CN212781057U - 一种电缆综合在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种电缆综合在线监测装置，包括行波电流传感器、取电电流传感器、监测终端、通信模块以及后台终端，行波电流传感器和取电电流传感器安装在待测电缆上，行波电流传感器和取电电流传感器均与监测终端连接，监测终端通过通信模块与后台终端连接，监测终端包括ARM处理器以及DSP芯片，ARM处理器与DSP芯片连接，通信模块分别与ARM处理器和后台终端连接，ARM处理器通过通信模块与后台终端连接，DSP芯片与行波电流传感器连接。本实用新型的一种电缆综合在线监测装置，通过ARM处理器与DSP芯片对于电流数据的处理和获取，保证了电缆综合在线监测装置运行效率的高效性和稳定性。

Description

一种电缆综合在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及电缆监测领域，尤其涉及一种电缆综合在线监测装置。

背景技术

在电力系统中，电力电缆作为传输和分配电能的一次设备，在使用当中容易因为外界自然条件的作用，使其出现故障。而随着在电力系统中电力电缆使用规模增多，准确找到电缆故障发生位置的需求越来越迫切。目前主流的电缆绝缘及故障监测方法大多是在电缆检修时进行离线监测，不能做到实时在线监测，因此导致对电缆故障的处理不够及时有效。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种电缆综合在线监测装置，其能解决目前主流的电缆绝缘及故障监测方法大多是在电缆检修时进行离线监测，不能做到实时在线监测，因此导致对电缆故障的处理不够及时有效的问题。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

一种电缆综合在线监测装置，包括行波电流传感器、取电电流传感器、监测终端、通信模块以及后台终端，所述行波电流传感器和所述取电电流传感器安装在待测电缆上，所述行波电流传感器和所述取电电流传感器均与所述监测终端连接，所述监测终端通过所述通信模块与所述后台终端连接，所述监测终端包括ARM处理器以及DSP芯片，所述ARM处理器与所述DSP芯片连接，所述通信模块分别与所述ARM处理器和所述后台终端连接，所述ARM处理器通过所述通信模块与所述后台终端连接，所述DSP芯片与所述行波电流传感器连接。

进一步地，还包括接地电流传感器，所述接地电流传感器与所述ARM处理器连接，所述接地电流传感器用于实时监测待测电缆接地线及中性点的接地电流。

进一步地，还包括GPS对时装置，所述GPS对时装置与所述DSP芯片连接，所述ARM处理器与安装在待测电缆上安装的温度传感器、水位传感器以及震动传感器连接。

进一步地，所述ARM处理器包括充电接口，所述取电电流传感器接入所述充电接口为所述ARM处理器供电。

进一步地，所述行波电流传感器的工作带宽为10Hz～100MHz。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：本申请的一种电缆综合在线监测装置，包括行波电流传感器、取电电流传感器、监测终端、通信模块以及后台终端，行波电流传感器和取电电流传感器安装在待测电缆上，行波电流传感器和取电电流传感器均与监测终端连接，监测终端通过通信模块与后台终端连接，监测终端包括ARM处理器以及DSP芯片，ARM处理器与DSP芯片连接，通信模块分别与ARM处理器和后台终端连接，ARM处理器通过通信模块与后台终端连接，DSP芯片与行波电流传感器连接。通过监测终端对待测电缆发生局部放电或故障时的位置进行在线监测，通过ARM处理器与DSP芯片对于电流数据的处理和获取，保证了电缆综合在线监测装置运行效率的高效性、性能的稳定性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的一种电缆综合在线监测装置的架构框图；

图2为本实用新型的一种电缆综合在线监测方法的流程示意图；

图3为本实用新型的一种电缆综合在线监测方法中使用行波单端测距原理计算放电位置时的示例图；

图4为本实用新型的一种电缆综合在线监测方法中使用行波双端测距原理计算放电位置时的示例图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种电缆综合在线监测装置，包括行波电流传感器、取电电流传感器、监测终端、通信模块、接地电流传感器以及后台终端；所述行波电流传感器和所述取电电流传感器安装在待测电缆上，所述行波电流传感器和所述取电电流传感器均与所述监测终端连接，所述监测终端通过所述通信模块与所述后台终端连接，所述监测终端包括ARM处理器以及DSP芯片，所述ARM处理器与所述DSP芯片连接，所述通信模块分别与所述ARM处理器和所述后台终端连接，所述ARM处理器通过所述通信模块与所述后台终端连接，所述DSP芯片与所述行波电流传感器连接，所述接地电流传感器与所述ARM处理器连接，所述接地电流传感器用于实时监测待测电缆接地线及中性点的接地电流。在本实施例中，还包括GPS对时装置，所述GPS对时装置与所述DSP芯片连接，所述ARM处理器与安装在待测电缆上安装的温度传感器、水位传感器以及震动传感器连接。所述ARM处理器包括充电接口，所述取电电流传感器接入所述充电接口为所述ARM处理器供电。本实施例中的所述行波电流传感器的工作带宽为10Hz～100MHz。本实施例中，DSP芯片指能够实现数字信号处理技术的芯片。ARM(Advanced RISC Machines)一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构，ARM处理器广泛地使用在许多嵌入式系统设计，ARM处理器的特点有指令长度固定，执行效率高，低成本等。通信模块为有线模块或无线模块。

在工作过程中，行波电流传感器实时采集待测电缆的电流数据，所述电流数据包括电缆高频局放电流信号或电缆工频电流信号。所述DSP芯片获取行波电流传感器实时采集待测电缆的电流数据，所述DSP接收到电流数据时，所述GPS对时装置记录电流数据对应的时间标签；所述DSP芯片将时间标签并入电流数据中并发送至所述ARM处理器。ARM处理器根据电流数据判断待测电缆是否出现异常，若出现异常，则ARM处理器根据所述电流数据判断异常类型，当所述电流数据为电缆高频局放电流信号时，则异常类型为局部放电并根据所述电缆高频局放电流信号及行波定位原理计算出放电位置；当所述电流数据为电缆工频电流信号且所述电缆工频电流信号对应的电缆工频电流值超过预设工频电流阈值时，则异常类型为电缆故障，获取行波电流传感器实时采集待测电缆的电缆高频电流信号并根据所述电缆高频电流信号及行波定位原理计算出故障位置；ARM处理器将上述得到的所述放电位置或故障位置发送至后台终端。在本实施例中，ARM处理器还会发送报警信号至后台终端，后台终端根据报警信号及上述得到的位置信息对电缆进行精准维护。本实施例中，ARM处理器实时获取接地电流传感器发送的接地电流数据，通常待测电缆为三相电缆，且待测电缆接地，因此，接地电流传感器分别监测到电缆三个相接地对应的接地电流以及零线对应的接地电流。若电缆为三相电缆，则本实施例中可设置三个相同的行波电流传感器，分别来监测三根线上的电流数据。

如图2所示，本实施例还提供一种电缆综合在线监测方法，该方法用于上述实施例中的一种电缆综合在线监测装置，具体包括以下步骤：

获取电流数据，获取行波电流传感器实时采集待测电缆的电流数据，所述电流数据包括电缆高频局放电流信号或电缆工频电流信号。在本实施例中，DSP芯片获取行波电流传感器实时采集的待测电缆的电流数据，电流数据为电缆高频局放电流信号或电缆工频电流信号，在接收到电流数据的同时，与DSP芯片连接的GPS对时装置为此时的电流数据设定对应的时间标签，即接收到电流数据的时间。

异常判断，根据所述电流数据判断待测电缆是否出现异常，若是执行异常类型判断步骤，若否，返回执行所述获取电流数据步骤。在本实施例中，DSP芯片将时间标签并入电流数据中一起发送给ARM处理器，ARM处理器首先判断电流数据含有电缆高频局放电流信号还是电缆工频电流信号，如果电流数据只含有电缆高频局放电流信号，则出现异常，如果电流数据中含有电缆工频电流信号且电缆工频电流信号对应的电缆工频电流值超过预设工频电流阈值时，也为出现异常。

异常类型判断，根据所述电流数据判断异常类型，当所述电流数据为电缆高频局放电流信号时，则异常类型为局部放电并执行定位放电位置步骤，当所述电流数据为电缆工频电流信号且所述电缆工频电流信号对应的电缆工频电流值超过预设工频电流阈值时，则异常类型为电缆故障，获取行波电流传感器实时采集待测电缆的电缆高频电流信号，执行阈值判断步骤，判断所述电缆高频电流信号对应电缆高频电流值是否超过预设高频电流阈值，若是，则执行所述定位故障位置步骤，若否，则判定待测电缆为扰动，本实施例中扰动即为一种暂态，并非待测电缆出现故障，无需对其进行处理，并返回执行所述获取电流数据步骤。

定位放电位置，根据所述电缆高频局放电流信号及行波定位原理计算出放电位置，本实施例中定位放电位置具体包括以下子步骤：

特征量提取，对所述电缆高频局放电流信号进行特征量提取并进行重构，得到电缆高频局放电流行波数据；在本实施例中，特征量为对原始的电缆高频局放电流信号进行滤波后，滤除掉信号噪声、干扰后表现出具备高频局放电流行波特征的数值，这些数值在转换为可以识别的信号，就是信号重构，重构后的信号就是完全去除掉噪声的，能表现出电缆故障特征的信号，本实施例中的电缆高频局放电流行波数据为可以表现出电缆故障特征的电缆高频局放电流行波以及前述中此电缆高频局放电流信号对应的时间标签。

波速计算，根据所述电缆高频局放电流行波数据得到第一行波路径，根据所述第一行波路径计算出第一波速。

放电位置计算，采用小波转换法提取出所述电缆高频局放电流行波数据中的第一极大数模值及对应的第一极大数模值时刻，根据所述第一波速、所述第一极大数膜值、所述第一极大数模值时刻得到放电位置。

在本实施例中，对上述波速计算和放电位置计算进行信息说明及举例：上述中电缆高频局放电流行波数据即包括行波在初始变电站和目标变电站之间的往返传播路径及经过监测点的时间，因此可以根据电缆高频局放电流行波数据得到第一行波路径，根据第一行波路径和预设位置数据计算出第一波速，在待测电缆的传输过程中，电缆是将一变电站的电传输至另一变电站，预设位置数据中包括两变电站之间的距离，另外本在线监测装置安装的位置是确定的，即预设位置数据中包括监测点位置，监测点与初始变电站的距离是已知的，监测点与目标变点站的距离也是可以通过事先测量得到；因此预设位置数据中包括监测点与初始变电站的距离以及监测点与目标变点站的距离，当监测点为两个时，预设位置数据中包括两个监测点之间的距离，以及其中一个监测点到初始变电站的距离，另一个监测点到目的变电站之间的距离。本实施例中的电缆高频局放电流行波数据含有重构后的电缆高频局放电流行波、时间标签。本实施例中结合第一波速路径、预设位置数据并根据行波定位原理计算第一波速和放点位置：根据监测点数量不同，计算原理可分为以下两类：

一、当监测点为一个时，即为行波单端测距原理；具体结合图3举例说明：假设初始变电站为图3中的变电站A，目标变电站为图3中的变电站B，则M为监测点，F为放电位置，则监测点M与变电站A的距离为L₁，监测点与变电站B的距离为L₂，时刻变电站A与监测点M之间F点发生放电故障，t₀为发生故障的时刻，即接收到含有电缆高频局放电流信号的电流数据对应的时刻，也就是上述中的时间标签；t₁为发生故障时，电缆高频局放电流行波从变电站A传往变电站B传输时到达监测点M的时刻；t₃为变电站B反射电缆高频局放电流行波达到监测点M的时刻；t₂为电缆高频局放电流行波被变电站A传输反射后到达监测点M的时刻。则波速如公式(1)所示：

其中，v为第一波速，t₁为电缆高频局放电流行波从变电站A传往变电站B传输时到达监测点M的时刻；L₂为监测点M与变电站B的距离；t₃为变电站B反射电缆高频局放电流行波达到监测点M的时刻。

本实施例中采用小波转换法提取出电缆高频局放电流行波数据中的第一极大数模值及对应的第一极大数模值时刻，根据所述第一波速、所述第一极大数膜值、所述第一极大数模值时刻得到放电位置；具体如公式(2)所示：

其中，x₁为放电位置F与变电站A的距离，x₂为放点位置F与监测点M的距离；L₁为监测点M与变电站A的距离，已知L₁＝x₁+x₂；v为第一波速；t₂为电缆高频局放电流行波被变电站A传输反射后到达监测点M的时刻；t₁电缆高频局放电流行波从变电站A传往变电站B传输时到达监测点M的时刻。根据上述公式(2)可计算出x₁和x₂，即得到了放电位置F与变电站A和监测点M的位置关系，从而得到了放电位置的具体信息。本实施例中L₁为第一极大数模值，t₂为对应的第一极大数模值时刻。

二、当监测点为二个时，即为行波双端测距原理；具体结合图4举例说明：假设初始变电站为图4中的变电站A，目标变电站为图4中的变电站B，则M和N均为监测点，F为放电位置，放电位置在两监测点之间，则监测点M与变电站A的距离为L1，监测点N与变电站B的距离为L2，监测点M与监测点N之间的距离为L，t₀为发生故障的时刻，即接收到含有电缆高频局放电流信号的电流数据对应的时刻，也就是上述中的时间标签；t₁为发生故障时，电缆高频局放电流行波从变电站B传往变电站A传输时到达监测点M的时刻；t₃为变电站A反射电缆高频局放电流行波达到监测点M的时刻；t₂为电缆高频局放电流行波被变电站B传输反射后到达监测点N的时刻；t₄为电缆高频局放电流行波被变电站B反射后到达监测点N的时刻。如图4所示，假定t₂＞t₁时，且认为行波往两个方向传输的速度一样，则第一波速如公式(3)所示：

其中，v为第一波速，t₁为电缆高频局放电流行波从变电站A传往变电站B传输时到达监测点M的时刻；t₂为电缆高频局放电流行波被变电站B传输反射后到达监测点N的时刻；t₃为变电站A反射电缆高频局放电流行波达到监测点M的时刻；t₄为电缆高频局放电流行波被变电站B反射后到达监测点N的时刻；L₁为监测点M与变电站A的距离；L₂为测点N与变电站B的距离；

本实施例中采用小波转换法提取出电缆高频局放电流行波数据中的第一极大数模值及对应的第一极大数模值时刻，根据所述第一波速、所述第一极大数膜值、所述第一极大数模值时刻得到放电位置；具体如公式(4)所示：

其中，x₁为放电位置F与监测点M的距离，x₂为放点位置F与监测点N的距离；L为监测点M与监测点N之间的距离；v为第一波速；L＝x₁+x₂；根据上述公式(4)可计算出x₁和x₂，即得到了放电位置F与监测点N和监测点M的位置关系，从而得到了放电位置的具体信息。公式(4)中L为第一极大数模值，公式(4)中t₂-t₁为对应的第一极大数模值时刻。

定位故障位置，根据所述电缆高频电流信号及行波定位原理计算出故障位置；具体包括：

特征量提取，对所述电缆高频电流信号进行特征量提取并进行重构，得到电缆高频电流行波数据；

波速计算，根据所述电缆高频电流行波数据得到第二行波路径，根据所述第二行波路径计算出第二波速；

故障位置计算，采用小波转换法提取出所述电缆高频电流行波数据中的第二极大数模值及对应的极大数模值时刻，根据所述第二波速、所述第二极大数膜值、所述第二极大数模值时刻得到故障位置。本实施例中对于上述波速计算和故障位置计算也是采用行波定位原理，行波定位原理与上述对于定位放电位置原理相同，因此此处不再赘述。

本申请的一种电缆综合在线监测装置，包括行波电流传感器、取电电流传感器、监测终端、通信模块以及后台终端，行波电流传感器和取电电流传感器安装在待测电缆上，行波电流传感器和取电电流传感器均与监测终端连接，监测终端通过通信模块与后台终端连接，监测终端包括ARM处理器以及DSP芯片，ARM处理器与DSP芯片连接，通信模块分别与ARM处理器和后台终端连接，ARM处理器通过通信模块与后台终端连接，DSP芯片与行波电流传感器连接。通过监测终端对待测电缆发生局部放电或故障时的位置进行在线监测，通过ARM处理器与DSP芯片对于电流数据的处理和获取，保证了电缆综合在线监测装置运行效率的高效性、性能的稳定性。

以上，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电缆综合在线监测装置，其特征在于：包括行波电流传感器、取电电流传感器、监测终端、通信模块以及后台终端，所述行波电流传感器和所述取电电流传感器安装在待测电缆上，所述行波电流传感器和所述取电电流传感器均与所述监测终端连接，所述监测终端通过所述通信模块与所述后台终端连接，所述监测终端包括ARM处理器以及DSP芯片，所述ARM处理器与所述DSP芯片连接，所述通信模块分别与所述ARM处理器和所述后台终端连接，所述ARM处理器通过所述通信模块与所述后台终端连接，所述DSP芯片与所述行波电流传感器连接。

2.如权利要求1所述的一种电缆综合在线监测装置，其特征在于：还包括接地电流传感器，所述接地电流传感器与所述ARM处理器连接，所述接地电流传感器用于实时监测待测电缆接地线及中性点的接地电流。

3.如权利要求1所述的一种电缆综合在线监测装置，其特征在于：还包括GPS对时装置，所述GPS对时装置与所述DSP芯片连接，所述ARM处理器与安装在待测电缆上安装的温度传感器、水位传感器以及震动传感器连接。

4.如权利要求1所述的一种电缆综合在线监测装置，其特征在于：所述ARM处理器包括充电接口，所述取电电流传感器接入所述充电接口为所述ARM处理器供电。

5.如权利要求1所述的一种电缆综合在线监测装置，其特征在于：所述行波电流传感器的工作带宽为10Hz～100MHz。

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