CN105717423A - 具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统，其特征在于：包括复合线圈、信号预处理单元、信号采集与处理单元和4G无线传输模块，所述复合线圈、信号预处理单元、信号采集与处理单元和4G无线传输模块依次电性连接，该具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统现场检测方便、接线简洁、成本低和使用安全。

Description

具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统
技术领域
本发明涉及具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统。
背景技术
10kV配电电缆线路的正常寿命约为30年，然而由于一般采用直埋、排管、沟道和隧道等方式敷设，敷设环境与使用状态会极大地影响电缆寿命。加上在电缆制造或安装时的微小缺陷，在过电压、温度、机械应力、水份、化合物、微生物的作用下，会激发局部放电(PartialDischarge，简称PD)，从而导致电缆故障。电缆线路故障引起的停电范围广、经济损失大、社会影响严重。通过在线监测电缆的运行状况，对电缆局部放电数据进行采集、预处理、特征提取并进行决策分析，可有效预防事故的发生。
传统的数据传输通过光纤等有线传输方式实现。但有线传输方式需要沿被测电缆沿线敷设传输介质，并需要施工，成本高，对于光纤传输方式，在生产、运输、施工、维护中还应采取针对性的防水措施。
目前，无线通信方式有蓝牙、Zigbee、3G与4G等。3G通信方式在电缆局部放电检测中使用较多，3G通信存在如下缺点：1、传输速率低；2、容量受到限制；3、设施难以更新；4、标准难以统一等。
4G无线传输模块的传输终端具备标准接口，可以直接与各种工业现场设备连接，并可将串口信号转换为GPRS信号。具有高速、永远在线、适合长距离通信、信号质量好等特点。
配电电缆局部放电在线监测设备是检测电缆绝缘是否存在微小缺陷的重要设备，在电力传输与配送环节中起着重要作用。电缆局部放电在线监测设备的安全性与可靠性一直都是电力部门的关注重点，若数据外泄，后果十分严重。在现有的技术中，电缆局部放电在线监测设备一般均为嵌入式系统，这类系统存在可能遭受对系统代码的恶意篡改、对系统代码的意外篡改、系统克隆和代码盗用等安全隐患。因此，若不建立一种传输数据加密的安全机制，可能会导致电缆局部放电在线监测设备的嵌入式系统软件崩溃或数据泄露，从而影响电网安全，造成重大的经济损失。为了克服这些隐患，需要对电缆局部放电在线监测设备数据在传输采用加密技术。目前大量采用的加密技术为数字签名与指纹加密等。上述加密方法因出现的时间长，已成为通用技术，具备被黑客轻易攻陷的隐患。
目前，配电电缆的局部放电检测与定位技术以离线检测技术为主，离线检测并定位局部放电技术具有定位准确等特点，但是需要将电缆从电网中脱离，影响用户供电，同时耗费较多人力与物力，检测效率较低。因此，对带电/在线监测电缆局部放电并定位放电点的需求极为迫切。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种现场检测方便、接线简洁、成本低和使用安全的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统，包括复合线圈、信号预处理单元、信号采集与处理单元和4G无线传输模块，所述复合线圈、信号预处理单元、信号采集与处理单元和4G无线传输模块依次电性连接。
具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统数据传输的加密方法，包括以下步骤：
步骤1：发送方生成DES加密的密钥KDES，并用其加密需发送的明文P，生成密文CP；
步骤2：从密钥服务器中获取接收方的RSA的公开加密密钥KBe，并用KBe加密DES的密钥KDES生成密钥密文Ck；
步骤3：发送方生成签名信息INFO，并用自己的RSA的私钥KAd和接收方的公钥KBe共同形成数字签名I；
步骤4：发送方通过4G无线网络将CP，Ck以及I发送给接收方；
步骤5：接收方接收到以上信息后，先用自己的私钥KBd和发送方的公钥解密出发送方的签名信息并认证此信息；
步骤6：接收方用自己的RSA私钥KBd获得发送方的DES密钥KDES；
步骤7：接收方用KDES对密文CP进行解密，得到发送方的明文P。
具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统定位电缆首端的实现方法，包括以下步骤：
步骤1：装置各模块上电自检并初始化；
步骤2：信号采集与处理单元通过总线由信号预处理单元给复合线圈发送时钟同步信号；
步骤3：信号采集与处理单元读取复合线圈的局部放电信号；
步骤4：信号采集与处理单元通过4G无线传输模块接收电缆末端的局部放电信号并解密；
步骤5：信号采集与处理单元通过4G无线传输模块接收电缆末端的局部放电信号，解密后，提取放电脉冲，进行局部放电定位，并在信号采集与处理单元中进行显示。
具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统定位电缆末端的实现方法，包括以下步骤：
步骤1：装置各模块上电自检并初始化；
步骤2：信号采集与处理单元通过总线由信号预处理单元给复合线圈发送时钟同步信号；
步骤3：信号采集与处理单元读取复合线圈的局部放电信号；
步骤4：信号采集与处理单元通过4G无线传输模块加密电缆局部放电信号并发送到电缆首端的信号采集与处理单元。
本发明的有益效果为：设置的复合线圈实现局部放电信号的采集与局部放电点的定位，现场使用时，只需将复合线圈卡钳于电缆接地线处，便可完成电缆局部放电信号的采集和定位。具有现场检测方便、接线简洁、成本低和使用安全。将高频电流传感器与时钟同步线圈设计为一体，降低了接线的复杂程度，增强了线圈的抗干扰能力，提高了检测的效率同时降低了成本，采用的加密方法在加解密速度方面，DES密钥长度只有56bit，算法效率高，特别适合网络日益拥挤的情况。RSA算法可以采用公开形式分配加密密钥，对加密密钥的更新也很容易。在安全性方面，DES算法和RSA算法的安全性都较好，还没有在短时间内破译它们的有效方法，采用的复合线圈完成局部放电信号的检测与放电点定位，使用时仅需将复合线圈卡在电缆首末两端的接地线上，便可完成局部放电信号的采集与定位，具有保证检测人员安全，无需改动电缆接线等优点。
附图说明
图1为本发明具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统的结构图。
图2为本发明具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统的加密方法流程图。
图3为本发明具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统的电缆首端定位流程图。
图4为本发明具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统的电缆末端定位流程图。
具体实施方式
如图1所示，在安装时，两个环网柜1与被测电缆2相连，在被测电缆2的接地线3卡上复合线圈4，复合线圈4的带宽为0.5MHz-50MHz，内径可根据现场需要调节。局部放电信号通过复合线圈4的输出接口送入信号预处理单元5，信号预处理单元5完成信号的放大、滤波功能。信号预处理单元5通过模拟接口与信号采集与处理单元6相连，信号采集与处理单元6具有250Ms/s的采样率、16MB存储单元以及1GHz的运行主频。信号采集与处理单元6完成数据的数据采集、数据存储、数据分析、特征判断、图谱分析、局放定位、数据加密等功能。信号采集与处理单元6与4G无线模块7通过总线接口连接。4G无线模块7与电缆末端的检测装置进行通信，获取电缆末端检测装置的局部放电信息。
如图2所示，其中P-明文；INFO-签名信息；CP-明文被加密后的密文；Ck-DES密钥被加密后的密文；I-信息被加密后的密文；ED-DES加密算法；DD-DES解密算法；ER-RSA加密算法；DR-RSA解密算法；KDES-DES加解密钥；KAe-发送方公钥；KAd-发送方私钥；KBe-接收方公钥；KBd-接收方私钥。具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统数据传输的加密方法，包括以下步骤：
步骤1：发送方生成DES加密的密钥KDES，并用其加密需发送的明文P，生成密文CP；
步骤2：从密钥服务器中获取接收方的RSA的公开加密密钥KBe，并用KBe加密DES的密钥KDES生成密钥密文Ck；
步骤3：发送方生成签名信息INFO，并用自己的RSA的私钥KAd和接收方的公钥KBe共同形成数字签名I；
步骤4：发送方通过4G无线网络将CP，Ck以及I发送给接收方；
步骤5：接收方接收到以上信息后，先用自己的私钥KBd和发送方的公钥解密出发送方的签名信息并认证此信息；
步骤6：接收方用自己的RSA私钥KBd获得发送方的DES密钥KDES；
步骤7：接收方用KDES对密文CP进行解密，得到发送方的明文P。
如图3所示，具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统定位电缆首端的实现方法，包括以下步骤：
步骤1：装置各模块上电自检并初始化；
步骤2：信号采集与处理单元通过总线由信号预处理单元给复合线圈发送时钟同步信号；
步骤3：信号采集与处理单元读取复合线圈的局部放电信号；
步骤4：信号采集与处理单元通过4G无线传输模块接收电缆末端的局部放电信号并解密；
步骤5：信号采集与处理单元通过4G无线传输模块接收电缆末端的局部放电信号，解密后，提取放电脉冲，进行局部放电定位，并在信号采集与处理单元中进行显示。
如图4所示，具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统定位电缆末端的实现方法，包括以下步骤：
步骤1：装置各模块上电自检并初始化；
步骤2：信号采集与处理单元通过总线由信号预处理单元给复合线圈发送时钟同步信号；
步骤3：信号采集与处理单元读取复合线圈的局部放电信号；
步骤4：信号采集与处理单元通过4G无线传输模块加密电缆局部放电信号并发送到电缆首端的信号采集与处理单元。
本发明的有益效果为：设置的复合线圈实现局部放电信号的采集与局部放电点的定位，现场使用时，只需将复合线圈卡钳于电缆接地线处，便可完成电缆局部放电信号的采集和定位。具有现场检测方便、接线简洁、成本低和使用安全。将高频电流传感器与时钟同步线圈设计为一体，降低了接线的复杂程度，增强了线圈的抗干扰能力，提高了检测的效率同时降低了成本，采用的加密方法在加解密速度方面，DES密钥长度只有56bit，算法效率高，特别适合网络日益拥挤的情况。RSA算法可以采用公开形式分配加密密钥，对加密密钥的更新也很容易。在安全性方面，DES算法和RSA算法的安全性都较好，还没有在短时间内破译它们的有效方法，采用的复合线圈完成局部放电信号的检测与放电点定位，使用时仅需将复合线圈卡在电缆首末两端的接地线上，便可完成局部放电信号的采集与定位，具有保证检测人员安全，无需改动电缆接线等优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统，其特征在于：包括复合线圈、信号预处理单元、信号采集与处理单元和4G无线传输模块，所述复合线圈、信号预处理单元、信号采集与处理单元和4G无线传输模块依次电性连接。
2.根据权利要求1所述的具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统数据传输的加密方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：发送方生成DES加密的密钥KDES，并用其加密需发送的明文P，生成密文CP；
步骤2：从密钥服务器中获取接收方的RSA的公开加密密钥KBc，并用KBc加密DES的密钥KDES生成密钥密文Ck；
步骤3：发送方生成签名信息INFO，并用自己的RSA的私钥KAd和接收方的公钥KBc共同形成数字签名I；
步骤4：发送方通过4G无线网络将CP，Ck以及I发送给接收方；
步骤5：接收方接收到以上信息后，先用自己的私钥KBd和发送方的公钥解密出发送方的签名信息并认证此信息；
步骤6：接收方用自己的RSA私钥KBd获得发送方的DES密钥KDES；
步骤7：接收方用KDES对密文CP进行解密，得到发送方的明文P。
3.根据权利要求1所述的具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统定位电缆首端的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：装置各模块上电自检并初始化；
步骤2：信号采集与处理单元通过总线由信号预处理单元给复合线圈发送时钟同步信号；
步骤3：信号采集与处理单元读取复合线圈的局部放电信号；
步骤4：信号采集与处理单元通过4G无线传输模块接收电缆末端的局部放电信号并解密；
步骤5：信号采集与处理单元通过4G无线传输模块接收电缆末端的局部放电信号，解密后，提取放电脉冲，进行局部放电定位，并在信号采集与处理单元中进行显示。
4.根据权利要求1所述的具备加密功能的10kV电缆局部放电在线监测与定位系统定位电缆末端的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：装置各模块上电自检并初始化；
步骤2：信号采集与处理单元通过总线由信号预处理单元给复合线圈发送时钟同步信号；
步骤3：信号采集与处理单元读取复合线圈的局部放电信号；
步骤4：信号采集与处理单元通过4G无线传输模块加密电缆局部放电信号并发送到电缆首端的信号采集与处理单元。
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