CN117154950A - 一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统 - Google Patents

一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，属于电力检测技术领域。目标中继模块当检测到局部放电PD脉冲，根据目标中继模块与下一中继模块之间的距离确定注入信号的目标幅度值，向目标电缆注入目标幅度值的脉冲信号；采集模块分别检测芯线PD脉冲和护套PD脉冲；控制模块根据芯线PD脉冲和护套PD脉冲判断局部放电的类型，分析目标电缆放电电树的当前状态，根据当前状态调节目标电缆的输电电压。目标电缆上的中继模块可以对检测到的PD脉冲进行放大，保证电缆两端的采集模块可以采集到目标电缆上任意地方产生的PD脉冲，可以实时对电力电缆的绝缘水平进行监测，并实时对电力系统进行精准调控保证整个电力系统的安全运行。

Description

一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统
技术领域
本发明涉及电力检测技术领域，具体涉及一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，城市建设的不断扩大，用电负荷也随之不断增加，使得电力电缆使用的比例在不断提高。其中，交联聚乙烯(cross-linkedpolyethylene，XLPE)电力电缆凭借其具有良好的绝缘性能、热性能、机械性能及供电可靠性高等优点，已经被广泛的应用于电力系统各个电压等级的输配电网络中，并且不断地向高压、超高压的领域发展。实时监测电力电缆的绝缘水平，对电力系统进行精准调控，可以保证整个电力系统的安全运行。
现有技术中，通常使用电力电缆局部放电（PD）评价电力电缆的绝缘水平。但是PD信号的衰减和色散严重，特别对于长距离的电力电缆由于距离过长，可能使电力电缆两端的PD探测器无法检测到PD信号或检测PD信号不精确，导致无法进行实时监测电力电缆的绝缘水平，也就无法对电力系统进行精准调控保证整个电力系统的安全运行。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，包括多个中继模块、采集模块和控制模块；目标中继模块安装于目标电缆的任意位置，且记录了所述目标电缆上与其相邻的中继模块的位置坐标；所述目标中继模块为多个中继模块中的任意一个；所述采集模块安装于目标电缆的两端；其中：
所述目标中继模块，用于当检测到局部放电PD脉冲，根据所述目标中继模块与下一中继模块之间的距离确定注入信号的目标幅度值，向所述目标电缆注入目标幅度值的脉冲信号；
所述采集模块，用于分别检测所述目标电缆的芯线PD脉冲和护套PD脉冲；
所述控制模块，用于根据所述芯线PD脉冲和所述护套PD脉冲判断局部放电的类型，并分析所述目标电缆当前局部放电位置的放电电树的当前状态，根据所述当前状态调节所述目标电缆的输电电压。
可选地，所述目标中继模块包括信号检测模块、分析比较模块、脉冲发生模块和信号注入模块；所述信号检测模块和所述信号注入模块均为罗氏线圈和积分电阻构成，所述目标电缆穿过罗氏线圈，信号注入过程是信号检测过程互为逆过程；
所述信号检测模块，用于检测并获取所述目标电缆的局部放电PD脉冲；
所述分析比较模块，用于若PD脉冲幅度超过预设参考电压，确定PD脉冲的目标频率和所述目标中继模块与下一中继模块之间的目标距离，计算PD脉冲从所述目标中继模块传输到下一中继模块的衰减幅值作为目标幅度值；
所述脉冲发生模块，用于生成目标幅度值的高斯脉冲；
所述信号注入模块，用于向所述目标电缆注入目标幅度值的高斯脉冲。
可选地，所述分析比较模块包括第一计算模块和第二计算模块；其中：
所述第一计算模块，用于根据所述目标电缆的属性和所述目标频率，计算PD脉冲在所述目标电缆中传输的衰减系数；
所述第二计算模块，用于将所述目标距离乘以所述衰减系数得到衰减幅值作为目标幅度值。
可选地，所述第一计算模块具体用于：
计算PD脉冲在所述目标电缆中传输的单位长度的等效电感：
其中，L为等效电感，μ0为真空磁导率，ω为PD脉冲的角频率，ρ0为所述目标电缆的芯线层的电阻率，ρ1为所述目标电缆的护套层的电阻率，R和r分别为芯线层护套层的截面半径；
计算PD脉冲在所述目标电缆中传输的单位长度的等效电容：
其中，C为等效电容，ε为护套层材料的介电常数，ε0分别真空介电常数；
根据所述等效电感和所述等效电容计算所述衰减系数：
其中，α为所述衰减系数，R0为所述目标电缆单位长度的电阻。
可选地，局部放电的类型包括内部放电和表面放电；所述控制模块包括类型判断模块；
所述类型判断模块，用于若所述芯线PD脉冲的极性和所述护套PD脉冲的极性相同，则确定局部放电的类型为内部放电，
或者，若所述芯线PD脉冲的极性和所述护套PD脉冲的极性相反，则确定局部放电的类型为表面放电。
可选地，所述目标中继模块，还用于在向所述目标电缆注入目标幅度值的脉冲信号之后，通过无线网络向云端服务器发送工作日志；
所述控制模块，还用于获取所述目标电缆上所有中继模块的工作日志，确定第一个进行脉冲信号注入的中继模块作为第一中继模块，确定与所述第一中继模块距离最近且未进行脉冲信号注入的中继模块作为第二中继模块，根据所述第一中继模块和所述第二中继模块的位置坐标确定所述目标电缆上局部放电的放电区段。
可选地，放电电树的当前状态包括起始状态、滞长状态、生长状态和击穿状态；
所述控制模块，还用于当确定放电电树的当前状态为起始状态和滞长状态，根据所述当前状态调节所述目标电缆的输电电压，当确定放电电树的当前状态为生长状态和击穿状态，向预设终端发送当前状态和放电区段的位置信息。
本发明的有益效果：
本发明实施例提供了一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，包括多个中继模块、采集模块和控制模块；目标中继模块安装于目标电缆的任意位置，且记录了目标电缆上与其相邻的中继模块的位置坐标；目标中继模块为多个中继模块中的任意一个；采集模块安装于目标电缆的两端；其中：目标中继模块，用于当检测到局部放电PD脉冲，根据目标中继模块与下一中继模块之间的距离确定注入信号的目标幅度值，向目标电缆注入目标幅度值的脉冲信号；采集模块，用于分别检测目标电缆的芯线PD脉冲和护套PD脉冲；控制模块，用于根据芯线PD脉冲和护套PD脉冲判断局部放电的类型，并分析目标电缆当前局部放电位置的放电电树的当前状态，根据当前状态调节目标电缆的输电电压。目标电缆上的中继模块可以对检测到的PD脉冲进行放大，保证电缆两端的采集模块可以采集到目标电缆上任意地方产生的PD脉冲，可以实时对电力电缆的绝缘水平进行监测，并实时对电力系统进行精准调控保证整个电力系统的安全运行。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例提供的一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统的系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统。参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统的系统框图。包括多个中继模块（中继模块一、中继模块二和中继模块三）、采集模块（采集模块一和采集模块二）和控制模块；目标中继模块安装于目标电缆的任意位置，且记录了目标电缆上与其相邻的中继模块的位置坐标；目标中继模块为多个中继模块中的任意一个；采集模块安装于目标电缆的两端；其中：
目标中继模块，用于当检测到局部放电PD脉冲，根据目标中继模块与下一中继模块之间的距离确定注入信号的目标幅度值，向目标电缆注入目标幅度值的脉冲信号；
采集模块，用于分别检测目标电缆的芯线PD脉冲和护套PD脉冲；
控制模块，用于根据芯线PD脉冲和护套PD脉冲判断局部放电的类型，并分析目标电缆当前局部放电位置的放电电树的当前状态，根据当前状态调节目标电缆的输电电压。
基于本发明实施例提供的一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，目标电缆上的中继模块可以对检测到的PD脉冲进行放大，保证电缆两端的采集模块可以采集到目标电缆上任意地方产生的PD脉冲，可以实时对电力电缆的绝缘水平进行监测，并实时对电力系统进行精准调控保证整个电力系统的安全运行。
一种实现方式中，中继模块的数量可以根据目标电缆的实际长度进行调整，本发明实施例仅以包含三个中继模块为例进行说明，但实际情况并不限于此。
在一个实施例中，目标中继模块包括信号检测模块、分析比较模块、脉冲发生模块和信号注入模块；信号检测模块和信号注入模块均为罗氏线圈和积分电阻构成，目标电缆穿过罗氏线圈，信号注入过程是信号检测过程互为逆过程；
信号检测模块，用于检测并获取目标电缆的局部放电PD脉冲；
分析比较模块，用于若PD脉冲幅度超过预设参考电压，确定PD脉冲的目标频率和目标中继模块与下一中继模块之间的目标距离，计算PD脉冲从目标中继模块传输到下一中继模块的衰减幅值作为目标幅度值；
脉冲发生模块，用于生成目标幅度值的高斯脉冲；
信号注入模块，用于向目标电缆注入目标幅度值的高斯脉冲。
一种实现方式中，若PD脉冲幅度未超过预设参考电压，则说明当前局部放电较弱，对于电力电缆影响较小，不需要调节目标电缆的输电电压。
在一个实施例中，分析比较模块包括第一计算模块和第二计算模块；其中：
第一计算模块，用于根据目标电缆的属性和目标频率，计算PD脉冲在目标电缆中传输的衰减系数；
第二计算模块，用于将目标距离乘以衰减系数得到衰减幅值作为目标幅度值。
一种实现方式中，根据信号传输距离确定目标幅度值，尽可能保证PD脉冲与局部放电产生的原始PD脉冲信号接近。
在一个实施例中，第一计算模块具体用于：
计算PD脉冲在目标电缆中传输的单位长度的等效电感：
其中，L为等效电感，μ0为真空磁导率，ω为PD脉冲的角频率，ρ0为目标电缆的芯线层的电阻率，ρ1为目标电缆的护套层的电阻率，R和r分别为芯线层护套层的截面半径；
计算PD脉冲在目标电缆中传输的单位长度的等效电容：其中，C为等效电容，ε为护套层材料的介电常数，ε0分别真空介电常数；
根据等效电感和等效电容计算衰减系数：其中，α为衰减系数，R0为目标电缆单位长度的电阻。
在一个实施例中，局部放电的类型包括内部放电和表面放电；控制模块包括类型判断模块；
类型判断模块，用于若芯线PD脉冲的极性和护套PD脉冲的极性相同，则确定局部放电的类型为内部放电，
或者，若芯线PD脉冲的极性和护套PD脉冲的极性相反，则确定局部放电的类型为表面放电。
一种实现方式中，由于内部放电和表面放电产生PD脉冲的位置不同，导致检测到的芯线PD脉冲和护套PD脉冲极性会发生变化。内部放电时芯线PD脉冲和护套PD脉冲的极性同时为正，或者极性同时为负。表面放电时芯线PD脉冲和护套PD脉冲的极性相反。
在一个实施例中，目标中继模块，还用于在向目标电缆注入目标幅度值的脉冲信号之后，通过无线网络向云端服务器发送工作日志；
控制模块，还用于获取目标电缆上所有中继模块的工作日志，确定第一个进行脉冲信号注入的中继模块作为第一中继模块，确定与第一中继模块距离最近且未进行脉冲信号注入的中继模块作为第二中继模块，根据第一中继模块和第二中继模块的位置坐标确定目标电缆上局部放电的放电区段。
一种实现方式中，通过各中继模块的工作日志和安装位置，可以确定首个进行脉冲信号注入的中继模块（第一中继模块），则可以确定局部放电的位置位于第一中继模块之前，且位于第二中继模块之后。
在一个实施例中，放电电树的当前状态包括起始状态、滞长状态、生长状态和击穿状态；
控制模块，还用于当确定放电电树的当前状态为起始状态和滞长状态，根据当前状态调节目标电缆的输电电压，当确定放电电树的当前状态为生长状态和击穿状态，向预设终端发送当前状态和放电区段的位置信息。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质（例如固态硬盘Solid State Disk (SSD)）等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，其特征在于，包括多个中继模块、采集模块和控制模块；目标中继模块安装于目标电缆的任意位置，且记录了所述目标电缆上与其相邻的中继模块的位置坐标；所述目标中继模块为多个中继模块中的任意一个；所述采集模块安装于目标电缆的两端；其中：
所述目标中继模块，用于当检测到局部放电PD脉冲，根据所述目标中继模块与下一中继模块之间的距离确定注入信号的目标幅度值，向所述目标电缆注入目标幅度值的脉冲信号；
所述采集模块，用于分别检测所述目标电缆的芯线PD脉冲和护套PD脉冲；
所述控制模块，用于根据所述芯线PD脉冲和所述护套PD脉冲判断局部放电的类型，并分析所述目标电缆当前局部放电位置的放电电树的当前状态，根据所述当前状态调节所述目标电缆的输电电压。
2.根据权利要求1所述的一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，其特征在于，所述目标中继模块包括信号检测模块、分析比较模块、脉冲发生模块和信号注入模块；所述信号检测模块和所述信号注入模块均为罗氏线圈和积分电阻构成，所述目标电缆穿过罗氏线圈，信号注入过程是信号检测过程互为逆过程；
所述信号检测模块，用于检测并获取所述目标电缆的局部放电PD脉冲；
所述分析比较模块，用于若PD脉冲幅度超过预设参考电压，确定PD脉冲的目标频率和所述目标中继模块与下一中继模块之间的目标距离，计算PD脉冲从所述目标中继模块传输到下一中继模块的衰减幅值作为目标幅度值；
所述脉冲发生模块，用于生成目标幅度值的高斯脉冲；
所述信号注入模块，用于向所述目标电缆注入目标幅度值的高斯脉冲。
3.根据权利要求2所述的一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，其特征在于，所述分析比较模块包括第一计算模块和第二计算模块；其中：
所述第一计算模块，用于根据所述目标电缆的属性和所述目标频率，计算PD脉冲在所述目标电缆中传输的衰减系数；
所述第二计算模块，用于将所述目标距离乘以所述衰减系数得到衰减幅值作为目标幅度值。
4.根据权利要求3所述的一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，其特征在于，所述第一计算模块具体用于：
计算PD脉冲在所述目标电缆中传输的单位长度的等效电感：
其中，L为等效电感，μ0为真空磁导率，ω为PD脉冲的角频率，ρ0为所述目标电缆的芯线层的电阻率，ρ1为所述目标电缆的护套层的电阻率，R和r分别为芯线层护套层的截面半径；
计算PD脉冲在所述目标电缆中传输的单位长度的等效电容：
其中，C为等效电容，ε为护套层材料的介电常数，ε0分别真空介电常数；
根据所述等效电感和所述等效电容计算所述衰减系数：
其中，α为所述衰减系数，R0为所述目标电缆单位长度的电阻。
5.根据权利要求1所述的一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，其特征在于，局部放电的类型包括内部放电和表面放电；所述控制模块包括类型判断模块；
所述类型判断模块，用于若所述芯线PD脉冲的极性和所述护套PD脉冲的极性相同，则确定局部放电的类型为内部放电，
或者，若所述芯线PD脉冲的极性和所述护套PD脉冲的极性相反，则确定局部放电的类型为表面放电。
6.根据权利要求1所述的一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，其特征在于，所述目标中继模块，还用于在向所述目标电缆注入目标幅度值的脉冲信号之后，通过无线网络向云端服务器发送工作日志；
所述控制模块，还用于获取所述目标电缆上所有中继模块的工作日志，确定第一个进行脉冲信号注入的中继模块作为第一中继模块，确定与所述第一中继模块距离最近且未进行脉冲信号注入的中继模块作为第二中继模块，根据所述第一中继模块和所述第二中继模块的位置坐标确定所述目标电缆上局部放电的放电区段。
7.根据权利要求6所述的一种基于实时监测的绝缘水平监控在线调控系统，其特征在于，放电电树的当前状态包括起始状态、滞长状态、生长状态和击穿状态；
所述控制模块，还用于当确定放电电树的当前状态为起始状态和滞长状态，根据所述当前状态调节所述目标电缆的输电电压，当确定放电电树的当前状态为生长状态和击穿状态，向预设终端发送当前状态和放电区段的位置信息。
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