CN202631679U - 电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统 - 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系统，其特征是，它由监控平台、监控主机、电流采集器和电流互感器组成；其中，监控平台和监控主机互相连接，监控主机和电流采集器互相连接，电流互感器和电流采集器连接；所述监控主机至少与一个电流录波采集器连接；所述电流采集器与电缆上至少一个电流互感器连接。电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波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，结合相关因素建立的电缆运行状态分析诊断模型，实现故障原因分析、定位故障段，为线路抢修和前期预警提供技术条件。本系统针对性强，可靠性好，系统功能完善。

Description

电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统

技术领域

本实用新型涉及一种电缆护层环流故障录波系统，尤其涉及一种电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统。

背景技术

随着经济持续增长、城市电网迅猛发展以及现代城市对电流采集器供电可靠性、环境美化的要求，现代化的城市建设对电力输送提出了更高的要求，随着电力事业的不断发展，城市架空线路送电正在被地下高压电缆所取代，因此地下高压电缆的数量正急剧上升。电缆具有运行维护工作量小、不占空间走廊等优点，但也有查找故障速度慢，检修周期长等不足。

电缆在运行时，电缆护层绝缘发生故障，造成多点接地，会产生护层循环电流，影响电缆的载流能力，严重时使电缆严重发热而烧毁；对其高压电缆线路护层环流实施在线监测，可以及时发现电缆护层绝缘故障，并可以监测电缆铜屏蔽、接地箱及引线被盗。

电力隧道高压电缆护层环流有运行静态和超限故障两种状态，运行静态是指高压电缆正常运行时允许一定限值内的护层感应电流存在，此电流一般受接地方式、接地良好程度、线芯负荷大小、绝缘老化程度等因素影响，允许的范围一般在百安以内，属常态运行监测范围，常态运行状况的护层接地电流监测系统已经实现。

除上述正常运行态以外，由于电缆接头老化、绝缘层受损、短路击穿、雷电散流和环流发热等原因，会造成电缆护层电流的瞬间增大，导致跳闸停电，甚至还有可能引发火灾；对于这种护层电流突变的情况，现有的常态电流监测是无法做到准确有效采集，因为单凭运行静态电流监测是无法做到故障时瞬态电流的捕捉，也就无法实现对故障时瞬态超限电流的及时响应。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，针对隧道电缆在线运行时，由于电缆接头老化、绝缘层受损、短路击穿、雷电散流和环流发热等原因引起护层环流的瞬变、突变进行监测，提供一种电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统，它通过捕捉护层环流的突变信号，录制突变前、突变中和突变后的电流波形，分析故障原因、定位故障段，具有针对性强，可靠性好，系统功能完善优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统，它由监控平台、监控主机、电流采集器和电流互感器组成。电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统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电流采集器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、突变数据进行分析比较判断，若产生超限电流，将进行故障原因的分析、定位故障段，为线路抢修和前期预警提供数据依据。

所述监控平台为Real-time实时监控平台。Real-time实时监控平台支持多种常用设备的接入，能够快速对所监控的设备进行控制与数据响应，且拥有开放式的架构，便于扩展功能及第三方平台的接入。该平台能够根据用户的需求进行模块的增减，满足用户不同层次的需求。

所述监控平台包括应用服务器，应用服务器分别与资源管理服务器，前端采集服务器，监控管理服务器，语音处理服务器，短信处理服务器和数据分析服务器连接。

所述应用服务器能够接受多个模块的注册申请，然后为这些模块提供采集数据、上报数据、数据分析、数据整合等多种功能。

所述监控管理服务器是展现给用户的显示平台，分为B/S、C/S两种形式，通过使用浏览器与客户端软件的形式为用户提供直观的数据、图表、仿真GIS地图展示界面，并响应用户对于监控设备的控制操作

所述前端控制服务器至少与一台监控主机连接，监控主机至少与一个电流录波采集器连接。

所述监控主机采用热插拔式积木结构设计，采用标准6U机箱封装，7U机架式安装在设备机柜上，方便标准机柜内安装和维护。

所述监控主机包括电源转换及通信脉冲产生插板，数据采集及通信插板，串口通信插板，底板，所述电源转换及通信脉冲产生插板，数据采集及通信插板，串口通信插板与底板连接。

所述监控主机具备全工模式和半工模式两种工作模式，用户可根据实际需求选用，以求达到最佳使用要求和经济成本。当处于半工工作模式时，若主用数据采集及通信插板故障，可切换到备用数据采集及通信插板，增强了工作的稳定性和可靠性，故障时可不断电维护，方便可靠。

所述监控主机采用白发蓝LED对其功能、运行及故障进行明确指示，方便查看运行状况和故障排除等。

所述数据采集及通信插板最多支持插接数据采集及通信插板8块，每块插板具备8个通信端口，最大具备64通信端口。

所述每个通信端口挂载1～16个电流采集器。

所述监控主机和电流采集器之间的通信距离是0KM～10KM。

所述电流采集器与电缆上设置的至少一个电流互感器连接，电流采集器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。

所述电流采集器采用高集成度及超低功耗设计，由前端信号调理模块，AD转换模块、电源和通信模块、嵌入式处理单元、数据存储单元组成，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。

所述电流采集器采用壁挂式外壳结构设计，防护等级达到IP68标准，防爆标志为Ex d IIBT6Gb；可以外接8个电流互感器。

所述电流互感器主要作用是用于耦合护层环流所产生的工频信号以及电流突变引起的中低频信号。监测电流范围0～5000A，绝缘阻抗大于100M欧。

本实用新型的有益效果：电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波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。本系统针对性强，可靠性好，系统功能完善。

附图说明

图1为电力隧道在线式高压电缆护层电流故障录波系统示意图；

图2为Real-time实时监控平台示意图；

图3为监控主机组成结构示意图；

图4为电流采集器组成示意图；

图5为电流采集器和电流互感器连接示意图。

其中，1.监控平台，2.监控主机，3.电流采集器，4.应用服务器，5.资源管理服务器，6.前端控制服务器，7.监控管理服务器，8.语音处理服务器，9.短信处理服务器，10.数据分析服务器，11.底板，12.电源转换及通信脉冲产生插板，13.数据采集及通信插板，14.串口通信插板，15.电源和通信模块，16.前端信号调理模块，17.AD转换模块，18.嵌入式处理单元，19.数据存储单元，20.电流互感器。

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。

如图1，地下高压电缆护层超限电流监测系统，它包含监控平台1，监控平台1为Real-time监控平台，还包括与Real-time监控平台依次连接的监控主机2和电流采集器3。

如图2，Real-time实时监控平台，它包括应用服务器4，应用服务器4分别与资源管理服务器5，前端控制服务器6，监控管理服务器7，语音处理服务器8，短信处理服务器9和数据分析服务器10连接；前端控制服务器6至少与一台监控主机2连接，监控主机2与一个电流采集器3连接。

其中应用服务器4为全部装置提供网络连接、通信及数据库操作。资源管理服务器5是数据配置管理模块，配置其他装置与应用服务器4连接，通信，其他各装置只有在资源管理服务器5配置了相应的数据后，才能成为有效工作装置。前端控制服务器6将数据传递给应用服务器4，同时将接收的应用服务器4及监控管理服务器7发送过来的控制指令转发给监控主机2，让监控主机2被动工作。监控管理服务器7是直接面向用户的装置，它为用户提供人机界面，实时继续拧设备的运行转台，告警处理，地理定位，遥测遥控，维护人员管理。语音处理服务器8是语音处理模块，它为系统提供电话语音告警服务。短信处理服务器9是短信处理模块，它为系统提供手机短信的收发服务。数据分析服务器10是系统的基础数据及历史数据统计，查询装置，根据用户需求将数据生成excel报表。

Real-time实时监控平台的核心模块为应用服务器，应用服务器能够接受多个模块的注册申请，然后为这些模块提供采集数据、上报数据、数据分析、数据整合等多种功能。针对监控系统中设备的不同，根据接收数据类型的不同，系统支持多套前端机模块，可以接收数据、语音、短信、视频等多种数据格式，并实现监控设备控制、校准等功能。语音控制模块提供电话的语音形式主动报警、电话认证、电话控制监控设备的功能。短信模块提供短信形式的主动报警、短信控制监控设备的功能。告警中心模块与语音、短信模块相互联动，提供告警的消息来源。联动控制模块根据用户配置的联动信息，对监控设备出现的状态变化进行分析，达到设定的条件之后，联动控制多个设备，实现了系统的警报状态的自动处理，极大节省了工作人员的工作量。这些模块通过资源管理模块进行集中管理与配置。

监控管理服务器是展现给用户的显示平台，分为B/S、C/S两种形式，通过使用浏览器与客户端软件的形式为用户提供直观的数据、图表、仿真GIS地图展示界面，并响应用户对于监控设备的控制操作。监控管理模块是前台模块，通过组态设备的概念来组织逻辑上关联的设备，通过表格列表、组态卡片图、仿真Gis地图等形式来表示数据。报警产生的时候，能够实时地显示报警发生的设备，根据报警级别的不同显示为不同颜色，允许用户查看告警的详细信息，并进行告警确认。根据数据类型的不同，监控管理服务器还能以曲线的形式显示历史数据，便于进行统计分析。对应于每一个组态设备，模块通过图形、动画、仪表盘、标尺等直观形式显示设备当前的状态。这些直观性的展现方式，提高了用户体验，能在展示、维护系统的时候给人留下很深的印象监控管理服务器

如图3，监控主机2包括电源转换及通信脉冲产生插板12，数据采集及通信插板13，串口通信插板14，底板11。所述电源转换及通信脉冲产生插板12，数据采集及通信插板13，串口通信插板14与底板11连接。

电源转换及通信脉冲产生插板12完成电源转换和通信脉冲信号产生；数据采集及通信插板13完成数据传输和串口通信插板14的通信；串口通信插板14完成数据采集及通信插板13与监控平台1间的通信，数据采集及通信插板13与串口通信插板14间为串口通信，通过串口通信插板14转化成网口与监控平台1连接；串口通信插板14为标准的多串口服务器，并将串口转换成网口，与实时监控平台1连接；底板11完成与电源转换及通信脉冲产生插板12、串口通信插板14和数据采集及通信插板13间的数据交互和电源供电。

监控主机采用6U机架式模块化设计，相邻的数据采集及通信插板13采用冗余备份，实现智换切换，保证可靠性；监控主机2最多支持插接数据采集及通信插板138块，每块插板具备8个通信端口，每个通信端口可以挂载1～16个电流采集器3，这样主机具备最大64端口。监控主机2和电流采集器之间的通信距离是0KM～10KM。

监控主机具备全工模式和半工模式两种工作模式，用户可根据实际需求选用，以求达到最佳使用要求和经济成本。当处于半工工作模式时，若主用数据采集及通信插板故障，可切换到备用数据采集及通信插板，增强了工作的稳定性和可靠性，故障时可不断电维护，方便可靠。

监控主机采用白发蓝LED对其功能、运行及故障进行明确指示，方便查看运行状况和故障排除等。

如图4，电流采集器3，电流采集器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。

电流采集器3采用高集成度及超低功耗设计，由电源和通信模块15、前端信号调理模块16，AD转换模块17、嵌入式处理单元18、数据存储单元19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15采用通信与电源共线传输的技术，来完成电流采集器3的供电，同时完成电流采集器3与监控主机2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16对电流互感器耦合过来的电流信号进行阻抗匹配，实现增益放大、抗干扰处理，送入AD转换模块17。

AD转换模块17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转换模块对前端信号调理模块16送来的信号进行模数转换后送入嵌入式处理单元18。

嵌入式处理单元18负责对AD转换模块17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19保存。

数据存储单元19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。

如图5为电流互感器20和电流采集器3的连接示意图，电流互感器20主要作用是用于耦合护层环流所产生的工频信号以及电流突变引起的中低频信号。监测电流范围0～5000A，绝缘阻抗大于100M欧。

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 (7)

1.一种电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统，其特征是，它由监控平台、监控主机、电流采集器和电流互感器组成；其中，监控平台和监控主机互相连接，监控主机和电流采集器互相连接，电流互感器和电流采集器连接；所述监控主机至少与一个电流录波采集器连接。

2.如权利要求1所述电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统，其特征是，监控主机采用热插拔式积木结构设计，采用标准6U机箱封装，7U机架式安装在设备机柜上；所述监控主机包括电源转换及通信脉冲产生插板，数据采集及通信插板，串口通信插板，底板，所述电源转换及通信脉冲产生插板，数据采集及通信插板，串口通信插板与底板连接；所述监控主机具备全工模式和半工模式两种工作模式，当处于半工工作模式时，若主用数据采集及通信插板故障，可切换到备用数据采集及通信插板；所述监控主机采用白发蓝LED对其功能、运行及故障进行明确指示；所述监控主机和电流采集器之间的通信距离是0KM～10KM。

3.如权利要求1所述电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统，其特征是，所述电流采集器与电缆上设置的至少一个电流互感器连接，电流采集器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；所述电流采集器采用高集成度及超低功耗设计，由前端信号调理模块，AD转换模块、电源和通信模块、嵌入式处理单元、数据存储单元组成，其中，前端信号调理模块和AD转换模块连接，AD转换模块和嵌入式处理单元连接，嵌入式处理单元与电源和通信模块、数据存储单元互相连接；所述电流采集器采用壁挂式外壳结构设计，防护等级达到IP68标准，防爆标志为Ex d IIB T6 Gb。

4.如权利要求2所述电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统，其特征是，所述数据采集及通信插板支持多个插接数据采集及通信插板，每块插板具备多个通信端口，所述每个通信端口挂载多个电流采集器。

5.如权利要求3所述电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统，其特征是，所述电流互感器检测耦合护层环流所产生的工频信号以及电流突变引起的中低频信号，监测电流范围0～5000A，绝缘阻抗大于100M欧。

6.如权利要求3所述电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统，其特征是，所述电流互感器为8个。

7.如权利要求4所述电力隧道在线式高压电缆护层环流故障录波系统，其特征是，所述数据采集及通信插板为8块，每块插板具备64个通信端口，所述每个通信端口挂载1-16个电流采集器。

Images