CN108983048A - 直流电缆终端绝缘性能在线监测系统 - Google Patents

直流电缆终端绝缘性能在线监测系统 Download PDF

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张畅生
郭旭敏
苏奕辉
陈晓鸣
刘龙春
陈隽
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Abstract

本发明提供了一种直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，包括：温度监测模块、直流泄露电流监测模块、局部放电监测模块和第一监测主机；温度监测模块、直流泄露电流监测模块和局部放电监测模块均与第一监测主机连接；温度监测模块用于采集直流电缆终端表面的温度并将采集的温度信息发送至第一监测主机；直流泄露电流监测模块用于采集直流电缆终端接地线位置的直流泄露电流信号并将采集的直流泄露电流信号发送至第一监测主机；局部放电监测模块用于采集直流电缆终端接地线位置的局部放电信号并将采集的局部放电信号发送至第一监测主机；第一监测主机用于分析和处理温度信息、直流泄露电流信号和局部放电信号从而监测直流电缆终端的绝缘性能。

Description

直流电缆终端绝缘性能在线监测系统
技术领域
本发明属于电力电子传输技术领域，具体涉及直流电缆终端绝缘性能在线监测系统。
背景技术
随着柔性直流输电技术的不断发展以及材料制备工艺的不断提升，高压直流电缆在输电工程中应用越来越广泛，尤其是应用于海上风电场与陆地之间以及大陆与海岛之间的电力传输。
目前高压直流电缆及其绝缘材料的研发、设计、制造等均远滞后于交流电缆，相关方面的研究和发展还较不成熟。此外，高压直流电缆终端相对于电缆本体结构更加复杂，设计制造难度更大，在整个电缆系统中处于绝缘薄弱环节。据统计，电缆附件发生故障的概率大约占70％，而直流电缆终端作为关键的连接部件，其运行的好坏直接关系到整个电缆系统的安全稳定运行。直流电缆终端相对于传统的交流电缆终端，其内部电场分布等均存在较大不同。由于高压直流输电技术起步较晚，现场应用经验较少，针对于直流电缆附件绝缘监测的研究相对匮乏，目前尚没有成熟的直流电缆附件绝缘监测方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，用于克服现有技术中的缺点。
具体地，本发明实施例提供了一种直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，包括：温度监测模块、直流泄露电流监测模块、局部放电监测模块和第一监测主机；
所述温度监测模块、所述直流泄露电流监测模块和所述局部放电监测模块均与所述第一监测主机连接；
所述温度监测模块用于采集直流电缆终端表面的温度并将采集的温度信息发送至所述第一监测主机；
所述直流泄露电流监测模块用于采集直流电缆终端接地线位置的直流泄露电流信号并将采集的直流泄露电流信号发送至所述第一监测主机；
所述局部放电监测模块用于采集直流电缆终端接地线位置的局部放电信号并将采集的局部放电信号发送至所述第一监测主机；
所述第一监测主机用于根据温度信息、直流泄露电流信号和局部放电信号判断直流电缆终端的绝缘性能。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括：油压监测模块；所述油压监测模块与所述第一监测主机连接；
所述油压监测模块用于采集直流电缆终端绝缘油管道中的油压并将采集的油压信息发送至所述第一监测主机；
所述第一监测主机用于根据油压信息判断所述直流电缆终端的绝缘性能。
作为上述技术方案的进一步改进，所述油压监测模块包括液压传感器和RS485采集器；所述液压传感器安装于直流电缆终端绝缘油管道内；所述RS485采集器的模拟信号输入端口与所述液压传感器连接；所述RS485采集器的数字信号输出端口通过RS485端口与所述第一监测主机连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述RS485采集器的型号为ADLINK ND-6017。
作为上述技术方案的进一步改进，所述温度监测模块包括：温度传感器；所述温度传感器安装于直流电缆终端表面；所述温度传感器通过RS232端口与所述第一监测主机连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述温度传感器的型号为DS18B20。
作为上述技术方案的进一步改进，所述直流泄露电流监测模块包括：直流电流传感器、低通滤波器和第一放大器；所述直流电流传感器、所述低通滤波器和所述第一放大器依次连接；所述直流电流传感器为钳式结构，套装在直流电缆终端接地线；所述第一监测主机上设置有第一采集卡；所述第一采集卡与所述第一放大器连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述直流电流传感器为基于霍尔效应原理的直流电流传感器；所述第一采集卡通过PCI接口安装在所述第一监测主机上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述直流泄露电流监测模块包括：高频电流传感器、带通滤波器和第二放大器；所述高频电流传感器、所述带通滤波器和所述第二放大器依次连接；所述高频电流传感器为钳式结构，套装在直流电缆终端接地线；所述第一监测主机上设置有第二采集卡；所述第二采集卡与所述第二放大器连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述高频电流传感器的有效带宽范围为100kHz-20MHz；所述第二采集卡通过PCI接口安装在所述第一监测主机上。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括：第二监测主机；所述第二监测主机和所述第一监测主机通过通信光纤连接；所述第二监测主机用于接收多个所述第一监测主机上传的监测数据实现远程集中监测。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：本发明提出的直流电缆终端绝缘在线监测系统不仅可以对绝缘终端的温度进行不间断测量，对由于缺陷故障等引起的温度升高进行提前预警，防止重大事故发生。同时采用直流泄露电流及局部放电信号两种方式实现对电缆终端及电缆本体整体老化缺陷和局部缺陷的及时测量与预警。该直流电缆终端绝缘在线监测系统从温度、电气量等方面对直流电缆终端绝缘进行系统全面的监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统的信号采集及信号传输方式示意图；
图3为第一监测主机的功能示意图。
主要元件符号说明：
6-直流电缆终端；7-通信光纤；10-油压监测模块；101-液压传感器；102-RS485采集器；20-温度监测模块；201-温度传感器；30-直流泄露电流监测模块；301-直流电流传感器；302-低通滤波器；303-第一放大器；40-局部放电监测模块；401-高频电流传感器；402-带通滤波器；403-第二放大器；50-第一监测主机；501-第一采集卡；502-第二采集卡；60-第二监测主机。
具体实施方式
在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开保护范围限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。
在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备指示不同用户设备，尽管二者都是用户设备。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供了一种直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，包括：温度监测模块20、直流泄露电流监测模块30、局部放电监测模块40和第一监测主机50。
温度监测模块20、直流泄露电流监测模块30和局部放电监测模块40均与第一监测主机50连接。
温度监测模块20用于采集直流电缆终端6表面的温度并将采集的温度信息发送至第一监测主机50。
直流泄露电流监测模块30用于采集直流电缆终端6接地线位置的直流泄露电流信号并将采集的直流泄露电流信号发送至第一监测主机50。
局部放电监测模块40用于采集直流电缆终端6接地线位置的局部放电信号并将采集的局部放电信号发送至第一监测主机50。
第一监测主机50用于根据温度信息、直流泄露电流信号和局部放电信号判断直流电缆终端的绝缘性能。进行温度监测可以对由于缺陷故障等引起的温度升高进行提前预警，防止重大事故发生。同时采用直流泄露电流及局部放电信号两种方式实现对电缆终端及电缆本体整体老化缺陷和局部缺陷的及时测量与预警。
在本实施例中，直流电缆终端6为充油式的直流电缆终端，直流电缆终端绝缘性能在线监测系统还可包括：油压监测模块10；油压监测模块10与第一监测主机50连接。
油压监测模块10用于采集直流电缆终端6绝缘油管道中的油压并将采集的油压信息发送至第一监测主机50。
第一监测主机50还用于根据油压信息判断直流电缆终端的绝缘性能。进行油压监测可对终端内绝缘油泄露、绝缘油老化等因素引起的油压变化实现及时预警。
在其他实施例中，当直流电缆终端6为非充油式的直流电缆终端时，直流电缆终端绝缘性能在线监测系统不需要包括：油压监测模块10。
如图2所示，油压监测模块10包括：液压传感器101和RS485采集器102；液压传感器101安装于直流电缆终端绝缘油管道内；RS485采集器102的模拟信号输入端口与液压传感器101连接；RS485采集器102的数字信号输出端口通过RS485端口与第一监测主机50连接。RS485采集器实现A/D模数转化功能。
RS485采集器102的型号可以选用ADLINK ND-6017。ADLINK ND-6017将液压传感器101采集的模拟量通过A/D模数转换，并将液压数字量通过RS485端口传输至第一监测主机50。
温度监测模块20包括：温度传感器201；温度传感器201安装于直流电缆终端表面；温度传感器201通过RS232端口与第一监测主机50连接。
温度传感器201的型号可以选用DS18B20。DS18B20温度传感器对直流电缆终端表面温度进行采集，将采集到的温度模拟量数据进行A/D转换，并将采集的数据通过RS232接口传输至第一监测主机50。
温度监测模块20由布置的多个温度传感器201构成，可实现对直流电缆终端的全方位测量。同时由于温度监测模块20受外界气温影响较大，因此在空气中设置一个温度传感器用于监测外界气温变化，最终的分析温度可以为终端温度与环境温度的差值，可有效降低外界温度对测量结果的影响。
直流泄露电流监测模块30包括：直流电流传感器301、低通滤波器302和第一放大器303；直流电流传感器301、低通滤波器302和第一放大器303依次连接；直流电流传感器301为钳式结构，套装在直流电缆终端接地线；第一监测主机50上设置有第一采集卡501；第一采集卡501与第一放大器303连接。
直流电流传感器301可以选用基于霍尔效应原理的直流电流传感器；电流测量范围可以为0～200mA，用于对直流泄露电流进行采集。第一采集卡501可通过PCI接口安装在第一监测主机50上。
直流电流传感器301可利用霍尔原理采集直流泄露电流，之后通过低通滤波器302滤除信号中的高频谐波分量，仅保留直流分量，之后将滤波后信号经第一放大器303放大后由安装于第一监测主机50的第一采集卡501进行信号采集。
第一监测主机50上设置有多个PCI插槽用于安装采集卡。第一采集卡501可安装在PCI插槽中。第一监测主机50可以为工业PC机。工业PC机上运行有window等操作系统。PCI接口传输的数据量较大，采集卡采集的大量数据可以及时通过PCI接口发送给第一监测主机50上的CPU单元进行运算处理。
局部放电监测模块40包括：高频电流传感器401、带通滤波器402和第二放大器403；高频电流传感器401、带通滤波器402和第二放大器403依次连接；高频电流传感器401为钳式结构，套装在直流电缆终端接地线；第一监测主机50上设置有第二采集卡502；第二采集卡502与第二放大器403连接。
高频电流传感器401的有效带宽范围可以为100kHz-20MHz，该范围能有效滤除直流泄露电流中的高频谐波分量。第二采集卡502通过PCI接口安装在第一监测主机50上。
高频电流传感器401采集直流电缆终端的局部放电信号，之后通过带通滤波器402滤除信号中的高频谐波分量及其他电磁干扰分量，滤波后信号经第二放大器403放大后由安装于第一监测主机50的第二采集卡502进行信号采集。
如图1所示，直流电缆终端绝缘性能在线监测系统还包括：第二监测主机60；第二监测主机60和第一监测主机50通过通信光纤7连接；第二监测主机60用于接收多个第一监测主机50上传的监测数据实现远程集中监测。
如图3所示，第一监测主机50可实现信号的数据采集、数据处理、数据分析、数据显示、数据存储、数据分享以及绝缘预警等功能。
数据处理功能主要包括：电流数据的进一步滤波，包括巴特沃兹滤波以及小波滤波；局部放电数据的提取等。数据显示功能主要为将监测的温度、油压、直流泄露电流、局部放电数据等进行实时显示。数据存储功能为将采集到的数据存入数据库，方便对历史数据的调取以及分析，有助于实现进一步的绝缘寿命预测等扩展功能。数据分析功能主要对监测数据的发展特性进行对比分析，主要包括同一电缆终端不同时间段的数据对比以及不同电缆终端数据的横向对比，得出数据发展特性，及时进行预警。绝缘预警功能主要通过分析四种状态量的变化规律，对直流电缆终端的局部缺陷以及整体老化缺陷等绝缘缺陷进行监测预警。数据共享功能主要为通过专用通讯光纤将设置在各个变电站内的第一监测主机50与第二监测主机60建立远程连接，使第二监测主机60能够对各个变电站内的第一监测主机50的数据进行实时监测及历史查询。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的设备中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的设备中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个设备中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，其特征在于，包括：温度监测模块、直流泄露电流监测模块、局部放电监测模块和第一监测主机；
所述温度监测模块、所述直流泄露电流监测模块和所述局部放电监测模块均与所述第一监测主机连接；
所述温度监测模块用于采集直流电缆终端表面的温度并将采集的温度信息发送至所述第一监测主机；
所述直流泄露电流监测模块用于采集直流电缆终端接地线位置的直流泄露电流信号并将采集的直流泄露电流信号发送至所述第一监测主机；
所述局部放电监测模块用于采集直流电缆终端接地线位置的局部放电信号并将采集的局部放电信号发送至所述第一监测主机；
所述第一监测主机用于根据温度信息、直流泄露电流信号和局部放电信号判断直流电缆终端的绝缘性能。
2.根据权利要求1所述的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，其特征在于，还包括：油压监测模块；所述油压监测模块与所述第一监测主机连接；
所述油压监测模块用于采集直流电缆终端绝缘油管道中的油压并将采集的油压信息发送至所述第一监测主机；
所述第一监测主机用于根据油压信息判断所述直流电缆终端的绝缘性能。
3.根据权利要求2所述的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，其特征在于，所述油压监测模块包括液压传感器和RS485采集器；所述液压传感器安装于所述直流电缆终端绝缘油管道内；所述RS485采集器的模拟信号输入端口与所述液压传感器连接；所述RS485采集器的数字信号输出端口通过RS485端口与所述第一监测主机连接。
4.根据权利要求1所述的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，其特征在于，所述温度监测模块包括：温度传感器；所述温度传感器安装于直流电缆终端表面；所述温度传感器通过RS232端口与所述第一监测主机连接。
5.根据权利要求4所述的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，其特征在于，所述温度传感器的型号为DS18B20。
6.根据权利要求1所述的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，其特征在于，所述直流泄露电流监测模块包括：直流电流传感器、低通滤波器和第一放大器；所述直流电流传感器、所述低通滤波器和所述第一放大器依次连接；所述直流电流传感器为钳式结构，套装在所述直流电缆终端接地线；所述第一监测主机上设置有第一采集卡；所述第一采集卡与所述第一放大器连接。
7.根据权利要求6所述的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，其特征在于，所述直流电流传感器为基于霍尔效应原理的直流电流传感器；所述第一采集卡通过PCI接口安装在所述第一监测主机上。
8.根据权利要求1所述的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，其特征在于，所述直流泄露电流监测模块包括：高频电流传感器、带通滤波器和第二放大器；所述高频电流传感器、所述带通滤波器和所述第二放大器依次连接；所述高频电流传感器为钳式结构，套装在所述直流电缆终端接地线；所述第一监测主机上设置有第二采集卡；所述第二采集卡与所述第二放大器连接。
9.根据权利要求8所述的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，其特征在于，所述高频电流传感器的有效带宽范围为100kHz-20MHz；所述第二采集卡通过PCI接口安装在所述第一监测主机上。
10.根据权利要求1所述的直流电缆终端绝缘性能在线监测系统，其特征在于，还包括：第二监测主机；所述第二监测主机和所述第一监测主机通过通信光纤连接；所述第二监测主机用于接收多个所述第一监测主机上传的监测数据实现远程集中监测。
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