CN116840619A - 一种高压电缆综合监测与故障定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压电缆综合监测与故障定位系统；该系统包括数据处理总站和多个监测子站。数据处理总站包括数据处理服务器。监测子站包括接地电流采集互感器、电缆信号检测传感器、护层检测互感器、采集单元和数据通信单元。接地电流采集互感器为穿心式结构，环绕在电缆金属护层的接地引下线外侧。所述的电缆信号检测传感器环绕在电缆主线的外侧。护层检测互感器环绕在电缆金属护层的外侧。接地电流采集互感器、电缆信号检测传感器、护层检测互感器连接至采集单元。采集单元将经过处理的数据通过数据通信单元上传至数据处理服务器。本发明能够快速分析被监测电缆的健康状况，并及时定位出故障部位，且能自动记录电缆路径，可以大大提高工作效率。
Description
技术领域
本发明属于电路故障定位技术领域，具体涉及一种高压电缆综合监测与故障定位系统。
背景技术
随着经济的高速发展，各个电压等级的电力电缆在城市输电、海洋输电领域中的应用越来越广泛，因此，电力电缆及其附件的安全运行成为了保障城市供电系统安全稳定运行的重要保障。
在电力电缆的运行过程中，中间接头绝缘故障是影响其安全运行的主要问题。有研究表明，除了制造遗留缺陷外，引起中间接头绝缘故障一般有三个诱因，一是因为操作过电压、雷电过电压等原因，引发绝缘体内介质的场强变化，形成径向电树，直至贯穿；二是因为绝缘体表面外破、半导体层受损、进水受潮等原因，引发绝缘体表面场强变化，形成表面放电或爬电，形成沿面电树，直至贯穿；三是因为金属护套烧断、贯通性开裂等原因，引发金属护套悬浮，形成对绝缘体的间隙性放电，直至贯穿。
在现有的运维工作中，电力电缆的检测手段虽然有不少，但针对性的方法不多、适合工程应用的方法更少。输电电缆主要敷设于地下通道内，不便人工经常对电缆的运行情况进行检查，唯一的窗口就是金属护层及接地回路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压电缆综合监测与精确定位系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种高压电缆综合监测与故障定位系统，包括数据处理总站和多个监测子站。数据处理总站包括数据处理服务器。监测子站包括接地电流采集互感器、电缆信号检测传感器、护层检测互感器、采集单元和数据通信单元。接地电流采集互感器为穿心式结构，环绕在电缆金属护层的接地引下线外侧。所述的电缆信号检测传感器环绕在电缆主线的外侧。护层检测互感器环绕在电缆金属护层的外侧。接地电流采集互感器、电缆信号检测传感器、护层检测互感器的输出接口均通过同轴电缆连接至采集单元。采集单元将经过处理的数据通过数据通信单元上传至数据处理服务器。
作为优选，所述的数据处理服务器根据接收到的数据，提取电缆线路的三相负荷电流数据和电缆金属护层接地电流，分析被监测电缆的健康状况，并定位故障部位，对高压电缆金属护套多点接地故障进行告警。
作为优选，所述的数据处理服务器根据接收到的数据，对电缆绝缘缺陷放电信号进行分析处理，判断线路绝缘缺陷隐患，并针对存在绝缘缺陷隐患的区域进行放电预警。
作为优选，所述的接地电流采集互感器采用工频电流互感器，采集工频信号；
作为优选，所述的电缆信号检测传感器采用罗氏线圈型信号传感器，采集工频和高频信号。
作为优选，所述的护层检测互感器采用局放电流互感器，采集工频和高频信号。
作为优选，所述的采集单元对接收到的模拟信号进行放大、模拟数字转换后，得到数据信号；数据信号再通过光缆传送至数据处理服务器。数据处理服务器对数据信号进行数据分析后获得电缆接头处的放电数据。数据处理服务器根据不同时刻采集的放电数据进行谱图分析和数据报表。
作为优选，所述的采集单元包括微控制器和环流检测电路。所述的环流检测电路包括运算放大器和模数转换电路；接地电流采集互感器将采集到的环流转换为电流信号；电流信号经电阻转换为电压信号；电压信号经过运算放大器处理后输入至模数转换电路，转换为数字信号后送入微控制器计算，测得电缆环流数据。
作为优选，该高压电缆综合监测与故障定位系统具有多个电源接口，用于接入太阳能、CT感应取电系统、220V交流电源、后备电池。在具有220V交流电源的情况下，优先使用220V交流电源供电。在无220V交流电源的情况下，优先使用CT感应取电系统供电。
作为优选，所述的数据处理服务器中设置有控制方法。所述的控制方法包括主模块、时间处理模块、电缆环流采集模块、显示处理模块和通讯模块。主模块用于初始化以及各模块之间的跳转和分配。时间处理模块用于系统的时间设定和更新。电缆环流采集模块与采集单元配合负责，处理护套的感应电流信号。显示处理模块用于显示数据。通讯模块用于进行数据收发。
作为优选，所述的监测子站布置在防水机箱中，防水机箱的内部涂设有三防漆。
作为优选，所述的监测子站中设置有北斗卫星模块，用于进行实时定位和卫星通信。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明具备强大的分析诊断后台，可快速分析被监测电缆的健康状况，并及时定位出故障部位，且能自动记录电缆路径，可以大大提高工作效率。
2.本发明可对泄漏电流、相对介损、谐波、高频局放、过电压等多参量综合监控以及多参量相互借鉴关联，再通过强大的预警算法，采用横向、纵向、差值比较、聚类分析等方法对故障做出综合精确预警。
3.本发明具有灵活的电源接入方式，如太阳能、CT感应取电、220V交流电源输入、后备锂电池等，以及灵活的通信方式，如Zigbee、433M、4G、光线通信等。
4.本发明采用IP68等级机箱中且涂设有三防漆。对互感器，取电模块均有良好防水处理，具备非常高的可靠性。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的电缆故障定位示意图。
图3为本发明中CT感应取电模式的安装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案以及能够实现的功能进行描述，所描述的技术方案以及功能仅包含一部分实施例。
如图1、2和3所示，一种高压电缆综合监测与故障定位系统，应用于高压电力电缆在线监测，利用层接地引下线监测高频局放和泄漏电流，并通过对比多个电力电缆金属护层及接地引下线上泄漏电流算出相对介损，确定故障电缆段，并通过进一步的后台分析，定位故障具体部位。
具体的，本实施例利用电力电缆结构和敷设的特点，通过安装在电缆接地线上的微信号、大量程、宽频域的高精度电流互感器，在电缆正常运行情况下，获取电缆接地引下线电流。采用聚类分析等信号分离技术，获取引下线中与电缆绝缘状态有关的泄漏电流，分析同一电缆中不同引下线处的泄漏电流特征。
本实施例中，传感器耦合到的脉冲信号通过同轴电缆传送至前端处理采集单元；前端处理采集单元对模拟信号进行放大、模拟数字转换后，得到数据信号；数据信号再通过光缆，采用TCP/IP协议传送至数据处理服务器。
数据处理服务器对数据信号进行数据分析后获得电缆接头处的放电数据。将计算获得的放电数据写入到数据库中，经多次采集后，从数据库提取数据进行谱图分析和数据报表，并在虚拟检测系统的面板上显示。实现对电力电缆运行状况的全时段监测和分析。
该高压电缆综合监测与故障定位系统包括接地电流采集互感器、电缆信号检测传感器、护层检测互感器、采集单元、数据通信单元和分析诊断后台。接地电流采集互感器采用微信号、大量程、宽频域的高精度工频电流互感器。电缆信号检测传感器采用罗氏线圈型高频信号传感器。护层检测互感器采用高频局放电流互感器。
接地电流采集互感器为穿心式结构，在不改变电缆原有结构的前提下，环绕于电缆金属护层接地的引下线上，拾取电缆工频信号，并经由同轴电缆将信号送至采集单元，
电缆信号检测传感器，在不改变电缆原有结构的前提下，环绕于电缆主线上，拾取高频电流信号及工频电流信号，并经由同轴电缆将信号送至采集单元。
护层检测互感器，环绕于电缆金属护层，拾取高频电流信号及工频电流信号，并经由同轴电缆将信号送至采集单元。
本实施例中，工频为工业用电的频率，一般为50Hz；高频为100kHz以上的频率。
采集单元用于对信号进行降噪、滤波、识别和存储，包括微控制器、环流检测电路、无线射频通讯电路和自感应取电电源。
开合式电流互感器为具有双铁心和双绕组结构的电流互感器，其中一组线圈用于电流检测，另一组线圈用于感应取电。
环流检测电路用于采集高压电缆的接地电流数据；环流检测电路包括运算放大器和模数转换电路；接地电流采集互感器将采集到的环流转换为小电流；小电流流经电阻转换为小电压信号；小电压信号经过运算放大器处理后到模数转换电路，转换为数字量后送入微控制器计算，测得电缆环流数据。
模数转换电路对电缆环流数据进行AD转换后输送至微控制器进行数据处理，并将测得的数据通过无线射频电路传送到远方的数据接收装置。
测量设备的电源供给是检验检测系统的关键一环，本实施例采用灵活的电源接入方式，包括太阳能、CT感应取电，220V交流电源输入，后备锂电池，可根据现场实际安装情况确定。具体的，现场有电源接引的情况下，采用AC220V电源，现场无交流电源接入条件且电缆护套接地电流大于一定值时，采用自感应CT取电。
具体的，本实施例的自感应取电方式，通过开合式电流互感器套接在电缆地线上，开启式电流互感器的一组线圈的二次侧接入环流检测电路，电路中设有开合式取电CT、整流滤波电路、电压保护与能量泄放电路、暂态保护、储能电路。此种方式并未从线路上直接取电，因此对原高压电路影响较小，具体安装方式如附图3所示；
本实施例中，子站和总站的微处理器中的控制方法主要采用c语言进行编写。控制方法包括主模块、时间处理模块、电缆环流采集模块、显示处理模块和通讯模块。
主模块用于初始化以及各模块之间的跳转和分配；当开启系统之后，主模块自动启动，设置完初始化之后才会进行之后模块的运作。
时间处理模块用于系统的时间设定和更新，如果有需要，显示界面和按键可以负责调解时间，这将为发送的数据的时间准确度提供保障，同时时间处理模块也负责打包发送数据的时间部分。
电缆环流采集模块与采集单元的硬件配合负责采集护套的感应电流，作为原始数据进行数据处理之后留待发送至中心用以保存和显示。
显示处理模块负责将数据进行显示，并且负责系统初始化的显示以及调试过程中的显示工作。
通讯模块负责数据的收发工作。通讯模块支持包括433M，zigbee,光纤以太网，gprs，4G在内的通信方式。其中433M，zigbee支持自组网，当离后台距离远时可通过其它节点路由到后台。
本实施例具备协议转换的开发接口，方便后续完成系统接入的开发工作，实现采集单元与后台分析诊断平台的数据通信，将采集单元采集到的工频电流、高频电流、过电压的原始波形发送给后台分析诊断平台。
后台接收到放电原始数据，可快速分析被监测电缆的健康状况，并及时定位出故障部位，分析诊断后台具备以下功能。本实施例对电缆的运行以及电缆终端护层接地电流进行监测，实时提取电缆线路的三相负荷电流数据和电缆金属护层接地电流，以电流曲线的方式进行展示，并可以查看数值。系统能够自动录波，用于故障诊断，对高压电缆金属护套多点接地故障及时告警。
本实施例对前端监测装置采集到的电缆绝缘缺陷放电信号进行分析处理，结合放电统计结果，包括放电相位、放电频度、放电量等诊断线路绝缘缺陷隐患，当确定线路存在绝缘隐患时，对电缆缺陷进行放电预警。
本实施例对采集到的电缆接头表皮温度和振动信息进行分析；当同一时刻发生电流异常数据触发、声波触发，上报接头异常状态预警信息。
本实施例实时监测电缆接头及环境温度、振动数据，通过故障电流与振动、温度联动，判断电缆终端头是否发生故障。
当电缆发生故障时，通过高频波形分析，快速确定故障点距离，并且结合电缆路径探测信息，快速判断混架线路故障点所属区段(电缆-架空线)对故障告警位置进行定位，同时通过高精度路径探测装置，将电缆长度与路径信息相关联，根据诊断结果匹配路径信息，更加智能化、可视化的指导线路运维及故障应急抢修。
本实施例中的控制方法通过综合监控电缆运行状态及故障时刻工频电流、行波脉冲、温度、声波等信息，针对电缆本体、接头及终端头故障类型，设置不同的故障触发阈值，并关联全部监测数据综合诊断，确保告警准确、无误报。告警信息包括：告警时间、线路名称、异常状态位置、电缆故障点位置、故障相别。
本实施例通过采用电力APN专网或光线等通信方式传输数据至系统后台，确保数据的安全。
后台诊断分析平台专家系统完成对电缆泄漏电流、谐波、过电压水平、局放水平、相对介损的分析与告警。并通过61850规约将监测数据、报警信息、放电图谱及定位信息发送至用户数据中心。
本实施例能够充分挖掘接地电流信息，且充分利用接地端子箱这个窗口；本实施例具有对电力电缆金属护层及接地回路实施全天候监测的测试软件和智能综合监测终端，构成了高压电缆综合监测与精确定位系统，实现对电力电缆运行状况的全时段监测和分析。
同时，本发明具备强大的分析诊断后台，具有数据存储与展示、数据统计与关联分析、局部放电类型识别、局部放电在线实时定位等功能，可快速分析被监测电缆的健康状况并及时定位出故障部位，能够大大提高工作效率。
数据存储与展示：本发明基于微软WEB技术开发，具有美观易用的用户界面，可以组态化显示被监测电缆的走向图，可以显示各采集单元监测到的泄漏电流、介质损耗、局部放电、谐波含量、过电压、是否告警等关键参数，以及各类统计图谱，并可以根据需要显示任意参数任意时间段的发展变化趋势，为电缆的健康状况评估提供重要依据。
数据统计与关联分析：本发明具有分析诊断后台，可以统计和显示各通道的泄漏电流、介质损耗、局部放电、谐波含量、过电压的实时值与统计值，同时关联分析过电压事件前后这些参数的变化发展趋势；进一步确认电缆的健康状态。
局部放电类型识别：本发明包含专家数据库，在其中存储了10多万组局部放电数据样本，对缺陷类型具有准确的识别能力。基于脉冲聚类图谱功能，可对不同缺陷产生的局部放电信号脉冲进行分离，并可分别识别其缺陷类型。
局部放电在线实时定位：本发明的分析诊断后台记录了来自每个传感器的每个脉冲的精确时标。只要沿电缆分布的相邻两只传感器都接收到某一局部放电信号，系统即能够通过脉冲到达时间比较法计算出局部放电源的精确位置，定位精度小于电缆长度的1％。整个定位过程全部自动化，且可对历史存储数据进行定位，对于电缆监测具有极高的应用价值。
基于上述描述，本实施例具有以下主要功能：1.基于北斗卫星的同步测量。2.泄漏电流在线监测。3.介质损耗值在线监测。4.局部放电量在线监测。5.局部放电定位。6.谐波含量在线监测。7.过电压在线监测，预警。8.故障工频、高频电流在线监测，预警。9.护层接地电流在线监测，预警。10.各监测量实时预警和趋势分析。11.电缆实时预警。12.实时监测各测点的通讯情况。13.电池寿命及续航能力监测。14.电缆表温及振动监测。15.电缆长度校核功能。16.光纤通讯及无线通讯功能。
Claims (10)
1.一种高压电缆综合监测与故障定位系统，包括数据处理总站和多个监测子站；其特征在于：所述的数据处理总站包括数据处理服务器；监测子站包括接地电流采集互感器、电缆信号检测传感器、护层检测互感器、采集单元和数据通信单元；接地电流采集互感器为穿心式结构，环绕在电缆金属护层的接地引下线外侧；所述的电缆信号检测传感器环绕在电缆主线的外侧；护层检测互感器环绕在电缆金属护层的外侧；所述的接地电流采集互感器、电缆信号检测传感器、护层检测互感器的输出接口均通过同轴电缆连接至采集单元；采集单元将经过处理的数据通过数据通信单元上传至数据处理服务器。
2.根据权利要求1所述的一种高压电缆综合监测与故障定位系统，其特征在于：所述的数据处理服务器根据接收到的数据，提取电缆线路的三相负荷电流数据和电缆金属护层接地电流，分析被监测电缆的健康状况，并定位故障部位，对高压电缆金属护套多点接地故障进行告警。
3.根据权利要求1所述的一种高压电缆综合监测与故障定位系统，其特征在于：所述的数据处理服务器根据接收到的数据，对电缆绝缘缺陷放电信号进行分析处理，判断线路绝缘缺陷隐患，并针对存在绝缘缺陷隐患的区域进行放电预警。
4.根据权利要求1所述的一种高压电缆综合监测与故障定位系统，其特征在于：所述的接地电流采集互感器采用工频电流互感器，采集工频信号；所述的电缆信号检测传感器采用罗氏线圈型信号传感器，采集工频和高频信号；所述的护层检测互感器采用局放电流互感器，采集工频和高频信号。
5.根据权利要求1所述的一种高压电缆综合监测与故障定位系统，其特征在于：所述的采集单元对接收到的模拟信号进行放大、模拟数字转换后，得到数据信号；数据信号再通过光缆传送至数据处理服务器；数据处理服务器对数据信号进行数据分析后获得电缆接头处的放电数据；数据处理服务器根据不同时刻采集的放电数据进行谱图分析和数据报表。
6.根据权利要求1所述的一种高压电缆综合监测与故障定位系统，其特征在于：所述的采集单元包括微控制器和环流检测电路；所述的环流检测电路包括运算放大器和模数转换电路；接地电流采集互感器将采集到的环流转换为电流信号；电流信号经电阻转换为电压信号；电压信号经过运算放大器处理后输入至模数转换电路，转换为数字信号后送入微控制器计算，测得电缆环流数据。
7.根据权利要求1所述的一种高压电缆综合监测与故障定位系统，其特征在于：该高压电缆综合监测与故障定位系统具有多个电源接口，用于接入太阳能、CT感应取电系统、220V交流电源、后备电池；在具有220V交流电源的情况下，优先使用220V交流电源供电；在无220V交流电源的情况下，优先使用CT感应取电系统供电。
8.根据权利要求1所述的一种高压电缆综合监测与故障定位系统，其特征在于：所述的数据处理服务器中设置有控制方法；所述的控制方法包括主模块、时间处理模块、电缆环流采集模块、显示处理模块和通讯模块；主模块用于初始化以及各模块之间的跳转和分配；时间处理模块用于系统的时间设定和更新；电缆环流采集模块与采集单元配合负责，处理护套的感应电流信号；显示处理模块用于显示数据；通讯模块用于进行数据收发。
9.根据权利要求1所述的一种高压电缆综合监测与故障定位系统，其特征在于：所述的监测子站布置在防水机箱中，防水机箱的内部涂设有三防漆。
10.根据权利要求1所述的一种高压电缆综合监测与故障定位系统，其特征在于：所述的监测子站中设置有北斗卫星模块，用于进行实时定位和卫星通信。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310803396.2A CN116840619A (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一种高压电缆综合监测与故障定位系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310803396.2A CN116840619A (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一种高压电缆综合监测与故障定位系统 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116840619A true CN116840619A (zh) | 2023-10-03 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117741235A (zh) * | 2023-12-18 | 2024-03-22 | 南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司 | 电流信号检测系统 |
| CN118138153A (zh) * | 2024-05-08 | 2024-06-04 | 嘉兴翼波电子有限公司 | 一种射频电缆在线故障监测装置及其监测方法 |
-
2023
- 2023-07-03 CN CN202310803396.2A patent/CN116840619A/zh active Pending
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