CN202631678U - 一种电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置，包括前端信号调理模块，AD转换模块、电源和通信模块、嵌入式处理单元和数据存储单元。本实用新型通过对电缆线路护层环流突变进行数据录波实时展示，根据运行数据的积累，结合电缆线路模型、接地箱保护器动作次数及性能差异、电缆及接头老化程度、接地系统是否良好、土壤电阻率差异、雷击散流、温度季节及其它相关因素建立电缆运行状态分析诊断模型，实现电缆全线故障原因分析、定位故障段，为线路抢修和前期预警提供技术条件。本装置接地点监视全面，故障定位准确，装置功能完善。

Description

一种电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力技术领域，尤其涉及一种电力隧道在线式高压电缆护层绝缘接地电流故障录波装置。

背景技术

目前，国内外有些高压电缆金属护层环流故障录波设备已经投入现场运行，其功能是在电力系统发生故障时记录电力系统故障前和故障后电流、电压的波形，用于事后对电力系统故障进行分析，便于故障的处理。

一般故障录波器数据采样采用计算机或DSP处理器，功耗较大，需要安装于有市电场合，一般安装于变电站， 由于监测点的局限不能实现电缆全线故障的定位和分段隔离。

实用新型内容

本实用新型为解决不能实现电缆全线故障的定位和分段隔离的技术问题，提供一种电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置，它在隧道电缆在线运行时，监视隧道电缆所有的接地点，通过故障录波实现故障原因的分析和故障定位和分段隔离。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

本实用新型的电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置，包括前端信号调理模块，AD转换模块、电源和通信模块、嵌入式处理单元和数据存储单元。

前端信号调理模块选择具有低输入偏置电流、低输出失调电压、低噪声和地电源供电芯片，实现了对电流互感器耦合过来的电流信号阻抗匹配，实现了信号的增益放大、抗干扰处理，信号处理完成以后送入AD转换模块；

AD转换模块对前端信号调理模块送来的信号进行模数转换后送入嵌入式处理单元；

嵌入式处理单元负责对AD转换模块转换数据进行采集，分析暂存，对突变信号进行捕获，有突变时启动录波程序，将突变波形数据送入数据存储单元保存；

数据存储单元负责存储波形数据，存储数据断电不丢失，能够存储1-15个事件波形；

本实用新型的电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置可以采用高集成度及超低功耗设计，能将护层电流互感器就近安装于环路接地线，进行信号采集、转换和预处理；可对电流突变进行录波和静态电流精确采集。

所述电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置，分布安装于高压电缆沿线各直接接地点，采用远距离低压直流供电和远距离高速传输方法，将各录波装置挂接在同一接地线路上，实现电缆在线运行时，对一条电缆上的所有接地点的环流进行监视。

所述电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置，能够采集高压电缆护层的运行电流和超限电流；当没有电流突变时，采集运行电流，上报运行电流数据；当电流突变并且超过设定的告警值时，各录波装置同时启动录波，录波完成后，各录波装置分时将电流波形数据上传至监控主机和监控平台，由监控平台对各录波装置的波形数据按照特定的分析方法进行分析。

所述特定的分析方法，基于录波数据比较少的时候，根据电流突变的幅值、相序、各录波装置电流突变的时间先后顺序数据，绘制当次录波数据绘制的波形，结合高压电缆交叉互联拓扑模型，进行横向对比，分析故障原因，定位故障段。

所述特定的分析方法，基于各录波装置已经有历史数据分类存储，根据各录波装置录波频次，电流幅值，电流相位、突变顺序进行综合判断，分析电流突变原因，对电缆故障及故障位置做出预警。

本实用新型的工作原理是，

利用在电缆上设置的电流互感器对护层超限电流的瞬变、突变进行采集，通过与电流互感器连接的故障录波装置将所采集的数据上传至监控主机；监控主机将收到的数据以TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台；监控平台中所设有的服务器实时对采集到的超限电流的瞬变、突变数据根据特定的分析方法进行分析比较判断，分析故障原因、定位故障段。 

本实用新型的有益效果是，

系统通过对电缆线路护层环流突变进行数据录波实时展示，根据运行数据的积累，结合电缆线路模型、接地箱保护器动作次数及性能差异、电缆及接头老化程度、接地系统是否良好、土壤电阻率差异、雷击散流、温度季节及其它相关因素建立电缆运行状态分析诊断模型，实现电缆全线故障原因分析、定位故障段，为线路抢修和前期预警提供技术条件。本装置接地点监视全面，故障定位准确，装置功能完善。

附图说明

图1：本实用新型的功能框图；

图2：本实用新型的录波流程图；

图3：电流波形分析流程图；

其中，1. 电源和通信模块，2. 前端信号调理模块，3. AD转换模块，4. 嵌入式处理单元，5. 数据存储单元。

附图中，START：开始；END：结束；Y:是；N：否。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

图1中，该装置采用高集成度及超低功耗设计，由电源和通信模块1、前端信号调理模块2，AD转换模块3、嵌入式处理单元4、数据存储单元5组成，将护层电流互感器就近安装于环路接地线，进行信号采集、转换和预处理；可对电流突变进行录波和静态电流精确采集，然后将数据上传给监控主机。

电源和通信模块1采用通信与电源共线传输的技术，来完成故障录波装置的供电，同时完成故障录波装置与监控主机之间的数据和命令的传输。此电源载波通信通信速率为300-9600bps。

前端信号调理模块2选择具有低输入偏置电流、低输出失调电压、低噪声和地电源供电芯片，实现了对电流互感器耦合过来的电流信号阻抗匹配，实现了信号的增益放大、抗干扰处理，信号处理完成以后送入AD转换模块2。

    AD转换模块3采用ADI公司具有8通道模拟信号接口的AD芯片，采样精度16位，采样频率最高200Ksps，模拟电源采用单路5V供电，模拟接口输入电压范围±10V，AD转换模块3对前端信号调理模块2送来的信号进行模数转换后送入嵌入式处理单元4。

嵌入式处理单元4采用TI公司MSP430F5418芯片，MSP430F5418具有256K FLASH，16K SRAM，4路UART接口，供电电压范围2.2-3.6V，功耗低。嵌入式处理单元4负责对AD转换模块3转换数据进行采集，分析暂存，对突变信号进行捕获，有突变时启动录波程序，将突变波形数据送入数据存储单元5保存。数据存储单元5采负责存储波形数据，存储数据断电不丢失，可以存储1-15个事件波形。

故障录波装置所有单元电路的设计均考虑低功耗设计，所选AD芯片，信号接收芯片，单片机均选择低功耗芯片，保证了远距离低压直流供电和远距离高速数据传输，实现了电缆全线接地点的监测。

故障录波装置对高压电缆护层电流进行在线监测，所测护层环流范围值为0～5000A；突变录波门限可由监控平台设定，设定范围0～5000A，监控平台和电流录波终端保存录波门槛设定值；AD采样频率1K～200K；录波时长20ms～10s；存储事件波形个数1～50个。

图2中，故障录波装置启动后，首先进行系统初始化，监视的8个通道定时进行通道电流数据的采集，对于采集的数据终端自动缓存，对于采集的电流数据与由监控平台设定的突变录波门槛进行对比，如果低于突变录波门槛，程序将循环进入定时采集。如果其中一个通道采集的电流高于设定的突变录波门槛，终端将启动录波流程，对所监视的所有通道进行设定时长的数据采集，将电流波形数据保存，完成设定的录波时长，将电流波形录波数据上传至监控主机，主机将数据上传至监控平台，监控平台对各录波装置的波形数据按照特定的分析方法进行分析。

图3中，首先监控平台对获取各录波装置上报的波形数据，然后根据既定的规则将数据分类存储，然后根据突变频次、幅值、时间顺序汇出三维谱图，进行综合分析，判断故障原因，定位故障段。

电流超限的原因有护层击穿短路造成越限，操作波冲击造成越限和雷击造成越限。

故障分析：从引起接地电流超限的原因来看，电流超限并不能确定是电缆故障引起的。要确认电缆故障首先要排除操作波和雷击的因素。如果是操作波引起的，我们可以从录波数据的特性与真正的故障数据区分出来，操作波引起录波数据前200毫秒电流应该都比较小，基本等于零。而真正电缆故障引起的录波数据前200毫秒应该有一个稳定的工作电流。另外就是操作波引起的超限在电缆的各个检测点中产生的波形相近，幅度相当，从这一点上也能区分。再就是合闸动作不会频繁发生，软件设定在一定时间内发生几次超限才能确认故障，使用这个条件可以将操作波引起的超限排除。如果是雷击引起的，可以根据季节和天气状况进行分析排除。将非电缆故障超限排除后，可以根据超限的幅度、超限的频率、超限的时长等可设参数进行分析判断，满足条件进行故障告警。确认故障后，需要分析是哪一相的故障，可以采用下面两种方式来判断：一是采取绝对值来判断，即波动幅值最大的认为有故障。二是采取变化率来判断，根据故障时的峰值与故障前的峰值进行运算，变化率最大的认为有故障。

故障定位及预警：基于故障分析完成后，确认故障数据确实是电缆故障引起的，再进行下一步故障定位。首先需要将整个电缆交叉接地数据模型输入系统，在故障判断以前先确定电缆交叉互联连接方式。其次要实现故障定位，只看一个录波终端的数据是不能实现的，必须多个录波终端的数据进行横向比对才行。在挂接多个录波终端的一条电缆监测系统中，如果有其中一台上报故障信息，其它终端没有，可以判断为该终端附近电缆故障。如果多个终端同时上报故障信息。基于录波数据比较少的时候，根据电流突变的幅值、相序、各录波装置电流突变的时间先后顺序数据，绘制当次录波数据绘制的波形，结合高压电缆交叉互联拓扑模型，进行横向对比，分析故障原因，定位故障段。基于各录波装置已经有历史数据分类存储，根据各录波装置录波频次，电流幅值，电流相位、突变顺序进行综合判断，分析电流突变原因，对电缆故障及故障位置做出预警。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置，其特征是，包括前端信号调理模块，AD转换模块、电源和通信模块、嵌入式处理单元和数据存储单元；

前端信号调理模块能够对电流互感器耦合过来的电流信号阻抗匹配，实现信号的增益放大、抗干扰处理，信号处理完成以后送入AD转换模块；

AD转换模块能够对前端信号调理模块送来的信号进行模数转换后送入嵌入式处理单元；

嵌入式处理单元能够对AD转换模块转换数据进行采集，分析暂存，对突变信号进行捕获，有突变时启动录波程序，将突变波形数据送入数据存储单元保存；

数据存储单元能够存储波形数据，存储数据断电不丢失，能够存储事件波形。

2.如权利要求1所述的电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置，其特征是，所述电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置分布安装于高压电缆沿线各直接接地点。

3.如权利要求1所述的电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置，其特征是，所述AD转换模块采用具有8通道模拟信号接口的AD芯片，其采样精度16位，采样频率最高200Ksps，模拟电源采用单路5V供电，模拟接口输入电压范围±10V。

4.如权利要求1所述的电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波装置，其特征是，所述嵌入式处理单元采用具有256K的FLASH，16K的SRAM，4路UART接口，供电电压范围2.2-3.6V的芯片。

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