CN103941123A - 一种电缆绝缘在线监测系统 - Google Patents

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沈超
周华
鲍长庚
贾雅君
姚林朋
王大成
傅铭
顾悦
邱从明
周昊
章晓亮
朱伟剑
闫贻鹏
杨国健
叶清
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State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电缆绝缘在线监测系统,包括连接于负荷和主变压器的母线之间的若干根待测电缆,其特征在于,还包括若干局放传感器、信号分配箱、工控机、采集卡和专家系统,所述若干局放传感器一一对应地与所述若干根待测电缆的地线连接,所述若干局放传感器分别通过七芯电缆连接所述信号分配箱,所述信号分配箱通过并形接口与所述工控机相连,所述信号分配箱和所述采集卡相连,所述工控机通过PCI接口与所述采集卡相连,所述工控机和所述专家系统相连。本发明的电缆绝缘在线监测系统,通过监测待测电缆的地线上的电流变化作为判别电缆绝缘老化的特征信号。

Description

一种电缆绝缘在线监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电缆绝缘在线监测系统。
背景技术
[0002] 电缆绝缘的好坏是影响电缆安全可靠运行的关键因素,在电缆的实际运行过程中发现,大部分电缆故障是由于电缆绝缘发生劣化引起的,过去,我国广泛使用的预防性试验是采用定期停电进行试验的方法,属于离线检测。然而,随着电力供应的发展,这种停电试验的传统方法已愈来愈不能适应电力生产和供应的实际需要。因此研究电缆在线监测技术,可及时对电缆进行合理的维护、检修及更换,对保证电缆可靠运行具有重要的意义。
[0003] 近几年来,为了保障电缆的安全运行,我国在电缆绝缘在线监测技术上也得到了一定的发展。电缆的在线监测技术主要有直流分量法、直流叠加法、局部放电法及低频叠加法等。国外发达国家这些方法已经得到较广泛的应用,积累了丰富的经验,我国在线监测技术刚刚起步,不少学者、专家和研究单位对国外的监测技术和方法进行跟踪研究,在电缆绝缘在线监测领域,国内也有了大量的相关论文和研究成果,但是目前投入实际运行的在线监测产品还很少。因此有必要研究并开发一种新型的电缆绝缘在线监测装置,以满足电力及工矿企业对电缆绝缘的检测要求,提前给出电缆劣化的预警信息,以便防患于未然,提前对缺陷电缆进行更换或处理,避免恶性接地及短路故障的发生。
[0004] 在交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化击穿的过程中,接地线电流与绝缘电阻、绝缘电容曲线都存在过渡过程,过渡过程之前电流几乎不变,过渡之后电流迅速增加。原因是由于电缆绝缘都由电树枝最终发生击穿,而只有当电缆破坏大于某一程度时,电缆中电场的集中才会引发电树枝,使绝缘中电流迅速增大。
[0005] 交联聚乙烯电缆在绝缘老化直至击穿的过程中,接地线电流的变化是有一定趋势的,随着电缆局部老化的发展,接地线电流的各种关系曲线都存在着明显的“过渡期”,在过渡期前电流平稳,在过渡期后电流迅速增加,因此,这个“过渡期”可以看作电缆击穿故障的“预警期”,一旦电缆进入“预警期”也就意味着电缆绝缘进入老化期,应及早采取措施
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足,提供一种电缆绝缘在线监测系统,通过监测待测电缆的地线上的电流变化作为判别电缆绝缘老化的特征信号,可以满足电力及工矿企业对电缆绝缘的检测要求,提前给出电缆劣化的预警信息,以便防患于未然,提前对缺陷电缆进行更换或处理,避免恶性接地及短路故障的发生。
[0007] 实现上述目的的一种技术方案是:一种电缆绝缘在线监测系统,包括连接于负荷和主变压器的母线之间的若干根待测电缆,还包括若干局放传感器、信号分配箱、工控机、采集卡和专家系统,所述若干局放传感器一一对应地与所述若干根待测电缆的地线连接,所述若干局放传感器分别通过七芯电缆连接所述信号分配箱,所述信号分配箱通过并形接口与所述工控机相连,所述信号分配箱和所述采集卡相连,所述工控机通过PCI(Peripheral Component Interconnect,外设部件互连标准)接口与所述采集卡相连,所述工控机和所述专家系统相连,其中:
[0008] 所述各局放传感器分别采集相应的所述待测电缆的地线上的电流信号,并对相应的电流信号进行处理后输出差分电压信号给所述信号分配箱;
[0009] 所述信号分配箱接收来自所述各局放传感器的差分电压信号,将各所述差分电压信号转换成相应的单端电压信号,并在所述工控机的控制下将各所述单端电压信号传输给所述采集卡;
[0010] 所述采集卡将接收到的各所述单端电压信号转换成相应的数字信号进行存储,并通过所述PCI接口将各所述数字信号传输给所述工控机;
[0011] 所述工控机对接收的来自所述采集卡的各所述数字信号进行分析处理后,提取相应的信号特征值,并将各所述信号特征值传输给所述专家系统,所述工控机发出控制信号,并通过并形接口将该控制信号传输给所述信号分配箱;
[0012] 所述专家系统根据接收的各所述信号特征值判断相应的所述待测电缆的绝缘劣
化信息。
[0013] 上述的一种电缆绝缘在线监测系统中,所述每个局放传感器均包括罗氏线圈和信号调理电路,所述信号调理电路包括放大电路、滤波电路、单端转差分芯片,所述罗氏线圈、所述放大电路、所述滤波电路、所述单端转差分芯片依次相连,其中:
[0014] 所述罗氏线圈采集相应的所述待测电缆的地线上的电流信号,并将电流信号转化成电压信号输出给所述放大电路;
[0015] 所述放大电路对接收的来自所述罗氏线圈的电压信号进行放大处理后传输给所述滤波电路;
[0016] 所述滤波电路对接收的经过所述放大电路处理过的电压信号进行滤除干扰和工频信号处理后传输给所述单端转差分芯片;
[0017] 所述单端转差分芯片将接收的经过所述滤波电路处理过的电压信号转换成差分电压信号,并将所述差分电压信号传输给所述信号分配箱。
[0018] 上述的一种电缆绝缘在线监测系统中,所述信号分配箱包括电源模块和信号分配模块,所述信号分配模块包括差分转单端芯片、四个多路选择器、四个信号处理器和一个工频同步器;
[0019] 所述电源模块分别与所述信号分配模块和各所述局放传感器的所述信号调理电路相连;
[0020] 所述每个局放传感器的单端转差分芯片都与所述信号分配箱的差分转单端芯片相连;
[0021] 所述差分转单端芯片分别与所述四个多路选择器相连;
[0022] 所述四个多路选择器一一对应地与所述四个信号处理器相连;
[0023] 所述四个信号处理器均与所述采集卡相连;
[0024] 所述工频同步器与所述采集卡相连,所述工频同步器发出工频同步信号给所述采集卡,该工频同步信号用作所述采集卡的触发源;其中:
[0025] 所述差分转单端芯片将接收的来自各所述单端转差分芯片的差分电压信号转换成相应的单端电压信号,并将各所述单端电压信号传给所述四个多路选择器;[0026] 所述四个多路选择器根据来自所述工控机的控制信号将接收的各所述单端电压信号分批传给所述四个信号处理器;
[0027] 所述四个信号处理器分别对各自接收的单端电压信号进行滤波处理后传输给所述采集卡;
[0028] 所述采集卡将接收到的各经过所述四个信号处理器滤波处理后的单端电压信号转换成相应的数字信号进行存储。
[0029] 上述的一种电缆绝缘在线监测系统中,所述电源模块包括变压器、整流桥和电源芯片,所述变压器的原边外接工频电源,所述变压器的副边、所述整流桥和所述电源芯片依次相连,所述电源芯片分别与所述信号分配模块和各所述局放传感器的所述信号调理电路相连,其中:
[0030] 所述工频电源经过所述变压器降压后,再通过所述整流桥整流后输出直流电源到电源芯片,所述电源芯片将所述直流电源分别输送给所述信号分配模块和各所述局放传感器的所述信号调理电路。
[0031] 上述的一种电缆绝缘在线监测系统中,所述工控机包括工控机箱、键盘和鼠标,所述工控机箱内设有底板和工控主板,所述工控主板上设有CPU。
[0032] 上述的一种电缆绝缘在线监测系统中,所述工控机箱的型号为IPC-610P4,所述底板的型号为研华PCA-6114P4,所述工控主板的型号为研华PCA-6006LV,所述CPU的型号为P42.8GHz。
[0033] 本发明的一种电缆绝缘在线监测系统与现有技术相比的有益效果是:通过监测待测电缆的地线上的电流变化作为判别电缆绝缘老化的特征信号,可以满足电力及工矿企业对电缆绝缘的检测要求,提前给出电缆劣化的预警信息,以便防患于未然,提前对缺陷电缆进行更换或处理,避免恶性接地及短路故障的发生,准确性高。
附图说明
[0034] 图1为本发明的一种电缆绝缘在线监测系统的结构框图;
[0035] 图2为实施例中局放传感器的结构示意图;
[0036] 图3为实施例中信号分配箱的结构示意图;
[0037] 图4为实施例中信号分配箱的电源模块的结构示意图;
[0038] 图5为实施例中信号分配箱的信号分配模块的结构示意图。
具体实施方式
[0039] 本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解,下面通过具体地实施例,并结合附图进行详细地说明:
[0040] 请参阅图1,本发明的实施例,一种电缆绝缘在线监测系统,包括连接于负荷和主变压器I的母线之间的若干根待测电缆X,还包括若干局放传感器2、信号分配箱3、工控机
4、采集卡5和专家系统6,若干局放传感器2 —一对应地与若干根待测电缆X的地线连接,若干局放传感器2分别通过七芯电缆连接信号分配箱3,信号分配箱3通过并形接口与工控机4相连,信号分配箱3和采集卡5相连,工控机4通过PCI接口与采集卡5相连,工控机4和专家系统6相连。[0041] 本发明的电缆绝缘在线监测系统工作时,各局放传感器2分别采集相应的待测电缆X的地线上的电流信号,并对相应的电流信号进行处理后输出差分电压信号给信号分配箱3 ;工控机4发出控制信号,并通过并形接口将该控制信号传输给信号分配箱3 ;信号分配箱3接收来自各局放传感器2的差分电压信号,将各差分电压信号转换成相应的单端电压信号,并在工控机4的控制下将各单端电压信号传输给采集卡5 ;采集卡5将接收到的各单端电压信号转换成相应的数字信号进行存储,并通过PCI接口将各数字信号传输给工控机4 ;工控机4对接收的来自采集卡5的各数字信号进行分析处理后,提取相应的信号特征值,并将各所述信号特征值传输给专家系统6 ;专家系统6根据接收的各信号特征值判断相应的待测电缆X的绝缘劣化信息。
[0042] 再请参阅图2,每个局放传感器2均包括罗氏线圈21和信号调理电路22,信号调理电路22包括放大电路221、滤波电路222、单端转差分芯片223,罗氏线圈21、放大电路221、滤波电路222、单端转差分芯片223依次相连。局放传感器2工作时,罗氏线圈21采集相应的待测电缆X的地线上的电流信号,并将电流信号转化成电压信号输出给放大电路
221 ;放大电路221对接收的来自罗氏线圈21的电压信号进行放大处理后传输给滤波电路
222 ;滤波电路222对接收的经过放大电路221处理过的电压信号进行滤除干扰和工频信号处理后传输给单端转差分芯片223 ;单端转差分芯片223将接收的经过滤波电路222处理过的电压信号转换成差分电压信号,并将差分电压信号传输给信号分配箱3。
[0043] 应用罗氏线圈21采集待测电缆X地线上的局部放电信号,由于罗氏线圈的测量回路与待测电缆X之间没有直接的电气连接,故其结构简单,无饱和现象,能很好的抑制外界噪声,且安装简便,该罗氏线圈21灵敏度高,带宽超过10M。
[0044] 信号调理电路22的主要特点有:
[0045] ①高输入阻抗、低输出阻抗:罗氏线圈21是无源器件,只有很低的带负载能力,如果信号调理电路22的输入阻抗过小,就会使罗氏线圈21的输出电压产生偏差,这将会导致测量结果的不准确;低输出阻抗的目的是希望将后级电路对测量结果的影响降到最低;
[0046] ②单端电压输入、差分电压输出:罗氏线圈21的输出电压为单端信号,而局放传感器2的位置与信号分配箱3的位置相差几十米,这么长的传播距离将会导致单端电压信号中耦合进很强的共模干扰;所以为了尽量减小共模干扰对测量结果的影响,局放传感器2与信号分配箱3之间的电压传输采用差分电压信号。
[0047] 本实施例的信号调理电路22中,放大电路221的作用是将罗氏线圈21的微小电压信号放大,其放大倍数可以根据输入信号GainSetO来改变,共有100倍和10倍两个级别;滤波电路222采用二阶带通滤波结构,作用是滤除干扰和工频信号;单端转差分芯片223可以将单端电压信号转换成差分电压信号,这样适合于长距离的传输;通过GainSetO,信号分配箱3可以对信号调理电路22的放大倍数进行调整。
[0048] 信号调理电路22可以集成在一起,信号调理电路22的一侧接头接于罗氏线圈21,有两芯航空插头和BNC插头两种;另一侧接头为七芯航空插头,用于连接信号分配箱3,。
[0049] 信号分配箱3的作用是:在工控机4的控制下,将各局放传感器2的信号有规律的分配给采集卡5进行采样,同时向各局放传感器2中信号调理电路22提供工作电压。信号分配箱3由工频电源供电;信号分配箱3机箱的后面板上有四个航空插头,分别接至相应局放传感器2的信号调理电路22 ;—个并行接口接至工控机4,接受工控机4发出的控制信号;四条BNC高频线接至采集卡5。
[0050] 再请参阅图3,信号分配箱3包括电源模块31和信号分配模块32,电源模块31分别与信号分配模块32和各局放传感器2的信号调理电路22相连,该电源模块31分别为信号分配模块32和各局放传感器2的信号调理电路22供电。
[0051] 再请参阅图4,电源模块31包括变压器311、整流桥312和电源芯片313,变压器311的原边外接工频电源,变压器311的副边、整流桥312和电源芯片313依次相连,电源芯片313分别与信号分配模块32和各局放传感器2的信号调理电路22相连。电源模块31的工作流程是:工频电源经过变压器311降压后,再通过整流桥312整流后输出直流电源到电源芯片313,电源芯片313将直流电源分别输送给信号分配模块32和各局放传感器2的信号调理电路22。
[0052] 再请参阅图5,信号分配模块32包括差分转单端芯片321、四个多路选择器322、四个信号处理器323和一个工频同步器324。
[0053] 每个局放传感器2的单端转差分芯片223都与信号分配箱3的差分转单端芯片321相连;差分转单端芯片321分别与四个多路选择器322相连;四个多路选择器322 —一对应地与四个信号处理器323相连;四个信号处理器323均与采集卡5相连;工频同步器324与采集卡5相连,工频同步器324发出工频同步信号给采集卡5,该工频同步信号用作采集卡5的触发源。
[0054] 信号分配模块32的工作流程,差分转单端芯片321将接收的来自各所述单端转差分芯片223的差分电压信号转换成相应的单端电压信号,并将各单端电压信号传给四个多路选择器322 ;四个多路选择器322根据来自工控机4的控制信号将接收的各单端电压信号分批传给四个信号处理器323 ;四个信号处理器323分别对各自接收的单端电压信号进行滤波处理后传输给采集卡5 ;采集卡5将接收到的各经过四个信号处理器323滤波处理后的单端电压信号转换成相应的数字信号进行存储。
[0055] 信号分配模块32按照三十路输入信号设计,每次有四路信号传输到工控机4内的采集卡5。共使用了四个模拟开关对四路信号进行通道的切换,模拟开关的控制是由工控机4通过并行接口对信号分配箱3发送控制信号来实现的。信号分配模块32的功能是:
[0056] I)将来自各路局放传感器2的差分电压信号转换为单端电压信号;
[0057] 2)在工控机4的控制信号的作用下,通过多路选择器322,将各个通道的单端电压信号送至采集卡5处理;
[0058] 3)信号处理器323的作用是滤除干扰和工频信号;
[0059] 4)工频同步器324的作用是提供工频同步信号给采集卡5作为触发源。
[0060] 工控机4包括工控机箱、键盘和鼠标,工控机箱内设有底板和工控主板,所述工控主板上设有CPU。工控机箱的型号为IPC-610P4,所述底板的型号为研华PCA-6114P4,所述工控主板的型号为研华PCA-6006LV,所述CPU的型号为P42.8GHz。
[0061 ] 本实施例中,工控机4采用IPC-610P4机箱、研华PCA-6114P4底板、研华PCA-6006LV 工控主板、P42.8GHz CPU、2 个 IG DDR 内存、500GIDE 硬盘、10/100M 网卡、52X 光驱、标准键盘+光电鼠标、2个USB接口、两个串行接口以及一个并行接口。
[0062] 工控机4的主要作用有:
[0063] ①通过并并行接口对信号分配箱3发出控制信号,配合采集卡5进行采样;[0064] ②对采集卡5采集到的数据进行分析处理,提取信号特征值;
[0065] ③完成人机交流界面的功能。
[0066] 专家系统6根据接收的各信号特征值判断相应的待测电缆X的绝缘劣化信息。有效监测电缆的绝缘状态,为电缆绝缘劣化的检测和监视提供切实可行的支撑,帮助用户尽早发现电缆的潜在绝缘缺陷,提早安排检修和维护,从而使供电运行安全、可靠,使电气设备得到及时的维护,减少损失,降低生产成本。
[0067] 综上所述,本发明的电缆绝缘在线监测系统,通过监测待测电缆的地线上的电流变化作为判别电缆绝缘老化的特征信号,可以满足电力及工矿企业对电缆绝缘的检测要求,提前给出电缆劣化的预警信息,以便防患于未然,提前对缺陷电缆进行更换或处理,避免恶性接地及短路故障的发生。
[0068] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种电缆绝缘在线监测系统,包括连接于负荷和主变压器的母线之间的若干根待测电缆,其特征在于,还包括若干局放传感器、信号分配箱、工控机、采集卡和专家系统,所述若干局放传感器一一对应地与所述若干根待测电缆的地线连接,所述若干局放传感器分别通过七芯电缆连接所述信号分配箱,所述信号分配箱通过并形接口与所述工控机相连,所述信号分配箱和所述采集卡相连,所述工控机通过PCI接口与所述采集卡相连,所述工控机和所述专家系统相连,其中: 所述各局放传感器分别采集相应的所述待测电缆的地线上的电流信号,并对相应的电流信号进行处理后输出差分电压信号给所述信号分配箱; 所述信号分配箱接收来自所述各局放传感器的差分电压信号,将各所述差分电压信号转换成相应的单端电压信号,并在所述工控机的控制下将各所述单端电压信号传输给所述采集卡; 所述采集卡将接收到的各所述单端电压信号转换成相应的数字信号进行存储,并通过所述PCI接口将各所述数字信号传输给所述工控机; 所述工控机对接收的来自所述采集卡的各所述数字信号进行分析处理后,提取相应的信号特征值,并将各所述信号特征值传输给所述专家系统,所述工控机发出控制信号,并通过并形接口将该控制信号传输给所述信号分配箱; 所述专家系统根据接收的各所述信号特征值判断相应的所述待测电缆的绝缘劣化信肩、O
2.根据权利要求1所 述的一种电缆绝缘在线监测系统,其特征在于,所述每个局放传感器均包括罗氏线圈和信号调理电路,所述信号调理电路包括放大电路、滤波电路、单端转差分芯片,所述罗氏线圈、所述放大电路、所述滤波电路、所述单端转差分芯片依次相连,其中: 所述罗氏线圈采集相应的所述待测电缆的地线上的电流信号,并将电流信号转化成电压信号输出给所述放大电路; 所述放大电路对接收的来自所述罗氏线圈的电压信号进行放大处理后传输给所述滤波电路; 所述滤波电路对接收的经过所述放大电路处理过的电压信号进行滤除干扰和工频信号处理后传输给所述单端转差分芯片; 所述单端转差分芯片将接收的经过所述滤波电路处理过的电压信号转换成差分电压信号,并将所述差分电压信号传输给所述信号分配箱。
3.根据权利要求2所述的一种电缆绝缘在线监测系统,其特征在于,所述信号分配箱包括电源模块和信号分配模块,所述信号分配模块包括差分转单端芯片、四个多路选择器、四个信号处理器和一个工频同步器; 所述电源模块分别与所述信号分配模块和各所述局放传感器的所述信号调理电路相连; 所述每个局放传感器的单端转差分芯片都与所述信号分配箱的差分转单端芯片相连; 所述差分转单端芯片分别与所述四个多路选择器相连; 所述四个多路选择器一一对应地与所述四个信号处理器相连;所述 四个信号处理器均与所述采集卡相连; 所述工频同步器与所述采集卡相连,所述工频同步器发出工频同步信号给所述采集卡,该工频同步信号用作所述采集卡的触发源;其中: 所述差分转单端芯片将接收的来自各所述单端转差分芯片的差分电压信号转换成相应的单端电压信号,并将各所述单端电压信号传给所述四个多路选择器; 所述四个多路选择器根据来自所述工控机的控制信号将接收的各所述单端电压信号分批传给所述四个信号处理器; 所述四个信号处理器分别对各自接收的单端电压信号进行滤波处理后传输给所述采集卡; 所述采集卡将接收到的各经过所述四个信号处理器滤波处理后的单端电压信号转换成相应的数字信号进行存储。
4.根据权利要求3所述的一种电缆绝缘在线监测系统,其特征在于,所述电源模块包括变压器、整流桥和电源芯片,所述变压器的原边外接工频电源,所述变压器的副边、所述整流桥和所述电源芯片依次相连,所述电源芯片分别与所述信号分配模块和各所述局放传感器的所述信号调理电路,其中: 所述工频电源经过所述变压器降压后,再通过所述整流桥整流后输出直流电源到电源芯片,所述电源芯片将所述直流电源分别输送给所述信号分配模块和各所述局放传感器的所述信号调理电路。
5.根据权利要求1所述的一种电缆绝缘在线监测系统,其特征在于,所述工控机包括工控机箱、键盘和鼠标,所述工控机箱内设有底板和工控主板,所述工控主板上设有CPU。
6.根据权利要求5所述的一种电缆绝缘在线监测系统,其特征在于,所述工控机箱的型号为IPC-610P4,所述底板的型号为研华PCA-6114P4,所述工控主板的型号为研华PCA-6006LV。
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