CN210775721U - 基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，该装置包括为所述装置供电的电源，所述电缆故障在线监测装置设置在环网柜外部的三相型电缆上，所述电缆故障在线监测装置包括罗氏线圈感应器、采集器、存储器、嵌入式计算模块、故障电弧鉴别模块和通讯模块，所述采集器连接罗氏线圈感应器和嵌入式计算模块，所述嵌入式计算模块还连接存储器和故障电弧鉴别模块，所述故障电弧鉴别模块连接通讯模块，所述通讯模块无线连接有主站。与现有技术相比，本实用新型实现无需将环网柜断电进行安装，不影响电网的供电可靠性，仅采集三相型电缆的剩余电流唯一参数，并且可对故障波形数据进行再鉴别，提高了故障识别准确率。
Description
技术领域
本实用新型涉及配电网故障检测领域，尤其是涉及一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置。
背景技术
由电源、环网柜、电缆组成的多分支配电网是供电保障的基础设施。而由外部环境与内在质量等原因，造成的配电网三相型电缆相间短路故障会影响到供电的可靠性。一旦电缆发生故障就需要迅速知道故障位置，及早排除故障。
但因网状多级分布的三相配电网电缆纵横交错，以往靠人工排查找到故障位置，该方法效率低，因此需要通过在电缆上安装在线监测装置来了解故障信息，来提高工作效率。其中快速准确地识别出配电网电缆的相间短路故障时在线监测装置的首要任务。
为此，目前的电缆相间短路故障的在线监测装置，基本采用在电缆的相线和接地端，加装电流、电压传感装置，采集电缆的相线、地线的电流、电压和相位等诸多参数，并据此数据来发现电缆的相间短路故障。同时通过对波形的突变量、周期或频段滤波等识别方法来排除负荷变化与雷电等的干扰对电缆故障识别准确性的影响。
但目前配电网三相型电缆与环网柜的分段或支连接，在不少场合，是采用在环网柜内实施电缆分相连接的方法。因此按上述的常规在线监测方法，需要配电网停电开门后在环网柜内安装电缆相线和地线的电流和电压传感装置。这将极大地影响配电网的供电可靠性。因此需要提供一种不停电安装的配电网相间短路型电缆故障在线监测装置。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，包括为所述装置供电的电源，所述电缆故障在线监测装置设置在环网柜外部的三相型电缆上，所述电缆故障在线监测装置包括罗氏线圈感应器、采集器、存储器、嵌入式计算模块、故障电弧鉴别模块和通讯模块，所述采集器连接罗氏线圈感应器和嵌入式计算模块，所述嵌入式计算模块还连接存储器和故障电弧鉴别模块，所述故障电弧鉴别模块连接通讯模块，所述通讯模块无线连接有主站，所述罗氏线圈感应器包括开口罗氏线圈。
进一步地，所述罗氏线圈感应器还包括积分器，该积分器连接开口罗氏线圈和采集器。
进一步地，所述故障电弧鉴别模块为集成有故障电弧鉴别软件的FPGA芯片或CPU。
进一步地，所述采集器为由GPS/北斗导航卫星授时的采集器。
进一步地，所述嵌入式计算模块为FPGA芯片或CPU。
进一步地，所述存储器为堆栈存储器。
进一步地，所述积分器为高频积分器。
进一步地，所述采集器为高速时钟同步的采集器。
进一步地，所述存储器为高速存储器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型通过罗氏线圈感应器获取三相型电缆的暂态剩余电流，通过暂态剩余电流一项参数，实现对配电网三相型电缆相间短路故障的在线监测，并且罗氏线圈感应器安装在环网柜外部的三相型电缆上，安装时无需将环网柜断电，不影响电网的供电可靠性。
(2)本实用新型配电网电缆故障在线监测装置设有故障电弧鉴别模块，故障电弧鉴别模块基于电缆短路和接地故障必有故障电弧，电弧必会在线路上产生具有故障电弧特征谐波频谱的特点，通过对具有突变和暂态特性的疑似故障波形数据的再识别，提取具有故障电弧特征的波形，滤除属于正常扰动范围的波形，提高对配电网三相型电缆故障的判别准确率。
(3)本实用新型配电网电缆故障在线监测装置的采集器由GPS/北斗导航卫星授时，使得获取的故障波形数据带有时刻信息数据，进一步为最终确定故障电缆位置提供准确的分析判断依据。
附图说明
图1为本实用新型配电网电缆故障在线监测装置的结构示意图；
图2为配电网电缆故障在线监测方法的流程示意图；
图3为配电网的架构示意图；
图4为三相型电缆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例为一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，包括为电缆故障在线监测装置供电的电源1，电缆故障在线监测装置设置在环网柜外部的三相型电缆上，电缆故障在线监测装置包括罗氏线圈感应器2、采集器3、存储器4、嵌入式计算模块5、故障电弧鉴别模块6和通讯模块7，采集器3连接罗氏线圈感应器2和嵌入式计算模块5，嵌入式计算模块5还连接存储器4和故障电弧鉴别模块6，故障电弧鉴别模块6连接通讯模块7，通讯模块7无线连接有主站8，罗氏线圈感应器2包括开口罗氏线圈201。
下面对本实施例配电网电缆故障在线监测装置各组件进行详细描述：
1、罗氏线圈感应器2
罗氏线圈感应器2由开口罗氏线圈201和积分器202组成，罗氏线圈201为非侵入式的开口罗氏线圈，积分器202为高频积分器202。无需将环网柜断电，将非侵入式的开口罗氏线圈安装在环网柜外部的三相型电缆上，开口罗氏线圈201实时响应三相型电缆剩余电流引起的电磁场变化，这些变化通过高频积分器202的感测转化为数字信号，并发送给采集器3。
2、采集器3
采集器3为高速时钟同步的采集器，采用由GPS/北斗导航卫星授时的高速采集器3，通过该采集器3在线采集罗氏线圈感应器2转化的数字信号，并在嵌入式计算模块5的控制系统，生成有时标的三相型电缆剩余电流数据，并将该数据存入存储器4中。
3、存储器4
本实施例采用高速存储器4，高速存储器4以堆栈的方式，存储并更新诸多条具有时标的三相型电缆剩余电流数据，并将其合成为有时标的三相型电缆剩余电流波形数据，按其时序推送到嵌入式计算模块5中。
4、嵌入式计算模块5
嵌入式计算模块5为FPGA芯片或CPU。嵌入式计算模块5含有控制存储器4存储的控制软件和对三相型电缆剩余电流波形数据鉴别的相关现有计算软件，识别出具有突变和暂态特性的疑似故障波形数据。
对三相型电缆剩余电流波形数据鉴别的相关现有计算软件实现的鉴别举措包括秒级延时躲避和特定频段带通滤波。
5、故障电弧鉴别模块6
为了提高本实用新型装置对三相型电缆剩余电流的相间短路故障波形的识别准确率，除了采用常规的秒级延时躲避和特定频段带通滤波等抗干扰波形数据鉴别举措外，基于电缆发生短路故障时的电弧特性，在本实用新型装置中还复合嵌入了具有故障电弧特性自动鉴别功能的故障电弧鉴别模块6。
本实施例故障电弧鉴别模块6为集成有故障电弧鉴别软件的FPGA芯片或CPU。
故障电弧鉴别模块6对经嵌入式计算模块5识别出的具有突变和暂态特性的疑似故障波形数据进行再鉴别，达到提高本实用新型装置对配电网相间短路型电缆故障的识别准确率。
故障电弧鉴别模块6从具有突变和暂态特性的疑似故障波形数据中识别出具有故障电弧特征的故障波形数据，该具有故障电弧特征的故障波形数据是包含由三相型电缆相间短路故障引发的暂态剩余电流波形和时刻信息数据组成的数据信息。
如图3和图4所示，配电网包括电源、环网柜和电缆，环网柜通过电缆连接用电侧。三相型电缆包括A相、B相和C相，分别用来接入三相用电设备的A相、B相和C相。通过在配电网各段三相型电缆上安装本实用新型装置，其上传的由三相型电缆相间短路故障引发的暂态剩余电流波形和时刻信息数据，将为后台主站8在配电网架构上最终确定故障电缆位置，提供准确的分析判断依据。
本实用新型装置的故障电弧鉴别模块6和故障电弧鉴别方法，除了可用于对三相型电缆的相间短路故障的在线鉴别，也适用其他类型电缆短路故障的在线识别。故障电弧鉴别模块6可采用市售的故障电弧探测器。
采用该装置进行配电网电缆故障在线监测包括以下步骤：
装置安装步骤：将罗氏线圈感应器2非侵入式安装在环网柜外部的三相型电缆上；
数据采集步骤：采集器3实时采集由开口罗氏线圈201获取，并经积分器202转化的数字信号，经嵌入式计算模块5合成三相型电缆剩余电流数据并存储到存储器4中；
数据获取步骤：嵌入式计算模块5获取存储器4中的三相型电缆剩余电流数据；
故障初步鉴别步骤：嵌入式计算模块5从三相型电缆剩余电流数据中识别出具有突变和暂态特性的疑似故障波形数据；其中，嵌入式计算模块5识别出具有突变和暂态特性的故障波形数据的方法包括秒级延时躲避和特定频段带通滤波；
故障再识别步骤：故障电弧鉴别模块6从具有突变和暂态特性的疑似故障波形数据中识别出具有故障电弧特征的故障波形数据；故障波形数据包括剩余电流波形数据和时刻信息数据；
故障上报步骤：故障电弧鉴别模块6通过通讯模块7将具有故障电弧特征的故障波形数据上报给主站8。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，包括为所述装置供电的电源(1)，其特征在于，所述电缆故障在线监测装置设置在环网柜外部的三相型电缆上，所述电缆故障在线监测装置包括罗氏线圈感应器(2)、采集器(3)、存储器(4)、嵌入式计算模块(5)、故障电弧鉴别模块(6)和通讯模块(7)，所述采集器(3)连接罗氏线圈感应器(2)和嵌入式计算模块(5)，所述嵌入式计算模块(5)还连接存储器(4)和故障电弧鉴别模块(6)，所述故障电弧鉴别模块(6)连接通讯模块(7)，所述通讯模块(7)无线连接有主站(8)，所述罗氏线圈感应器(2)包括开口罗氏线圈(201)。
2.根据权利要求1所述的一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，其特征在于，所述罗氏线圈感应器(2)还包括积分器(202)，该积分器(202)连接开口罗氏线圈(201)和采集器(3)。
3.根据权利要求1所述的一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，其特征在于，所述故障电弧鉴别模块(6)为集成有故障电弧鉴别软件的FPGA芯片或CPU。
4.根据权利要求1所述的一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，其特征在于，所述采集器(3)为由GPS/北斗导航卫星授时的采集器。
5.根据权利要求1所述的一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，其特征在于，所述嵌入式计算模块(5)为FPGA芯片或CPU。
6.根据权利要求1所述的一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，其特征在于，所述存储器(4)为堆栈存储器。
7.根据权利要求2所述的一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，其特征在于，所述积分器(202)为高频积分器。
8.根据权利要求1所述的一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，其特征在于，所述采集器(3)为高速时钟同步的采集器。
9.根据权利要求1所述的一种基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置，其特征在于，所述存储器(4)为高速存储器。
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|---|---|---|---|---|
| CN110531221A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-03 | 国网上海市电力公司 | 基于暂态剩余电流的配电网电缆故障在线监测装置和方法 |
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2019
- 2019-09-29 CN CN201921674734.2U patent/CN210775721U/zh active Active
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