CN111795758A - 一种电缆绝缘运行温度在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电缆绝缘运行温度在线监测装置。所述装置包括：电源，用于提供工作所需工频交流电；信号源模块，用于发出一定幅值、频率的脉冲信号。传感模块，用于接收信号源模块发出的脉冲信号。同步模块，用于同步信号源模块与传感模块的时间。信号处理模块，用于接收反射信号、并将信号进行A/D转换，输出数字信号。传输模块，用于传输脉冲信号。通信模块，用于将信号源模块发出的脉冲信号与信号处理模块输出的数字信号传送到数据分析载体。数据分析载体，用于提取数字信号，通过关系函数，获得电缆运行温度信息。本发明通过监测脉冲信号在电缆中的传输速度得到电缆绝缘运行温度，避免了现有装置直接测量电缆外表面温度受环境温度干扰的影响，提高了测量的准确性，安装方便，现场适用性强。
Description
技术领域
本发明涉及电工检测技术领域，更具体地说，本发明属于一种电缆绝缘运行温度在线监测装置。
背景技术
随着社会经济的快速发展，用电需求量越来越大，加之遇到线路故障需要抢修或者紧急供电等需求时，地下电缆输电线路出现输电瓶颈问题。受到周期较长、资金和新建线路规划空间有限、环保等因素的制约，使得架设新线路难上加难。因此，从可持续发展和节能减排的角度出发，为了解决供电容量需求与新建线路困难的矛盾，挖掘现有电网的潜力、动态增加输电线路的输送容量能力成为可行方案。
制约电缆输送容量的决定性因素是电缆绝缘材料的长期允许最高工作温度也即电缆的线芯温度，因而为保证电缆的寿命，线芯温度值不能超过绝缘材料的长期耐受温度(XLPE为90℃)。一旦线芯温度超过限值，电缆的老化将加速，甚至可能由于局部过热而导致电缆热击穿，引起电缆事故。目前电缆运行温度测量方法主要采用光纤或光栅传感器沿电缆长度方向布置，测量电缆外表面温度，并建立从电缆外表面到导体之间的等值电路，推算电缆运行时内部导体的实际温度，该方法安装复杂、受环境干扰影响测量不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种仅安装于运行线路电缆的两端接地线即可测量整条电缆的运行温度，且测试结果不受环境温度的干扰的电缆绝缘运行温度在线监测装置，以克服现有技术的不足。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：
一种电缆绝缘运行温度在线监测装置，包括：
电源：用于提供工作所需工频交流电，为信号源模块与信号处理模块提供工作电压。
信号源模块：用于发出一定幅值、频率的脉冲信号。
传感模块：用于接收信号源模块发出的脉冲信号，典型地，可采用高频电流传感器，也可采用电容式传感器。
同步模块：用于同步信号源模块与传感模块的时间，典型地，可采用GPS模块。
信号处理模块：用于接收反射信号、并将信号进行A/D转换，输出数字信号。
传输模块：用于传输脉冲信号，连接信号源模块或传感模块与信号处理模块，传输模块采用通信电缆或光纤。当采用光纤作为信号传输媒质时，装置需配备光电转换模块，用于将传感模块接收到的脉冲信号转换为光信号。典型地，当用于信号发出时，光电转换模块连接信号源模块与信号处理模块；当用于信号接收时，光电转换模块连接传感模块与信号处理模块。
通信模块：用于将信号源模块发出的脉冲信号与信号处理模块输出的数字信号传送到数据分析载体。采用4G或5G通信网络通信。
数据分析载体：用于提取数字信号，通过关系函数，获得电缆运行温度信息。
本发明温度测量原理是：利用脉冲信号在电缆绝缘的传播速度与绝缘温度之间的相关关系。已知电缆线路长度L恒定，那么传输速度v与传输时间t成反比。如果绝缘材料一定，那么在参考温度下T0时，传输时间tT0可测得，传输速度vT0可求得。
vT0＝L÷tT0 (1)
电缆运行时绝缘层温度升高，高温Tx与参考温度T0的传输速度、传输时间的关系为：
vT0×tT0＝vTx×tTx (2)
通过获取信号源模块发出的脉冲信号与传感模块接收到该脉冲信号的时间，可以得到高温Tx时的传输时间tTx。由式(2)可得：
vTx＝vT0×tT0÷tTx (3)
通过式(3)得到的vTx，可以利用传播速度与温度的对应关系，得到电缆绝缘层运行的温度Tx。
所述传播速度与温度的对应关系包括:
对于油浸纸绝缘电力电缆：
VTX＝VT0×(1.0318-0.00125TX) (4)
对于交联聚聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆：
本发明具有以下有益效果：
本发明中电缆绝缘运行温度在线监测技术原理是利用脉冲信号在电缆绝缘的传播速度与绝缘温度之间的相关关系，通过监测脉冲信号在电缆中的传输速度得到电缆绝缘运行温度，避免了现有装置直接测量电缆外表面温度受环境温度干扰的影响，提高了测量的准确性，同时本发明的装置安装于电缆两端，现场适用性强。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明一种实施例示意图。
图3是本发明实施例工作方法流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1～3所示，本发明所述的一种电缆绝缘运行温度在线监测装置，包括：
电源，用于提供工作所需工频交流电，为信号源模块与信号处理模块提供工作电压。
信号源模块，用于发出一定幅值、频率的脉冲信号。
传感模块，用于接收信号源模块发出的脉冲信号，典型地，可采用高频电流传感器，也可采用电容式传感器。
同步模块，用于同步信号源模块与传感模块的时间，典型地，可采用GPS模块。
信号处理模块，用于接收反射信号、并将信号进行A/D转换，输出数字信号。
传输模块，用于传输脉冲信号，连接信号源模块或传感模块与信号处理模块。传输模块采用通信电缆或光纤。当采用光纤作为信号传输媒质时，装置需配备光电转换模块，用于将传感模块接收到的脉冲信号转换为光信号。典型地，当用于信号发出时，光电转换模块连接信号源模块与信号处理模块；当用于信号接收时，光电转换模块连接传感模块与信号处理模块。
通信模块，用于将信号源模块发出的脉冲信号与信号处理模块输出的数字信号传送到数据分析载体。采用4G或5G通信网络通信。
数据分析载体，用于提取数字信号，通过关系函数，获得电缆运行温度信息。
本发明一个实施例的工作方法是：
将电源、同步模块、信号源模块、传输模块、信号处理模块、通信模块组合，构成检测脉冲信号输入单元，信号源模块安装于电缆线路一端的接地线上，电源、同步模块、传感模块、传输模块、信号处理模块、通信模块组合，传输模块、通信模块组合，构成检测脉冲信号输出单元，传感模块安装于电缆线路另一端的接地线上。
装置工作时，电源为信号源模块供电，信号源模块每隔一定时间发出预设宽度的脉冲信号，传输模块、信号处理模块及通信模块将发出脉冲信号的时间t1、脉冲幅值A、脉冲宽度a等信息发送到数据分析载体中，脉冲信号通过电缆接地线沿长度为L的电缆线路传输，传感模块检测到达电缆线路另一端的脉冲信号，传输模块、信号处理模块及通信模块将接收到脉冲信号的时间t2、脉冲幅值B、脉冲宽度b等信息发送到数据分析载体中。同步模块确保t1、t2的时间基准一致。数据分析载体计算脉冲在电缆线路中的传输时间tx＝t2-t1，并利用式(1)得到传输速度vTx，利用温度与传输速度的关系函数，获得电缆运行温度信息。
装置记录脉冲幅值A、脉冲宽度a、脉冲幅值B、脉冲宽度b参数是用于脉冲配对，确保电缆线路一端发出的脉冲信号与另一端接收的脉冲信号是一一对应的。发出脉冲信号与接收脉冲信号的对应方法是：脉冲幅值A大于脉冲幅值B，脉冲宽度a小于脉冲宽度b。
本发明实施例装置工作方法流程是：
1.接通电源，装置处于工作状态；
2.同步模块对信号源模块与传感模块进行对时；
3.信号源模块发出脉冲信号，数据分析载体记录发出脉冲信号时间t1；
4.传感模块检测脉冲信号，数据分析载体记录发出脉冲信号时间t2；
5.数据分析载体计算脉冲信号传输时间tx，传输速度vTx；
6.利用温度与传输速度的关系函数，获得电缆运行温度信息。
实施例：
已知一条交联聚乙烯电缆在参考温度下T0＝25℃时，传输时间tT0
为1μs,电缆在高温Tx℃时，传输时间tTx＝0.992μs
由式(3)可得：
vTx÷vT0＝1÷0.992＝1.008
利用公式(5)，求得Tx＝40℃。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种电缆绝缘运行温度在线监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：
电源：用于提供工作所需工频交流电，为信号源模块与信号处理模块提供工作电压；
信号源模块：用于发出一定幅值以及频率的脉冲信号；
传感模块：用于接收信号源模块发出的脉冲信号；
同步模块：用于同步信号源模块与传感模块的时间；
信号处理模块：用于接收反射信号、并将信号进行A/D转换，输出数字信号；
传输模块：用于传输脉冲信号，连接信号源模块或传感模块与信号处理模块，
通信模块：用于将信号源模块发出的脉冲信号与信号处理模块输出的数字信号传送到数据分析载体；
数据分析载体：用于提取数字信号，通过关系函数，获得电缆运行温度信息。
2.如权利要求1所述的电缆绝缘运行温度在线监测装置，其特征在于，所述传感模块采用高频电流传感器或电容式传感器；所述同步模块采用GPS模块；所述传输模块采用通信电缆或光纤。
3.如权利要求2所述的电缆绝缘运行温度在线监测装置，其特征在于，所述传输模块采用光纤作为信号传输媒质，所述监测装置需配备光电转换模块，用于将传感模块接收到的脉冲信号转换为光信号，当用于信号发出时，光电转换模块连接信号源模块与信号处理模块；当用于信号接收时，光电转换模块连接传感模块与信号处理模块。
4.如权利要求1所述的电缆绝缘运行温度在线监测装置，其特征在于，所述通信模块采用4G或5G通信网络通信。
5.利用权利要求1-4任一项所述的电缆绝缘运行温度在线监测装置，其检测方法是：利用脉冲信号在电缆绝缘的传播速度与绝缘温度之间的相关关系，已知电缆线路长度L恒定，那么传输速度v与传输时间t成反比，如果绝缘材料一定，那么在参考温度下T0时，传输速度vT0已知，传输时间tT0可求得：
tT0＝L÷vT0 (1)
电缆运行时绝缘层温度升高，高温Tx与参考温度T0的传输速度、传输时间的关系为：
vT0*tT0＝vTx*tTx (2)
通过获取信号源模块发出的脉冲信号与传感模块接收到该脉冲信号的时间，可以得到高温Tx时的传输时间tTx。由式(2)可得：
vTx＝vT0*tT0/tTx (3)
通过式(3)得到的vTx，最后利用传播速度与温度的对应关系，得到电缆绝缘层运行的温度Tx。
6.如权利要求5所述的电缆绝缘运行温度在线监测装置得检测方法，其特征在于：所述传播速度与温度的对应关系包括：
对于油浸纸绝缘电力电缆：
VTX＝VT0×(1.0318-0.00125TX) (4)
对于交联聚聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆：
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| CN202010610831.6A CN111795758A (zh) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 一种电缆绝缘运行温度在线监测装置 |
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2020
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