CN105445606A - 一种基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于形变测量的高压电力电缆接头内部过热故障监测方法，方法基于电力电缆接头发生偏心或者局部位置绝缘材料老化情况下，电缆接头局部位置场强较大，易发生局部放电。局部位置能量由电能转化为内能，电缆接头表面交联聚乙烯因受热发生形变，本方法将通过环绕在电缆接头表面的电阻应变片阵列测量电缆接头表面形变的变化，并将电阻应变片电阻变化转化为电压变化信号，信号经放大滤波处理后进入微控制器，微控制器根据检测的信号分析电缆接头表面的应变分布，通过显示器实时显示电缆接头各个方位应变情况，并得出电缆接头偏心或者局部位置绝缘材料老化的电缆接头运行状态。

Description

一种基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法
技术领域
本发明涉及一种高压电力电缆接头热故障监测领域，特别是一种基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法。
背景技术
目前，电缆电力网络供电取代原有的架空线路供电已成为城市电网发展的必然趋势。随着电力电缆广泛使用，电力电缆发生故障的事件屡见报端。一旦电缆发生事故，不仅会有大量的电力电缆损坏，而且还会导致一些工厂企业停电和大量的居民无法得到正常的电力供应，严重影响了人们的日常生活和给国家和人民带来巨大的损失。电力电缆发生故障时，也有很大一部分原因是电缆接头因施工工艺不佳造成电缆接头发生偏心或者因为电缆接头处的材料敷设存在气隙等原因造成电缆接头位置局部场强过大，发生局部放电，长期运行下去造成电缆接头绝缘破坏，引发绝缘击穿，影响电力正常供应。
鉴于电缆接头连接组成的电力网络的重要性，电缆接头任何一处出现故障都会影响电力正常供应，因此有必要开展对电缆接头的运行状态的监测，选取电缆接头因局部放电转化的内能造成电缆接头的交联聚乙烯形变参数作为电缆接头运行状态参数，经过对电缆接头一周应变参数分析即可判断得出电缆接头运行状态，及时排除故障隐患。
发明内容
本发明的目的就是提供一种基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，利用该方法对电缆接头运行状态进行实时监测，为电力安全运行提供保障。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现：
本发明提供的一种基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，包括以下步骤：
将电阻应变片组成的环形阵列应变片并设置于电缆接头表面；
利用环形阵列应变片采集电缆接头实时信号；
对实时信号进行数据预处理；
采集预处理信号并计算电缆接头运行状态；
输出电缆接头的运行状态信号。
进一步，所述数据预处理包括以下步骤：
获取电阻应变片上电流信号；通过跨阻放大器将电流信号转化为电压信号，所述电压信号经放大滤波电路处理后输入到微控制器。
进一步，所述运行状态信号的获取包括以下步骤：
微控制器根据检测的电压信号，依据计算出电缆接头表面的应变变化与应变分布；
通过显示器实时显示电缆接头各个方位形变的变化情况，并得出电缆接头偏心或者局部位置绝缘材料老化的电缆接头运行状态。
进一步，所述电阻应变传感器阵列排布按照电缆接头轴向位置均匀排布一周片。
进一步，所述电阻信号转化为电压信号电路为应变电阻片的电流信号流经跨阻放大器将电流信号转化为电压信号。
进一步，所述的放大电路为二级放大电路，所述放大电路采用单极性电源供电，将放大电压钳位在0～5V。
进一步，所述滤波电路为有源低通滤波电路，该滤波电路截止频率为50Hz。
进一步，所述微控制器为基于ARM的STM32系列微控制器。
本发明采用应变片来采集电缆接头运行状态实时监测信号，选取电缆接头因局部放电转化的内能造成电缆接头的交联聚乙烯形变参数作为电缆接头运行状态参数，经过对电缆接头一周应变参数分析即可判断得出电缆接头运行状态，及时排除故障隐患。
将电阻应变片组成的环形阵列电缆接头表面，当电缆接头发生局部放电时，电缆接头发生形变，电阻应变片的电阻发生变化，电阻应变片上电流发生改变，通过跨阻放大器转化为电压信号，信号经放大滤波处理后进入微控制器，微控制器根据检测的信号分析电缆接头表面的应变分布，通过显示器实时显示电缆接头各个方位形变的变化情况，并得出电缆接头偏心或者局部位置绝缘材料老化的电缆接头运行状态。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本实施例提供的基于形变测量的高压电力电缆接头内部过热故障监测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图所示，本实施例提供的一种基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，包括以下步骤：
将电阻应变片组成的环形阵列应变片并设置于电缆接头表面；
利用环形阵列应变片采集电缆接头实时信号；
将实时信号输入到数据预处理单元中进行数据预处理；
微控制器采集预处理信号并计算电缆接头运行状态；输出电缆接头的运行状态信号。
所述数据预处理包括以下步骤：
获取电阻应变片上电流信号；通过跨阻放大器将电流信号转化为电压信号，所述电压信号经放大滤波电路处理后输入到微控制器。
所述运行状态信号的获取包括以下步骤：
微控制器通过自带的A/D模块将数据处理单元的信号转化为数字信号；
微控制器存储来A/D单元数字信号，并计算依据计算电缆接头表面的应变变化。其中，ε为应变值，K为电阻应变片灵敏度系数，ΔR为电阻应变片电阻变化率。
微控制器根据计算得到的电缆接头表面应变值ε通过显示器实时显示电缆接头表面各个方位形变的变化情况，监测人员根据监测结果得出电缆接头偏心或者局部位置绝缘材料老化的电缆接头运行状态。
所述电阻应变传感器阵列排布按照电缆接头轴向位置均匀排布一周片。
所述电阻信号转化为电压信号电路为应变电阻片的电流信号流经跨阻放大器将电流信号转化为电压信号。
所述的放大电路为二级放大电路，所述放大电路采用单极性+5V电源供电，将放大电压钳位在0～5V。
所述滤波电路为有源低通滤波电路，该滤波电路截止频率为50Hz。
所述微控制器为基于ARM的STM32系列微控制器。
所述显示电路为具有人机交互功能的液晶显示触摸屏。
本实施例提供的基于形变测量的高压电力电缆接头内部过热故障监测方法，包括应变信号拾取电路和信号处理和显示电路；
其中，应变信号拾取电路为电阻应变片阵列，将电阻应变片按电缆接头轴向方向布置环形的电阻应变片阵列，应变片均匀排布并紧贴于电缆接头表面；
信号处理电路为电阻转化为电压信号电路、放大滤波电路、微控制器组成，应变片阵列获取的信号通过电子开关分时传送至跨阻放大器电路、放大滤波电路、最后进入微控制器中进行数据采集和数据处理；
显示电路为具有人机交互功能的液晶触摸显示器，该显示器能够提供实时数据显示和历史数据查询。所述电阻应变片阵列数量为12片，均匀排布在电缆接头一周，应变片按序号0～11号。所述的信号处理电路电子开关通过微控制器定时选通0～11号电阻应变片的信号后进入跨阻放大器构成电路、放大滤波电路、最后进入为控制器中进行数据采集和数据处理。所述的显示电路的液晶触摸显示器可以通过运检人员进行应变偏差阈值设定，对超过阈值的信号进行在显示器上进行预警显示，并能提供历史数据查询，实时数据显示功能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
将电阻应变片组成的环形阵列设置于电缆接头表面；
利用环形阵列应变片采集电缆接头实时信号；
对实时信号进行数据预处理；
采集预处理信号并计算电缆接头运行状态；
输出电缆接头的运行状态信号。
2.如权利要求1所述的基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，其特征在于：所述数据预处理包括以下步骤：
获取电阻应变片上电流信号；通过跨阻放大器将电流信号转化为电压信号，所述电压信号经放大滤波电路处理后输入到微控制器。
3.如权利要求1所述的基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，其特征在于：所述运行状态的获取包括以下步骤：
微控制器通过自带的A/D模块将数据处理单元的信号转化为数字信号；
微控制器存储来A/D单元数字信号，并计算依据计算电缆接头表面的应变变化；其中，ε为应变值，K为电阻应变片灵敏度系数，ΔR为电阻应变片电阻变化率。
4.如权利要求1所述的基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，其特征在于：所述电阻应变传感器阵列排布按照电缆接头轴向位置均匀排布一周片。
5.如权利要求2所述的方法基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，其特征在于，所述电阻信号转化为电压信号电路为应变电阻片的电流信号流经跨阻放大器将电流信号转化为电压信号。
6.如权利要求2所述的基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，其特征在于，所述的放大电路为二级放大电路，所述放大电路采用单极性电源供电，将放大电压钳位在0～5V。
7.如权利要求1所述的基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，其特征在于，所述滤波电路为有源低通滤波电路，该滤波电路截止频率为50Hz。
8.如权利要求1所述的基于形变测量的高压电力电缆接头故障监测方法，其特征在于，所述微控制器为基于ARM的STM32系列微控制器。
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