焊接的形式形成在所述环带状绝缘层的外表面，有利于特高频信号的传播，提高了局部放电监测的准确性并且避免了破坏XLPE电力电缆附件的原有绝缘性和电场分布。由于所述UHF传感器为片状传感器，可根据XLPE电力电缆附件的粗细现场剪裁和安装，适用范围广。而且，所述馈线一端与所述UHF传感器连接，所述馈线的另一端接所述防水N头，所述防水N头用于连接局部放电检测设备，在实际操作过程中，所述防水N头能够方便局部放电检测设备的安装和拆卸。

Description

新型电力电缆局部放电在线监测系统

技术领域

本发明涉及一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，属于电力电缆局部放电监测技术领域。

背景技术

与传统的架空线供电相比，电力电缆供电具有不受外界环境影响、节约用地、电气性能良好等优点。随着城市电网的发展，电力电缆的使用率不断提高，电缆运行的可靠性受到电力部门的关注。导致电缆故障的原因很多，对电缆运行故障统计分析发现故障多发生在电缆的中间接头和终端头及其附近区域，特别是中间接头需现场制作，制作要求高，存在事故隐患的可能性更大，中间接头成为电缆安全运行中的薄弱环节，是电力电缆在线监测中的重点。

从目前对高压电缆的在线监测状况来看，实施局部放电监测技术已成为共识，可以有效监测电力电缆关键部位局部放电，准确获取电缆状态信息，提高电缆状态检修水平，确保电缆安全、稳定的运行。目前有人工巡检、监测现场总线和无线监测三种方式查看局部放电数据，采用人工巡检的方式需要定期下到电缆沟或者隧道监测电缆局部放电情况，这种人工巡检的方式费时费力，实时性差，并且，电力电缆敷设环境复杂，许多区域人工难以直接进入；监测现场总线方式一般采用CAN、RS232等通信总线汇总现场局部放电数据，这种监测现场总线的方式需要另铺设通信线路，成本较高，并且，电力电缆敷设环境复杂，许多区域无法另铺设通信线路；无线监测方式，一般采用短距离无线通信与巡检结合的方式或者直接采用远距离无线传输的方式，由于电力电缆铺设环境复杂，有的电力电缆埋地深，铺设范围广，采用短距离无线通信与巡检结合的方式时，人工成本高并且工作效率低，收集的局部放电数据实时性差，采用远距离无线传输方式时，由于无线发射装置埋在地下，因此信号的发射功率受限，局部放电数据传输距离和准确性较差。

中国专利文献CN102096027A公开了一种电力电缆局部放电监测的预埋式传感器，它由缓冲层、环形电极、连接电缆、引出端子、信号调理单元五部分构成，其中，所述缓冲层围绕在电力电缆附件绝缘的外侧，电力电缆附件绝缘的内侧与半导电层不直接接触；所述环形电极围绕在缓冲层的外侧；所述连接电缆通过阻抗匹配与环形电极相连接，用于连接环形电极和引出端子；所述引出端子与电力电缆附件壳体上的开孔固定连接；所述引出端子与信号调理单元连接。上述专利文献的环形电极在使用时必须根据要安装的电缆附件的粗细预先制作，否则如果环形电极内径过小，则无法套接安装，如果环形电极内径过大，则也不方便使用。致使针对不同粗细的电缆附件需要设计不同的环形电极，使得上述专利文献公开的电力电缆附件局部放电监测的预埋式传感器的通用性差且使用成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有电力电缆局部放电监测技术中局部放电数据采集实时性、准确性差，成本高和通用性差的问题，从而提供一种低成本，高可靠性、实时性和高通用性的电力电缆局部放电在线监测系统。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，包括监测节点、中心节点和数据管理平台；其中，

所述监测节点安装在电力电缆的监测区域，用于完成对所述监测区域局部放电数据的采集，将所述局部放电数据通过无线通讯方式发送给所述中心节点；

所述监测节点进一步包括UHF传感器、馈线和防水N头；其中，

所述UHF传感器为片状传感器，所述片状传感器通过无缝焊接形成在XLPE电力电缆附件的环带状绝缘层的外表面，其中，所述XLPE电力电缆附件由内到外依次包括内半导电层、绝缘层和两个外半导电层，所述内半导电层内形成容纳所述XLPE电力电缆线芯接头的容纳部，所述绝缘层环状包裹在所述内半导电层外侧，两个所述外半导电层环状包裹在所述绝缘层外侧且分别位于所述绝缘层的端部，两个所述外半导电层之间为裸露的环带状绝缘层；

所述馈线，进一步包括线芯、位于所述线芯外的馈线绝缘层、以及馈线铜网；其中，

所述馈线的一端的线芯与所述UHF传感器连接，所述馈线的另一端引出；

所述馈线铜网接地；

所述防水N头，与所述馈线的引出端连接；

所述中心节点，通过无线通讯方式接收所述监测节点发送的所述局部放电数据，并将接收到的所述局部放电数据发送给所述数据管理平台；

所述数据管理平台，接收并保存所述中心节点发送的所述局部放电数据，并对所述局部放电数据进行处理。

所述中心节点接收所述监测节点发送的局部放电数据，并将接收到的所述局部放电数据通过移动通讯网络发送给所述数据管理平台。

距离所述中心节点最近的所述监测节点将采集的局部放电数据通过无线网络直接发送给所述中心节点；除距离所述中心节点最近的所述监测节点外的其他监测节点，将采集的局部放电数据顺次通过相邻的距离所述中心节点更近的所述监测节点，以中继转发的形式发送给所述中心节点。

所述的监测节点还包括局部放电数据采集模块、第一ZigBee模块、第一电源模块；其中，

所述局部放电数据采集模块，通过引出电缆与所述UHF传感器连接，接收所述UHF传感器发送的所述局部放电信号，对所述局部放电信号进行处理得到局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给第一ZigBee模块；

所述第一ZigBee模块，接收所述局部放电数据采集模块发送的所述局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给所述中心节点；

所述第一电源模块为所述局部放电数据采集模块和所述第一ZigBee模块供电。

所述的中心节点进一步包括第二ZigBee模块，第一移动通讯模块和第二电源模块，其中，

所述第二ZigBee模块，用于接收所述第一ZigBee模块发送的所述局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给第一移动通讯模块；

所述第一移动通讯模块，用于接收所述第二ZigBee模块发送的所述局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给所述的数据管理平台；

所述第二电源模块为所述第二ZigBee模块和所述第一移动通讯模块供电。

数据管理平台进一步包括第二移动通讯模块和处理模块，其中，

第二移动通讯模块，用于接收所述第一移动通讯模块发送的所述局部放电数据，并将接收到的所述局部放电数据并发送给所述处理模块；

处理模块，用于接收所述第二移动通讯模块发送的所述局部放电数据并处理。

所述移动通讯网络为GPRS网络。

所述XLPE电力电缆附件的裸露的环带状绝缘层还设置有应力缓冲层，所述UHF传感器环状包裹围绕在所述应力缓冲层的外侧。

还包括缠绕在两个所述外半导电层及所述UHF传感器外表面的防水胶带层。

还包括在所述防水胶带层的外部设置的保护铜壳以及浇筑在所述防水胶带层与所述保护铜壳的内壁形成的空间内的防水密封胶层。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其中，所述监测节点安装在电力电缆的监测区域，所述监测节点通过直接发送或者中继转发的无线通讯方式，将所述局部放电数据上传给所述中心节点，所述中心节点将接收到的所述局部放电数据发送给数据管理平台，实现了所述局部放电数据的远距离传输。地下监测节点通过无线信号进行信息传递，地上通过中心节点直接发送给数据管理平台，无需任何人工巡检，并且不用铺设通信线缆，使得多个监测节点的局部放电数据收集更加便捷、简单，有效降低了局部放电数据采集的采集成本，并且具有可靠性高、实时性好的优点。所述监测节点中的所述UHF传感器，采用无缝焊接的形式形成在XLPE电力电缆附件的环带状绝缘层的外表面，这样即有利于特高频信号的传播，在提高监测XLPE电力电缆局部放电监测的准确性的同时，又可以避免破坏XLPE电力电缆附件的原有绝缘性和电场分布。经过无缝焊接后的UHF传感器，能够有效避免电晕或悬浮放电现象，能够大大提高XLPE电力电缆局部放电监测的准确性。更为重要的是，本发明中的UHF传感器本身是片状的，可根据XLPE电力电缆附件的粗细现场剪裁和安装，能够大大简便安装过程，提高工作效率，降低制造和使用成本，使得通用性大大增强。而且，所述馈线一端与所述UHF传感器连接，所述馈线的另一端接所述防水N头，所述防水N头用于连接局部放电检测设备，在实际操作过程中，所述防水N头能够方便局部放电检测设备的安装和拆卸。并且，将所述馈线铜网接地能够有效屏蔽噪声信号，增强馈线系统的抗干扰性能。

（2）本发明所述的本发明所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，所述监测节点与所述中心节点之间采用ZigBee模块进行通信，ZigBee模块具有低功耗，免费通信的优点，能够大大增加电池模块的使用时间，并且降低了电力电缆局部放电在线监测系统的成本。所述中心节点与所述数据管理平台之间采用GPRS模块进行通信，GPRS网络具有全国无缝覆盖的优点，能够将所述中心节点接收到的所述局部放电数据通过GPRS网络可靠的传输给所述数据管理平台，使用方便并且费用极低。

（3）本发明所述的本发明所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，在所述防水胶带层的外部设置的保护铜壳以及浇筑在所述防水胶带层与所述保护铜壳的内壁形成的空间内的防水密封胶层，能够有效增强UHF传感器抵抗外界撞击的性能及防水性能。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1是是本发明所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统的结构示意图；

图2是本发明所述的监测节点的结构示意图；

图3是本发明所述的中心节点的结构示意图；

图4是本发明一个实施例的UHF传感器结构示意图。

附图标记 1-XLPE电力电缆线芯接头，2-内半导电层，3-绝缘层，4-UHF传感器。

具体实施方式

实施例1

本发明的一个实施例的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，如图1所示，包括n个监测节点、1个中心节点和1个数据管理平台。其中，

n个所述监测节点安装在电力电缆的n个监测区域，n个所述监测节点对各自监测区域的局部放电数据进行采集后，将所述局部放电数据通过无线通讯方式发送给所述中心节点。n为大于或者等于1的整数。

所述监测节点进一步包括UHF传感器4、馈线和防水N头；其中，参见图4所示，所述UHF传感器4为片状传感器，其通过无缝焊接形成在XLPE电力电缆附件的环带状绝缘层3的外表面。其中，所述XLPE电力电缆附件由内到外依次包括内半导电层2、绝缘层3和两个外半导电层，所述内半导电层2内形成容纳所述XLPE电力电缆线芯接头1的容纳部，所述绝缘层3环状包裹在所述内半导电层2外侧，两个所述外半导电层环状包裹在所述绝缘层3外侧且分别位于所述绝缘层3的端部，两个所述外半导电层之间为裸露的环带状绝缘层3。所述馈线，进一步包括线芯、位于所述线芯外的馈线绝缘层、以及馈线铜网；其中，所述馈线的一端的线芯与所述UHF传感器连接，所述馈线的另一端引出；所述馈线铜网接地；所述防水N头，与所述馈线的引出端连接。

所述中心节点，通过无线通讯方式接收n个所述监测节点发送的所述局部放电数据，并将接收到的所述局部放电数据发送给所述数据管理平台。

所述数据管理平台，接收并保存所述中心节点发送的所述局部放电数据，并对所述局部放电数据进行处理。

本发明所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其中，所述监测节点安装在电力电缆的监测区域。所述监测节点通过直接发送或者中继转发的无线通讯方式，将所述局部放电数据上传给所述中心节点，所述中心节点将接收到的所述局部放电数据发送给数据管理平台，实现了所述局部放电数据的远距离传输。地下监测节点的完全通过无线信号进行信息传递，地上通过中心节点直接发送给数据管理平台，无需任何人工巡检，并且不用铺设通信线缆，使得多个监测节点的局部放电数据收集更加便捷、简单，有效降低了局部放电数据采集的采集成本，并且具有可靠性高、实时性好的优点。所述监测节点中的所述UHF传感器4，采用激光无缝焊接或大功率锡焊的形式形成在XLPE电力电缆附件的环带状绝缘层3的外表面，这样即有利于特高频信号的传播，在提高监测XLPE电力电缆局部放电监测的准确性的同时，又可以避免破坏XLPE电力电缆附件的原有绝缘性和电场分布。经过无缝焊接后的UHF传感器4，能够有效避免电晕或悬浮放电现象，能够大大提高XLPE电力电缆局部放电监测的准确性。更为重要的是，本发明中的UHF传感器4本身是片状的，可根据XLPE电力电缆附件的粗细现场剪裁和安装，能够大大简便安装过程，提高工作效率，降低制造和使用成本，使得通用性大大增强。而且，所述馈线一端与所述UHF传感器连接，所述馈线的另一端接所述防水N头，所述防水N头用于连接局部放电检测设备，在实际操作过程中，所述防水N头能够方便局部放电检测设备的安装和拆卸。并且，将所述馈线铜网接地能够有效屏蔽噪声信号，增强馈线系统的抗干扰性能。

作为实施例1的一个具体实施方式，所述监测节点安装在电力电缆的监测区域，以远离所述中心节点一端的所述监测节点向靠近所述中心节点的一端的所述监测节点开始编号1,2……m-1,m,m+1……n，n为大于/等于1的整数，m为大于/等于1并且小于/等于n的整数。

所述m号监测节点，用于对所对应的第m号监测区域进行局部放电数据采集，并将采集到的局部放电数据以广播的形式发送。所述m号监测节点还接收相邻的所述m号监测节点m-1号监测节点及所述m号监测节点+1所发送的局部放电数据，对所述m号监测节点m-1号监测节点及所述m号监测节点+1所发送的局部放电数据进行解析，得到局部放电数据源地址，若所述局部放电数据源地址所对应监测节点为m+1，则对所述局部放电数据不进行转发，若所述局部放电数据源地址所对应监测节点为m-1，则对所述局部放电数据以广播的形式进行中继转发。

1号监测节点通过2号监测节点，所述2号监测节点在通过3号监测节点，所述m号监测节点m-1号监测节点以所述m号监测节点为中继进行转发，直到n-1作为中继，将1到n-2的所有监测节点所采集的局部放电数据发送给所述n号监测节点。

所述中心节点接收所述n号监测节点发送的自身节点采集的局部放电数据及其他监测节点采集的局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给数据管理平台。

所述数据管理平台，接收所述中心节点发送的所述局部放电数据，并对所述局部放电数据进行处理。

本发明实现了所述局部放电数据的远距离传输，可以完全替代人工巡检，并且不用铺设通信线路，使得多个监测节点的局部放电数据收集更加便捷、简单，有效降低了局部放电数据采集的采集成本，并且具有可靠性高、实时性好的优点。

作为一种具体实施方式，所述中心节点接收所述监测节点n发送的自身节点采集的局部放电数据及其他监测节点采集的局部放电数据，并将接收到的所述局部放电数据通过移动通讯网络发送给所述数据管理平台。

实施例2

如图2所示，作为本发明的一个具体实施方式，在上述实施例的基础上，所述监测节点还包括局部放电数据采集模块、第一ZigBee模块、第一电源模块。其中，

所述局部放电数据采集模块，通过引出电缆与所述UHF传感器4连接，接收所述UHF传感器4发送的所述局部放电信号，对所述局部放电信号进行处理得到局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给第一ZigBee模块。

所述第一ZigBee模块，接收所述局部放电数据采集模块发送的所述局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给所述中心节点。

所述第一电源模块为所述局部放电数据采集模块和所述第一ZigBee模块供电。

实施例3

如图3所示，在上述述实施例的基础上，所述的中心节点进一步包括第二ZigBee模块，第一移动通讯模块和第二电源模块。

其中，

所述第二ZigBee模块，用于接收所述第一ZigBee接口发送的所述局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给第一移动通讯模块。

所述第一移动通讯模块，用于接收所述第二ZigBee接口发送的所述局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给所述的数据管理平台。

所述第二电源模块为所述第二ZigBee模块和所述第一移动通讯模块供电。

所述监测节点与所述中心节点之间采用ZigBee模块进行通信，ZigBee模块具有低功耗，免费通信的优点，能够大大增加电池模块的使用时间，并且降低了电力电缆局部放电在线监测系统的成本。

实施例4

作为上述发明的一个具体实施方式，在上述实施例的基础上，所述数据管理平台进一步包括第二移动通讯模块和处理模块，其中，

第二移动通讯模块，用于接收所述第一移动通讯模块发送的所述局部放电数据。

处理模块，用于处理各个所述监测节点的所述局部放电数据，所述处理包括数据保存、实时显示、预警、定位中的至少一种。

作为一种具体的实施方式，所述中心节点与所述数据管理平台之间所采用的移动通讯网络为GPRS网络，GPRS网络具有全国无缝覆盖的优点，能够将所述中心节点接收到的所述局部放电数据通过GPRS网络可靠的传输给所述数据管理平台，使用方便并且费用极低。

实施例5

作为本发明的其他实施方式，所述新型电力电缆局部放电在线监测系统在所述XLPE电力电缆附件的裸露的环带状绝缘层3还设置有应力缓冲层，所述UHF传感器4环状包裹围绕在所述应力缓冲层的外侧。可以有效避免XLPE电力电缆附件发生热胀冷缩时导致UHF传感器4的崩裂。

作为本发明的其他实施方式，所述新型电力电缆局部放电在线监测系统还包括缠绕在两个所述外半导电层及所述UHF传感器4外表面的防水胶带层。使得两个所述外半导电层及所述UHF传感器4与XLPE电力电缆附件连接的更为牢固，并且具有防水的功能。

作为本发明的其他实施方式，所述新型电力电缆局部放电在线监测系统还包括在所述防水胶带层的外部设置的保护铜壳以及浇筑在所述防水胶带层与所述保护铜壳的内壁形成的空间内的防水密封胶层。能够有效增强UHF传感器4抵抗外界撞击的性能及防水性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，包括监测节点、中心节点和数据管理平台；其中，

所述监测节点安装在电力电缆的监测区域，用于完成对所述监测区域局部放电数据的采集，将所述局部放电数据通过无线通讯方式发送给所述中心节点；

所述监测节点进一步包括UHF传感器、馈线和防水N头；其中，

所述UHF传感器为片状传感器，所述片状传感器通过无缝焊接形成在XLPE电力电缆附件的环带状绝缘层的外表面，其中，所述XLPE电力电缆附件由内到外依次包括内半导电层、绝缘层和两个外半导电层，所述内半导电层内形成容纳所述XLPE电力电缆线芯接头的容纳部，所述绝缘层环状包裹在所述内半导电层外侧，两个所述外半导电层环状包裹在所述绝缘层外侧且分别位于所述绝缘层的端部，两个所述外半导电层之间为裸露的环带状绝缘层；

所述馈线，进一步包括线芯、位于所述线芯外的馈线绝缘层、以及馈线铜网；其中，

所述馈线的一端的线芯与所述UHF传感器连接，所述馈线的另一端引出；

所述馈线铜网接地；

所述防水N头，与所述馈线的引出端连接；

所述中心节点，通过无线通讯方式接收所述监测节点发送的所述局部放电数据，并将接收到的所述局部放电数据发送给所述数据管理平台；

所述数据管理平台，接收并保存所述中心节点发送的所述局部放电数据，并对所述局部放电数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述中心节点接收所述监测节点发送的局部放电数据，并将接收到的所述局部放电数据通过移动通讯网络发送给所述数据管理平台。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，距离所述中心节点最近的所述监测节点将采集的局部放电数据通过无线网络直接发送给所述中心节点；除距离所述中心节点最近的所述监测节点外的其他监测节点，将采集的局部放电数据顺次通过相邻的距离所述中心节点更近的所述监测节点，以中继转发的形式发送给所述中心节点。

4.根据权利要求1或2所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述的监测节点还包括局部放电数据采集模块、第一ZigBee模块、第一电源模块；其中，

所述局部放电数据采集模块，通过引出电缆与所述UHF传感器连接，接收所述UHF传感器发送的所述局部放电信号，对所述局部放电信号进行处理得到局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给第一ZigBee模块；

所述第一ZigBee模块，接收所述局部放电数据采集模块发送的所述局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给所述中心节点；

所述第一电源模块为所述局部放电数据采集模块和所述第一ZigBee模块供电。

5.根据权利要求1或2所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述的中心节点进一步包括第二ZigBee模块，第一移动通讯模块和第二电源模块，其中，

所述第二ZigBee模块，用于接收所述第一ZigBee模块发送的所述局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给第一移动通讯模块；

所述第一移动通讯模块，用于接收所述第二ZigBee模块发送的所述局部放电数据，并将所述局部放电数据发送给所述的数据管理平台；

所述第二电源模块为所述第二ZigBee模块和所述第一移动通讯模块供电。

6.根据权利要求1或2所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，数据管理平台进一步包括第二移动通讯模块和处理模块，其中，

第二移动通讯模块，用于接收所述第一移动通讯模块发送的所述局部放电数据，并将接收到的所述局部放电数据并发送给所述处理模块；

处理模块，用于接收所述第二移动通讯模块发送的所述局部放电数据并处理。

7.根据权利要求2所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述移动通讯网络为GPRS网络。

8.根据权利要求1所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，所述XLPE电力电缆附件的裸露的环带状绝缘层还设置有应力缓冲层，所述UHF传感器环状包裹围绕在所述应力缓冲层的外侧。

9.根据权利要求1所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，还包括缠绕在两个所述外半导电层及所述UHF传感器外表面的防水胶带层。

10.根据权利要求9所述的一种新型电力电缆局部放电在线监测系统，其特征在于，还包括在所述防水胶带层的外部设置的保护铜壳以及浇筑在所述防水胶带层与所述保护铜壳的内壁形成的空间内的防水密封胶层。

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