CN110554290B - 一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测装置及监测方法，包括位于连接在电缆上的负载两侧的取能线圈，两个所述取能线圈上绕制有空心线圈，所述空心线圈依次连接有过压保护电路、信号处理电路以及DC/DC稳压输出电路，所述DC/DC稳压输出电路连接有实时连续在线监测系统，其监测方法为：在待检测电缆上的负载两侧设置两个检测点；采集两个检测点的电能信号，并对电能信号进行信号处理；微处理器根据电能信号计算出电能信号特征参数；对电能信号特征参数进行数据处理，并利用数据处理结果构建深度卷积神经网络模型，对电缆产生故障的空间和时间进行辨别，有效的解决了电缆局部缺陷无法被灵敏准确的检测，以及在检测的过程中干扰较大的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电缆检测技术领域，具体涉及一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测装置及监测方法。
背景技术
目前电缆实际使用的检测方法主要有：直流叠加法、直流分量法、介质损耗角正切法、低频叠加法以及局部放电测试法等。
直流叠加法通过计算绝缘电阻，测得反映劣化的绝对量，可以监测局部损坏，能确切地检测水树枝的存在，须接入直流叠加电源(50V)，应用较为广泛。
直流分量法利用水树枝整流效应，测得流过电缆绝缘的直流电流分量，不需专门电源，但易受杂散电流与互层绝缘电阻的影响，工程应用中，由于电缆存在树枝现象，电缆电容变大，绝缘电阻变小，介损增加，介质损耗正切法反映电缆绝缘整体裂化水平，局部缺陷无法反映，精度比较低，在工程中应用较多。
低频叠加法利用低频电压加在高压回路和地间，等效于增大介损值，容易分辨出阻性电流，测量方便，只检测水树劣化的有关情况，在工程中应用较多。
局部放电法可以检测出电缆缺陷处发生的局部放电，理论上可在线检测，灵敏度高，问题在于排除干扰，应用广泛，但是难度最大。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测装置，通过在电缆负载两侧设置检测点并对检测点的电压电流信号进行计算分析，同时通过构建卷积神经网络分析模型，有效的解决了电缆局部缺陷无法灵敏准确的检测，以及在检测的过程中外界干扰较大的问题。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测装置，包括电缆、负载、取能线圈、空心线圈、过压保护电路、信号处理电路、DC/DC稳压输出电路、在线监测系统和数据管理后台；所述负载位于所述电缆上，所述取能线圈位于所述负载至少一侧，所述取能线圈上绕制有空心线圈，所述空心线圈依次连接有过压保护电路、信号处理电路以及DC/DC稳压输出电路；所述DC/DC稳压输出电路连接有在线监测系统；所述在线监测系统与数据管理后台无线连接。
作为本发明的一种优选方案，所述信号处理电路依次包括信号放大电路、无缘滤波电路、差分放大电路、有源滤波电路、积分电路以及A/D转换电路。
作为本发明的一种优选方案，绕制在所述取能线圈上的空心线圈的两端通过柔性电流钳接入过压保护电路。
作为本发明的一种优选方案，所述在线监测系统为实时连续在线监测系统。
作为本发明的一种优选方案，所述实时连续在线监测系统为连接至GPRS网络的微处理器，微处理器每隔s进行一次数字信号采样，并将数字信号的采样数据通过GPRS网络上报至计算机的数据管理后台。
作为本发明的一种优选方案，在所述负载的两侧分别设置所述取能线圈。
作为本发明的一种优选方案，所述过压保护电路5具体为稳压二极管结合电感电容并联谐振电路。
本发明实施例提供了一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测方法，包括步骤：
S100、在待检测电缆上的负载两侧设置两个检测点；
S200、通过电缆绝缘监测装置采集两个检测点的电能信号，并对电能信号进行放大和整流滤波最后转变为数字信号输出；
S300、内置在电缆绝缘监测装置内的微处理器根据电缆绝缘监测装置对电能信号进行放大和整流滤波过程中的电压和电流信号计算出电能信号特征参数；
S400、采用实时波形特征参数、电能信号状态数据和电能信号检测数据的多源数据融合方式对电能信号特征参数进行数据处理，并利用数据处理结果构建深度卷积神经网络模型，对电缆产生故障的空间和时间进行辨别。
作为本发明的一种优选方案，根据负载两个检测点的电压和电流信号计算的电能信号特征参数包括偏斜度、陡峭度、峰值个数、起始放电相位和正负半波相关系数。
作为本发明的一种优选方案，电缆绝缘监测装置中内置的微处理器将S300计算出的电能信号特征参数发送至与微处理器无线连接的windows数据管理后台，并在windows数据管理后台进行S400的分析。
本发明的实施方式具有如下优点：
本发明实现取电电源在10-1000A电流范围内稳定输出近1W功率的精准电压电流特征参数取样，并能够进行实时的在线数据分析，通过在电缆负载两侧设置检测点并对检测点的电压电流信号进行计算分析，同时通过构建卷积神经网络分析模型，有效的解决了电缆局部缺陷无法灵敏准确的检测，以及在检测的过程中外界干扰较大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施方式中电缆绝缘状态监测装置的结构框图；
图2为本发明实施方式中底层硬件结构示意图。
图中：
1-电缆；2-负载；3-取能线圈；4-空心线圈；5-过压保护电路；6-信号处理电路；7-DC/DC稳压输出电路；8-在线监测系统；9-数据管理后台。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测装置，包括位于连接在电缆1上的负载2至少一侧或两侧的取能线圈3，取能线圈3上绕制有空心线圈4，空心线圈4依次连接有过压保护电路5、信号处理电路6以及DC/DC稳压输出电路7，DC/DC稳压输出电路7连接有实时连续在线监测系统8。
信号处理电路6依次包括信号放大电路601、无缘滤波电路602、差分放大电路603、有源滤波电路604、积分电路605以及A/D转换电路606。
实时连续在线监测系统8为连接至GPRS网络的微处理器，微处理器每隔10s进行一次数字信号采样，采样数据依据标准规定电流绝对值和比值设定监测电缆线路的绝缘状态告警值，并将数字信号的采样数据通过GPRS网络上报至计算机的数据管理后台9。
信号放大电路601对空心线圈4采样的小信号做初级放大，便于数据的滤波和采样；
无源滤波电路602可以滤除信号中的高频成分；
差动放大电路603对信号放大同时具有消除零点漂移和抑制共模干扰的作用；
信号中的低频杂波很难通过无源滤波实现，而二阶的有源滤波电路604很容易做到；
积分电路605调整信号相位偏移；
AD转换电路606将模拟信号转换为微处理器可以处理的数字信号。
绕制在取能线圈3上的空心线圈4的两端通过柔性电流钳接入过压保护电路5。
电缆绝缘状态监测装置采用的取能线圈3和空心线圈4组合将电缆上的能量转换为电能输出，采用CT取电技术，其具体的工作原理电路为图2所示：
R0为空心线圈等效内阻，L0为空心线圈等效自感，C0为线圈杂散电容，Rf为外接采样电阻。
线圈的感应电势e(t)与被测电流i1(t)成微分关系，因此感应电势e(t)的波形不能代表被测电流i1(t)的波形，需要通过积分环节以将输出电压转换成与被测电流i1(t)呈同相关系。
忽略线圈的杂散电容C0，i(t)在L0和R0上的压降，且若电阻R取值足够大，使负载两侧的电压降uout(t)<<Ri(t)，则感应电压e≈Ri(t)。
所述过压保护电路5具体为稳压二极管结合电感电容并联谐振电路，对于瞬间的尖峰干扰有吸收作用。
本装置可实现取电电源在10-1000A电流范围内稳定输出近1W功率。
本发明实施例提供了一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测方法，包括步骤：
S100、在待检测电缆上的负载两侧设置两个检测点；
S200、通过电缆绝缘监测装置采集两个检测点的电能信号，并对电能信号进行放大和整流滤波最后转变为数字信号输出；
S300、内置在电缆绝缘监测装置内的微处理器根据电缆绝缘监测装置对电能信号进行放大和整流滤波过程中的电压和电流信号计算出电能信号特征参数；
S400、采用实时波形特征参数、电能信号状态数据和电能信号检测数据的多源数据融合方式对电能信号特征参数进行数据处理，并利用数据处理结果构建深度卷积神经网络模型，对电缆产生故障的空间和时间进行辨别。
根据负载两个检测点的电压和电流信号计算的电能信号特征参数包括偏斜度、陡峭度、峰值个数、起始放电相位和正负半波相关系数。
电缆绝缘监测装置中内置的微处理器将S300计算出的电能信号特征参数发送至与微处理器无线连接的windows数据管理后台，并在windows数据管理后台进行S400的分析。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (3)
1.一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测装置的监测方法，其特征在于，
所述电缆绝缘状态监测装置包括：
包括电缆(1)、负载(2)、取能线圈(3)、空心线圈(4)、过压保护电路(5)、信号处理电路(6)、DC/DC稳压输出电路(7)、在线监测系统(8)和数据管理后台(9)；所述负载(2)位于所述电缆(1)上，在所述负载(2)的两侧分别设置一个所述取能线圈(3)，所述取能线圈(3)上绕制有空心线圈(4)，所述空心线圈(4)依次连接有过压保护电路(5)、信号处理电路(6)以及DC/DC稳压输出电路(7)；所述DC/DC稳压输出电路(7)连接有在线监测系统(8)；所述在线监测系统(8)与数据管理后台(9)无线连接；
所述信号处理电路(6)依次包括信号放大电路(601)、无源滤波电路(602)、差分放大电路(603)、有源滤波电路(604)、积分电路(605)以及A/D转换电路(606)；
绕制在所述取能线圈(3)上的所述空心线圈(4)的两端通过柔性电流钳接入所述过压保护电路(5)；
所述在线监测系统(8)为实时连续在线监测系统；
所述在线监测系统(8)为连接至GPRS网络的微处理器，所述微处理器用于将数字信号的采样数据上报至所述数据管理后台(9)；
所述过压保护电路(5)具体为稳压二极管结合电感电容并联谐振电路；
所述监测方法包括步骤：
S100、在待检测电缆上的所述负载的两侧分别设置一个检测点；
S200、通过电缆绝缘状态监测装置的空心线圈采集上述两个检测点的电能信号，所述信号处理电路对所述电能信号进行放大和滤波，最后转变为数字信号输出；
S300、内置在电缆绝缘状态监测装置内的所述微处理器根据电缆绝缘状态监测装置对所述电能信号进行放大和滤波过程中的电压和电流信号计算出电能信号特征参数；
S400、采用实时波形特征参数、电能信号状态数据和电能信号检测数据的多源数据融合方式对所述电能信号特征参数进行数据处理，并利用数据处理结果构建深度卷积神经网络模型，对电缆产生故障的空间和时间进行辨别。
2.根据权利要求1所述的一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测装置的监测方法，其特征在于，所述两个检测点的电压和电流信号计算的所述电能信号特征参数包括偏斜度、陡峭度、峰值个数、起始放电相位和正负半波相关系数。
3.根据权利要求1所述的一种基于状态感知的电缆绝缘状态监测装置的监测方法，其特征在于，所述电缆绝缘状态监测装置中内置的所述微处理器将S300计算出的所述电能信号特征参数发送至与所述微处理器无线连接的所述数据管理后台，并在所述数据管理后台进行S400的分析。
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