CN109946501A - 一种基于虚拟仿真的大长段高压线缆监测及故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟仿真的大长段高压线缆监测及故障诊断系统，包括下位机、分别与所述下位机连接并向其传递信号的护套电流采样传感器组、线缆线心电流传感器组、护套电压测量传感器组、分别与所述下位机连接并交互信号的护套环流抑制电抗器及操动装置、接地方式变换装置、上位机，所述上位机中设置有基于实时虚拟仿真的动态数据库、上位机监测系统和上位机实时虚拟仿真系统，所述下位机中设置有离线运行分析和诊断系统和下位机实时监控系统。本发明能够精确推导故障类型和故障点，为快速准确的排除故障提供精确数据。

Description

一种基于虚拟仿真的大长段高压线缆监测及故障诊断系统

技术领域

该发明涉及一种高压线缆监测系统，具体涉及一种大长段敷设的高压输电线缆实时在线监测和故障快速诊断精确定位系统。

背景技术

为了解决城市建设与电力建设的矛盾，输电线路逐步由架空敷设转向地下电缆敷设，大容量、长距离、大截面电缆工程日益增多由于传统电缆设计分段长度偏短，导 致电缆接头数量急剧增加，一方面工程投资随之上升，另一方面，由于接头数量的增 加，导致电缆运行的故障概率相应提高。长距离分段电缆及其敷设成为主要发展趋势。

长距离分段电缆，势必使各区段电缆金属护层的感应电动势在负荷电流抑制或暂态 工况下有较大幅度提升。从而会造成感应环流极易出现过大的问题。尤其是一旦发生线路故障和接地系统故障时，如发生接地箱进水、外护层破损接地等现象，金属护套会由 于多点直接接地而流过很大的感应电流，产生的热效应会导致电流载流量降低、电缆绝 缘加速老化等不利后果。因此，需要及时对大长段高压线缆的运行状态进行检测，并快 速诊断线缆运行状态，在线缆发生破坏或者故障时能及时地发现、尽早处理，从而避免 电缆外护套绝缘击穿甚至引发隧道火灾。

发明内容

技术问题：本发明提供一种基于虚拟仿真的大长段高压线缆监测及故障诊断系统，通过虚拟仿真建立线缆运行动态数据库，通过传感器监测线缆运行状态，根据运 行监测判断线缆运行状态，并针对其运行实时调整线缆护套环流。发生突发故障时， 记录故障数据，根据故障数据，采用虚拟仿真模拟故障发生状态，精确推导故障类型 和故障点，为快速准确的排除故障提供精确数据。

技术方案：本发明的一种基于虚拟仿真的大长段高压线缆监测及故障诊断系统，包括下位机、分别与所述下位机连接并向其传递信号的护套电流采样传感器组、线缆 线心电流传感器组、护套电压测量传感器组、分别与所述下位机连接并交互信号的护 套环流抑制电抗器及操动装置、接地方式变换装置、上位机，所述上位机中设置有基 于实时虚拟仿真的动态数据库、上位机监测系统和上位机实时虚拟仿真系统，所述下 位机中设置有离线运行分析和诊断系统和下位机实时监控系统。

进一步的，本发明系统中，上位机监测系统和下位机实时监控系统基于实时虚拟仿真的动态数据库根据运行线路和电缆信息建立电缆运行实时虚拟动态仿真模型，针 对线缆的不同的运行状态进行仿真建立数据库，所述硬件系统中的监测系统通过护套 电流采样传感器组、线缆线心电流传感器组和护套电压测量传感器组的实时运行采集 数据。

进一步的，本发明系统中，离线运行分析和诊断系统跟据正常运行时的状态进行实时运行数据与动态数据库的结果对比，对电缆运行状态初步判断和分析。

进一步的，本发明系统中，离线运行分析和诊断系统根据护套电流采样传感器组、线缆线心电流传感器组、护套电压测量传感器组的采集数据，判断线缆运行状态，在 长期运行存在护套环流较大和不平衡时，根据离线运行分析和诊断系统的分析结果， 护套环流抑制电抗器及操动装置和接地方式变换装置控制抑制电抗器的接入阻抗和 调节线缆接地方式，抑制护套环流，减少护套损耗。

进一步的，本发明系统中，离线运行分析和诊断系统在突发线路运行故障时，根据护套电流采样传感器组、线缆线心电流传感器组、护套电压测量传感器组采集的数 据，结合护套感应电压和环流公式进行故障类型初步判断。

进一步的，本发明系统中，所述离线运行分析和诊断系统针对故障类型，上传数据到上位机实时虚拟仿真系统，建立故障位置和类型的实时仿真分析模型，通过仿真 精确确定具体的故障状态和故障参数。并将分析结果和数据导入虚拟仿真的动态数据 库，完善数据库，同时将完善好的故障参数下载至离线运行分析和诊断系统。

本发明中的护套环流抑制电抗器及操动装置抑制护套环流，主要包括电抗器和接触器组成，根据所检测根据护套环流的大小，切换三相护套所串入感抗的大小，以削 弱和平衡三相护套电流。并通过接地方式变换装置，可根据线路运行状态进行接地方 式的切换，如双端接地，单端接地和交叉互联接地。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明通过虚拟仿真技术，进行线路动态运行仿真，建立线路正常运行和故障运行下的运行数据库。通过通讯，动态数据库导入离线运行分析和诊断系统。线路运行 时，离线运行分析和诊断系统，判断线路的运行状态，并进行护套环流和接地方式的 调整。通过上位机实时虚拟仿真系统，对发展故障的情况进行实时仿真分析，对故障 点和故障类型进行快速精确确定。并将所仿真的数据导入动态数据库，进一步完善离 线运行分析和诊断系统。通过离线运行分析和诊断系统实现线路运行状态的快速诊 断，通过实时虚拟仿真系统进行动态数据库的自我更新和完善。并通过主动护套防护 和接地方式，实现线路稳定运行。本发明可同时实现快速性和完善性。提高大长段线 缆的运行稳定性。

附图说明

图1是整体系统结构。

图2是系统运行流程图。

图3是护套环流抑制电抗器及接地方式变换装置。

图中：1.护套电流采样传感器组，2.线缆线心电流传感器组，3.护套电压测量传感器组，4.基于实时虚拟仿真的动态数据库，5.离线运行分析和诊断系统，6.上位机实 时虚拟仿真系统，7.护套环流抑制阻抗器及操动装置，8.接地方式变换装置，9.上位 机监测系统，10.下位机实时监控系统，11.下位机，12.上位机，13.阻抗互感器，14. 可调阻抗，15.阻抗调节控制信号，16.接地控制信号，17.线缆金属护套。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

下面结合图1-图3说明本发明的实施方式。本实施例的系统包括上位机12，下 位机11，护套电流采样传感器组1、线缆线心电流传感器组2、护套电压测量传感器 组3和护套环流抑制阻抗器及操动装置7、接地方式变换装置8。上位机主要包括， 基于实时虚拟仿真的动态数据库4、上位机实时虚拟仿真系统6和上位机监测系统组 成9。上位机实时虚拟仿真系统6根据线缆运行状态进行实时虚拟仿真，并将仿真结 果存储于基于实时虚拟仿真的动态数据库4，并将动态数据库的数据特征定期更新到 下位机11的离线运行分析和诊断系统5，通过下位机实时监控系统10获得本地线缆 运行参数，并采用离线运行分析和诊断系统5进行实时运行故障判断。当不发生故障 时，根据离线运行分析和诊断系统5，分析护套电压和环流情况，并根据分析结果通 过阻抗调节控制信号15，接地控制信号16，控制护套环流抑制阻抗器及操动装置7 和接地方式变换装置8实现护套环流抑制和护套电压抑制。

本发明优选实施中，通过电流采样传感器组护套1监测护套环流的分布情况，如果出现护套环流分布不平衡和环流较大时，根据接地方式，分别调整三相可调阻抗14， 当某相环流大于其他相环流时，增大该项护套阻抗，减少该项护套环流。通过线缆线 心电流传感器组2和护套电压测量传感器组3，检测电缆负载电流和护套各点电压， 并根据电压情况实时调节接地方式变换装置8，使得护套电压在容许范围内。

本发明优选实施中，通过护套电流采样传感器组1，线缆线心电流传感器组2和 护套电压测量传感器组3，检测线缆运行情况，通过下位机实时监控系统10和离线运 行分析和诊断系统5判断电缆是否发生故障，一旦判断故障，将传感器所记录线缆运 行参数上传至上位机，上位机根据传感器参数初步判断故障类型。通过上位机实时虚 拟仿真系统6，建立实施虚拟仿真模型，采用数据点拟合，设定故障参数，并进行仿 真，判断仿真结果和采集故障信息的匹配度，通过遗传算法，进行故障参数重新设定， 并进参数迭代，并建立虚拟仿真模型，完成仿真和特征参数对比，直到参数完全与故 障采集参数一致，结束仿真。将仿真结果输出，并完善线缆运行特征库和故障特征库。 并将其下载到下位机，完善下位机实时判断数据。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对 本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于虚拟仿真的大长段高压线缆监测及故障诊断系统，其特征在于，该系统包括下位机(11)、分别与所述下位机(11)连接并向其传递信号的护套电流采样传感器组(1)、线缆线心电流传感器组(2)、护套电压测量传感器组(3)、分别与所述下位机(11)连接并交互信号的护套环流抑制电抗器及操动装置(7)、接地方式变换装置(8)、上位机(12)，所述上位机(12)中设置有基于实时虚拟仿真的动态数据库(4)、上位机监测系统(9)和上位机实时虚拟仿真系统(6)，所述下位机(11)中设置有离线运行分析和诊断系统(5)和下位机实时监控系统(10)。

2.根据权利要求1所述的基于实时虚拟仿真的运行分析和故障诊断系统，其特征在于：所述上位机监测系统(9)和下位机实时监控系统(10)基于实时虚拟仿真的动态数据库(4)根据运行线路和电缆信息建立电缆运行实时虚拟动态仿真模型，针对线缆的不同的运行状态进行仿真建立数据库，所述硬件系统中的监测系统通过护套电流采样传感器组(1)、线缆线心电流传感器组(2)和护套电压测量传感器组(3)的实时运行采集数据。

3.根据权利要求1所述的实时虚拟仿真的运行分析和故障诊断系统，其特征在于，所述离线运行分析和诊断系统(5)跟据正常运行时的状态进行实时运行数据与动态数据库的结果对比，对电缆运行状态初步判断和分析。

4.根据权利要求1所述的实时虚拟仿真的运行分析和故障诊断系统，其特征在于，所述离线运行分析和诊断系统(5)根据护套电流采样传感器组(1)、线缆线心电流传感器组(2)、护套电压测量传感器组(3)的采集数据，判断线缆运行状态，在长期运行存在护套环流较大和不平衡时，根据离线运行分析和诊断系统(5)的分析结果，护套环流抑制电抗器及操动装置(6)和接地方式变换装置(7)控制抑制电抗器的接入阻抗和调节线缆接地方式，抑制护套环流，减少护套损耗。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的实时虚拟仿真的运行分析和故障诊断系统，其特征在于，所述离线运行分析和诊断系统(5)在突发线路运行故障时，根据护套电流采样传感器组(1)、线缆线心电流传感器组(2)、护套电压测量传感器组(3)采集的数据，结合护套感应电压和环流公式进行故障类型初步判断。

6.根据权利要求5所述的实时虚拟仿真的运行分析和故障诊断系统，其特征在于，所述离线运行分析和诊断系统(5)针对故障类型，上传数据到上位机实时虚拟仿真系统(6)，建立故障位置和类型的实时仿真分析模型，通过仿真精确确定具体的故障状态和故障参数。并将分析结果和数据导入虚拟仿真的动态数据库，完善数据库，同时将完善好的故障参数下载至离线运行分析和诊断系统(5)。