CN107976602A - 高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统 - Google Patents

高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统 Download PDF

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苏超
张高林
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Abstract

本发明公开了一种高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，要解决的技术问题是实时对电力电缆进行有效检测。本发明的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，设有前端远程终端单元、综合监控中心服务器，前端远程终端单元与综合监控中心服务器之间采用全球移动通信系统GSM、码分多址CDMA或通用分组无线服务GPRS建立无线通信连接。本发明与现有技术相比，实时监测运行中的高压电缆金属外护层的各交叉互连分段的环流大小及其变化量，并将有效数据远程传送回综合监控中心服务器，进行统计、分析和告警，实现对高压电缆金属护套多点接地故障的在线实时监测，有效节省人力，提高工作效率，及早发现故障隐患，减少停电次数，使得高压电力电缆可靠运行。

Description

高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统
技术领域
本发明涉及一种电缆监测系统，特别是一种对电力电缆性能进行监测的系统。
背景技术
随着电网建设的高速发展，高压电力电缆(电缆)的使用越来越广泛，对新建电缆的性能监测和已经铺设电缆的历史数据搜集的需求将会越来越多。同时，较早铺设的电缆正在使用，随着使用年限增加，电缆的绝缘问题将会日益出现并增加，因此对电缆性能进行监测很有必要。
在正常使用情况下，由于电缆的金属护套与电缆芯之间存在有一定的感应电动势，在发生事故、电力系统内部过电压或遭雷击，产生过电压情况下，感应电动势尤为严重。因此，电缆金属护套必须正确接地，利用大地将电缆金属护套的电位限制在允许的接地电位上。66KV以上电力电缆结构多为单芯电缆，铺设时若金属护套两端三相互联后直接接地，在电缆芯通过电流时，由于电缆芯导体中电流的电磁感应，在金属护套上产生的感应电压使得金属护套上出现感应环流，会增高电缆运行的温度，导致电能损耗，直接影响电缆的输送容量并加速电缆的老化程度。
电力电缆长期运行还存在以下的问题：(1)产生电劣化、热劣化、化学劣化、机械劣化现象，同时也有可能受到鼠虫的啃咬，而金属护套在遭到破坏后有可能会使金属护套多点接地，在金属护套、接地线和接地系统之间形成回路，产生接地环流，接地环流的电流若上升到很危险的数值，被传输电流的50～90％，会导致金属护套或电缆的铠装层发热，甚至使绝缘薄弱处被击穿。电力电缆在遭到外力破坏、交叉互联系统接错线、接地线被盗、白蚁咬蚀、化学物品侵蚀的情况下，会造成接地电流值异常从而引起电缆局部温度升高，加速电缆绝缘层的热老化，影响电缆线路的载流量，增加线路运行损耗，严重情况下可能导致高压电缆发生单相接地故障而停止供电。(2)现有技术的电力电缆监测主要靠人工进行定期巡视，电力电缆一般铺设在环境复杂的沟道或地下，极有可能在下一个巡视周期到来之前电缆发生故障隐患，人工监测已经无法满足电力电缆的运行需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，要解决的技术问题是实时对电力电缆进行有效检测。
本发明采用以下技术方案：一种高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，设有前端远程终端单元RTU、综合监控中心服务器，前端远程终端单元RTU 与综合监控中心服务器之间采用全球移动通信系统GSM、码分多址CDMA或通用分组无线服务GPRS建立无线通信连接；
所述前端远程终端单元RTU采集和测量流经高压电缆各个交叉互连段的接地环流、电缆接头与终端头温度、振动和局部放电情况，对电缆的运行状态进行检测，将采集和测量到的信号数据，综合分析后得到检测结果，发送给综合监控中心服务器；
所述综合监控中心服务器接收到前端远程终端单元RTU的检测结果，建立历史数据，根据用户的需求给出可以直观看到的数字、绘制图表、图标或曲线，进行故障统计、分析和告警。
本发明的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统设有用户手机，所述前端远程终端单元RTU与用户手机之间采用全球移动通信系统GSM、码分多址 CDMA或通用分组无线服务GPRS建立无线通信连接。
本发明的前端远程终端单元RTU设有电缆检测主机，电缆检测主机连接有： A、B、C、E相接地环流监测模块，A、B、C相高频局部放电监测单元，感应取电电流互感器CT，单相运行电流互感器CT电缆监测单元，A、B、C相电缆表面温度传感器，A、B、C相接头温度传感器，A、B、C相振动传感器，环境温度监测传感器。
本发明的A、B、C、E相接地环流监测模块实时监测A、B、C、E相电缆流经大地的接地环流，所述电缆检测主机记录A、B、C、E相接地环流监测模块采集的环流数据，将记录的环流数据传输到综合监控中心服务器；
所述A、B、C相高频局部放电监测单元实时监测A、B、C相电缆辐射的的高频局部脉冲放电信号，所述电缆检测主机记录A、B、C相高频局部放电监测单元采集的高频局部脉冲放电信号数据，将记录的高频局部脉冲放电信号数据传输到综合监控中心服务器；
所述感应取电电流互感器CT为电缆检测主机提供工作用电能；
所述单相运行电流互感器CT电缆监测单元实时监测任一相运行电缆内流过的电流，所述电缆检测主机记录该任一相运行电缆内流过的电流，将记录的电流数据传输到综合监控中心服务器；
所述A、B、C相电缆表面温度传感器实时监测A、B、C相运行电缆的表面工作温度，所述电缆检测主机记录A、B、C相电缆表面温度传感器采集的A、 B、C相运行电缆的表面工作温度数据，将记录的A、B、C相运行电缆的表面工作温度数据传输到综合监控中心服务器；
所述A、B、C相接头温度传感器实时监测A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度，所述电缆检测主机记录A、B、C相接头温度传感器采集的A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度数据，将记录的A、B、C 相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度数据传输到综合监控中心服务器；
所述A、B、C相振动传感器实时监测A、B、C相电缆接头或电缆终端的振动情况，所述电缆检测主机记录A、B、C相振动传感器采集的A、B、C相电缆接头或电缆终端的振动数据，将记录的A、B、C相电缆接头或电缆终端的振动数据传输到综合监控中心服务器；
所述环境温度监测传感器监测电缆运行的环境温度，所述电缆检测主机记录环境温度监测传感器采集的环境温度数据，将记录的环境温度数据传输到综合监控中心服务器。
本发明的A、B、C和E相电缆中的一相以上流经大地的接地环流突变量值大于接地环流突变量阈值，所述电缆检测主机将接地环流数据上送到综合监控中心服务器；所述接地环流突变量值为：以20ms的采样间隔采集每相电缆的接地环流1s，其中的最大值减去最小值为该相电缆的接地环流突变量值：所述接地环流突变量阈值为40～200A。
本发明的任一相运行电缆内流过的电流突变量值大于任一相运行电缆内流过的电流突变量阈值，所述电缆检测主机将任一相运行电缆内流过的电流突变量值数据上送到综合监控中心服务器；所述任一相运行电缆内流过的电流突变量值为：以20ms的采样间隔采集任一相运行电缆内流过的电流值1s，其中的最大值减去最小值为该任一相运行电缆内流过的电流突变量值；所述任一相运行电缆内流过的电流突变量阈值为80～999A。
本发明的A、B和C相电缆中一相以上的接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值大于接头或电缆终端外表面的工作温度突变量阈值，所述电缆检测主机将接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值数据上送到综合监控中心服务器；所述接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值为：每相每间隔1s采集一次温度值并保存在60个数字的数组中，最大值减去最小值为该相接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值；所述接头或电缆终端外表面的工作温度突变量阈值为0～100℃。
本发明的A、B和C相运行电缆中一相以上的表面工作温度突变量值大于表面工作温度突变量值阈值，所述电缆检测主机将表面工作温度突变量值数据上送到综合监控中心服务器；所述表面工作温度突变量值为每相每间隔1s采集一次温度值并保存在60个数字的数组中，最大值减去最小值为该相表面的工作温度突变量值；所述表面工作温度突变量值阈值为0～100℃。
本发明的A、B和C相电缆中一相以上的电缆接头或电缆终端的振动数据突变量值大于电缆接头或电缆终端的振动数据突变量值阈值，所述电缆检测主机将电缆接头或电缆终端的振动数据上送到综合监控中心服务器；所述振动数据突变量值为每相每间隔3s采集30组振动值，最大值减去最小值为该相振动量突变量值：所述振动数据突变量值阈值为0～10g。
本发明的电缆检测主机接收电缆维护人员手机的短信指令，将电缆维护人员的主动查询该台电缆检测主机所对应检测电缆的电流、温度和振动的运行数据信息发送至电缆维护人员手机；所述电缆发生异常状况时，电缆检测主机会发送报警短信给电缆维护人员的手机；所述电缆检测主机设置在工井内、杆塔上、隧道内、变电站室内或变电站室外；所述A、B、C、E相接地环流监测单元，A、B、C相高频局部放电监测单元设置在智能接地箱内，所述智能接地箱设置在每段电缆的末端；所述感应取电电流互感器CT，单相运行电流互感器 CT电缆监测单元，A、B、C相电缆表面温度传感器，A、B、C相接头温度传感器，A、B、C相振动传感器，环境温度监测传感器设置在电缆沟道内；所述 A、B、C相接头温度传感器和A、B、C相振动传感器分别设置在A、B、C相电缆接头处。
本发明与现有技术相比，实时监测运行中的高压电缆金属外护层的各交叉互连分段的环流大小及其变化量，并将有效数据远程传送回综合监控中心服务器，进行统计、分析和告警，实现对高压电缆金属护套多点接地故障的在线实时监测，有效节省人力，提高工作效率，及早发现故障隐患，减少停电次数，使得高压电力电缆可靠运行。
附图说明
图1是XLPE电缆横截面结构示意图。
图2是皱纹铝护套与接地系统产生接地环流示意图。
图3是本发明的前端远程终端单元结构示意图。
图4是本发明的系统通信构架图。
图5是本发明实施例的系统运行状态界面图。
图6是本发明实施例的系统通信状态界面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统(系统)，用于实时测试交联聚乙烯XLPE电缆性能。如图1所示，交联聚乙烯XLPE电缆的电缆芯1为紧压铜或铝导体，电缆芯1外顺序包覆有导体屏蔽层2、交联聚乙烯绝缘层3、绝缘屏蔽层4、纵向阻水缓冲层5、皱纹铝护套6和聚氯乙烯或聚乙烯护套7。
本发明的系统，设有前端远程终端单元RTU、综合监控中心服务器(服务器)和用户手机，前端远程终端单元RTU与综合监控中心服务器和用户手机之间采用全球移动通信系统GSM、码分多址CDMA或通用分组无线服务GPRS 建立无线通信连接。
RTU采集和测量流经高压电缆各个交叉互连段的接地环流，电缆接头与终端头温度、振动和局部放电情况，对电缆的运行状态进行检测，将采集和测量到的信号数据，综合分析后得到检测结果，发送给服务器。
服务器接收到检测结果，建立历史数据文件，根据用户的需求给出可以直观看到的数字、绘制图表、图标或曲线，并按照设定进行故障统计、分析和告警。告警可以通过短信或报告的方式实时通知用户。服务器对故障报警准确率进行矫正，可统计和分析RTU的告警成功率。服务器监控本机运行状况、识别本机自身故障，便于生产维护。
如图2所示，RTU设有电缆检测主机，电缆检测主机连接有：A、B、C、E 相接地环流监测模块(环流CT_A、环流CT_B、环流CT_C、环流CT_E)，A、 B、C相高频局部放电监测单元(局放HFCT1、局放HFCT2、局放HFCT3)，感应取电电流互感器CT(取电CT)，单相运行CT电缆监测单元(运行CT)， A、B、C相电缆表面温度传感器，A、B、C相接头温度传感器，A、B、C相振动传感器，环境温度监测传感器(环境温度传感器)。
电缆检测主机根据用户的需求，可以设置在工井内、杆塔上、隧道内、变电站室内或变电站室外。
A、B、C、E相接地环流监测单元，A、B、C相高频局部放电监测单元设置在智能接地箱内。智能接地箱设置在每段电缆的末端。
感应取电电流互感器CT，单相运行CT电缆监测单元，A、B、C相电缆表面温度传感器，A、B、C相接头温度传感器，A、B、C相振动传感器，环境温度监测传感器设置在电缆沟道内。A、B、C相接头温度传感器和A、B、C相振动传感器分别设置在A、B、C相电缆接头处。
本发明的系统，监测的信号与电缆中皱纹铝护套6与大地绝缘状况有关。电缆在正常工作时，电缆最外层的聚氯乙烯或聚乙烯护套7结构完整，将皱纹铝护套6与大地隔离。当聚氯乙烯或聚乙烯护套7发生破损时，皱纹铝护套6 与大地接接触，使皱纹铝护套6与接地线和接地系统之间形成回路，产生接地环流(环流，电流，环流回路)，该电流可以上升引起电缆局部温度升高，加速电缆绝缘屏蔽层4的热老化，影响电缆的载流量，增加电缆运行损耗，严重情况下可能导致高压电缆发生单相接地故障而停止供电。
如图2所示，当皱纹铝护套6出现一个接地点时不会形成环流回路，因此皱纹铝护套6上环流极小。但如果皱纹铝护套6出现两点以上接地时，皱纹铝护套6接地点间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流，造成皱纹铝护套6 多点接地，产生发热故障。
A、B、C、E相接地环流监测模块采用中空的开合式结构，套置在A、B、 C、E相接地电缆上，实时监测A、B、C、E相电缆流经大地的接地环流。电缆检测主机根据用户设置的采样时间间隔，按60秒～12小时，记录A、B、C、E 相接地环流监测模块采集的环流数据，通过GSM、CDMA或GPRS网络，将记录的环流数据传输(上传)到服务器。
A、B、C相高频局部放电监测单元采用中空的开合式结构，套置在A、B、 C相接地电缆上，实时监测A、B、C相电缆辐射的的高频局部脉冲放电信号，高频局部放电脉冲放电是指当外加电压在电气设备中产生的场强，足以使绝缘部分区域发生放电，在放电区域内未形成固定放电通道的放电现象。电缆检测主机记录A、B、C相高频局部放电监测单元采集的高频局部脉冲放电信号数据，在收到用户从客户端服务器的主动召唤后，通过GSM、CDMA或GPRS网络，将记录的高频局部脉冲放电信号数据传输到服务器。
感应取电电流互感器CT为开合式结构，套置在A、B、C相任一相运行的电缆上，通过电磁感应为电缆检测主机提供工作用电能，保证电缆检测主机正常工作。
单相运行CT电缆监测单元为中空的开合式结构，套置在A、B、C相任一相运行电缆(单相主缆)上，用于实时监测该任一相运行电缆内流过的电流，电缆检测主机根据用户设置的采样时间间隔，按60秒～12小时，记录单相运行 CT电缆监测单元采集的任一相运行电缆内流过的电流(单相主缆运行电流)数据，通过GSM、CDMA或GPRS网络，将记录的电流数据传输到服务器。
A、B、C相电缆表面温度传感器的杆状金属探头，贴于A、B、C相运行电缆的聚氯乙烯或聚乙烯护套7表面，用于实时监测A、B、C相运行电缆的表面工作温度，电缆检测主机根据用户设置的采样时间间隔，按60秒～12小时，记录A、B、C相电缆表面温度传感器采集的A、B、C相运行电缆的表面工作温度数据，通过GSM、CDMA或GPRS网络，将记录的A、B、C相运行电缆的表面工作温度数据传输到服务器。当电缆运行发生故障时，电缆温度会发生急剧的升高，通过监测电缆的表面工作温度就可以知道A、B、C相电缆当前的工作状态。
A、B、C相接头温度传感器的杆状金属探头，贴于A、B、C相电缆接头或电缆终端表面，用于实时监测A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度，电缆检测主机根据用户设置的采样时间间隔，按60秒～12小时，记录A、 B、C相接头温度传感器采集的A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度数据，通过GSM、CDMA或GPRS网络，将记录的A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度数据传输到服务器。当电缆接头或电缆终端发生故障时，电缆接头或电缆终端温度会发生急剧的升高，通过监测电缆接头或电缆终端的温度数据就可以知道A、B、C相电缆接头或电缆终端的当前工作状态。
A、B、C相振动传感器采用外形为长方体的金属盒子，贴于A、B、C相电缆接头或电缆终端，用于实时监测A、B、C相电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动情况，电缆检测主机根据用户设置的采样时间间隔，按60秒～12小时，记录A、B、C相振动传感器采集的A、B、C相电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动数据，通过GSM、CDMA或GPRS网络，将记录的A、B、C相电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动数据传输到服务器。当电缆接头或电缆终端发生故障时，电缆接头或电缆终端会发生明显的振动，通过监测电缆接头或电缆终端的振动情况可以知道A、B、C相电缆接头或电缆终端的当前工作状态。
环境温度监测传感器设置在距离电缆1m的范围内，用于监测电缆运行的环境温度，电缆检测主机根据用户设置的采样时间间隔，按60秒～12小时，记录环境温度监测传感器采集的环境温度数据，通过GSM、CDMA或GPRS网络，将记录的环境温度数据传输到服务器。
电缆检测主机将从A、B、C、E相接地环流监测模块，A、B、C相高频局部放电监测单元，单相运行CT电缆监测单元，A、B、C相电缆表面温度传感器，A、B、C相接头温度传感器，A、B、C相振动传感器，环境温度监测传感器采集的信号数据，经GSM、CDMA或GPRS发送至综合监控中心服务器和用户手机，见表1。具体为：
一、电流
(1)电缆检测主机在距离上一次上传的时间间隔等于用户设定的上传时间间隔时，将A、B、C、E相电缆流经大地的接地环流数据上送到服务器。
(2)电缆检测主机在距离上一次上传的时间间隔等于用户设定的上传时间间隔时，将单相主缆内流过的电流数据上传到服务器。
(3)A、B、C和E相电缆中的一相以上流经大地的接地环流突变量值大于用户设定的接地环流突变量阈值，电缆检测主机立即主动将接地环流数据上送到服务器。
接地环流突变量值为：以20ms的采样间隔采集每相电缆的接地环流1s，即 1s内采集50次接地环流量值，用其中的最大值减去最小值，为该相电缆的接地环流突变量值：
ΔI＝Imax-Imin (1)
式(1)中，Imax为1s内采集50次接地环流采样值中的最大值，Imin为1s 内采集50次接地环流采样值中的最小值。
接地环流突变量阈值为用户在客户端服务器设置，并传输(下发)给电缆监测主机，阈值为40～200A。
(4)单相主缆运行电流突变量值大于用户设定的单相主缆运行电流突变量值阈值，电缆检测主机立即主动将单相主缆运行电流突变量值数据上送到服务器。
单相主缆运行电流突变量值为：以20ms的采样间隔采集单相主缆运行电流 1s，即1s内采集50次单相主缆运行电流量值，用其中的最大值减去最小值，为单相主缆运行电流突变量值：
ΔI1＝Imax1-Imin1 (2)
式(2)中，Imax1为1s内50次主缆运行电流采样值中的最大值，Imin1为50 次主缆运行电流采样值中的最小值。
单相主缆运行电流突变量值阈值为用户在客户端服务器设置，阈值为80～ 999A。
二、局部放电
用户在服务器主动召唤时，电缆检测主机通过GSM、CDMA或GPRS将A、 B、C相高频局部脉冲放电信号20ms统计值数据上送到服务器。
A、B、C相高频局部脉冲放电信号20ms统计值为以50MSPS的采样频率，连续采集20msA、B、C相高频局部脉冲放电信号，即每一相100万个点的高频局部脉冲放电数值，A、B、C相三相共采集300万个点的数值。
三、温度
(1)电缆检测主机在距离上一次上传的时间间隔等于用户设定的上传时间间隔时，将A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度数据上送到服务器。
(2)电缆检测主机在距离上一次上传的时间间隔等于用户设定的上传时间间隔时，将A、B、C相运行电缆的表面工作温度数据上传到服务器。
(3)A、B和C相电缆中一相以上的接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值大于用户设定的接头或电缆终端外表面的工作温度突变量阈值，电缆检测主机立即主动将接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值数据上送到服务器。
接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值为：每相每间隔1s采集一次温度值并保存在60个数字的数组中(当数组填满后，最早的数据舍弃，剩余的数据依次前移，新的数值放在最后的位置)，对比60个数字的最大值和最小值，最大值减去最小值为该相接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值：
ΔT＝Tmax-Tmin (3)
式(3)中，Tmax为60次接头或电缆终端外表面的工作温度采样值中的最大值，Tmin为60次接头或电缆终端外表面的工作温度采样值中的最小值。
接头或电缆终端外表面的工作温度突变量阈值为用户在客户端服务器设置，并传输(下发)给电缆监测主机，阈值为0～100℃。
(4)A、B和C相运行电缆中一相以上的表面工作温度突变量值大于用户设定的表面工作温度突变量值阈值，电缆检测主机立即主动将表面工作温度突变量值数据上送到服务器。
表面工作温度突变量值为每相每间隔1s采集一次温度值并保存在60个数字的数组中(当数组填满后，最早的数据舍弃，剩余的数据依次前移，新的数值放在最后的位置)，对比60个数字的最大值和最小值，最大值减去最小值为该相表面的工作温度突变量值：
ΔT1＝Tmax1–Tmin1 (4)
式(4)中，Tmax1为60次表面的工作温度采样值中的最大值，Tmin1为60次表面的工作温度采样值中的最小值。
表面工作温度突变量值阈值为用户在客户端服务器设置，阈值为0～100℃。
(5)电缆检测主机在距离上一次上传的时间间隔等于用户设定的上传时间间隔时，将环境温度数据上送到服务器。
四、振动
(1)电缆检测主机在距离上一次上传的时间间隔等于用户设定的上传时间间隔时，将A、B、C相电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动数据上送到服务器。
(2)A、B和C相电缆中一相以上的电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动数据突变量值大于用户设定的电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动数据突变量值阈值，电缆检测主机立即主动将电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动数据上送到服务器。
XYZ三轴振动数据突变量值为A、B和C相电缆中每相每间隔3s采集30 组振动值，对比30个数字的最大值和最小值，最大值减去最小值即为该相振动量突变量值：
ΔG＝Gmax-Gmin (5)
式(5)中，Gmax为30次三轴振动数据中的最大值，Gmin为30次三轴振动数据中的最小值。
XYZ三轴振动数据突变量值阈值为用户在客户端服务器设置，并传输(下发) 给电缆监测主机，阈值为0～10g。
电缆检测主机接收电缆维护人员手机的短信指令，将电缆维护人员的主动查询该台电缆检测主机所对应检测电缆的电流、温度和振动的运行数据信息发送至电缆维护人员手机。
电缆发生异常状况时，电缆检测主机会发送报警短信给电缆维护人员的手机。
异常状况为：A、B、C和E相电缆中的一相以上流经大地的接地环流突变量值大于用户设定的接地环流突变量阈值，单相主缆运行电流突变量值大于用户设定的单相主缆运行电流突变量值阈值，A、B和C相电缆中一相以上的接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值大于用户设定的接头或电缆终端外表面的工作温度突变量阈值，A、B和C相运行电缆中一相以上的表面工作温度突变量值大于用户设定的表面工作温度突变量值阈值，A、B和C相电缆中一相以上的电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动数据突变量值大于用户设定的电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动数据突变量值阈值。
如图3所示，综合监控中心服务器与电缆维护人员服务器、客户端服务器和电缆维护人员手机连接。综合监控中心服务器与电缆维护人员服务器、客户端服务器采用网络连接，按传输控制协议/因特网互联协议TCP/IP通信。电缆检测主机与电缆维护人员手机通过短信的方式无线连接。
综合监控中心服务器接收电缆检测主机上送的信号数据，将信号数据解析成用户在界面给出可以直观看到的数字，绘制图表、图标或曲线，并存储，为电缆维护人员服务器、客户端服务器和电缆维护人员手机浏览信号数据提供数据来源，见表2。具体有：
一、电流
综合监控中心服务器接收电缆检测主机上送的A、B、C、E相电缆流经大地的接地环流数据，单相主缆内流过的电流数据，A、B、C和E相电缆中的一相以上流经大地的接地环流突变量值，并存储，经电缆维护人员服务器和客户端服务器的浏览器向用户直观显示测量得到的A、B、C、E相电缆流经大地的接地环流数字，单相主缆内流过的电流数字，A、B、C和E相电缆中的一相以上流经大地的接地环流突变量值数字。
二、局部放电
综合监控中心服务器接收电缆检测主机上送的A、B、C相高频局部脉冲放电信号20ms统计值数据，并存储，经电缆维护人员服务器和客户端服务器的浏览器向用户直观显示测量得到的A、B、C相高频局部脉冲放电信号20ms统计值数字。
三、温度
综合监控中心服务器接收电缆检测主机上送的A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度数据，A、B、C相运行电缆的表面工作温度数据，A、B 和C相电缆中一相以上的接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值，A、B和 C相运行电缆中一相以上的表面工作温度突变量值，环境温度，并存储，经电缆维护人员服务器和客户端服务器的浏览器向用户直观显示测量得到的A、B、C 相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度数据数字，A、B、C相运行电缆的表面工作温度数据数字，A、B和C相电缆中一相以上的接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值数字，A、B和C相运行电缆中一相以上的表面工作温度突变量值数字，环境温度数字。
综合监控中心服务器将电缆运行的环境温度与A、B、C相运行电缆的表面工作温度，A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度作对比，经电缆维护人员服务器和客户端服务器的浏览器用图表的方式向用户呈现。
四、振动
综合监控中心服务器接收电缆检测主机上送的A、B、C相电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动数据，A、B和C相电缆中一相以上的电缆接头或电缆终端的XYZ三轴振动数据突变量值，并存储，经电缆维护人员服务器和客户端服务器的浏览器向用户直观显示测量得到的A、B、C相电缆接头或电缆终端的 XYZ三轴振动数字，A、B和C相电缆中一相以上的电缆接头或电缆终端的XYZ 三轴振动数据突变量值数字。
电缆维护人员服务器和客户端服务器接收综合监控中心服务器发送的电缆检测主机上送的数据，用户在电缆维护人员服务器或客户端服务器上打开web 网络浏览器的界面就可直观看到被检测电缆的详细数据数字、图表或图标。
电缆检测主机实时监测系统运行状态界和系统通信状态，电缆维护人员服务器和客户端服务器接收综合监控中心服务器发送的电缆检测主机上送的系统运行状态和系统通信状态，如图5和图6所示，在界面上显示系统运行状态界面图和系统通信状态界面。
电缆维护人员手机用于维护人员通过发送短信指令至对应的电话号码的电缆检测主机，主动查询该台电缆检测主机所对应检测电缆的电流、局部放电、温度和振动的运行数据信息。除了电缆维护人员主动查询外，当电缆发生异常状况时，电缆检测主机会主动发送报警短信给电缆维护人员的手机，使得电缆维护人员可以在第一时间进行检修和维护。
本发明的系统设置RTU采集和检测流经高压电缆各个交叉互连段的接地环流、电缆接头、终端温度、振动和局部放电情况。通过局部放电检测、温度检测、振动检测三种监测手段，对电缆的接地环流是否越限、电缆的实时温度、电缆的实时振动、电缆的局部放电这四种运行状态进行综合分析。当电缆发生破坏、盗割行为或某一机械施工行为引起的振动，能够被基于整个电缆通道中安装的A、B、C相振动传感器监测。
本发明的系统，能准确和及时的了解高压电力电缆的绝缘状态，大幅度减少了日常维护的工作量和开支。同时在线监测的长期运行将会积累宝贵的历史数据，给电力系统工作人员对电网输电线路进行系统评估提供数据资源。
本发明的系统从了解电缆绝缘状态出发，包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别，结合系统的历史和现状，考虑环境因素，对高压电力电缆结缘状态进行评估，判断其处于正常或非正常状态，并对状态进行显示和记录，对异常状态发出报警，以便运行人员及时处理，并为设备绝缘评估、合理使用和安全工作提供信息和基础数据。
表1电缆检测主机采集的信号数据
表2综合监控中心服务器、电缆维护人员服务器、客户端接收的信号数据

Claims (10)

1.一种高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，其特征在于：所述高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统设有前端远程终端单元(RTU)、综合监控中心服务器，前端远程终端单元(RTU)与综合监控中心服务器之间采用全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)或通用分组无线服务(GPRS)建立无线通信连接；
所述前端远程终端单元(RTU)采集和测量流经高压电缆各个交叉互连段的接地环流、电缆接头与终端头温度、振动和局部放电情况，对电缆的运行状态进行检测，将采集和测量到的信号数据，综合分析后得到检测结果，发送给综合监控中心服务器；
所述综合监控中心服务器接收到前端远程终端单元(RTU)的检测结果，建立历史数据，根据用户的需求给出可以直观看到的数字、绘制图表、图标或曲线，进行故障统计、分析和告警。
2.根据权利要求1所述的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，其特征在于：所述高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统设有用户手机，所述前端远程终端单元(RTU)与用户手机之间采用全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)或通用分组无线服务(GPRS)建立无线通信连接。
3.根据权利要求2所述的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，其特征在于：所述前端远程终端单元(RTU)设有电缆检测主机，电缆检测主机连接有：A、B、C、E相接地环流监测模块，A、B、C相高频局部放电监测单元，感应取电电流互感器(CT)，单相运行电流互感器(CT)电缆监测单元，A、B、C相电缆表面温度传感器，A、B、C相接头温度传感器，A、B、C相振动传感器，环境温度监测传感器。
4.根据权利要求3所述的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，其特征在于：所述A、B、C、E相接地环流监测模块实时监测A、B、C、E相电缆流经大地的接地环流，所述电缆检测主机记录A、B、C、E相接地环流监测模块采集的环流数据，将记录的环流数据传输到综合监控中心服务器；
所述A、B、C相高频局部放电监测单元实时监测A、B、C相电缆辐射的的高频局部脉冲放电信号，所述电缆检测主机记录A、B、C相高频局部放电监测单元采集的高频局部脉冲放电信号数据，将记录的高频局部脉冲放电信号数据传输到综合监控中心服务器；
所述感应取电电流互感器(CT)为电缆检测主机提供工作用电能；
所述单相运行电流互感器(CT)电缆监测单元实时监测任一相运行电缆内流过的电流，所述电缆检测主机记录该任一相运行电缆内流过的电流，将记录的电流数据传输到综合监控中心服务器；
所述A、B、C相电缆表面温度传感器实时监测A、B、C相运行电缆的表面工作温度，所述电缆检测主机记录A、B、C相电缆表面温度传感器采集的A、B、C相运行电缆的表面工作温度数据，将记录的A、B、C相运行电缆的表面工作温度数据传输到综合监控中心服务器；
所述A、B、C相接头温度传感器实时监测A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度，所述电缆检测主机记录A、B、C相接头温度传感器采集的A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度数据，将记录的A、B、C相电缆接头或电缆终端外表面的工作温度数据传输到综合监控中心服务器；
所述A、B、C相振动传感器实时监测A、B、C相电缆接头或电缆终端的振动情况，所述电缆检测主机记录A、B、C相振动传感器采集的A、B、C相电缆接头或电缆终端的振动数据，将记录的A、B、C相电缆接头或电缆终端的振动数据传输到综合监控中心服务器；
所述环境温度监测传感器监测电缆运行的环境温度，所述电缆检测主机记录环境温度监测传感器采集的环境温度数据，将记录的环境温度数据传输到综合监控中心服务器。
5.根据权利要求3所述的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，其特征在于：所述A、B、C和E相电缆中的一相以上流经大地的接地环流突变量值大于接地环流突变量阈值，所述电缆检测主机将接地环流数据上送到综合监控中心服务器；所述接地环流突变量值为：以20ms的采样间隔采集每相电缆的接地环流1s，其中的最大值减去最小值为该相电缆的接地环流突变量值：所述接地环流突变量阈值为40～200A。
6.根据权利要求3所述的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，其特征在于：所述任一相运行电缆内流过的电流突变量值大于任一相运行电缆内流过的电流突变量阈值，所述电缆检测主机将任一相运行电缆内流过的电流突变量值数据上送到综合监控中心服务器；所述任一相运行电缆内流过的电流突变量值为：以20ms的采样间隔采集任一相运行电缆内流过的电流值1s，其中的最大值减去最小值为该任一相运行电缆内流过的电流突变量值；所述任一相运行电缆内流过的电流突变量阈值为80～999A。
7.根据权利要求3所述的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，其特征在于：所述A、B和C相电缆中一相以上的接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值大于接头或电缆终端外表面的工作温度突变量阈值，所述电缆检测主机将接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值数据上送到综合监控中心服务器；所述接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值为：每相每间隔1s采集一次温度值并保存在60个数字的数组中，最大值减去最小值为该相接头或电缆终端外表面的工作温度突变量值；所述接头或电缆终端外表面的工作温度突变量阈值为0～100℃。
8.根据权利要求3所述的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，其特征在于：所述A、B和C相运行电缆中一相以上的表面工作温度突变量值大于表面工作温度突变量值阈值，所述电缆检测主机将表面工作温度突变量值数据上送到综合监控中心服务器；所述表面工作温度突变量值为每相每间隔1s采集一次温度值并保存在60个数字的数组中，最大值减去最小值为该相表面的工作温度突变量值；所述表面工作温度突变量值阈值为0～100℃。
9.根据权利要求3所述的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，其特征在于：所述A、B和C相电缆中一相以上的电缆接头或电缆终端的振动数据突变量值大于电缆接头或电缆终端的振动数据突变量值阈值，所述电缆检测主机将电缆接头或电缆终端的振动数据上送到综合监控中心服务器；所述振动数据突变量值为每相每间隔3s采集30组振动值，最大值减去最小值为该相振动量突变量值：所述振动数据突变量值阈值为0～10g。
10.根据权利要求3所述的高压电缆金属外护层接地环流在线监测系统，其特征在于：所述电缆检测主机接收电缆维护人员手机的短信指令，将电缆维护人员的主动查询该台电缆检测主机所对应检测电缆的电流、温度和振动的运行数据信息发送至电缆维护人员手机；所述电缆发生异常状况时，电缆检测主机会发送报警短信给电缆维护人员的手机；所述电缆检测主机设置在工井内、杆塔上、隧道内、变电站室内或变电站室外；所述A、B、C、E相接地环流监测单元，A、B、C相高频局部放电监测单元设置在智能接地箱内，所述智能接地箱设置在每段电缆的末端；所述感应取电电流互感器(CT)，单相运行电流互感器(CT)电缆监测单元，A、B、C相电缆表面温度传感器，A、B、C相接头温度传感器，A、B、C相振动传感器，环境温度监测传感器设置在电缆沟道内；所述A、B、C相接头温度传感器和A、B、C相振动传感器分别设置在A、B、C相电缆接头处。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180501

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