CN113805009A - 用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统及方法，该系统包括多个参数在线检测装置和后台监控单元，所述参数在线检测装置包括参数采集单元，数据处理A/D单元，中央处理器，报警单元和GPRS通讯单元，该参数采集单元采集输电电缆护层的运行参数，该数据处理A/D单元将运行参数转换为数字信号，当数字信号的数值超过预设的阀值后，该中央处理器启动该报警单元进行位置警示，并通过该GPRS通讯单元将数字信号上传至后台监控单元，该后台监控单元根据上传的数字信号，定位故障点。该系统及方法通用性强、结构简单、造价低廉、运行可靠，能够实时监测输电电缆的运行参数进行故障点的定位，缩短了故障查找时间。

Description

用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统及方法

技术领域

本发明涉及输电电缆检测技术领域，特别是涉及到一种用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统及方法。

背景技术

电力电缆线路在我国的基础设施中有着至关重要的地位，各个行业领域，都需要其发挥作用，目前我国电力电缆行业仍在成长趋势过程中，伴随我国电力网络规划升级，都市电压等级提升，电力电缆也要与时俱进完善创新。伴随着城市电网的升级改造，由电力电缆取代架空线路是电缆未来发展的必然趋势，电力电缆相比架空线有着巨大的优势，不仅大量减少了城市空间，完善城市规划，防止恶劣天气对线路的破坏影响同时也避免了不必要的安全隐患的发生。随着高电压等级的输电电缆的大力应用，对于这个电压等级的电缆没有足够的管理维护经验，对电缆的各种数据及参数的掌握，基本处于空白状态，处于摸索阶段。

电力电缆发生故障会造成巨大的直接和间接损失，电力部门对电缆故障的预防，以及故障发生后及时的定位和修复都非常重视。近两年，所管辖的高压输电电缆相继发生了多起事故，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响，主要表现为事故恢复时间长，事故点查找困难，无法精确定位。

电缆运行管理目前采取人工周期巡视的方式，特别是针对终端杆塔环流数据的采集较为困难，数据采集间隔长，突发问题无法及时感知的问题；同时对测量环流人员的个人素质要求较高，且存在一定的安全隐患。所以必须利用现有的科学技术手段，采取行之有效的监测环流措施--高压电缆护层电流在线监测系统。在线采集可基本完全替代人工周期采集。数据实时上传到后台服务器上保存。不仅可以查看实时数据，还可以查看历史曲线，通过对历史曲线的分析，及时的判断出环流异常点、从而可以快速定位环流异常点、及时检修。大大的减少了电缆带故障运行时间，增强了供电的可靠性。

在申请号：201810957720.5的中国专利申请中，涉及到一种接地环流的在线监测试验装置及方法，所述试验装置包括：信号检测单元和监控单元；所述信号检测单元包括电流传感器、信号调理电路、A/D转换电路、单片机、电源模块和通讯模块；所述控制方法包括：1)采用检测装置检测电流信号；2)利用单片机中的存储单元对所述信号进行存储；3)利用通讯模块6将所述信号无线传输至监控终端，在监控终端上显示，从而实现实时监测。该接地环流的在线监测试验装置只能进行数据的检测而不能进行电缆故障警示和准确定位故障点。

在申请号：201910639275.2的中国专利申请中，涉及到一种高压电缆护套环流监测装置及故障定位方法，监测装置包括监测终端、安装在高压电缆接头处用于测量高压电缆电流的电流互感器、与高压电缆接头的护套连接的接地环流采集装置和信号传输装置，接地环流采集装置安装在监测终端内，电流互感器与监测终端之间通过采集接口连接，高压电缆接头的外周套接有电磁屏蔽套管，电磁屏蔽套管的外周套接有环形金属护套，环形金属护套包裹在电流互感器的外周，环形金属护套与电流互感器之间形成散热腔，环形金属护套靠近电流互感器的一侧设有电磁屏蔽层。本发明的高压电缆护套环流监测装置，可实现接地箱接地环流实时监测，及时发现异常电流故障后台自动报警，保障电缆安全运行。该高压电缆护套环流监测装置及故障定位方法安装于电缆接头处，只能定位到某一段电缆，而不能迅速准确地定位到故障点。

在申请号：201210070973.3的中国专利申请中，涉及到一种无线传输的电缆在线监测装置，通过电流传感器提取电流信号，并通过放大滤波电路对被测信号进行放大和滤波，通过采样电路将信号传输给单片机，由单片机将信号组装成固定的报文格式进行传送，从而有效克服了现有技术中存在的测量周期长、测量工作量大、测量数据少和没有连续性等缺点。该无线传输的电缆在线监测装置虽然测量数值效果较好，但只是停留在对数据的测量上，故障的判断和定位还需要人工进行分析判断，不能进行准确的故障自动定位，故障点的查找还是需要大量的人员进行巡视。

为此我们发明了一种新的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统及方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种不但能够实时监测输电电缆的运行参数，还能够准确进行故障点的定位的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统及方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统，该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统包括多个参数在线检测装置和后台监控单元，所述参数在线检测装置包括参数采集单元，数据处理A/D单元，中央处理器，报警单元和GPRS通讯单元，该参数采集单元连接于该数据处理A/D单元，采集输电电缆护层的运行参数，并将运行参数传输给该数据处理A/D单元，该数据处理A/D单元连接于该中央处理器，将运行参数转换为数字信号并传输给该中央处理器，该中央处理器连接于该报警单元和该GPRS通讯单元，当该中央处理器接收到的数字信号的数值超过预设的阀值后，该中央处理器启动该报警单元进行位置警示，并通过该GPRS通讯单元将数字信号上传至后台监控单元，该后台监控单元根据上传的数字信号，定位故障点。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该参数采集单元采用环流采集互感器，安装于输电电缆护层交叉互连箱内的接地线上。

该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统还包括取电单元、整流滤波器，该取电单元在输电电缆上自取电能，输出24V的交流电，该整流滤波器连接于该取电单元，进行滤波和整流输出直流24V电源电压以为该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统的各个模块供电。

该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统还包括充电器和蓄电池，该充电器连接在该整流滤波器与该蓄电池之间，由该整流滤波器通过该充电器为该蓄电池提供必要的充电电源，该蓄电池为该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统提供必要的电源。

该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统还包括电源指示灯，该电源指示灯连接于该蓄电池两端，以监视该整流滤波器、该充电器和该蓄电池的完好性。

该取电单元使用坡莫合金带套装于输电电缆的外侧，在该取电单元的互感器的二次线圈中感应出电流，使用电流电压电子转换回路转换出交流24V的电源输出。

该后台监控单元连接于所述多个参数在线检测装置，将所述多个参数在线检测装置传输过来的数字信号进行绝对值比较，数值最大的再与预设阀值绝对值比较，当超过预设阀值时，该后台监控单元自动报警并报出参数超出的故障点。

本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位方法，该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位方法采用权利要求1所述的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统，包括：步骤1，参数采集单元将实时采集到的输电电缆护层的运行参数经过数据处理和A/D转换为数字信号送入中央处理器；步骤2，中央处理器对传入的数字信号进行分析，当数值超过预设的阀值后，启动报警单元进行位置警示，并通过GPRS通信单元将数字信号上传至后台监控单元；步骤3，后台监控单元根据上传的数字信号，定位故障点。

本发明中的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统及方法，通用性强、结构简单、造价低廉、运行可靠，不但能够实时监测输电电缆的运行参数，还能够准确进行故障点的定位，很大程度上缩短了故障查找时间，减少人力、物力的投入成本。本发明解决了高压输电电缆中护层环流等参数的在线采集和护层故障的定位问题。当护层环流发生异常或故障后，本装置可在后台直观的观察到异常位置确切定位某一点某一相，得到故障位置信息后，不再盲目巡线定位，可大幅度缩短故障修复时间，提高效率，提升供电可靠性，带来巨大的经济和社会效益。

与现有技术相比，本发明具有如下技术优点：

1.本发明的参数采集处理模块具有高效的数据采集能力，便于实时连续采集运行电缆的护层环流、运行电流实现高压电缆护层环流的多状态监测，为预测电缆本体的故障趋势分析提供依据。

2.本发明的参数采集处理模块采用模块化、标准化设计，具有灵活的复用模式。本发明的自取电单元一方面提供电缆电流的检测，一方面为系统提供供电电源和向蓄电池充电电源，并且还具有蓄电池供电模块，本发明的通讯单元提供三种通讯模块：RS485串行接口模块、RJ45以太网接口模块、GPRS模块，可根据现场环境条件灵活选择通讯方式。

3.本发明的输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统采用超阀值位置警示和前后位置数据对比的双重警示。

4.本发明的参数采集处理模块的设计，维护方便，设备简单，标准化的设计使某个模块出现故障，只需换上相应的备用模块，维护便捷可靠。

5.本发明的所有器件均采用全防水、防潮结构，其中数据采集单元具有较强抗干扰性，可工作于各种环境恶劣的场合。该发明提高了输电电缆的安全运行，节省了人力和物力，有效降低了巡检人员的劳动强度。

附图说明

图1为本发明的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统的原理框图；

图2为本发明的一具体实施例中用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统的元件结构图；

图3为本发明的一具体实施例中中央处理器工作的逻辑框图；

图4为本发明的一具体实施例中后台监控单元的报警逻辑框图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1和图2所示，图1为本发明的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统的原理框图，图2为本发明的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统的元件结构图。

本发明的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统包括多个参数在线检测装置(比如参数在线检测装置I-1、参数在线检测装置I-2)和后台监控单元1-3。每个参数在线检测装置包括参数采集单元1、数据处理A/D单元2、中央处理器3、报警单元4、GPRS通讯单元5、取电单元6、整流滤波器7、充电器8、蓄电池9、电源指示灯10。

参数采集单元1安装于输电电缆护层交叉互连箱内的接地线11上,用于采集输电电缆护层的运行参数，与数据处理A/D转换器2电性连接，所述的中央处理器3与数据处理A/D转换器2电性连接，所述的中央处理器3与报警单元4电性逻辑连接，与GPRS通讯单元5电性连接，用于将所测得的参数实时无线传输到后台监控单元13，所述的报警单元4与GPRS通讯单元5电性连接，在报警的同时将报警信号通过GPRS无线通讯传至后台监控单元13。

取电单元6使用坡莫合金带套装于输电电缆12的外侧，在取电单元6的互感器的二次线圈中感应出电流，使用电流电压电子转换回路转换出交流24V的电源输出；将交流输出电压接入整流滤波器7进行滤波和整流输出直流24V电源电压，一方面为装置各模块提供必要的电源；另一方面与充电器电性连接为蓄电池9提供必要的充电电源，同时点亮电源指示灯10以监视电源和蓄电池的完好性。

取电单元6一方面用于在输电电缆上进行自取电能，另一方面将所测得电流值送入数据处理A/D单元2。

所述后台监控单元13通过GPRS无线通讯器5与多个参数在线检测装置链接，所述的后台监控单元13包括数据采集软件、历史数据存储功能、阀值设定功能、报警功能和参数比对定位功能，通过对参数在线检测装置I-1和参数在线检测装置I-2采集上传的数据分析，准确定位故障点。

如图4所示，图4为后台监控单元的报警逻辑框图，在电缆1,2,3个监测点位置分别安装本发明的参数在线监测装置I-1，I-2，I-3，三套参数在线监测装置的数字信号传至后台监控系统进行绝对值比较，数值最大的再与预设阀值绝对值比较，当超过预设阀值时，后台再自动报警并报出参数超出的故障点。

参数采集单元1将实时采集到的电缆环流参数经过数据处理和A/D单元2转换为数字信号送入中央处理器3，如图3所示，中央处理器3对传入的数字信号进行分析，当数值超过预设的阀值后，启动报警单元4进行位置警示，并通过GPRS通讯单元5上传至后台监控单元13。

参数采集单元1的取电方式采用取电单元和蓄电池两种供电方式，取电单元6卡套在高压输电电缆12上，其获得电源后在为参数在线检测装置内的各模块提供电源的同时，为蓄电池9提供必要的充电电能；当输电电缆无电时，由蓄电池9为各模块提供可靠地必要电源。

在应用本发明的一具体实施例中，参数采集单元1采用了环流采集互感器，环流采集互感器安装于输电电缆护层交叉互连箱内的接地线11上,用于采集输电电缆护层的运行参数。

本发明的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位方法，包括了以下步骤：

参数采集单元将实时采集到的电缆环流参数经过数据处理和A/D转换为数字信号送入中央处理器，中央处理器对传入的数字信号进行分析，当数值超过预设的阀值后，启动报警单元进行位置警示，并通过GPRS通信单元上传至后台监控单元；后台监控单元连接于多个参数在线检测装置，将多个参数在线检测装置传输过来的数字信号进行绝对值比较，数值最大的再与预设阀值绝对值比较，当超过预设阀值时，该后台监控单元自动报警并报出参数超出的故障点。

本发明中的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统及方法，简洁、高效、无源、低成本、采集准确且运用范围广，对于发环流故障后，准确快速的进行故障定位，排除故障，将损失最小化，保证了电力系统安全稳定运行。

Claims (8)

1.用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统，其特征在于，该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统包括多个参数在线检测装置和后台监控单元，所述参数在线检测装置包括参数采集单元，数据处理A/D单元，中央处理器，报警单元和GPRS通讯单元，该参数采集单元连接于该数据处理A/D单元，采集输电电缆护层的运行参数，并将运行参数传输给该数据处理A/D单元，该数据处理A/D单元连接于该中央处理器，将运行参数转换为数字信号并传输给该中央处理器，该中央处理器连接于该报警单元和该GPRS通讯单元，当该中央处理器接收到的数字信号的数值超过预设的阀值后，该中央处理器启动该报警单元进行位置警示，并通过该GPRS通讯单元将数字信号上传至后台监控单元，该后台监控单元根据上传的数字信号，定位故障点。

2.根据权利要求1所述的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统，其特征在于，该参数采集单元采用环流采集互感器，安装于输电电缆护层交叉互连箱内的接地线上。

3.根据权利要求1所述的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统，其特征在于，该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统还包括取电单元、整流滤波器，该取电单元在输电电缆上自取电能，输出24V的交流电，该整流滤波器连接于该取电单元，进行滤波和整流输出直流24V电源电压以为该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统的各个模块供电。

4.根据权利要求3所述的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统，其特征在于，该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统还包括充电器和蓄电池，该充电器连接在该整流滤波器与该蓄电池之间，由该整流滤波器通过该充电器为该蓄电池提供必要的充电电源，该蓄电池为该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统提供必要的电源。

5.根据权利要求4所述的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统，其特征在于，该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统还包括电源指示灯，该电源指示灯连接于该蓄电池两端，以监视该整流滤波器、该充电器和该蓄电池的完好性。

6.根据权利要求3所述的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统，其特征在于，该取电单元使用坡莫合金带套装于输电电缆的外侧，在该取电单元的互感器的二次线圈中感应出电流，使用电流电压电子转换回路转换出交流24V的电源输出。

7.根据权利要求1所述的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统，其特征在于，该后台监控单元连接于所述多个参数在线检测装置，将所述多个参数在线检测装置传输过来的数字信号进行绝对值比较，数值最大的再与预设阀值绝对值比较，当超过预设阀值时，该后台监控单元自动报警并报出参数超出的故障点。

8.用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位方法，其特征在于，该用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位方法采用权利要求1所述的用于输电电缆环流参数在线检测与故障定位系统，包括：

步骤1，参数采集单元将实时采集到的输电电缆护层的运行参数经过数据处理和A/D转换为数字信号送入中央处理器；

步骤2，中央处理器对传入的数字信号进行分析，当数值超过预设的阀值后，启动报警单元进行位置警示，并通过GPRS通信单元将数字信号上传至后台监控单元；

步骤3，后台监控单元根据上传的数字信号，定位故障点。

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