CN106093720A - 基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统及其实现方法，监测系统包括高频电流局部放电采集单元、电缆中间接头超声波局部放电采集单元、电缆中间接头光纤测温单元、接地箱状态监测单元、气体检测单元、环境温湿度检测单元、水位报警单元、ARM处理器单元、无线GPRS模块和远程监控主站；监测的方法包括读取监测数据并对监测数据进行判断报警的方法；本发明可对监测数据进行评估与诊断，极大的节省了资源，提高了运行效率。

Description

基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统及其实现方法。

背景技术

随着城市的发展，用电量的增加，高压电缆出现故障的现象时有发生，大多情况下设备运行环境恶劣无人值守，在电缆局部发生故障后不易被发现，事故蔓延即造成重大事故，影响正常生产，给电力企业造成经济和信誉的重大损失，因此，预防事故的发生则成为安全生产的根本。近年来，国际上通过对高压电缆运行的状态进行在线监测，提前发现隐藏缺陷的方法来避免电缆运行事故的发生，国家电网公司也要求大力开展电缆状态监测及评估工作，力求降低突发性断电事故发生率。

高压电缆状态监测系统可以通过测量高压电缆运行期间的相关物理量的高低来评估高压电缆绝缘的情况，如果存在缺陷，则可量化缺陷的等级。这为之后制定维护方案提供了可靠的依据，提高了维护效率的同时也降低了成本。近年来相应的高压电缆终端接头和中间接头局部放电、光纤测温、环境状况等检测手段已经开始得到应用。

目前许多地方开展高压电缆局部放电的离线和在线检测以及运行环境的监测，这些装置或仪器大多安装在开关柜或接地箱外，而且安装位置不能固定，随着时间延长和现场设备的变动，可靠性不能得到保障；这些对高压电缆局部放电的检测手段大多技术复杂，分析困难，需要专业人员进行大量的图谱分析、数据拟合等技术加工。以上问题制约了这些检测技术的推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供可对高压电缆接头局部放电快速检测及自动评估其缺陷等级、提高局部放电检测效率和减少分析时间的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统及其实现方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其包括高频电流局部放电采集单元、电缆中间接头超声波局部放电采集单元、电缆中间接头光纤测温单元、接地箱状态监测单元、气体检测单元、环境温湿度检测单元、水位报警单元、ARM处理器、无线GPRS模块和远程监控主站；

所述高频电流局部放电采集单元包括高频电流互感器、频率测量电路和信号强度测量电路；所述接地箱状态监测单元包括电压互感器、电流采集电路和电压采集电路；所述高频电流互感器用支架安装在接地箱侧壁，以开启式结构套住电缆护层接地线；所述电压互感器用支架安装在接地箱侧壁，一次线圈用控制电缆连接到护层保护器两端母排；所述频率测量电路、信号强度测量电路和电流采集电路的输入端分别接所述高频电流互感器的相应输出端；所述电压互感器输出端接电压采集电路的相应输入端；

电缆中间接头超声波局部放电采集单元包括超声波传感器和放大对数检波电路；所述超声波传感器安装在电缆中间接头防爆盒上部；所述超声波传感器的输出端接放大对数检波电路的相应输入端；

所述电缆中间接头光纤测温单元包括点式光纤温度传感器和光电转换电路；所述点式光纤温度传感器沿电缆安装在电缆中间接头防爆盒内；所述点式光纤温度传感器的输出端接光电转换电路的相应输入端；

所述气体检测单元包括气体传感器和I/V转换电路；所述气体传感器安装在控制盒上壁；所述气体传感器的输出端接I/V转换电路的相应输入端；

所述环境温湿度检测单元包括温湿度传感器；所述温湿度传感器安装在控制盒上壁；

所述水位报警单元包括电极式液位传感器和开关报警电路；所述电极式液位传感器安装在控制盒下壁；所述电极式液位传感器的输出端接开关报警电路的相应输入端；

所述频率测量电路、信号强度测量电路、电流采集电路、电压采集电路、光电转换电路和I/V转换电路的输出端分别接所述ARM处理器的相应模拟输入端AIN1-AIN6；

所述温湿度传感器、放大对数检波电路和开关报警电路的输出端分别接ARM处理器的相应数字信号输入端DIN1-DIN3；

所述远程监控主站包括WEB服务器、应用数据库服务器、网络交换机和客户端PC；所述应用数据库服务器与WEB服务器双向连接；应用数据库服务器通过网络交换机及无线GPRS网络与无线GPRS模块无线连接； 所述客户端PC通过INTERNET网络连接WEB服务器。

所述的频率测量电路包括频率信号输入端I1、输出端O1、滤波整流电路和信号整形电路；所述的滤波整形电路包括电阻R1、电解电容C1-C2、二极管D1- D2；所述的信号整形电路包括电阻R2、反相器F1-F2；

所述频率信号输入端I1接高频电流互感器的相应输出端；

频率信号输入端I1依次经电解电容C1、电解电容C2、反相器F1、反相器F2接输出端O1；所述电阻R1接在电解电容C1的正极与地之间；所述二极管D1的正极接电解电容C1的负极，其负极接地；所述二极管D2的负极接电解电容C1的负极，其正极接地；所述电阻R2接在反相器F1的输入端与输出端之间；反相器F2的输出端即输出端O1接ARM处理器的模拟输入端AIN1。

所述信号强度测量电路包括局放信号输入端I2、电阻R4、电容C3-C4和对数放大器K1；局放信号输入端I2接高频电流互感器的相应输出端；所述的对数放大器K1的同相输入端经电容C3接局放信号输入端I2；所述的对数放大器K1的反相输入端经电容C4接地；所述电阻R4接在局放信号输入端I2与地之间；所述的对数放大器K1的输出端连接至ARM处理器的模拟输入端AIN2。

所述电流采集电路包括电流信号输入端I3、电阻R5-R7、电容C5和运算放大器K2；所述电流信号输入端I3经电阻R5接入至运算放大器K2的反相输入端；所述电容C5与电阻R7并联后接在运算放大器K2的反相输入端与输出端之间；所述运算放大器K2的同相输入端经电阻R6接地；运算放大器K2的输出端接ARM处理器的模拟输入端AIN3。

所述电压测量电路包括电阻R8-R9和电压转换模块M；所述电压互感器输出的电压信号经电阻R8接在电压转换模块M的输入端；所述电阻R9接在电压转换模块M的两个输出端之间；所述电压转换模块M的一个输出端接ARM处理器的模拟输入端AIN4，另一个输出端接地。

所述I/V转换电路包括气体传感信号输入端I5、电阻R10-R11、电容C6和运算放大器K3；气体传感信号输入端I5接气体传感器的相应输出端；所述气体传感信号输入端I5接所述运算放大器K3的反相输入端；所述运算放大器K3的同相输入端接2.5V直流电源；

所述电阻R10和电容C6并联后接在运算放大器K3的反相输入端与输出端之间；所述运算放大器K3的输出端经电阻R11接ARM处理器的模拟输入端AIN5。

所述放大对数检波电路包括第一超声波输入端I6、第二超声波输入端I7、电容C8-C11、电阻R12-R15、仪表运算放大器K4和对数检波运算放大器K5；第一超声波输入端I6和第二超声波输入端I7分别接超声波传感器的相应输出端；所述仪表运算放大器K4的反相输入端经电容C8接第一超声波输入端I6；所述的仪表运算放大器K4的同相输入端经电容C9接第二超声波输入端I7；所述仪表运算放大器K4的输出端依次经电容C10、电容C11接对数检波运算放大器K5的差分输入端；电阻R14接在电容C10与C11的节点和地之间；电容C12接在对数检波运算放大器K5的差分输入端与地之间；电阻R12接在仪表运算放大器K4的反相输入端与地之间；电阻R13接在仪表运算放大器K4的同相输入端与地之间；对数检波运算放大器K5的输出端经电阻R15接ARM处理器的数字输入端DIN2。

所述开关报警电路包括水位信号输入端I8、电阻R17-R18和三极管T；所述水位信号输入端I8接电极式液位传感器的输出端；所述水位信号输入端I8经电阻R17与三极管T的基极连接；所述的电阻R18接在三极管T的基极和发射极之间；所述三极管T的集电极接ARM处理器的数字输入端DIN3。

所述光电转换电路包括光纤信号输入端I9、APD模块、电阻R16和运算放大器K6；所述光纤信号输入端I9接点式光纤温度传感器的输出端；光纤信号输入端I9接APD模块输入端，所述APD模块正输出端接运算放大器K6的反相输入端连接；所述APD模块的负输出端接运算放大器K6的同相输入端；所述电阻R16接在运算放大器K6的反相输入端与输出端之间；所述APD模块的负输出端接地。

所述的高频电流互感器型号为HFCT100；所述的电压互感器型号为JDZ10；所述的温湿度传感器的型号为SHT75；所述的气体传感器型号为SC-C2O；所述的对数放大器K1型号为AD8318；所述的电压转换模块M型号为ZMPT107；所述的运算放大器K2型号为LM324；所述的运算放大器K3型号为ADA4505；所述的仪表运算放大器K4型号为AD620；所述的对数检波运算放大器K5型号为AD8310；所述的ARM处理器型号为STM32F373；所述的三极管T型号为9015；所述APD模块的型号为C12702-11；所述的运算放大器K6型号为AD708；电极式液位传感器的型号为HD-UDD；超声波传感器的型号为T/R55-15.5E2792。

基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统实现监测的方法，其包括如下步骤：

（1）所述ARM处理器分别读取温湿度数据、气体浓度数据、水位报警数据、接地电流数据、保护接地电压数据、信号频率数据、信号幅值强度数据、中间接头温度数据、中间接头超声波局放脉冲数据；

（2）判断温湿度数据是否超过预设的报警阈值；若超过预设的报警阈值，进入步骤（2-1）；否则转至步骤（3）；

（2-1）所述ARM处理器输出湿度报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（3）判断气体浓度数据是否超过预设的报警阈值；若超过预设的报警阈值，进入步骤（3-1）；否则转至步骤（4）；

（3-1）所述ARM处理器输出气体浓度报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（4）判断水位报警数据是否有效；若有效进入步骤（4-1）；否则转至步骤（5）；

（4-1）所述ARM处理器输出水位报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（5）判断保护接地电压数据是否超接地保护电压限定值；若超接地保护电压限定值，进入步骤（5-1）；否则转至步骤（6）；

（5-1）所述ARM处理器输出接地线过电压报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（6）从所述智能监测终端的ARM处理器选取一个周波的电流信号，利用FFT算法提取电流的有效值；

（6-1）判断接地电流数据是否超接地电流限定值；若超接地电流限定值，进入步骤（6-2）；否则转至步骤（7）；

（6-2）所述ARM处理器输出接地电流报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（7）判断信号频率数据是否超局放信号频率设定值；若超频率设定值进入步骤（7-1）；否则转至步骤（8）；

（7-1）对信号幅值强度数据和持续时间进行时间计权；判断计权结果是否超电缆绝缘材料局放等级标准值；若超标准值进入步骤（7-2）；否则转至步骤（8）；

（7-2）所述ARM处理器输出局放报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（8）低频放电信号计数值+1；判断窄脉冲计数值是否超设定值；若是进入步骤（8-1）；否则转至步骤（9）；

（8-1）所述ARM处理器输出局放预警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（9）判断中间接头温度数据是否超温度限值；若超温度限值进入步骤（9-1）；否则转至步骤（10）；

（9-1）所述ARM处理器输出中间接头温度告警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（10）判断中间接头超声波局放脉冲数据是否超局放限值；若超局放限值进入步骤（10-1）；否则转至步骤（1）；

（10-1）所述ARM处理器输出中间接头局放告警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器。

本发明的有益效果是：本发明可对高压电缆终端接头和中间接头局部放电、保护接地状态、气体环境参数、中间接头温度等信息进行有效的评估与诊断，实现实时在线收集数据记录，实现状态检修大大提高供电可靠性；收集的数据有对照、有层次、可以确定到每一相、每一段高压电缆；高压电缆状态数据送到远程监控服务器进行分析、确认，可以快速自动评估缺陷或故障区段，极大提高了检修效率。依托保护接地箱，集中局部放电检测、保护接地状态监测、环境状态监测、光纤测温为一体，解决了现有单一功能产品存在的不足，极大的节省了资源，提高了运行效率；本发明可对高压电缆接头局部放电快速检测及自动评估缺陷等级，提高局部放电检测效率和减少分析时间；融合环境及接地状态监测并集中到保护接地箱内，解决了现有的产品的不足，极大的节省了资源并提高了运行效率的高压电缆状态监测系统及其实现方法。

附图说明

图1为本发明的保护接地箱的高压电缆状态监测系统原理框图。

图2为频率测量电路的电路原理图。

图3为信号强度测量的电路原理图。

图4为电流采集电路的电路原理图。

图5为电压采集电路的电路原理图。

图6为I/V转换电路的电路原理图。

图7为放大对数检波电路的电路原理图。

图8 为开关报警电路的电路原理图。

图9为光电转换电路的电路原理图。

图10为监测现场结构示意图。

在图1-10中，1、高频电流互感器，2、电压互感器，3、输出电缆，4、控制盒，5、温湿度传感器，6、气体传感器，7、超声波传感器，8、点式光纤温度传感器， 9、电极式液位传感器，10、过电压保护器。

具体实施方式

下面根据图1-10及实施例对本发明做详细说明。

由图1-10所示的实施例可知，它其包括高频电流局部放电采集单元、电缆中间接头超声波局部放电采集单元、电缆中间接头光纤测温单元、接地箱状态监测单元、气体检测单元、环境温湿度检测单元、水位报警单元、ARM处理器单元、无线GPRS模块和远程监控主站；

所述高频电流局部放电采集单元包括高频电流互感器、频率测量电路和信号强度测量电路；所述接地箱状态监测单元包括电压互感器、电流采集电路和电压采集电路；所述高频电流互感器用支架安装在接地箱侧壁，以开启式结构套住电缆护层接地线；所述电压互感器用支架安装在接地箱侧壁，一次线圈用控制电缆连接到护层保护器两端母排；所述频率测量电路、信号强度测量电路和电流采集电路的输入端分别接所述高频电流互感器的相应输出端；所述电压互感器输出端接电压采集电路的相应输入端；

电缆中间接头超声波局部放电采集单元包括超声波传感器和放大对数检波电路；所述超声波传感器安装在电缆中间接头防爆盒上部；所述超声波传感器的输出端接放大对数检波电路的相应输入端；

所述电缆中间接头光纤测温单元包括点式光纤温度传感器和光电转换电路；所述点式光纤温度传感器沿电缆安装在电缆中间接头防爆盒内；所述点式光纤温度传感器的输出端接光电转换电路的相应输入端；

所述气体检测单元包括气体传感器和I/V转换电路；所述气体传感器安装在控制盒上壁；所述气体传感器的输出端接I/V转换电路的相应输入端；

所述环境温湿度检测单元包括温湿度传感器；所述温湿度传感器安装在控制盒上壁；

所述水位报警单元包括电极式液位传感器和开关报警电路；所述电极式液位传感器安装在控制盒下壁；所述电极式液位传感器的输出端接开关报警电路的相应输入端；

所述频率测量电路、信号强度测量电路、电流采集电路、电压采集电路、光电转换电路和I/V转换电路的输出端分别接所述ARM处理器单元的相应模拟输入端AN1-AN6；

所述温湿度传感器、放大对数检波电路和开关报警电路的输出端分别接ARM处理器的相应数字信号输入端DIN1-DIN3；

所述远程监控主站包括WEB服务器、应用数据库服务器、网络交换机和客户端PC；所述应用数据库服务器与WEB服务器双向连接；应用数据库服务器通过网络交换机及无线GPRS网络与无线GPRS模块无线连接； 所述客户端PC通过INTERNET网络连接WEB服务器。

电缆护层通过接地箱接地，构成电缆接地系统。一般是电缆一端通过直接接地箱接地，另外一端通过保护接地箱接地。直接接地箱把电缆护层接地线连接到接地母排上；保护接地箱把护层接地线连接到护层保护器（避雷器）的一端，护层保护器另一端连接接地母排。高频电流互感器（CT）为开合式结构，套到电缆护层接地线上，互感器外有支架，安装到接地箱壁。电压互感器（PT）输出并联到护层保护器两端，互感器底座安装到接地箱壁。直接接地箱由于没有护层保护器，所以没有电压互感器。温湿度传感器安装在控制盒上部，传感器护套为不锈钢，有螺纹用螺栓固定。电极式液位传感器安装在控制盒下部，护套为不锈钢，有螺纹用螺栓固定。超声波探头固定在电缆中间接头防爆盒外，防爆盒一般为玻璃钢材料，可以粘接。光纤温度传感器从防爆盒一端的沿电缆深入到防爆盒内部。

所述的频率测量电路包括频率信号输入端I1、输出端O1、滤波整流电路和信号整形电路；所述的滤波整形电路包括电阻R1、电解电容C1-C2、二极管D1- D2；所述的信号整形电路包括电阻R2、反相器F1-F2；

所述频率信号输入端I1接高频电流互感器的相应输出端；

频率信号输入端I1依次经电解电容C1、电解电容C2、反相器F1、反相器、F2接输出端O1；所述电阻R1接在电解电容C1的正极与地之间；所述二极管D1的正极接电解电容C1的负极，其负极接地；所述二极管D2的负极接电解电容C1的负极，其正极接地；所述电阻R2接在反相器F1的输入端与输出端之间；反相器F2的输出端即输出端O1接ARM处理器的模拟输入端AIN1。

所述信号强度测量电路包括局放信号输入端I2、电阻R4、电容C3-C4和对数放大器K1；局放信号输入端I2接高频电流互感器的相应输出端；所述的对数放大器K1的同相输入端经电容C3接局放信号输入端I2；所述的对数放大器K1的反相输入端经电容C4接地；所述电阻R4接在局放信号输入端I2与地之间；所述的对数放大器K1的输出端连接至ARM处理器的模拟输入端AIN2。

所述电流采集电路包括电流信号输入端I3、电阻R5-R7、电容C5和运算放大器K2；所述电流信号输入端I3经电阻R5接入至运算放大器K2的反相输入端；所述电容C5与电阻R7并联后接在运算放大器K2的反相输入端经与输出端之间；所述运算放大器K2的同相输入端经电阻R6接地；运算放大器K2的输出端接ARM处理器的模拟输入端AIN3。

所述电压测量电路包括电阻R8-R9、电压转换模块M；所述电压互感器输出的电压信号经电阻R8接在电压转换模块M的输入端；所述电阻R9接在电压转换模块M的两个输出端之间；所述电压转换模块M的一个输出端接ARM处理器的模拟输入端AIN4，另一个输出端接地。

所述I/V转换电路包括气体传感信号输入端I、电阻R10-R11、电容C6和运算放大器K3；气体传感信号输入端I接气体传感器的相应输出端；所述气体传感信号输入端I接所述运算放大器K3的反相输入端；所述运算放大器K3的同相输入端接2.5V直流电源；

所述电阻R10和电容C6并联后接在运算放大器K3的反相输入端与输出端之间；所述运算放大器K3的输出端经电阻R11接ARM处理器的模拟输入端AIN5。

所述放大对数检波电路包括第一超声波输入端I6、第二超声波输入端I7、电容C8-C11、电阻R12-R15、仪表运算放大器K4和对数检波运算放大器K5；第一超声波输入端I6和第二超声波输入端I7分别接超声波传感器的相应输出端；所述仪表运算放大器K4的反相输入端经电容C8接第一超声波输入端I6；所述的仪表运算放大器K4的同相输入端经电容C9接第二超声波输入端I7；所述仪表运算放大器K4的输出端依次经电容C10、电容C11接对数检波运算放大器K5的差分输入端；电阻R14接在电容C10与C11的节点和地之间；电容C12接在对数检波运算放大器K5的差分输入端与地之间；电阻R12接在仪表运算放大器K4的反相输入端与地之间；电阻R13接在仪表运算放大器K4的同相输入端与地之间；对数检波运算放大器K5的输出端经电阻R15接ARM处理器的数字输入端DIN2。

所述开关报警电路包括水位信号输入端I8、电阻R17-R18和三极管T；所述水位信号输入端I8接电极式液位传感器的输出端；所述水位信号输入端I8经电阻R17与三极管T的基极连接；所述的电阻R18接在三极管T的基极和发射极之间；所述三极管T的集电极接ARM处理器的数字输入端DIN3。

所述光电转换电路包括光纤信号输入端I9、APD模块、电阻R16和运算放大器K6；所述光纤信号输入端I9接点式光纤温度传感器的输出端；光纤信号输入端I9接APD模块输入端，所述APD模块正输出端接运算放大器K6的反相输入端连接；所述APD模块的负输出端接运算放大器K6的同相输入端；所述电阻R16接在运算放大器K6的反相输入端与输出端之间；所述APD模块的负输出端接地。

所述的高频电流互感器型号为HFCT100；所述的电压互感器型号为JDZ10；所述的温湿度传感器的型号为SHT75；所述的气体传感器型号为SC-C2O；所述的对数放大器K1型号为AD8318；所述的电压转换模块M型号为ZMPT107；所述的运算放大器K2型号为LM324；所述的运算放大器K3型号为ADA4505；所述的仪表运算放大器K4型号为AD620；所述的对数检波运算放大器K5型号为AD8310；所述的ARM处理器型号为STM32F373；所述的三极管T型号为9015；所述APD模块的型号为C12702-11；所述的运算放大器K6型号为AD708；电极式液位传感器的型号为HD-UDD；超声波传感器的型号为T/R55-15.5E2792。

其工作过程如下：本发明是传感器技术、信号采样技术、嵌入式技术、无线网络通信技术、计算机网络与互联网技术的集成系统。

安装在接地箱中接地电缆上的高频电流互感器将感应到的电流信号分作叁路分别送给局放信号频率测量电路、局放信号强度测量电路以及低频接地电流信号测量电路；智能监测终端根据局放信号频率测量电路的输入信号按照持续时间区分为高频局放信号和瞬发窄脉冲局放信号；同时触发局放强度测量电路测量信号强度，将高频局放信号频率、强度进行时间计权，得到高压电缆缺陷等级；将瞬发窄脉冲局放信号按时间周期计数；对于超过预先设定缺陷等级的和脉冲计数设定值的作为报警状态信息；安装在过压保护器两端的低压电压互感器将感应到的电压信号和低频电流信号有传输线缆连接至智能监测终端的低频信号接口，进行AD转换后得到电压和电流数据，根据预设值判断保护接地的状态；外部安装的气体传感器、温湿度传感器及水位报警器的信号经过智能监测终端进行转换，判断是否超设定气体浓度限值、湿度限值及水位报警有效值，如果超限值，输出报警状态信息；安装在电缆中间接头部位的光纤测温传感器经过光电转换将信号传递给ARM处理器进行AD转换，所得温度值与中间接头温度限定值比较，如果超限定值，输出报警状态；中间接头防爆盒外安装的超声波探头检测中间接头的局部放电信号，经过前置放大和对数检波电路转换成脉冲信号传递给ARM处理器，与中间接头局放限定值比较，若超限则输出报警状态；所有数据和报警状态信息由无线GPRS模块传送给远程监控服务器；连接到远程监控服务器的监控计算机可以通过网页刷新这些数据和状态信息。

本发明实现监测的方法包括如下步骤：

（1）所述ARM处理器分别读取温湿度数据、气体浓度数据、水位报警数据、接地电流数据、保护接地电压数据、信号频率数据、信号幅值强度数据、中间接头温度数据、中间接头超声波局放脉冲数据；

（2）判断温湿度数据是否超过预设的报警阈值；若超过预设的报警阈值，进入步骤（2-1）；否则转至步骤（3）；

（2-1）所述ARM处理器输出湿度报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（3）判断气体浓度数据是否超过预设的报警阈值；若超过预设的报警阈值，进入第（3-1）；否则转至步骤（4）；

（3-1）所述ARM处理器输出气体浓度报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（4）判断水位报警数据是否有效；若有效进入步骤（4-1）；否则转至步骤（5）；

（4-1）所述ARM处理器输出水位报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（5）判断保护接地电压数据是否超接地保护电压限定值；若超接地保护电压限定值，进入步骤（5-1）；否则转至步骤（6）；

（5-1）所述ARM处理器输出接地线过电压报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（6）从所述智能监测终端的ARM处理器选取一个周波的电流信号，利用FFT算法提取电流的有效值；

（6-1）判断接地电流数据是否超接地电流限定值；若超接地电流限定值，进入步骤（6-2）；否则转至步骤（7）；

（6-2）所述ARM处理器输出接地电流报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（7）判断信号频率数据是否超局放信号频率设定值；若超频率设定值进入步骤（7-1）；否则转至步骤（8）；

（7-1）对信号幅值强度数据和持续时间进行时间计权；判断计权结果是否超电缆绝缘材料局放等级标准值；若超标准值进入步骤（7-2）；否则转至步骤（8）；

（7-2）所述ARM处理器输出局放报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（8）低频放电信号计数值+1；判断窄脉冲计数值是否超设定值；若是进入步骤（8-1）；否则转至步骤（9）；

（8-1）所述ARM处理器输出局放预警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（9）判断中间接头温度数据是否超温度限值；若超温度限值进入步骤（9-1）；否则转至步骤（10）；

（9-1）所述ARM处理器输出中间接头温度告警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（10）判断中间接头超声波局放脉冲数据是否超局放限值；若超局放限值进入步骤（10-1）；否则转至步骤（1）；

（10-1）所述ARM处理器输出中间接头局放告警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施例的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：包括高频电流局部放电采集单元、电缆中间接头超声波局部放电采集单元、电缆中间接头光纤测温单元、接地箱状态监测单元、气体检测单元、环境温湿度检测单元、水位报警单元、ARM处理器、无线GPRS模块和远程监控主站；

所述高频电流局部放电采集单元包括高频电流互感器、频率测量电路和信号强度测量电路；所述接地箱状态监测单元包括电压互感器、电流采集电路和电压采集电路；所述高频电流互感器用支架安装在接地箱侧壁，以开启式结构套住电缆护层接地线；所述电压互感器用支架安装在接地箱侧壁，一次线圈用控制电缆连接到护层保护器两端母排；所述频率测量电路、信号强度测量电路和电流采集电路的输入端分别接所述高频电流互感器的相应输出端；所述电压互感器输出端接电压采集电路的相应输入端；

电缆中间接头超声波局部放电采集单元包括超声波传感器和放大对数检波电路；所述超声波传感器安装在电缆中间接头防爆盒上部；所述超声波传感器的输出端接放大对数检波电路的相应输入端；

所述电缆中间接头光纤测温单元包括点式光纤温度传感器和光电转换电路；所述点式光纤温度传感器沿电缆安装在电缆中间接头防爆盒内；所述点式光纤温度传感器的输出端接光电转换电路的相应输入端；

所述气体检测单元包括气体传感器和I/V转换电路；所述气体传感器安装在控制盒上壁；所述气体传感器的输出端接I/V转换电路的相应输入端；

所述环境温湿度检测单元包括温湿度传感器；所述温湿度传感器安装在控制盒上壁；

所述水位报警单元包括电极式液位传感器和开关报警电路；所述电极式液位传感器安装在控制盒下壁；所述电极式液位传感器的输出端接开关报警电路的相应输入端；

所述频率测量电路、信号强度测量电路、电流采集电路、电压采集电路、光电转换电路和I/V转换电路的输出端分别接所述ARM处理器的相应模拟输入端AIN1-AIN6；

所述温湿度传感器、放大对数检波电路和开关报警电路的输出端分别接ARM处理器的相应数字信号输入端DIN1-DIN3；

所述远程监控主站包括WEB服务器、应用数据库服务器、网络交换机和客户端PC；所述应用数据库服务器与WEB服务器双向连接；应用数据库服务器通过网络交换机及无线GPRS网络与无线GPRS模块无线连接； 所述客户端PC通过INTERNET网络连接WEB服务器。

2.根据权利要求1所述的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述的频率测量电路包括频率信号输入端I1、输出端O1、滤波整流电路和信号整形电路；所述的滤波整形电路包括电阻R1、电解电容C1-C2、二极管D1- D2；所述的信号整形电路包括电阻R2、反相器F1-F2；

所述频率信号输入端I1接高频电流互感器的相应输出端；

频率信号输入端I1依次经电解电容C1、电解电容C2、反相器F1、反相器F2接输出端O1；所述电阻R1接在电解电容C1的正极与地之间；所述二极管D1的正极接电解电容C1的负极，其负极接地；所述二极管D2的负极接电解电容C1的负极，其正极接地；所述电阻R2接在反相器F1的输入端与输出端之间；反相器F2的输出端即输出端O1接ARM处理器的模拟输入端AIN1。

3.根据权利要求1所述的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述信号强度测量电路包括局放信号输入端I2、电阻R4、电容C3-C4和对数放大器K1；局放信号输入端I2接高频电流互感器的相应输出端；所述的对数放大器K1的同相输入端经电容C3接局放信号输入端I2；所述的对数放大器K1的反相输入端经电容C4接地；所述电阻R4接在局放信号输入端I2与地之间；所述的对数放大器K1的输出端连接至ARM处理器的模拟输入端AIN2。

4.根据权利要求1所述的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述电流采集电路包括电流信号输入端I3、电阻R5-R7、电容C5和运算放大器K2；所述电流信号输入端I3经电阻R5接入至运算放大器K2的反相输入端；所述电容C5与电阻R7并联后接在运算放大器K2的反相输入端与输出端之间；所述运算放大器K2的同相输入端经电阻R6接地；运算放大器K2的输出端接ARM处理器的模拟输入端AIN3。

5.根据权利要求1所述的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述电压采集电路包括电阻R8-R9和电压转换模块M；所述电压互感器输出的电压信号经电阻R8接在电压转换模块M的输入端；所述电阻R9接在电压转换模块M的两个输出端之间；所述电压转换模块M的一个输出端接ARM处理器的模拟输入端AIN4，另一个输出端接地。

6.根据权利要求1所述的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述I/V转换电路包括气体传感信号输入端I5、电阻R10-R11、电容C6和运算放大器K3；气体传感信号输入端I5接气体传感器的相应输出端；所述气体传感信号输入端I5接所述运算放大器K3的反相输入端；所述运算放大器K3的同相输入端接2.5V直流电源；

所述电阻R10和电容C6并联后接在运算放大器K3的反相输入端与输出端之间；所述运算放大器K3的输出端经电阻R11接ARM处理器的模拟输入端AIN5。

7.根据权利要求1所述的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述放大对数检波电路包括第一超声波输入端I6、第二超声波输入端I7、电容C8-C11、电阻R12-R15、仪表运算放大器K4和对数检波运算放大器K5；第一超声波输入端I6和第二超声波输入端I7分别接超声波传感器的相应输出端；所述仪表运算放大器K4的反相输入端经电容C8接第一超声波输入端I6；所述的仪表运算放大器K4的同相输入端经电容C9接第二超声波输入端I7；所述仪表运算放大器K4的输出端依次经电容C10、电容C11接对数检波运算放大器K5的差分输入端；电阻R14接在电容C10与C11的节点和地之间；电容C12接在对数检波运算放大器K5的差分输入端与地之间；电阻R12接在仪表运算放大器K4的反相输入端与地之间；电阻R13接在仪表运算放大器K4的同相输入端与地之间；对数检波运算放大器K5的输出端经电阻R15接ARM处理器的数字输入端DIN2。

8.根据权利要求1所述的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述开关报警电路包括水位信号输入端I8、电阻R17-R18和三极管T；所述水位信号输入端I8接电极式液位传感器的输出端；所述水位信号输入端I8经电阻R17与三极管T的基极连接；所述的电阻R18接在三极管T的基极和发射极之间；所述三极管T的集电极接ARM处理器的数字输入端DIN3。

9.根据权利要求1所述的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述光电转换电路包括光纤信号输入端I9、APD模块、电阻R16和运算放大器K6；所述光纤信号输入端I9接点式光纤温度传感器的输出端；光纤信号输入端I9接APD模块输入端，所述APD模块正输出端接运算放大器K6的反相输入端连接；所述APD模块的负输出端接运算放大器K6的同相输入端；所述电阻R16接在运算放大器K6的反相输入端与输出端之间；所述APD模块的负输出端接地。

10.根据权利要求1-9任何一项所述的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述的高频电流互感器型号为HFCT100；所述的电压互感器型号为JDZ10；所述的温湿度传感器的型号为SHT75；所述的气体传感器型号为SC-C2O；所述的对数放大器K1型号为AD8318；所述的电压转换模块M型号为ZMPT107；所述的运算放大器K2型号为LM324；所述的运算放大器K3型号为ADA4505；所述的仪表运算放大器K4型号为AD620；所述的对数检波运算放大器K5型号为AD8310；所述的ARM处理器型号为STM32F373；所述的三极管T型号为9015；所述APD模块的型号为C12702-11；所述的运算放大器K6型号为AD708；电极式液位传感器的型号为HD-UDD；超声波传感器的型号为T/R55-15.5E2792。

11.利用权利要求1所述的基于保护接地箱的高压电缆状态监测系统实现监测的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）所述ARM处理器分别读取温湿度数据、气体浓度数据、水位报警数据、接地电流数据、保护接地电压数据、信号频率数据、信号幅值强度数据、中间接头温度数据、中间接头超声波局放脉冲数据；

（2）判断温湿度数据是否超过预设的报警阈值；若超过预设的报警阈值，进入步骤（2-1）；否则转至步骤（3）；

（2-1）所述ARM处理器输出湿度报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（3）判断气体浓度数据是否超过预设的报警阈值；若超过预设的报警阈值，进入步骤（3-1）；否则转至步骤（4）；

（3-1）所述ARM处理器输出气体浓度报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（4）判断水位报警数据是否有效；若有效进入步骤（4-1）；否则转至步骤（5）；

（4-1）所述ARM处理器输出水位报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（5）判断保护接地电压数据是否超接地保护电压限定值；若超接地保护电压限定值，进入步骤（5-1）；否则转至步骤（6）；

（5-1）所述ARM处理器输出接地线过电压报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（6）从所述智能监测终端的ARM处理器选取一个周波的电流信号，利用FFT算法提取电流的有效值；

（6-1）判断接地电流数据是否超接地电流限定值；若超接地电流限定值，进入步骤（6-2）；否则转至步骤（7）；

（6-2）所述ARM处理器输出接地电流报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（7）判断信号频率数据是否超局放信号频率设定值；若超频率设定值进入步骤（7-1）；否则转至步骤（8）；

（7-1）对信号幅值强度数据和持续时间进行时间计权；判断计权结果是否超电缆绝缘材料局放等级标准值；若超标准值进入步骤（7-2）；否则转至步骤（8）；

（7-2）所述ARM处理器输出局放报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（8）低频放电信号计数值+1；判断窄脉冲计数值是否超设定值；若是进入步骤（8-1）；否则转至步骤（9）；

（8-1）所述ARM处理器输出局放预警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（9）判断中间接头温度数据是否超温度限值；若超温度限值进入步骤（9-1）；否则转至步骤（10）；

（9-1）所述ARM处理器输出中间接头温度告警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；

（10）判断中间接头超声波局放脉冲数据是否超局放限值；若超局放限值进入步骤（10-1）；否则转至步骤（1）；

（10-1）所述ARM处理器输出中间接头局放告警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器。