CN105629136B - 电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其中：实时数据采集模块采集电缆的放电数据；数据自动分析与处理模块对数据进行处理和分析，计算出电缆的对地泄露容抗和阻抗，通过对地泄露容抗和阻抗的变化趋势，表征电缆绝缘状态变化，以长期测量计算的平均值作为基准值，设定预警阀值，将实时测量结果与基准值相比较，得出相对偏差，以该偏差与预警阀值比较；变化曲线绘制模块绘制实时电缆绝缘变化曲线，得出电缆绝缘变化趋势曲线、绘制阻抗变化曲线；电缆绝缘故障预警模块给出预警；数据库模块用于存储采集的数据以及上述各个模块的结果。本发明能自动进行监控和故障诊断，对电缆绝缘监测及故障选线的准确性方面提供了有力和可靠保障。

Description

电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统

技术领域

本发明涉及一种电缆供电技术领域，具体地，涉及电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统。

背景技术

电缆供电以其安全、可靠、有利于美化城市与厂矿布局等优点，获得了越来越广泛的应用。电缆能适应地下、水底等各种敷设环境，能满足长期、安全传输电能的需要…。电缆供电对人身比较安全，自然气象因素(如风雨、雷电、污秽等)和周围环境对电缆的影响较小。电缆多埋于地下，一旦发生故障寻找起来十分困难，不仅浪费大量的人力、物力，而且会造成难以估量的停电损失。如何准确、迅速、经济地查寻电缆故障便成了供电部门日益关注的问题。

电缆绝缘的好坏是影响电缆安全可靠运行的关键因素。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。预防性试验的缺点主要有：必须停电进行试验，容易造成供电中断：不能根据电缆的绝缘状况，有选择地进行试验，而是对所有电缆都进行试验，这样会使绝缘完好的电缆由于多次试验而导致电缆绝缘性能加速劣化；容易对电缆造成“累积效应”、“整流效应"等。因此，电缆绝缘状态在线自动监测与诊断技术将成为电缆绝缘诊断的必然发展趋势。

中国发明专利申请CN201410150637.9，提供了一种电缆绝缘在线监测系统，该发明公开了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。该系统虽然仅给出了在线监测的硬件描述，无法实现自动诊断，也没有涉及实现在线自动监测与诊断的详细处理技术。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，对电缆绝缘监测及故障选线的准确性方面提供了有力和可靠保障。

为实现上述目的，本发明所述的电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，包括：实时数据采集模块、数据自动分析与处理模块、变化曲线绘制模块、电缆绝缘故障预警模块和数据库模块，其中：

所述实时数据采集模块，从变电站现场采集电缆的放电数据，实时测量电缆护套接地电流和相电压，并将结果存储到所述数据库模块，以供数据自动分析与处理模块调用；

所述数据自动分析与处理模块，对所述实时数据采集模块的数据进行处理和分析，通过数字信号频谱分析方法分别计算出电缆的对地泄露容抗和阻抗，通过对地泄露容抗和阻抗的变化趋势，表征电缆绝缘状态变化，并将计算结果输出到所述变化曲线绘制模块，同时保存到数据库模块；该模块还以长期测量计算的平均值作为基准值，设定预警阀值，将实时测量结果与基准值相比较，得出相对偏差，以该偏差与预警阀值比较，并将比较结果输出到电缆绝缘故障预警模块；

所述变化曲线绘制模块，根据所述数据自动分析与处理模块的处理结果，绘制实时电缆绝缘变化曲线，对该曲线进行小波处理，得出电缆绝缘变化趋势曲线；同时周期性测量并记录电缆对地阻抗，并绘制阻抗变化曲线；所述变化曲线绘制模块的结果存入所述数据库模块，并供电缆绝缘故障预警模块调用；

所述电缆绝缘故障预警模块，当所述数据自动分析与处理模块计算的偏差超过预警阀值，则给出电缆绝缘老化的预警；根据所述变化曲线绘制模块的电缆绝缘变化趋势曲线的当前斜率，如超过设定的预警阀值，给出预警；实时监测电缆瞬间漏电现象，统计分析电缆瞬间漏电概率，给出预警；所有预警的结果信息都存入数据库模块；

所述数据库模块，用于存储采集的数据以及上述各个模块的结果，所有数据记录和长期监测的趋势图均可以通过数据库进行查询。

进一步的，所述系统还包括专家系统模块，所述专家系统模块根据上述各个模块的信息，通过网络远程协助确认故障情况，保证诊断结果的准确性。

进一步的，所述系统还包括波形分析模块，所述波形分析模块根据采集的数据进行波形分析处理，同时显示多个通道波形，具有波形缩放、通道选择、游标显示功能；并能通过工具界面进行人工波形分析，以确定电缆自恢复故障点的位置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的系统能自动进行监控和故障诊断，减少了人工巡查费用，加大管理人员对设备运行和故障信息掌握的及时度，提高排除故障的效率，提高电力参数的准确性。

本发明提供的系统，解决了管理人员对故障信息不能及时掌握的问题，当其中某一条电缆发生故障时，需要派出大量人力到各个支路逐个查找故障点，故障点的判断、查找非常慢。在该系统投入使用以后，可以节省巡查人员的各种费用。利用系统的电力监测功能以及故障点的查找功能，替代以往的人工巡检，大大提高准确率，同时每个线路的电力参数可及时掌握，保证了电路的正常维护。一旦出现问题，系统会发出报警，利于及时查找和处理问题。本系统能进一步将电缆发生异常时间、数值参数记录下来，这一功能对于无人值守变电室尤其重要。

综上，本发明所述系统使得电力电缆运行可靠性大大提高，降低企业的管理成本，提高管理决策效率，提升了企业的综合管理水平。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中的系统结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，包括：实时数据采集模块、数据自动分析与处理模块、变化曲线绘制模块、电缆绝缘故障预警模块和数据库模块，其中：

所述实时数据采集模块，从变电站现场采集电缆的放电数据，实时测量电缆护套接地电流和相电压，并将结果存储到所述数据库模块，以供数据自动分析与处理模块调用；

所述数据自动分析与处理模块，对所述实时数据采集模块的数据进行处理和分析，通过数字信号频谱分析方法分别计算出电缆的对地泄露容抗和阻抗，通过对地泄露容抗和阻抗的变化趋势，表征电缆绝缘状态变化，并将计算结果输出到所述变化曲线绘制模块，同时保存到数据库模块；该模块还以长期测量计算的平均值作为基准值，设定预警阀值，将实时测量结果与基准值相比较，得出相对偏差，以该偏差与预警阀值比较，并将比较结果输出到电缆绝缘故障预警模块；

所述变化曲线绘制模块，根据所述数据自动分析与处理模块的处理结果，绘制实时电缆绝缘变化曲线，对该曲线进行小波处理，得出电缆绝缘变化趋势曲线；同时周期性测量并记录电缆对地阻抗，并绘制阻抗变化曲线；所述变化曲线绘制模块的结果存入所述数据库模块，并供电缆绝缘故障预警模块调用；

所述电缆绝缘故障预警模块，当所述数据自动分析与处理模块计算的偏差超过预警阀值，则给出电缆绝缘老化的预警；根据所述变化曲线绘制模块的电缆绝缘变化趋势曲线的当前斜率，如超过设定的预警阀值，给出预警；实时监测电缆瞬间漏电现象，统计分析电缆瞬间漏电概率，给出预警；所有预警的结果信息都存入数据库模块；

所述数据库模块，用于存储采集的数据以及上述各个模块的结果，所有数据记录和长期监测的趋势图均可以通过数据库进行查询。

以下对上述一些重要模块做进一步说明：

1、实时数据采集模块

实时数据采集模块可以通过在变电站现场安装的多个传感器和采集设备采集电缆的线路信号，并进行一般的信号调理。

进一步的，在实时数据采集模块中，设置站点模拟图和实时采样图，站点模拟图能够提供直观的观察显示，可以方便的观察各电缆每次采样得到的指定参数值以及电缆目前的状态，而实时采样图则详细显示各电缆采样得到的数据。

为了满足系统实时性要求，实时数据采集模块提供参数和采集控制输入，并采用多线程进行设计，在数据采集过程中，能及时响应用户的输入，并实时交互，显示实时数据采集模块当前的信息和状态，包括采集的数据和采样的状态等。

实时数据采集模块采集的信号输入到所述数据自动分析与处理模块，并保存在数据库模块中，以便进一步分析和调用。

2、数据自动分析与处理模块

实时数据采集模块采集得到实时数据后，数据自动分析与处理模块对数据进行相关处理，得到有效的特征信息，为局部放电判断提供依据。

数据自动分析与处理模块对采集的数据进行分析和处理形成的各种图谱、特征参数。

比如，在现场检测中，影响局部放电的干扰大致可以分为窄带干扰、白噪声干扰和脉冲型干扰。针对这三种类型的干扰，数据自动分析与处理模块分别采用基于FFT的窄带干扰抑制算法、基于小波的消噪算法和基于神经网络(NN)的滤波算法进行处理。

同时，数据自动分析与处理模块提供了各种分析处理手段对信号进行处理。在大量模型实验和实际数据测试的基础上，系统地提取出局部放电各种类型的特征参数，构建各种缺陷对应的局部放电指纹特征库。

进一步的，数据自动分析与处理模块由局部放电的宽频时域数据提取出若干表征放电强度的统计特征参数，如表1所示，通过这些特征参数可以对局部放电进行趋势分析。

表1 局放特征参数表

参数名称	定义
		阈值	有效局放脉冲幅值的下限
窄带局放信号	局放数据在某窄带频率范围内信号的峰值
		最大放电量	单个工频周期内局放脉冲幅值的最大值
平均放电量	单个工频周期内局放脉冲幅值的平均值
		平均放电电流	流过传感器端电阻的平均电流
均方率	局放脉冲幅值的均方数值
		NQN	标准化的放电次数
放电次数	单个工频周期内发生放电的次数

数据自动分析与处理模块由局部放电的相位分布图谱可以提取出一系列表征放电类型的相位分布特征参数，如表2所示。通过相位分布特征参数可以对局部放电进行相似分析。

表2 相位分布特征参数表

不同类型的绝缘缺陷产生的局放在相位分布图谱上有较为明显的差别。

数据自动分析与处理模块，对实时数据采集模块的数据进行上述处理和分析，并进一步通过数字信号频谱分析方法分别计算出电缆的对地泄露容抗和阻抗，通过对地泄露容抗和阻抗的变化趋势，表征电缆绝缘状态变化，然后将计算结果输出到变化曲线绘制模块，同时保存到数据库模块。

数据自动分析与处理模块还以长期测量计算的平均值作为基准值，设定预警阀值，将实时测量结果与基准值相比较，得出相对偏差，以该偏差与预警阀值比较，并将比较结果输出到电缆绝缘故障预警模块。所述实时测量结果，可以是上述各种信号，比如电缆的对地泄露容抗和阻抗等。

3、数据库模块

在一实施例中，所述数据库模块可以是SQL Server数据库，比如，将实时采样的数据经过处理后保存在SQL Server数据库中。并可以通过对数据库中的历史数据进行分析处理，描述系统的放电趋势，并根据信号的特点，判断出可能的信号类型。

所述数据库模块提供数据库查询接口，可以查询数据库中的所有数据记录和长期监测的趋势图。

所述数据库模块中提供特征图谱、指纹图、记录表查询，其中：

特征图谱，由数据分析与处理模块分析后生成，提供数据自动分析与处理模块中形成的各种图谱的查询，特征图谱包括：最大放电量相位分布、平均放电量相位分布、放电次数相位分布、放电幅值分布、放电能量分布图谱和三维φ-Q-N图谱等；具体的：

最大放电量相位分布图谱，表示各个相位区间的最大放电量。

平均放电量相位分布图谱，表示各个相位区间的平均放电量。

放电次数相位分布图谱，表示各个相位区间的放电次数。

放电幅值分布图谱，表示对不同幅值的放电次数的统计。

放电能量分布图谱，表示对不同幅值的放电能量的统计。

三维φ-Q-N图谱，全面地反映放电量、放电次数和放电相位之间的关系。

指纹图，显示一组数据对应的局部放电参数的指纹图。

记录表，显示数据记录的信息并提供模式识别方法。

本发明数据库模块，主要是用于存储采集的数据以及上述各个模块的结果，比如上述数据自动分析与处理模块中形成的各种图谱，数据库模块同时提供这些数据、图谱的查询，所有数据记录和长期监测的趋势图均可以通过数据库进行查询。

4、专家系统模块

所述系统还包括专家系统模块，所述专家系统模块根据上述各个模块的信息，通过网络远程协助确认故障情况，保证诊断结果的准确性。

专家系统模块具有下列作用：

专家系统模块最终将电缆绝缘状态分成正常和注意两个级别，并可以根据当前数据库的数据和知识评估电缆绝缘状态，给出电缆局部放电类型和置信度。电缆信号类型分为：电晕、内部放电、沿面放电、悬浮放电和噪声干扰。

专家系统模块可支持多条线路，将各条线路进行比较分析。

专家系统模块支持模糊知识和模糊推理，更加符合实际情况。

专家系统模块支持远程监控，专家和用户可以通过远程监控系统的运行情况。当有情况发生时，专家可以通过网络远程协助确认故障情况。

同时，专家系统模块具备以下功能：自动分析与故障诊断；显示检测数据记录的二维和三维图谱；显示特征参数的历史趋势，并提供数据回溯功能；具备多电缆比较功能；具备详细的操作与诊断日志。

本发明变化曲线绘制模块、电缆绝缘故障预警模块、波形分析模块等具体实现的技术可以采用现有技术实现，在此不再赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其特征在于包括：实时数据采集模块、数据自动分析与处理模块、变化曲线绘制模块、电缆绝缘故障预警模块和数据库模块，其中：

所述实时数据采集模块，从变电站现场采集电缆的放电数据，实时测量电缆护套接地电流和相电压，并将结果存储到所述数据库模块，以供数据自动分析与处理模块调用；

所述数据自动分析与处理模块，对所述实时数据采集模块的数据进行处理和分析，通过数字信号频谱分析方法分别计算出电缆的对地泄漏容抗和阻抗，通过对地泄漏容抗和阻抗的变化趋势，表征电缆绝缘状态变化，并将计算结果输出到所述变化曲线绘制模块，同时保存到数据库模块；该模块还以长期测量计算的平均值作为基准值，设定预警阀值，将实时测量结果与基准值相比较，得出相对偏差，以该偏差与预警阀值比较，并将比较结果输出到电缆绝缘故障预警模块；

所述变化曲线绘制模块，根据所述数据自动分析与处理模块的处理结果，绘制实时电缆绝缘变化曲线，对该曲线进行小波处理，得出电缆绝缘变化趋势曲线；同时周期性测量并记录电缆对地阻抗，并绘制阻抗变化曲线；所述变化曲线绘制模块的结果存入所述数据库模块，并供电缆绝缘故障预警模块调用；

所述电缆绝缘故障预警模块，当所述数据自动分析与处理模块计算的偏差超过偏差预警阀值，则给出电缆绝缘老化的预警；根据所述变化曲线绘制模块的电缆绝缘变化趋势曲线的当前斜率，如超过设定的斜率预警阀值，给出预警；实时监测电缆瞬间漏电现象，统计分析电缆瞬间漏电概率，给出预警；所有预警的结果信息都存入数据库模块；

所述数据库模块，用于存储采集的数据以及上述各个模块的结果，所有数据记录和长期监测的趋势图均可以通过数据库进行查询。

2.根据权利要求1所述的电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其特征在于，所述实时数据采集模块中设置站点模拟图和实时采样图，其中：站点模拟图能够提供直观的观察显示，方便的观察各电缆每次采样得到的指定参数值以及电缆目前的状态，而实时采样图则详细显示各电缆采样得到的数据。

3.根据权利要求2所述的电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其特征在于，实时数据采集模块提供参数和采集控制输入，并采用多线程进行设计，在数据采集过程中，能及时响应用户的输入，并实时交互，显示实时数据采集模块当前的信息和状态，包括采集的数据和采样的状态。

4.根据权利要求1所述的电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其特征在于，所述数据自动分析与处理模块对采集的数据，分别采用基于FFT的窄带干扰抑制算法、基于小波的消噪算法和基于神经网的滤波算法进行处理，以降低数据干扰。

5.根据权利要求1所述的电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其特征在于，所述数据自动分析与处理模块对采集的数据进行分析和处理形成的各种图谱和局部放电各种类型的特征参数，图谱包括：局部放电的相位分布图谱、最大放电量相位分布、平均放电量相位分布、放电次数相位分布、放电幅值分布、放电能量分布图谱、三维φ-Q-N图谱和显示局部放电参数的指纹图。

6.根据权利要求1所述的电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其特征在于，所述数据库模块中提供特征图谱、指纹图和记录表查询，其中：特征图谱提供数据自动分析与处理模块中形成的各种图谱的查询，特征图谱包括：最大放电量相位分布、平均放电量相位分布、放电次数相位分布、放电幅值分布、放电能量分布图谱和三维φ-Q-N图谱；指纹图显示一组数据对应的局部放电参数的指纹图；记录表显示数据记录的信息并提供模式识别方法。

7.根据权利要求6所述的电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其特征在于，所述数据库模块是SQL Server数据库。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其特征在于，所述系统还包括专家系统模块，所述专家系统模块根据上述各个模块的信息，通过网络远程协助确认故障情况，保证诊断结果的准确性。

9.根据权利要求8所述的电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其特征在于，所述专家系统模块最终将电缆绝缘状态分成正常和注意两个级别，并根据当前数据库的数据和知识评估电缆绝缘状态，给出电缆局部放电类型和置信度，电缆信号类型分为：电晕、内部放电、沿面放电、悬浮放电和噪声干扰。

10.根据权利要求1-7任一项所述的电缆绝缘状态在线自动监测与诊断系统，其特征在于，所述系统还包括波形分析模块，所述波形分析模块根据采集的数据进行波形分析处理，同时显示多个通道波形，具有波形缩放、通道选择和游标显示功能；并能通过工具界面进行人工波形分析，以确定电缆自恢复故障点的位置。