CN112636466B - 一种高温超导电缆的监控保护装置及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高温超导电缆的监控保护装置，包括远端监控单元、就地监控主机、保护装置以及与所述保护装置通信连接的分布式光纤测温系统、接触式温度传感器、制冷监控系统、电流互感器、电压互感器；高温超导电缆保护与监测系统采用分层式结构，主要分为远端监控单元、就地监控主机和保护装置三大部分，各部分之间相对较为独立，远端监控单元和就地监控主机发生故障均不会影响保护装置的正常运行，可有效确保保护装置高可靠性运行，提高电力系统运行的稳定性和供电可靠性。

Description

一种高温超导电缆的监控保护装置及其监测方法
技术领域
本发明涉及超导电缆技术领域，具体涉及一种高温超导电缆的监控保护装置及其监测方法。
背景技术
随着用电负荷密度的增长，电力电缆的载荷不断上升。超导电缆因其超强的带载能力，成为保障高负荷长时间供电的解决手段。高温超导电缆保护是保证超导电缆运行安全的重要基础，对整个电网的稳定可靠运行具有重大影响，也是高温超导电缆工程化应用中需要重点解决的关键技术难题。高温超导电缆结构复杂，其故障和异常运行工况以及发生机理与传统输电线路存在较大差异。迄今虽对超导电缆保护开展了多方面的理论和试验研究，但仍处于百家争鸣的初始发展阶段，尚未形成较为成熟的技术方案。
发明内容
本发明旨在提出一种高温超导电缆的监控保护装置，以保证电缆的运行安全，提高电力系统运行的稳定性和供电可靠性。
为此，本发明实施例提出一种高温超导电缆的监控保护装置，所述三相超导电缆一端通过第一终端、第一三相断路器、第一三相电缆、连接所述第一母线，另一端通过第二终端、第二三相断路器、第二三相电缆、连接所述第二母线；所述高温超导电缆系统用于进行所述第一母线与所述第二母线之间的电能传输；所述监控保护装置包括保护装置以及与所述保护装置通信连接的分布式光纤测温系统、接触式温度传感器、制冷监控系统、电气量采集系统，所述电气量采集系统包括第一电流传感器、第二电流传感器和电压互感器；
所述分布式光纤测温系统用于采集高温超导电缆的沿线温度信号；
所述接触式温度传感器用于采集高温超导电缆的电缆接头处的接头温度信号；
所述制冷监控系统包括多个传感器，所述多个传感器分别用于采集高温超导电缆的制冷系统的液氮温度信号、液氮压力信号和液氮流量信号；
所述第一电流互感器用于采集第一三三相电缆上的三相电流信号Ia,b,c；
所述第二电流互感器用于采集第一三三相电缆上的零序电流信号I0；
所述电压互感器用于采集所述第一母线的三相电压信号Ua,b,c；
所述保护装置用于接收所述超导电缆的运行状态信息，并根据所述超导电缆的运行状态信息以及预设判据判断高温超导电缆是否故障，当故障时输出跳闸信号至所述第一三相断路器；其中所述超导电缆的运行状态信息包括所述沿线温度信号、接头温度信号、液氮温度信号、液氮压力信号、液氮流量信号、三相电流信号、零序电流信号、三相电压信号。
可选地，所述监控保护装置还包括就地监控主机和远端监控单元，所述就地监控主机通过光纤与远端监控单元通信连接，并通过以太网与所述保护装置通信连接；
所述就地监控主机用于下发操作指令至所述保护装置以对所述保护装置进行运行调试管理，接收所述保护装置上传的所述超导电缆的运行状态信息和保护装置的故障判断结果，存储所述超导电缆的运行状态信息，根据所述保护装置的故障判断结果生成故障报告，以及将所述超导电缆的运行状态信息和故障报告发送给所述远端监控单元；
所述远端监控单元用于接收来自所述就地监控主机的所述超导电缆的运行状态信息和故障报告，并通过专用数据通道将所述超导电缆的运行状态信息和故障报告传送给调度中心；以及，接收来自调度中心的控制指令，并下发给就地监控主机。
可选地，所述保护装置包括：
交流插件，用于接收所述三相电流信号Ia,b,c、零序电流信号I0，并通过电流变换器将所述三相电流信号Ia,b,c、零序电流信号I0进行变换得到满足所述保护装置的弱电处理要求的三相电流信号I’a,b,c和零序电流信号I’0；以及，用于接收所述三相电压信号Ua,b,c，通过电压变换器将所述三相电压信号Ua,b,c进行变换得到满足所述保护装置的弱电处理要求的三相电压信号U’a,b,c；
直流插件，用于对所述制冷监控系统的非电气量信号进行隔离变换；
A/D采样插件，用于接收所述交流插件输出的三相电流信号I’a,b,c和零序电流信号I’0，以及所述直流插件输出的三相电压信号U’a,b,c，并对所述三相电流信号I’a,b,c、零序电流信号I’0、三相电压信号U’a,b,c进行A/D转换得到对应的数字信号；
开入开出插件，用于进行所述保护装置的I/O端口的译码，并对I/O端口采用光耦进行隔离，为各种输入或输出的开关量提供带隔离的传输通道；
第一CPU插件，包括第一CPU单元和第二CPU单元；所述第一CPU单元用于根据所述超导电缆的运行状态信息以及预设判据判断高温超导电缆是否故障，当判断故障时输出跳闸信号至所述第一三相断路器、第二三相断路器；所述第二CPU单元，用于进行所述保护装置的自检，当所述保护装置的部件故障或工作状况异常时，输出报警信号，并闭锁相应出口；
第二CPU插件，用于进行所述保护装置运行管理、保护定值管理和人机交互；
显示插件，由320*240点阵TFT大屏幕带背光液晶显示屏及按键构成，用于实现人机对话过程中接收所述第二CPU插件的信息并输出显示以及接收用户输入的信息并转发至所述第二CPU插件，并实时显示所述保护装置的运行工况；
电源插件，用于为上述其他插件提供各种不同电压的工作电源。
可选地，所述多个传感器输出信号采用4～20mA电流环方式传输，所述直流插件通过取样电阻将所述多个传感器输出的电流信号转换成对应的电压信号，并通过隔离运放器将该对应的电压信号进行隔离和滤波后再送给所述A/D采样插件。
可选地，所述液氮温度信号包括高温超导电缆的入口、出口的液氮温度信号；所述液氮压力信号包括高温超导电缆的入口、出口的液氮压力信号；所述液氮流量信号包括高温超导电缆的入口、出口的液氮流量信号。
可选地，所述保护装置接收的外部输入开关量包括：第一三相断路器位置信号、第二三相断路器位置信号、冷却系统故障跳闸信号、冷却系统合闸允许信号。
所述保护装置输出的开关量包括：保护装置异常告警、高温超导电缆异常告警、保护装置故障闭锁、制冷系统告警、合闸允许信号、跳闸信号。
本发明实施例提出一种高温超导电缆的监控保护装置，高温超导电缆保护与监测系统采用分层式结构，主要分为远端监控单元、就地监控主机和保护装置三大部分，各部分之间相对较为独立，远端监控单元和就地监控主机发生故障均不会影响保护装置的正常运行，可有效确保保护装置高可靠性运行，提高电力系统运行的稳定性和供电可靠性。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式中阐述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为本发明实施例中一种高温超导电缆的监控保护装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中高温超导电缆应用场景示意图。
图3为本发明实施例中制冷系统结构示意图。
图4为本发明实施例中保护装置结构示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
参阅图1～2，本发明实施例提出一种高温超导电缆的监控保护装置；所述三相超导电缆一端通过第一终端、第一三相断路器、第一三相电缆、连接所述第一母线，另一端通过第二终端、第二三相断路器、第二三相电缆、连接所述第二母线；所述高温超导电缆系统用于进行所述第一母线与所述第二母线之间的电能传输；所述监控保护装置包括：就地监控主机、远端监控单元、保护装置以及与所述保护装置通信连接的分布式光纤测温系统、接触式温度传感器、制冷监控系统、电气量采集系统，所述电气量采集系统包括第一电流传感器CT1、第二电流传感器CT2和电压互感器PT；所述就地监控主机通过光纤与远端监控单元通信连接，并通过以太网与所述保护装置通信连接保护装置；
其中，所述分布式光纤测温系统用于采集高温超导电缆的沿线温度信号；
具体而言，测温光纤不仅把光纤当作光的传输通道，还把光纤本身作为感温元件，因此它不需要布置大量的探头，安装方便，布线简单，占用空间少。测温光纤除了光纤传感器的共同优点外，它还可以实现光纤沿线空间区域内的连续测量，从而得到各处的温度值，而且分布式光纤测温可以利用光时域反射技术(Optical Time Domain Reflection简称OTDR)来定位距离，解决许多特殊场合下其它温度传感器难以胜任的测量难题。
示例性地，所述分布式光纤测温系统包括多个测温光纤，所述三相超导电缆由内之外依次设置电缆骨架、第一绝缘层、A相导体层、第二绝缘层、B相导体层、第三绝缘层、C相导体层、第四绝缘层、屏蔽层，其中所述电缆骨架内部、所述低温杜瓦管与所述屏蔽层之间均设置有液氮通道，所述液氮通道用于供液氮流通以对超导电缆进行降温；所述多个测温光纤分别设置于所述电缆骨架、A相导体层、第一绝缘层、B相导体层、第二绝缘层、C相导体层、第三绝缘层、屏蔽层中的任意两层之间或任意一层中，并沿所述超导电缆轴心均匀间隔设置；所述多个测温光纤的连接端通过所述恒温器上的多个贯通器引出，并与所述保护装置的输入端连接。
其中，所述接触式温度传感器用于采集高温超导电缆的电缆接头处的接头温度信号；
示例性地，所述接触式温度传感器包括3个热电偶温度传感器，分别设置于所述三相超导电缆与终端连接处的第二绝缘层、第三绝缘层和第四绝缘层中，且分别与对应的A相导体层、B相导体层、C相导体层接触，以分别对接头处的A相导体层、B相导体层、C相导体层的温度进行检测，并将检测得到的接头温度发送给所述保护装置。
其中，所述制冷监控系统包括多个传感器，所述多个传感器分别用于采集高温超导电缆的制冷系统的液氮温度信号、液氮压力信号和液氮流量信号；
示例性地，参阅图3，所述制冷系统包括制冷机、液氮泵、第一液氮管道、第二液氮管道、第三液氮管道；所述制冷机的一端、所述第一液氮管道、所述第一终端、所述低温杜瓦管的一端依次连接；所述制冷机的另一端、所述第二液氮管道、所述液氮泵、第三液氮管道、所述第二终端、所述低温杜瓦管的一端依次连接；液氮从所述制冷机出口流出，经所述第一液氮管道、第一终端、液氮通道、第二终端、第二液氮管道、液氮泵、第三液氮管道后回流至所述制冷机入口；
具体而言，所述三相超导电缆设置于所述低温杜瓦管中，所述低温杜瓦管与所述三相超导电缆之间设置有液氮通道，制冷机、终端N、低温杜瓦管、三相超导电缆、液氮泵之间通过所述液氮管道连接，液氮管道和液氮通道连通，所述制冷机用于对液氮进行制冷，制冷后的液氮在液氮泵的泵送作用下，在液氮管道和液氮通道之间循环流通，以维持超导电缆的超导态温度环境。
所述多个传感器包括：
第一压力传感器，设置于第一液氮管道出口处，用于检测第一液氮管道出口处的第一液氮压力信号；
第二压力传感器，设置于第二液氮管道入口处，用于检测第二液氮管道入口处的第二液氮压力信号；
第三压力传感器，设置于制冷机入口处，用于检测制冷机入口处的第三液氮压力信号；
第四压力传感器，设置于制冷机出口处，用于检测制冷机出口处的第四液氮压力信号；
第一流量传感器，设置于第一液氮管道出口处，用于检测第一液氮管道出口处的第一液氮流量信号；
第二流量传感器，设置于第二液氮管道入口处，用于检测第二液氮管道入口处的第二液氮流量信号；
第一温度传感器，设置于第一液氮管道出口处，用于检测第一液氮管道出口处的第一液氮温度信号；
第二温度传感器，设置于第二液氮管道入口处，用于检测第二液氮管道入口处的第二液氮温度信号；
第三温度传感器，设置于制冷机入口处，用于检测制冷机入口处的第三液氮温度信号；
第四温度传感器，设置于制冷机出口处，用于检测制冷机出口处的第四液氮温度信号。
其中，所述第一电流互感器CT1设置于所述第一三三相电缆上，用于采集所述第一三三相电缆上的三相电流信号Ia,b,c(模拟量)；
其中，所述第二电流互感器CT2设置于所述第一三三相电缆上，用于采集第一三三相电缆上的零序电流信号I0(模拟量)；
其中，所述电压互感器PT设置于所述第一母线上，用于采集所述第一母线的三相电压信号Ua,b,c(模拟量)；
其中，所述保护装置用于接收所述超导电缆的运行状态信息，并根据所述超导电缆的运行状态信息以及预设判据判断高温超导电缆是否故障，当故障时输出跳闸信号至所述第一三相断路器、所述第二三相断路器；其中所述超导电缆的运行状态信息包括所述沿线温度信号、接头温度信号、液氮温度信号、液氮压力信号、液氮流量信号、三相电流信号、零序电流信号、三相电压信号。
具体而言，所述保护装置根据所述超导电缆的运行状态信息以及预设判据判断高温超导电缆是否故障的原理如下(1)～(15)：
(1)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的三相电流，根据所述三相电流与预设电流阈值的比较结果判断所述高温超导电缆系统是否短路故障；
(2)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的零序电流，根据所述零序电流与预设电流阈值的比较结果判断所述高温超导电缆系统是否短路故障；
(3)所述保护装置响应于接收到与所述高温超导电缆系统互连的母线的三相电压，根据所述三相电压与预设电压阈值的比较结果判断所述高温超导电缆系统外部是否故障；
(4)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的液氮入口处的第一液氮温度信号以及所述三相超导电缆的液氮出口处的第二液氮温度信号，根据所述第一液氮温度信号和第二液氮温度信号计算超导电缆的损耗功率，并根据所述损耗功率与预设功率阈值的比较结果判断所述高温超导电缆系统是否超负荷；
(5)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的液氮入口处的第一液氮流量信号或所述三相超导电缆的液氮出口处的第二液氮流量信号，根据所述第一液氮流量信号或第二液氮流量信号与预设阈值的比较结果判断是否存在超导电缆液氮流量偏低故障或异常。
(6)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的液氮入口处的第一液氮流量信号以及所述三相超导电缆的液氮出口处的第二液氮流量信号，根据所述第一液氮流量信号、第二液氮流量信号计算三相超导电缆出入口液氮流量差，并根据所述液氮流量差与预设阈值的比较结果判断是否存在超导电缆液氮流量差越域故障或异常；
(7)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的液氮入口处的第一液氮温度信号，根据所述第一液氮温度信号与预设阈值的比较结果判断是否存在超导电缆入口温度越域故障或异常；
(8)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的液氮出口处的第二液氮温度信号，根据所述第二液氮温度信号与预设阈值的比较结果判断是否存在超导电缆出口温度越域故障或异常；
(9)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的液氮入口处的第一液氮压力信号以及所述三相超导电缆的液氮出口处的第二液氮压力信号，根据所述第一液氮压力信号、第二液氮压力信号计算超导电缆进出口压力差，并将所述超导电缆进出口压力差与预设压力差阈值进行比较，判断是否存在超导电缆进出口压力差过压越域故障或异常；
(10)所述保护装置响应于接收到所述制冷机入口处的第三液氮温度信号，根据所述第三液氮温度信号与预设阈值的比较结果判断是否存在制冷机入口温度越域故障或异常；
(11)所述保护装置响应于接收到所述制冷机出口处的第四液氮温度信号，根据所述四液氮温度信号与预设阈值的比较结果判断是否存在制冷机出口温度越域故障或异常；
(12)所述保护装置响应于接收到所述制冷机入口处的第三液氮压力信号以及所述制冷机出口处的第四液氮压力信号，根据所述第三液氮压力信号、四液氮压力信号计算制冷机进出口压力差，并根据所述制冷机进出口压力差与预设阈值的比较结果判断是否存在制冷机进出口压力差过压越域故障或异常，或是否存在制冷机进出口压力差欠压越域故障或异常；
(13)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的沿线温度，将所述沿线温度与预设的温度阈值进行比较；
其中，当所述三相超导电缆沿线任一点温度大于预设的第一温度值时，超导电缆沿线温度异常；
其中，当高温超导电缆沿线任一点温度大于预设的第二温度值时，超导电缆沿线温度故障；
(14)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的沿线温度，根据所述沿线温度计算沿线平均温度，并将所述沿线平均温度与预设的温度阈值进行比较；
其中，若所述三相超导电缆沿线平均温度大于预设的第三温度值，则超导电缆沿线平均温度异常；
其中，若所述三相超导电缆沿线平均温度大于预设的第四温度值，则超导电缆沿线平均温度故障。
(15)所述保护装置响应于接收到所述三相超导电缆的沿线温度，根据所述沿线温度进行多分辨形态梯度变换得到温度变化波形特征图；
根据所述温度变化波形特征图确定一个或多个局部失超区域的位置和宽度；其中所述温度变化波形特征图中任意相邻的一个正窄峰和一个负窄峰之间区域为一个局部失超区域；
若任一个局部失超区域的宽度满足di>rL，或多个局部失超区域的宽度满足则生成第十四告警控制指令，将所述第十四告警控制指令发送至告警装置以控制所述告警装置进行超导电缆失超告警；
若任一个局部失超区域的宽度满足di>rH，或多个局部失超区域的宽度满足则生成切除控制指令，将所述切除控制指令发送至保护装置以控制所述保护装置动作切除所述高温超导电缆系统；
其中，di为第i个局部失超区域的宽度，l为三相超导电缆长度，rL，rH，rL-av，rH-av分别为预先设置的阈值。
在本实施例中，所述就地监控主机用于下发操作指令至所述保护装置以对所述保护装置进行运行调试管理，接收所述保护装置上传的所述超导电缆的运行状态信息和保护装置的故障判断结果，存储所述超导电缆的运行状态信息，根据所述保护装置的故障判断结果生成故障报告，以及将所述超导电缆的运行状态信息和故障报告发送给所述远端监控单元；
具体地，根据所述就地监控主机的任务特点，其硬件选用工业级一体化工作站，以充分利用工业PC硬件开放性好的特点以及丰富的软件开发资源，所述就地监控主机具体硬件配置如下表1所示：
表1远端监控主机硬件配置
工作主机 浪潮英信NF5240M3(机架式)
处理器字长 64位
CPU 2路E5-2407(4核/路)
主频 2.2GHz
内存容量 8GB
显卡 2GB(双显卡)
网卡数量 4块
网卡速率 10/1000M自适应
光驱 DVD×1
鼠标、键盘 1套
操作系统 UNIX
在本实施例中，所述远端监控单元用于接收来自所述就地监控主机的所述超导电缆的运行状态信息和故障报告，并通过专用数据通道将所述超导电缆的运行状态信息和故障报告传送给调度中心；以及，接收来自调度中心的控制指令，并下发给就地监控主机；具备远方查询和浏览功能。
所述远端监控单元的具体硬件配置见表2。
表2远端监控单元硬件配置
需说明的是，所述保护装置与所述就地监控主机之间仅通过通信接口互连。这种分层结构形式，有助于提高所述保护装置的抗干扰性能，且所述就地监控主机和通信链路的故障不影响所述保护装置的正常工作，以确所述保护装置运行的高度可靠性。
在本实施例中，所述保护装置需要按照高可靠性要求进行硬件设计，为了在保证高可靠性要求前提下缩短装置开发周期，拟选用国内技术水平较高的保护厂家硬件平台进行二次开发，以满足超导电缆保护与监测系统的应用需求。拟选用的保护厂家硬件平台基于统一的硬件平台开发，硬件集成度高，可扩展性强，采用背插式模件结构，以利于强、弱电分离，提高装置的抗干扰性能。装置保护CPU和启动CPU插件的数据采集回路完全独立，通过串行通信与管理CPU交换信息，通信不影响保护行为，保证了装置的可靠性和安全性。内部采用高性能通讯总线，方便系统扩展，同时确保插件间数据通信的可靠性。
具体地，参阅图4，所述保护装置包括：
交流插件，用于接收所述三相电流信号Ia,b,c、零序电流信号I0，并通过电流变换器将所述三相电流信号Ia,b,c、零序电流信号I0进行变换得到满足所述保护装置的弱电处理要求的三相电流信号I’a,b,c和零序电流信号I’0；以及，用于接收所述三相电压信号Ua,b,c，通过电压变换器将所述三相电压信号Ua,b,c进行变换得到满足所述保护装置的弱电处理要求的三相电压信号U’a,b,c；同时，变换器还担负着在二次回路与继电保护装置内部电路之间实现电气隔离和电磁屏蔽的作用，以保障人身及保护装置内部弱电元件的安全，减少来自高压设备对弱电元件的干扰。
直流插件，用于对所述制冷监控系统的非电气量信号进行隔离变换；所述非电气量信号包括所述多个传感器所检测的多种信号。
A/D采样插件，用于接收所述交流插件输出的三相电流信号I’a,b,c和零序电流信号I’0，以及所述直流插件输出的三相电压信号U’a,b,c，并对所述三相电流信号I’a,b,c、零序电流信号I’0、三相电压信号U’a,b,c进行A/D转换得到对应的数字量：三相电流信号I”a,b,c、零序电流信号I”0、三相电压信号U”a,b,c。
开入开出插件，用于进行所述保护装置的I/O端口的译码，并对I/O端口采用光耦进行隔离，为各种输入或输出的开关量提供带隔离的传输通道；一方面读入外部输入开关量的状态，另一方面通过开关量输出的状态来控制跳闸信号插件上的继电器的动作。
第一CPU插件，包括第一CPU单元(即保护CPU)和第二CPU单元(即启动CPU)；所述第一CPU单元用于根据所述超导电缆的运行状态信息以及预设判据判断高温超导电缆是否故障，当判断故障时输出跳闸信号至所述第一三相断路器、第二三相断路器；所述第二CPU单元，用于进行所述保护装置的自检，当所述保护装置的部件故障或工作状况异常时，输出报警信号，并闭锁相应出口。需说明的是，所述第一CPU单元和第二CPU单元完全独立，相互之间不影响各自功能实现。
第二CPU插件(即管理CPU)，用于进行所述保护装置运行管理、保护定值管理和人机交互。
显示插件，由320*240点阵TFT大屏幕带背光液晶显示屏及按键构成，用于实现人机对话过程中接收所述第二CPU插件的信息并输出显示以及接收用户输入的信息并转发至所述第二CPU插件，并实时显示所述保护装置的运行工况。
电源插件，用于为上述其他插件提供各种不同电压的工作电源。
在本实施例中，为了避免传感器模拟信号受到变电站恶劣电磁环境的干扰，所述制冷监控系统的多个传感器输出信号采用4～20mA电流环方式传输，所述直流插件通过取样电阻将所述多个传感器输出的电流信号转换成对应的电压信号，并通过隔离运放器将该对应的电压信号进行隔离和滤波后再送给所述A/D采样插件。
在本实施例中，所述保护装置接收的外部输入开关量包括：第一三相断路器位置信号、第二三相断路器位置信号、冷却系统故障跳闸信号、冷却系统合闸允许信号。
所述保护装置输出的开关量包括：保护装置异常告警、高温超导电缆异常告警、保护装置故障闭锁、制冷系统告警、合闸允许信号、跳闸信号。
优选地，模拟量采样频率为1kHz，开关量事件分辨率为1ms，A/D分辨率为16位。
综上，本实施例中高温超导电缆保护与监测系统采用分层式结构，主要包括远端监控单元、就地监控主机和保护装置三大部分，各部分之间相对较为独立，远端监控单元或就地监控主机出现故障时，不会对保护装置的正常运行产生影响，可满足保护装置高可靠性要求。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (4)

1.一种高温超导电缆的监控保护装置，其特征在于，所述高温超导电缆一端通过第一终端、第一三相断路器、第一三相电缆、连接第一母线，另一端通过第二终端、第二三相断路器、第二三相电缆、连接第二母线；所述高温超导电缆系统用于进行所述第一母线与所述第二母线之间的电能传输；所述监控保护装置包括就地监控主机、远端监控单元、保护装置以及与所述保护装置通信连接的分布式光纤测温系统、接触式温度传感器、制冷监控系统、电气量采集系统，所述电气量采集系统包括第一电流互感器、第二电流互感器和电压互感器；所述就地监控主机通过光纤与所述远端监控单元通信连接，并通过以太网与所述保护装置通信连接；
所述分布式光纤测温系统用于采集所述高温超导电缆的沿线温度信号；所述接触式温度传感器用于采集所述高温超导电缆的电缆接头处的接头温度信号；所述制冷监控系统包括多个传感器，所述多个传感器分别用于采集所述高温超导电缆的制冷系统的液氮温度信号、液氮压力信号和液氮流量信号；所述第一电流互感器用于采集第一三三相电缆上的三相电流信号Ia,b,c；所述第二电流互感器用于采集第一三三相电缆上的零序电流信号I0；所述电压互感器用于采集所述第一母线的三相电压信号Ua,b,c；
所述保护装置用于接收所述高温超导电缆的运行状态信息，并根据所述高温超导电缆的运行状态信息以及预设判据判断高温超导电缆是否故障，当故障时输出跳闸信号至所述第一三相断路器；其中所述高温超导电缆的运行状态信息包括所述沿线温度信号、接头温度信号、液氮温度信号、液氮压力信号、液氮流量信号、三相电流信号、零序电流信号、三相电压信号；
所述就地监控主机用于下发操作指令至所述保护装置以对所述保护装置进行运行调试管理，接收所述保护装置上传的所述高温超导电缆的运行状态信息和保护装置的故障判断结果，存储所述高温超导电缆的运行状态信息，根据所述保护装置的故障判断结果生成故障报告，以及将所述高温超导电缆的运行状态信息和故障报告发送给所述远端监控单元；
所述远端监控单元用于接收来自所述就地监控主机的所述高温超导电缆的运行状态信息和故障报告，并通过专用数据通道将所述高温超导电缆的运行状态信息和故障报告传送给调度中心；以及，接收来自调度中心的控制指令，并下发给就地监控主机；
其中，所述保护装置包括：
交流插件，用于接收所述三相电流信号Ia,b,c、零序电流信号I0，并通过电流变换器将所述三相电流信号Ia,b,c、零序电流信号I0进行变换得到满足所述保护装置的弱电处理要求的三相电流信号I’a,b,c和零序电流信号I’0；以及，用于接收所述三相电压信号Ua,b,c，通过电压变换器将所述三相电压信号Ua,b,c进行变换得到满足所述保护装置的弱电处理要求的三相电压信号U’a,b,c；
直流插件，用于对所述制冷监控系统的非电气量信号进行隔离变换；
A/D采样插件，用于接收所述交流插件输出的三相电流信号I’a,b,c和零序电流信号I’0，以及所述直流插件输出的三相电压信号U’a,b,c，并对所述三相电流信号I’a,b,c、零序电流信号I’0、三相电压信号U’a,b,c进行A/D转换得到对应的数字信号；
开入开出插件，用于进行所述保护装置的I/O端口的译码，并对I/O端口采用光耦进行隔离，为各种输入或输出的开关量提供带隔离的传输通道；
第一CPU插件，包括第一CPU单元和第二CPU单元；所述第一CPU单元用于根据所述高温超导电缆的运行状态信息以及预设判据判断所述高温超导电缆是否故障，当判断故障时输出跳闸信号至所述第一三相断路器、第二三相断路器；所述第二CPU单元，用于进行所述保护装置的自检，当所述保护装置的部件故障或工作状况异常时，输出报警信号，并闭锁相应出口；
第二CPU插件，用于进行所述保护装置运行管理、保护定值管理和人机交互；
显示插件，由320*240点阵TFT大屏幕带背光液晶显示屏及按键构成，用于实现人机对话过程中接收所述第二CPU插件的信息并输出显示以及接收用户输入的信息并转发至所述第二CPU插件，并实时显示所述保护装置的运行工况；
电源插件，用于为所述交流插件、直流插件、A/D采样插件、开入开出插件、第一CPU插件、第二CPU插件、显示插件提供各种不同电压的工作电源。
2.根据权利要求1所述的高温超导电缆的监控保护装置，其特征在于，所述多个传感器输出信号采用4~20mA电流环方式传输，所述直流插件通过取样电阻将所述多个传感器输出的电流信号转换成对应的电压信号，并通过隔离运放器将该对应的电压信号进行隔离和滤波后再送给所述A/D采样插件。
3.根据权利要求1所述的高温超导电缆的监控保护装置，其特征在于，所述液氮温度信号至少包括高温超导电缆的入口、出口的液氮温度信号；所述液氮压力信号至少包括高温超导电缆的入口、出口的液氮压力信号；所述液氮流量信号至少包括高温超导电缆的入口、出口的液氮流量信号。
4.根据权利要求1所述的高温超导电缆的监控保护装置，其特征在于，所述保护装置接收的外部输入开关量包括：第一三相断路器位置信号、第二三相断路器位置信号、冷却系统故障跳闸信号、冷却系统合闸允许信号；
所述保护装置输出的开关量包括：保护装置异常告警、高温超导电缆异常告警、保护装置故障闭锁、制冷系统告警、合闸允许信号、跳闸信号。
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