CN112363008A - 一种电缆故障及运行状态的综合监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电缆监测技术领域，公开了一种电缆故障及运行状态的综合监测方法及系统，通过采集金属护层电流不同频率下的幅值、相位信息，进行电缆故障点计算，分析电缆是否发生故障；根据判定的故障，进行故障类型判断，并进行电缆故障的定位；将获取的电缆故障点数据、故障类型、故障定位点信息发送至后台。本发明找到一种通过监测电缆金属护层电流信息来判断电缆故障类型的方法，克服了传统电缆金属护层电流监测装置只测量电流，无法判断电缆故障信息的缺点。本发明找到一种通过监测电缆金属护层电流信息来进行电缆故障点定位的方法，避免了传统的离线式电缆故障定位工程量大、操作繁琐的缺点。

Description

一种电缆故障及运行状态的综合监测方法及系统

技术领域

本发明属于电缆监测技术领域，尤其涉及一种电缆故障及运行状态的综合监测方法及系统。

背景技术

目前，电力电缆由线芯导体，绝缘层，填充层，金属护层和外保护层构成。当其线芯流经电流，会在一定空间内产生电磁场，金属护层就会与大地之间构成一个有效的电流通路，在其感应电压的条件下产生回路电流，即电缆的接地环流。

在电缆故障情况下，金属护层电流增大，会造成金属护层温度不断上升，造成绝缘一定程度的减弱，缩短电缆运行寿命。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

传统电缆金属护层电流监测装置只测量电流，无法判断电缆故障信息。

传统的离线式电缆故障定位工程量大、操作繁琐。

解决以上问题及缺陷的意义为：

本发明通过采集金属护层电流不同频率下的幅值、相位信息，来进行电缆故障(隐患)点计算及故障类型判断，进而提供一种电缆故障及运行状态的综合监测系统及监测方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电缆故障及运行状态的综合监测方法及系统。

本发明是这样实现的，一种电缆故障及运行状态的综合监测方法，通过采集金属护层电流不同频率下的幅值、相位信息，进行电缆故障点计算，分析电缆是否发生故障；

根据判定的故障，进行故障类型判断，并进行电缆故障的定位；

将获取的电缆故障点数据、故障类型、故障定位点信息发送至后台。

进一步，所述电缆故障及运行状态的综合监测方法具体包括：

步骤1，护层电流传感器接收金属护层电流数据并上传至综合监测终端；

步骤2，如果综合监测终端接收到行波高频电流信号，则检查工频电流是否超过阈值，如果超过则进入步骤3，如果没超过则判断为电缆隐患放电故障；

步骤3，对接收到的高频、工频数据进行故障录波；

步骤4，对工频电流数据触发相数进行判断，如果三相都超过阈值，则判断为三相短路故障，如果两相超过阈值，则判断为两相短路故障，如果单相超过阈值，则判断为单相接地故障；

步骤5，综合监测终端接收到电缆故障/隐患信号，根据高频行波电流判断原则，记录t₁，t₂，t₃时刻；

步骤6，根据公式(1)、公式(2)计算v、x₁；

步骤7，将计算结果上传至后台，并进行报警。

进一步，步骤5中，脉冲信号波谷到波峰及波峰到波谷的时间差为最小的两个，且幅值为最大，根据波头的两个特征定义波峰幅值的50％处，即a，b之间的时间差为t_p，t_p最小且幅值最大的波峰认定从故障点反射回来的脉冲信号的波头，依次自动记录t₁，t₂，t₃。

进一步，步骤6中，公式(1)、公式(2)如下：

x₁即为电缆故障点/隐患点定位位置；

电缆故障及运行状态的综合监测系统用M表示，距离电缆首端即变电站A的距离为L₁，距离电缆末端即变电站B的距离为L₂，t₀时刻变电站A与监测点M之间F点发生故障或隐患；t₁为金属护层感应到的高频行波电流往变电站B传输时到达监测点时刻，t₃为金属护层感应到的变电站B反射行波高频行波电流达到监测点时刻；t₂为金属护层感应到的高频行波电流往变电站A传输反射后到达监测点的时刻。

本发明的另一目的在于提供一种电缆故障及运行状态的综合监测系统，包括：

护层电流传感器，具备实时高速采样金属护层工频、高频行波电流能力；用于监测电缆金属护层工频、高频电流；

取电电流传感器，具有电磁效应的电流互感器，通过电磁感应原理产生感应电动势为综合监测终端供电；

综合监测终端，在接收到护层电流传感器的采样数据后，进行数据处理，分析；并将分析结果通过数据通讯单元传输至后台。

进一步，所述护层电流传感器之间的通信通过RS485串口进行通信。

进一步，所述综合监测终端采用FPGA加ARM架构，FPGA包括信号采集单元、信号处理单元、AD采样单元；用于数据采样及信号触发的处理；

ARM包括通信单元、存储单元、报警装置、护层电流传感器控制单元；用于在接收到护层电流传感器信息后，在存储单元进行存储，通过护层电流传感器控制单元分析电缆是否发生故障，如判定发生故障后，进行故障类型判断，最后进行电缆故障的定位，并将护层电流传感器数据、故障类型、故障定位点通过通信单元发送至后台；并通过报警装置进行报警。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施上述的方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

采集金属护层电流不同频率下的幅值、相位信息，进行电缆故障点计算，分析电缆是否发生故障；

根据判定的故障，进行故障类型判断，并进行电缆故障的定位；

将获取的电缆故障点数据、故障类型、故障定位点信息发送至后台。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

采集金属护层电流不同频率下的幅值、相位信息，进行电缆故障点计算，分析电缆是否发生故障；

根据判定的故障，进行故障类型判断，并进行电缆故障的定位；

将获取的电缆故障点数据、故障类型、故障定位点信息发送至后台。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明提供一种通过采集金属护层电流不同频率下的幅值、相位信息，来进行电缆故障(隐患)点计算及故障类型判断的电缆故障及运行状态的综合监测系统及监测方法。所述电缆故障及运行状态的综合监测系统通过采集电缆金属护层电流值来判断电缆的运行状态，并通过装置的通信功能传输至后台的在线监测装置。所述电缆故障及运行状态的综合监测系统包含护层电流传感器、综合监测终端、取电电流传感器。所述护层电流传感器之间的通信通过RS485串口进行通信。

通过上述技术方案，本发明找到一种通过监测电缆金属护层电流信息来判断电缆故障类型的方法，克服了传统电缆金属护层电流监测装置只测量电流，无法判断电缆故障信息的缺点。本发明找到一种通过监测电缆金属护层电流信息来进行电缆故障点定位的方法，避免了传统的离线式电缆故障定位工程量大、操作繁琐的缺点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本发明实施例提供的接地电流监测装置运行示意图。

图2是本发明实施例提供的综合监测终端原理图。

图3是本发明实施例提供的测距原理图。

图4是本发明实施例提供的行波波形判断图。

图5是本发明实施例提供的故障类型判断逻辑图。

图6是本发明实施例提供的故障定位判断逻辑图。

图7(a)是本发明实施例提供的行波信息识别中，后台软件根据本发明判断高频行波电流信息判断逻辑，识别出的t1、t2信息曲线图一。

图7(b)是本发明实施例提供的行波信息识别中，后台软件根据本发明判断高频行波电流信息判断逻辑，识别出的t1、t2信息曲线图二。

图8是本发明实施例提供的故障信息判别曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电缆故障及运行状态的综合监测方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种通过采集金属护层电流不同频率下的幅值、相位信息，来进行电缆故障(隐患)点计算及故障类型判断的电缆故障及运行状态的综合监测系统，通过采集电缆金属护层电流值来判断电缆的运行状态，并通过装置的通信功能传输至后台；

包括护层电流传感器、取电电流传感器、综合监测终端。

所述护层电流传感器具备实时高速采样金属护层工频、高频行波电流能力；用于监测电缆金属护层工频、高频电流，其工作带宽为10Hz～10MHz。所述护层电流传感器之间的通信通过RS485串口进行通信。

所述取电电流传感器为具有电磁效应的电流互感器，通过电磁感应原理产生感应电动势为综合监测终端供电。

所述综合监测终端，具备高速采样能力，采样频率10MHz，在接收到护层电流传感器的采样数据后，能够高速处理数据，进行分析，并将分析结果通过数据通讯单元传输至后台；所述通讯单元为4G通讯模块或光纤通讯模块。

所述综合监测终端原理如图2所示；采用FPGA+ARM架构，FPGA作为数据采样及信号触发的处理模块，包括信号采集单元、信号处理单元、AD采样单元。

ARM作为控制核心，包括通信单元、存储单元、报警装置、护层电流传感器控制单元。

所述综合监测终端为分析、处理护层电流传感器信息的终端，综合监测终端在接收到护层电流传感器信息后，分析电缆是否发生故障，如判定发生故障后，进行故障类型判断，最后进行电缆故障的定位，并将护层电流传感器数据、故障类型、故障定位点发送至后台。

如图3所示，电缆故障及运行状态的综合监测系统用M表示，其距离电缆首端(变电站A)的距离为L₁，距离电缆末端(变电站B)的距离为L₂，t₀时刻变电站A与监测点M之间F点发生故障或隐患，则电缆会产生高频行波电流，由于电磁感应原理，电缆金属护层同样会感应出高频行波电流。t₁为金属护层感应到的高频行波电流往变电站B传输时到达监测点时刻，t₃为金属护层感应到的变电站B反射行波高频行波电流达到监测点时刻；t₂为金属护层感应到的高频行波电流往变电站A传输反射后到达监测点的时刻。

根据图3所示，则：

x₁即为电缆故障点/隐患点定位位置。

为便于算法自动记录t₁，t₂，t₃，根据行波电流与噪声信号的明显区别，如图4所示，脉冲信号波谷到波峰及波峰到波谷的时间差为最小的两个，且幅值为最大，则可根据波头的两个特征定义波峰幅值的50％处，即a，b之间的时间差为t_p，即t_p最小且幅值最大的波峰即可认定从故障点反射回来的脉冲信号的波头，依次便可自动记录t₁，t₂，t₃。

下面结合电缆故障及运行状态的综合监测系统工作逻辑对本发明作进一步描述。

如图5、图6所示，本发明提供的电缆故障及运行状态的综合监测方法包括：

步骤1，护层电流传感器接收护层电流数据并上传至综合监测终端；

步骤2，如果终端接收到行波高频电流信号，则检查工频电流是否超过阈值，如果超过则进入步骤3，如果没超过则判断为电缆隐患放电故障；

步骤3，对接收到的高频、工频数据进行故障录波；

步骤4，对工频电流数据触发相数进行判断，如果三相都超过阈值，则判断为三相短路故障，如果两相超过阈值，则判断为两相短路故障，如果单相超过阈值，则判断为单相接地故障。

步骤5，终端接收到电缆故障/隐患信号，根据高频行波电流判断原则，记录t₁，t₂，t₃时刻。

步骤6，根据公式(1)、公式(2)计算v、x₁。

步骤7，将计算结果上传至后台，并进行报警。

下面结合具体仿真对本发明作进一步描述。

仿真

行波信息识别，如图7(a)、图7(b)所示。后台软件根据本发明判断高频行波电流信息判断逻辑，识别出的t1、t2信息。

故障信息判别，如图8所示。判断出的故障信息，根据波形信息判断为线路两相故障。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电缆故障及运行状态的综合监测方法，其特征在于，所述电缆故障及运行状态的综合监测方法通过采集金属护层电流不同频率下的幅值、相位信息，进行电缆故障点计算，分析电缆是否发生故障；

根据判定的故障，进行故障类型判断，并进行电缆故障的定位；

将获取的电缆故障点数据、故障类型、故障定位点信息发送至后台。

2.如权利要求1所述的电缆故障及运行状态的综合监测方法，其特征在于，所述电缆故障及运行状态的综合监测方法具体包括：

步骤1，护层电流传感器接收金属护层电流数据并上传至综合监测终端；

步骤2，如果综合监测终端接收到行波高频电流信号，则检查工频电流是否超过阈值，如果超过则进入步骤3，如果没超过则判断为电缆隐患放电故障；

步骤3，对接收到的高频、工频数据进行故障录波；

步骤4，对工频电流数据触发相数进行判断，如果三相都超过阈值，则判断为三相短路故障，如果两相超过阈值，则判断为两相短路故障，如果单相超过阈值，则判断为单相接地故障；

步骤5，综合监测终端接收到电缆故障/隐患信号，根据高频行波电流判断原则，记录t₁，t₂，t₃时刻；

步骤6，根据公式(1)、公式(2)计算v、x₁；

步骤7，将计算结果上传至后台，并进行报警。

3.如权利要求2所述的电缆故障及运行状态的综合监测方法，其特征在于，步骤5中，脉冲信号波谷到波峰及波峰到波谷的时间差为最小的两个，且幅值为最大，根据波头的两个特征定义波峰幅值的50％处，即a，b之间的时间差为t_p，t_p最小且幅值最大的波峰认定从故障点反射回来的脉冲信号的波头，依次自动记录t₁，t₂，t₃。

4.如权利要求2所述的电缆故障及运行状态的综合监测方法，其特征在于，步骤6中，公式(1)、公式(2)如下：

x₁即为电缆故障点/隐患点定位位置；

电缆故障及运行状态的综合监测系统用M表示，距离电缆首端即变电站A的距离为L₁，距离电缆末端即变电站B的距离为L₂，t₀时刻变电站A与监测点M之间F点发生故障或隐患；t₁为金属护层感应到的高频行波电流往变电站B传输时到达监测点时刻，t₃为金属护层感应到的变电站B反射行波高频行波电流达到监测点时刻；t₂为金属护层感应到的高频行波电流往变电站A传输反射后到达监测点的时刻。

5.一种电缆故障及运行状态的综合监测系统，其特征在于，所述电缆故障及运行状态的综合监测系统包括：

护层电流传感器，具备实时高速采样金属护层工频、高频行波电流能力；用于监测电缆金属护层工频、高频电流；

取电电流传感器，具有电磁效应的电流互感器，通过电磁感应原理产生感应电动势为综合监测终端供电；

综合监测终端，在接收到护层电流传感器的采样数据后，进行数据处理，分析；并将分析结果通过数据通讯单元传输至后台。

6.如权利要求5的电缆故障及运行状态的综合监测系统，其特征在于，所述护层电流传感器之间的通信通过RS485串口进行通信。

7.如权利要求5的电缆故障及运行状态的综合监测系统，其特征在于，所述综合监测终端采用FPGA加ARM架构，FPGA包括信号采集单元、信号处理单元、AD采样单元；用于数据采样及信号触发的处理；

ARM包括通信单元、存储单元、报警装置、护层电流传感器控制单元；用于在接收到护层电流传感器信息后，在存储单元进行存储，通过护层电流传感器控制单元分析电缆是否发生故障，如判定发生故障后，进行故障类型判断，最后进行电缆故障的定位，并将护层电流传感器数据、故障类型、故障定位点通过通信单元发送至后台；并通过报警装置进行报警。

8.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1～4所述的方法。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

采集金属护层电流不同频率下的幅值、相位信息，进行电缆故障点计算，分析电缆是否发生故障；

根据判定的故障，进行故障类型判断，并进行电缆故障的定位；

将获取的电缆故障点数据、故障类型、故障定位点信息发送至后台。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

采集金属护层电流不同频率下的幅值、相位信息，进行电缆故障点计算，分析电缆是否发生故障；

根据判定的故障，进行故障类型判断，并进行电缆故障的定位；

将获取的电缆故障点数据、故障类型、故障定位点信息发送至后台。

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