CN203940885U - 电缆护层环流在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线通信技术的电缆护层环流在线监测装置，包括：感应取电子系统、环流采集子系统、无线通信子系统；本实用新型安装于电缆工作井内，通过取能CT卡在高压电缆上感应取能，为装置供电，采集的CT卡在电缆护层的接地线上，装置采集电缆护层接地线上的电流，通过无线运营商网络发送回后台。本实用新型解决了远程电缆在线监测装置的供电和通信的难题，为电缆的在线监测提供了很好的方案。

Description

电缆护层环流在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测输电电缆护层上的感应电流的装置，属于输电线路在线监控技术领域。

所属技术领域：应指出本实用新型技术方案所属或直接应用的技术领域。

背景技术

电力电缆的基本结构由线芯（导体）、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电力电缆的主要部分。绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。15KV及以上的电力电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层。保护层的作用是保护电力电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。保护层由皱纹铝护套、防蚀层、外护套组成。我国110kV及以上电压等级原则采用单芯电缆，单芯电缆通过交流电时产生交变磁场，在电缆金属护层上产生感应电压。达到一定值时危及人身安全。GB50217-2007 电力工程电缆设计规范对感应电势的规定，未采取能有效防止人员不能任意接触金属层的安全措施时，感应电势不得大于50V；采取有效安全措施时，感应电势不得大于300V。

为减小和抑制电缆护层的感应电势，根据电缆长度一般采取以下几种方式：方式一：屏蔽一端直接接地，另一端通过护层保护接地：当线路长度大约在500-700m及以下时,屏蔽层可釆用一端直接接地 (电缆终端位置接地)，另一端通过保护器接地。这种接地方式还须安装一条沿电缆线路平行敷设的回流线，回流线两端接地。敷设回流线时应使它与中间一相电缆的距离为0.7s(s为相邻电缆间的距离)，并在线路一半处换位。回流线的作用，当线路发生故障时，在金属护层内没有回流电流来抵消由线芯故障电流产生的磁通，使邻近电缆产生很高的感应电压，为了减小此电压，采用平行敷设一根有足够截面非磁性材料的回流导线，以形成反磁回路。方式二：屏蔽中点接地：当线路长度大约在1000 — 1400m时，须采用中点接地方式。在线路的中间位置，将屏蔽直接接地，电缆两端的终端头的屏蔽通过护层保护器接地。中间接地点一般需要安装一个直通接头。中间接地方式也可以采用第二种方式，即在线路终点安装一个绝缘接头，绝缘接头将电缆屏蔽撇开，屏蔽两端分别通过护层器接地，两电缆终端屏蔽直接接地。方式三：屏蔽层交叉互联：电缆线路很长时(大约在1000~1400m以上)可以采用屏蔽层交叉互联。这种方法是将线路分成长度相等的三小段或三的倍数段，每小段之间 装设绝缘接头，绝缘接头处三相屏蔽之间用同轴电缆，经交叉互联箱进行换位连接，交叉互联箱装设有一组护层保护器，线路上每两组绝缘接头夹―组直通接头。

    由于电缆长度不可能每段绝对相等，电缆排列引起的电气参数也不一致，多回路敷设，领近回路的空间距离也不对称，所以完全消除感应电势几乎不可能，因感应电势的存在以及电缆护层接地形成电流回路，所以电缆护层存在一定大小的感应电流，即护层环流。同时电缆护层因鼠害、老化等原因发生多点接点故障、接地线被盗、接地保护器故障等也将引起电缆护层的环流增大，电流增大导致铠装金属护层发热变形，产生空隙，有可能导致局部放电影响电缆主绝缘。因此，要提高运行电缆维护水平，保障运行电缆安全指标，降低电缆线路事故率，需要对电缆金属护套的环流大小进行必要的监测。

    目前，国内尚没有制定判断电缆金属护套环流是否正常的定量判断标准。鉴于电缆金属护套环流的重要性，国内有的单位制定了相应的企业标准，南方电网公司规定电缆金属护套环流不应超过负荷电流的10%。杭州电力公司规定电缆金属护套环流不应超过负荷电流的5%。上海电缆输变电公司规定电缆金属护套环流不应超过10A。北京地区电缆金属护套环流不宜超过负荷电流的10%。

    目前国内电缆护层环流在线监测系统，在通信方式上主要以有线光纤为主，监测项目通常为电缆护层接地环流、接地线断线检测。现有的产品需要从变电站或监控室拉电源线和光缆部署到整条隧道，施工量大，成本高。这对于新建隧道，布线施工没有问题，但对于已建隧道，布线十分不方便，甚至不可行。同时对于电缆的在线监测，在检测环流的同时，一般还要求能检测电缆接头的温度。

背景技术：是指对实用新型的理解、检索、审查有用的技术，可以引证反映这些背景技术的文件。背景技术是对最接近的现有技术的说明，它是作出实用技术新型技术方案的基础。此外，还要客观地指出背景技术中存在的问题和缺点，引证文献、资料的，应写明其出处。

发明内容

【发明内容：应包括实用新型所要解决的技术问题、解决其技术问题所采用的技术方案及其有益效果。    1、要解决的技术问题：是指要解决的现有技术中存在的技术问题，应当针对现有技术存在的缺陷或不足，用简明、准确的语言写明实用新型所要解决的技术问题，也可以进一步说明其技术效果，但是不得采用广告式宣传用语。

2、技术方案：是申请人对其要解决的技术问题所采取的技术措施的集合。技术措施通常是由技术特征来体现的。技术方案应当清楚、完整地说明实用新型的形状、构造特征，说明技术方案是如何解决技术问题的，必要时应说明技术方案所依据的科学原理。撰写技术方案时，机械产品应描述必要零部件及其整体结构关系；涉及电路的产品，应描述电路的连接关系；机电结合的产品还应写明电路与机械部分的结合关系；涉及分布参数的申请时，应写明元器件的相互位置关系；涉及集成电路时，应清楚公开集成电路的型号、功能等。本例“试电笔”的构造特征包括机械构造及电路的连接关系，因此既要写明主要机械零部件及其整体结构的关系,又要写明电路的连接关系。技术方案不能仅描述原理、动作及各零部件的名称、功能或用途。

3、有益效果：是实用新型和现有技术相比所具有的优点及积极效果，它是由技术特征直接带来的、或者是由技术特征产生的必然的技术效果。】

【产品、设备类专利申请，重点叙述发明创造的部件组成、相互之间的连接关系和位置关系，说明与现有技术在结构上的不同之处（即需要专利保护的重点），并简述发明原理。叙述发明创造的优点效果。】

为了解决现有有线通信方式环流在线监测设备在已建电缆隧道上面临的布线难，取电难的问题，本实用新型提供了一种就地取电，不用长距离拉线的环流在线监测设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：采用CT感应取电+蓄电池的电源系统解决设备电源供给问题。采用3G无线通信方式解决设备和后台之间的通信问题，不用长距离部署通信线缆。采用级联的方式，实现本地多个设备之间的连接，共用1个3G通信通道，节省设备成本和运营成本。本实用新型由电源子系统、采集子系统、通信子系统组成。电源子系统由取能CT、整流稳压模块、蓄电池充放电保护模块、蓄电池组成，取能CT卡在某相输电电缆上，电缆上的交流电产生交变磁场，磁力线汇聚经过CT内的高导磁材料，高导磁材料上不停变化的磁通量在外部环绕的感应线圈上感应产生电流，因为电缆上的电流是交流电，所以线圈感应产生的电流也是交流电，感应电流输出接入整流稳压模块，整流稳压模块输出稳定直流电压接入蓄电池充放电保护模块，蓄电池充放电保护模块接入蓄电池以及对外提供电源输出，蓄电池充放电保护模块实时检测蓄电池电压，对蓄电池进行充电。如果蓄电池对外放电，电压下降到过放保护阀值，则关断电源输出，防止蓄电池过放。采集子系统由传感器、采集器、主控板组成，传感器包括测量CT、多点测温带，采集器连接传感器采集电流和温度数据，采集器接主控板，主控板实现数据存储、数据上传、协议转换等功能。通信子系统由3G数据传输模块（DTU）组成，主控板通过RS485数据连接形式与3G DTU通信，3G DTU主动连接后台数据中心，并维持与中心的连接，为主控板提供一条与数据中心的透明数据传输通道。主控板还提供一个RS485级联端口，可实现多个本实用新型级联，共享主设备的3G通信线路。

本实用新型的有益效果是，可快速方便的部署电缆护层环流在线监测装置，并可同时具有电缆护层接地环流和电缆接头温度、接地线被盗的监测功能，在现场存在多个设备的时候，还可通过级联的方式，实现通信线路共享。相比传统设备方式，节省了大量施工成本和运行成本。

附图说明

每幅附图的大小不得超过15×20cm，用绘图工具画发明的结构示意图，黑色，线条粗一些，图中不标注尺寸、不得有中文，需要说明的零部件用线引出标注数字，在图的旁边用中文对标注的数字逐一说明零部件名称。图的数量不限，可以有立体图、剖视图、放大图、零件图、总装图、电路图等。附图中不能着色、有阴影，用黑实线画，可以有剖面线。最好电子版附图。不同附图中的同一部件，在不同图中的标号一致。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图一是本实用新型的结构示意图。

图中1：A、B、C相环流采集CT。

图中2：运行电流采集CT。

图中3：电源指示灯。

图中4：级联端口。

图中5：电缆接头温度控制器。

图中6：接头多点测温带。

图中7：断线检测电缆。

图中8：感应取电CT。

图中9：无线通信天线。

图中10：蓄电池。

图中11：整流模块。

图中12：充放电控制器。

图中13：总线适配器。

图中14：定时重启模块。

图中15：采集器。

图中16：DTU（数据传输单元）。

具体实施方式

参照附图，详细说明发明创造的各种实施、工作方式，附图中标注数字的零部件必须予以说明。结合附图的编号，说明工作过程。

产品设备类申请应叙述多种可以替代的结构方式。1、机械类申请，叙述设备部件组成、连接方式，然后从静态到动态，再从动态到静态，叙述一个完整工作周期。2、电子、电路类专利申请，叙述电路中元器件组成和相互之间的连接关系，然后以电流或电压为线索，从头至尾叙述电路中主要元器件的工作过程，叙述一个完整周期。

电缆护层接地电流通过A、B、C环流采集CT（图一、1）感应出4~20mA电流，接入采集器（图一、15），采集器内置200欧电阻，将输入电流信号转换成电压信号并通过ADC转换采集成数字信号。运行电流采集CT（图一、2）同环流采集CT原理和转换过程一样。电缆接头温度控制器（图一、5）连接3条接头多点测温带（图一、6）。采集器通过485总线连接电缆接头温度控制器，定期采集测温带上各个测温点的温度数据。采集器还提供断线检测电缆（图一、7）输入端口，通过检测电缆的通断来判断接地线是否被盗。采集器提供1个级联端口（图一、4）输出。级联端口采用485总线方式，为解决485末段信号反射的影响，同时为支持远距离的设备级联，485总线连接总线适配器（图一、13）。采集器数据输出端口连接DTU（图一、16），DTU连接远程数据中心，采用永远在线方式，提供一条采集器到远程数据中心之间的透明数据传输通道。数据流程描述如下，采集器定期采集环流和温度数据，然后再通过DTU上传给远程数据中心。感应取电CT（图一、8）卡在运行电流的电缆上，感应出交流电，经过整流模块（图一、11）整流成直接电压，进入充放电控制器（图一、12），对蓄电池（图一、10）进行充电，充放电控制器同时提供电源输出，经过定时重启模块（图一、14），为采集器、DTU等设备供电。定时重启模块并接电源指示灯（图一、3），提供电源输出指示。

Claims (4)

1.一种基于无线通信技术的电缆护层环流在线监测装置，包括：感应取电子系统、环流采集子系统、无线通信子系统；本实用新型安装于电缆工作井内，通过取能CT卡在高压电缆上感应取能，为装置供电，采集的CT卡在电缆护层的接地线上，装置采集电缆护层接地线上的电流，通过无线运营商网络发送回后台；本装置外部连接3个接地电流采集CT，1个运行电流采集CT，1个感应取电CT，1个电缆接头温度控制器，1个断线检测电缆，1根天线，其中电缆接头温度控制器连接3根多点测温带，装置底部还安装有电源指示灯，以及提供一个级联的端口，方便本地多个装置连接起来共用一个无线传输通道。

2.如权利要求书1所述的基于无线通信技术的电缆护层环流在线监测装置，其特征在于，在具备环流检测的同时还具备电缆接头测温功能，并且采用外置电缆接头温度控制器的方式，控制器靠近多点测温带连接，减少了装置的布线，增强系统抗干扰能力。

3.如权利要求书1所述的基于无线通信技术的电缆护层环流在线监测装置，其特征在于，电缆接头的多点测温，多点测温带绑在电缆接头上，可以检测电缆接头上多个位置的温度。

4.如权利要求书1所述的基于无线通信技术的电缆护层环流在线监测装置，其特征在于，提供多装置级联接口，通过级联端口，将附件多个监测装置级联起来，共享1个无线传输通道，节约数据通信费用。