CN111650475A - 一种配电网电缆监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网电缆监测方法，在工区变电站安装电缆在线监测系统，并配备系统服务器；所述电缆在线监测系统的功能架构包括电缆数据终端采集层、电缆状态监控层和用户操作层；电缆数据终端采集层采集电网电缆状态信息，并电网电缆状态信息传输至电缆状态监控层，电缆状态监控层对电网电缆状态信息进行分析处理后，传输至用户操作层。本发明利用红外无线传感器在监控信息采集方面的优势和数据传输方面的便捷性，克服传统监测系统的在监测准确率方面的不足问题，远程监控电缆运行状态，进行实时预判，提高整个监控系统工作效率，实现对电缆网络的无断点监控，及时有效地发现电缆初期隐患保证电力系统的稳定运行。

Description

一种配电网电缆监测方法

技术领域

本发明涉及一种配电网电缆监测方法，属于电网安全技术领域。

背景技术

缆是电网体系中最重要的基础性单元。由于我国电力布网的规模逐年增加，实时在线监控电缆网络的状态，电力系统和电缆网络出现故障的区域，局部温度会在短时间内发生剧烈变化，对电缆的绝缘外皮造成破坏，不仅增加了电力系统停网的风险，还会对周围地区居民的生命财产构成威胁。

为了提高电缆运行的安全性和可靠性，多种检测方法逐渐形成。在过去，国内常使用一种预防性试验，也就是定期的停电试验，它属于离线试验，对将投入测试使用的设备和即将出厂的产品较为有效。由于预防性试验通常是在断电情况下进行的，而电力系统中一般应尽量避免出现断电的现象，因为反复的测试可能会导致电缆绝缘加速老化，此外还容易导致电力电缆的累积效应和整流效应等不良的影响，因此，随着电力行业的发展，传统的停电试验方法已越来越不能满足电力生产和供应的实际需要。

目前传统电力网络在线监控系统多采用接触式测量方法，无法实现对电缆工作状态的实时监控，监控准确率与覆盖面无法满足在线监控的要求，电网停网的风险并不能得到有效的控制。

因此，如何实现对电缆工作状态的实时监控，并远程预警电网电缆故障成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种配电网电缆监测方法，能够远程监控电缆运行状态，实现对电缆网络的无断点监控，及时有效地发现电缆初期隐患，保障配电网线路安全运行。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种配电网电缆监测方法，在工区变电站安装电缆在线监测系统，并配备系统服务器；

所述电缆在线监测系统的功能架构包括电缆数据终端采集层、电缆状态监控层和用户操作层；

电缆数据终端采集层采集电网电缆状态信息，并电网电缆状态信息传输至电缆状态监控层，电缆状态监控层对电网电缆状态信息进行分析处理后，传输至用户操作层。

作为本发明的进一步改进，用户操作层通过IO接口和无线传感网络与电缆状态监控层相连，而电缆状态监控层通过以太网及无线网与电缆数据终端采集层和数据库相连。

作为本发明的进一步改进，所述电缆数据终端层采用无线红外温度传感器采集电缆实时温度，所述无线红外温度传感器采集到的电缆实时温度传输至电缆状态监控层。

作为本发明的进一步改进，所述电缆状态监控层包括电缆监控数据采集模块、电缆监控数据存储模块和电缆数据转发与处理模块；

所述电缆监控数据采集模块接收电缆数据终端层传输来的电缆实时温度；

所述电缆监控数据存储模块将电缆监控数据采集模块所接收的电缆监控数据进行储存；

电缆数据转发与处理模块与数据库进行数据通讯，对电缆监控数据采集模块所接收的电缆监控数据进行处理，并转发到用户操作层。

作为本发明的进一步改进，电缆数据转发与处理模块对电缆监控数据的处理过程为：电缆监控数据与数据库内的电缆数据正常范围进行对比，若电缆监控数据在电缆数据正常范围内，则在用户操作层显示电缆监控数据；若电缆监控数据不在电缆数据正常范围内，则在用户操作层发出预警。

作为本发明的进一步改进，所述电缆在线监测系统的硬件架构采用分层的结构设计，其包括中心数据处理层、中间网络传输层和前端监控数据采集层。

作为本发明的进一步改进，所述中心数据处理层采用单片机系统，所述单片机系统基于采集到的电缆数据信号、波形信号而分析出电缆网络是否存在故障。

作为本发明的进一步改进，所述中间网络传输层由各种无线网络链路和串口服务器构成，一台上位机系统与一个串口服务器对应。

作为本发明的进一步改进，所述串口服务器为 PRT600 模块。

作为本发明的进一步改进，所述前端监控数据采集层在线电缆数据采集器和无线红外温度传感器，每个数据在线采集器连接两个以上的无线红外传感器，所述无线红外传感器采集到电缆的实时温度。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明利用红外无线传感器在监控信息采集方面的优势和数据传输方面的便捷性，克服传统监测系统的在监测准确率方面的不足问题，远程监控电缆运行状态，进行实时预判，提高整个监控系统工作效率，实现对电缆网络的无断点监控，及时有效地发现电缆初期隐患保证电力系统的稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明电缆在线监测系统的功能架构示意图；

图2是本发明电缆状态监控层的模块组成示意图；

图3是本发明电缆在线监测系统的硬件架构示意图；

图4是本发明电缆监控数据处理流程示意图；

图5是传统电缆监测系统的检测结果；

图6是本发明电缆在线监测系统的检测结果。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

现有的电缆监测方法方法多为电缆温度就地监测方法，电缆温度的就地监测方法是使用合适的传感器，将测得的对象温度信号转换成为电信号，送入附近适当的监测点，以适合的方式展现出温度测量结果。其缺点是仪器工作环境不佳，工作人员必须实地观察、记录测量温度，并且警报信号不易检测。

常见的电缆温度就地监测方法有三种：示温腊片法、引线接头测温法以及接触式电信号测温法。

示温蜡片法是在电力电缆或电缆接头可能的过热点贴上特殊蜡片，进行定期的巡视，再根据蜡片的颜色变化或者融化程度来大致推测该点的温度范围。示温蜡片具有超温变化特性，当测温点温度低于某设定的临界温度时，蜡片保持原来正常的颜色，当温度高于临界温度，颜色会突然改变。这是电力电缆等高压设备定性判断温度的方法之一。该方法成本低廉，原理简单，且产品轻巧，便于携带，安装简便，目前在电网内部仍然被广泛应用，其缺点是该方法需凭个人经验判断，对故障的把握上准确性和可靠性不高，温度不能定量测量，需要进行定期巡检，并且对于高压开关触头、电缆接头等易热部位，运行时几乎看不见而较难测量。

引线接头温度测量法是在接头处安装引线测温装置，当测得温度高于设定温度时，弹簧触点闭合，启动信号报警。该法运行较为可靠，效果良好，但缺点是不能监测精确温度，不能记录温度历史数据，无法掌握温度的变化趋势。

接触式电信号测量方法是使用最广泛的热电偶和热电阻，其具有操作简单、价格低廉的优点，并且测量的是物体真实温度。随着电力电子技术的高速发展，温度传感器从简单的热电偶等独立原件，发展到模拟集成温度控制器，以及到内含温度传感器的集成电路，其精度、抗干扰能力得到极大提高，实际操作也逐渐简化。热敏电阻测温法利用导体或半导体的电阻值随温度变化的特性来测量温度，可以根据电阻变化值来显示温度值。热电偶式测温法是根据热电效应的原理，将两个成分不同的导体连接起来，利用温度差产生电动势的方法来测量温度。热敏电阻是一种测温元件，它的优点和不足并存。电阻的体积小、灵敏性高，且该法具有响应时间短、输出信号大、温度值可直接显示等优势，在信号远距离传输时这些优势可得到充分体现，因此热敏电阻作为测温元件在航空领域具有广泛的应用。然而，热敏电阻基本没有互换性，且每个热敏电阻都需独立的接线、布线，既复杂又易损、维护量大、精度和一致性较差，只能得到线路局部温度。同时该法需要金属导线传输信号，无法保证具有稳定的绝缘性。热敏电阻和热电偶都属于电信号传感器，电信号传感器共有的缺点是传输过程中的信号随着距离的增加而迅速衰减，在测量几公里甚至几十公里电缆温度时，信号衰减明显。

针对现有电缆温度就地监测方法存在的问题，本发明提供一种对电缆工作状态的实时监控，并远程预警电网电缆故障的配电网电缆监测方法。

如图1所示，

一种配电网电缆监测方法，在工区变电站安装电缆在线监测系统，并配备系统服务器；

所述电缆在线监测系统的功能架构包括电缆数据终端采集层、电缆状态监控层和用户操作层；

电缆数据终端采集层采集电网电缆状态信息，并电网电缆状态信息传输至电缆状态监控层，电缆状态监控层对电网电缆状态信息进行分析处理后，传输至用户操作层。

进一步的，用户操作层通过IO接口和无线传感网络与电缆状态监控层相连，而电缆状态监控层通过以太网及无线网与电缆数据终端采集层和数据库相连。

通过多点测温的方式对整个电力系统的电缆稳定性实施监控，无线传感器采集到电缆的实时温度变化，无线数据传输模块将温度变化信息传输到下位机、上位机，一旦电缆的某个区域出现了异常，报警系统就会发出警报提示和故障点的位置信息。

如图2所示，所述电缆数据终端层采用无线红外温度传感器采集电缆实时温度，所述无线红外温度传感器采集到的电缆实时温度传输至电缆状态监控层。

进一步的，所述电缆状态监控层包括电缆监控数据采集模块、电缆监控数据存储模块和电缆数据转发与处理模块；

所述电缆监控数据采集模块接收电缆数据终端层传输来的电缆实时温度；

所述电缆监控数据存储模块将电缆监控数据采集模块所接收的电缆监控数据进行储存；

电缆数据转发与处理模块与数据库进行数据通讯，对电缆监控数据采集模块所接收的电缆监控数据进行处理，并转发到用户操作层。

进一步的，电缆数据转发与处理模块对电缆监控数据的处理过程为：电缆监控数据与数据库内的电缆数据正常范围进行对比，若电缆监控数据在电缆数据正常范围内，则在用户操作层显示电缆监控数据；若电缆监控数据不在电缆数据正常范围内，则在用户操作层发出预警。

如图3所示，

所述电缆在线监测系统的硬件架构采用分层的结构设计，其包括中心数据处理层、中间网络传输层和前端监控数据采集层。

进一步的，所述中心数据处理层采用单片机系统，所述单片机系统基于采集到的电缆数据信号、波形信号而分析出电缆网络是否存在故障。

进一步的，所述中间网络传输层由各种无线网络链路和串口服务器构成，一台上位机系统与一个串口服务器对应。

进一步的，所述串口服务器为 PRT600 模块。

进一步的，所述前端监控数据采集层在线电缆数据采集器和无线红外温度传感器，每个数据在线采集器连接两个以上的无线红外传感器，所述无线红外传感器采集到电缆的实时温度。

所述电缆在线监测系统的数据处理流程，对采集到的图谱信息进行分析和处理，具体的实现流程，如图4所示。

为验证本发明电缆在线监测系统的性能，在选定的目标电缆网络系统中随机选定160个测试点，并在160个测试点中设置21个实际故障点，分别采用传统电缆监测系统和电缆在线监测系统进行检测，验证是否存在漏电故障，如果电流值大于1nA说明电缆网络存在故障风险。

图6显示在160次随机测试中，本发明电缆在线监测系统共识别出 20 次故障风险。为了使测试结果更有说服力，在同样的测试环境下，传统电缆监测系统检测出的故障风险点为10次，测试结果如图5所示。

由此可见，本发明电缆在线监测系统的电缆状态在线检测成功率优于传统电缆监测系统检测方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种配电网电缆监测方法，其特征在于：在工区变电站安装电缆在线监测系统，并配备系统服务器；

所述电缆在线监测系统的功能架构包括电缆数据终端采集层、电缆状态监控层和用户操作层；

电缆数据终端采集层采集电网电缆状态信息，并电网电缆状态信息传输至电缆状态监控层，电缆状态监控层对电网电缆状态信息进行分析处理后，传输至用户操作层。

2.根据权利要求1所述的一种配电网电缆监测方法，其特征在于：用户操作层通过IO接口和无线传感网络与电缆状态监控层相连，而电缆状态监控层通过以太网及无线网与电缆数据终端采集层和数据库相连。

3.根据权利要求2所述的一种配电网电缆监测方法，其特征在于：所述电缆数据终端层采用无线红外温度传感器采集电缆实时温度，所述无线红外温度传感器采集到的电缆实时温度传输至电缆状态监控层。

4.根据权利要求3所述的一种配电网电缆监测方法，其特征在于：所述电缆状态监控层包括电缆监控数据采集模块、电缆监控数据存储模块和电缆数据转发与处理模块；

所述电缆监控数据采集模块接收电缆数据终端层传输来的电缆实时温度；

所述电缆监控数据存储模块将电缆监控数据采集模块所接收的电缆监控数据进行储存；

电缆数据转发与处理模块与数据库进行数据通讯，对电缆监控数据采集模块所接收的电缆监控数据进行处理，并转发到用户操作层。

5.根据权利要求4所述的一种配电网电缆监测方法，其特征在于：电缆数据转发与处理模块对电缆监控数据的处理过程为：电缆监控数据与数据库内的电缆数据正常范围进行对比，若电缆监控数据在电缆数据正常范围内，则在用户操作层显示电缆监控数据；若电缆监控数据不在电缆数据正常范围内，则在用户操作层发出预警。

6.根据权利要求5所述的一种配电网电缆监测方法，其特征在于：所述电缆在线监测系统的硬件架构采用分层的结构设计，其包括中心数据处理层、中间网络传输层和前端监控数据采集层。

7.根据权利要求6所述的一种配电网电缆监测方法，其特征在于：所述中心数据处理层采用单片机系统，所述单片机系统基于采集到的电缆数据信号、波形信号而分析出电缆网络是否存在故障。

8.根据权利要求6所述的一种配电网电缆监测方法，其特征在于：所述中间网络传输层由各种无线网络链路和串口服务器构成，一台上位机系统与一个串口服务器对应。

9.根据权利要求8所述的一种配电网电缆监测方法，其特征在于：所述串口服务器为PRT600 模块。

10.根据权利要求6所述的一种配电网电缆监测方法，其特征在于：所述前端监控数据采集层在线电缆数据采集器和无线红外温度传感器，每个数据在线采集器连接两个以上的无线红外传感器，所述无线红外传感器采集到电缆的实时温度。

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