CN212989540U - 一种基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统，主要包括暂态地电压传感器、高频电流传感器、声波传感器、温湿度传感器、第一数据采集卡、第二数据采集卡、第三数据采集卡、第一无线网桥、第二无线网桥、第三无线网桥、交换机和上位机；暂态地电压传感器采集的监测数据依次经第一数据采集卡、交换机传输至上位机；高频电流传感器、声波传感器、温湿度传感器采集的监测数据经无线网络远程传输至上位机。本实用新型实现了局放监测数据的远程传输，无需工作人员到达现场，即可准确且及时发现故障风险。

Description

一种基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及电力电缆监测技术领域，具体涉及一种基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统。

背景技术

随着电网的不断升级改造和发展，高压交联聚乙烯（XLPE）电力电缆已经在城市电网中广泛使用，并占据了非常重要的地位。根据电缆故障的浴盆曲线理论，在电缆投入运行的初期和寿命将近结束的后期，电缆的故障率较高，主要是由绝缘缺陷、外力破坏和绝缘老化等原因造成。高压电缆局部放电（局放）现象与绝缘状况密切相关，国内外专家学者以及IEC、IEEE和CIGRE等国际电力权威机构均认为局放检测是XLPE电力电缆绝缘状况评价的重要方法。

目前已有的局放检测方法，多为人工携带检测仪器到现场操作，逐点进行检查，不便于及时发现电缆的局放和绝缘状况；而少数已实现在线监测的方法也仅仅针对某一类放电部位或采用某一种传感器，监测范围不够全面，且单一的频段也易受到外部的干扰。在整条线路上，发生局放现象的部位包括线缆、中间接头以及开关柜等各类部件，因此，单一的检测方法不够全面，无法满足实际的应用需求。

实用新型内容

为解决背景技术所提出的技术问题，本实用新型提供了一种基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统。

本实用新型提供的一种基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统，包括暂态地电压传感器、高频电流传感器、声波传感器、温湿度传感器、第一数据采集卡、第二数据采集卡、第三数据采集卡、第一无线网桥、第二无线网桥、第三无线网桥、交换机、外部供电装置和上位机；暂态地电压传感器、第一数据采集卡、第三无线网桥、交换机、上位机布设于室内，由市电供电；

暂态地电压传感器设于开关柜的金属外壳外壁，其与第一数据采集卡相连；高频电流传感器套接在电力电缆或其中间接头的接地线上，其与第三数据采集卡相连；声波传感器紧贴于电力电缆中间接头处，温湿度传感器设置于中间接头周围；声波传感器和温湿度传感器均与第二数据采集卡相连；

第二数据采集卡和第三数据采集卡分别连接第二无线网桥和第一无线网桥，第二无线网桥、第一无线网桥与第三无线网桥通过无线网络进行通信；第一数据采集卡和第三无线网桥连接交换机，交换机与上位机信号连接；

外部供电装置用来给第二数据采集卡、第三数据采集卡、第一无线网桥、第二无线网桥供电。

作为优选，第一数据采集卡和第三数据采集卡为高速数据采集卡；且第二数据采集卡为中低速数据采集卡。

进一步的，暂态地电压传感器和高频电流传感器分别通过低噪声电缆与第一数据采集卡、第三数据采集卡相连；且声波传感器和温湿度传感器分别通过低噪声电缆与第二数据采集卡相连。

进一步的，第二数据采集卡和第三数据采集卡的RJ45接口通过双绞线网线分别连接第二无线网桥和第一无线网桥；且第一数据采集卡和第三无线网桥分别通过双绞线直接连接交换机。

进一步的，当待监测的电力电缆为三相电缆时，在三相相应的接地线上分别套接一高频电流传感器，分别对A、B、C三相的局放进行检测。

进一步的，外部供电装置为储能电池和/或新能源发电装置。

本实用新型具有如下优点和有益效果：

（1）本实用新型采用多类传感器（暂态地电压传感器、高频电流传感器、声波传感器、温湿度传感器），来监测多类电力电缆部件的局放数据，避免了单一监测手段所采集数据不全面的缺点。另外，由于传感器易受外部干扰，所采集局放信号较微弱，采用多类传感器还可提高预警的准确率。

（2）本实用新型利用无线网桥实现局放监测数据的远程传输，避免了电力电缆现场的复杂布线；同时，无需工作人员到达现场，通过设于室内的上位机即可实时获知是否发生局放现象，可及时发现故障，避免事故发生。

（3）本实用新型无线网桥为点对点配置，且可实现双线通信，组网便捷，且便于扩展监测终端。

附图说明

图1为具体实施方式中电力电缆局部放电综合在线监测系统的结构框图；

图2为具体实施方式中电力电缆局部放电综合在线监测系统的安装和接线示意图。

图中，101-开关柜，102-电力电缆，103-电力电缆中间接头，104-中间接头接地线，201-暂态地电压传感器，202-高频电流传感器，203-声波传感器，204-温湿度传感器，2051-第一数据采集卡，2052-第二数据采集卡，2053-第三数据采集卡，206a-第一无线网桥，206b-第二无线网桥，207-第三无线网桥，208-上位机，209-外部供电装置，210-供电线，211-交换机。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面将对照附图，对本实用新型技术方案及具体实施方式进行详细说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的具体实施方式。

参见图1~2，所示为具体实施方式中基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统，其包括暂态地电压传感器201、高频电流传感器202、声波传感器203、温湿度传感器204、第一数据采集卡2051、第三数据采集卡2053、第二数据采集卡2052、第一无线网桥206a、第二无线网桥206b、第三无线网桥207、交换机211、外部供电装置209和上位机208；其中，第一数据采集卡2051和第三数据采集卡2053为高速数据采集卡，第二数据采集卡2052为中低速数据采集卡；暂态地电压传感器201、第一数据采集卡2051、第三无线网桥207、交换机211、上位机208布设于室内，通过市电供电。

暂态地电压传感器201通过低噪声电缆与第一数据采集卡2051相连，高频电流传感器202通过低噪声电缆与第三数据采集卡2053相连，声波传感器203和温湿度传感器204均通过低噪声电缆与第二数据采集卡2052相连，第二数据采集卡2052和第三数据采集卡2053的RJ45接口通过双绞线网线分别连接第二无线网桥206b 和第一无线网桥206a，第二无线网桥206b 和第一无线网桥206a都与第三无线网桥207通过无线网络进行通信连接，第三无线网桥207通过双绞线直接连接交换机211，用来实现局放数据的远程无线传输。

另，第一数据采集卡2051也通过双绞线直接连接交换机211，交换机211与上位机208信号连接。外部供电装置209与第二数据采集卡2052、第三数据采集卡2053、第一无线网桥206a、第二无线网桥206b相连，用来给第二数据采集卡2052、第三数据采集卡2053、第一无线网桥206a、第二无线网桥206b供电。

参见图2，暂态地电压传感器201通过磁铁紧贴在开关柜101的金属外壳的外壁上，其用于检测开关柜101内部接头和电缆终端的局放信号。高频电流传感器202套接在电力电缆或其中间接头的接地线上，其通过低噪声电缆与第三数据采集卡2053相连。高频电流传感器202用于检测电力电缆及其中间接头的局放信号。当待监测的电力电缆为三相电缆时，在A、B、C三相电力电缆中间接头的接地线104上分别套接一高频电流传感器202，分别对A、B、C三相的局放进行检测。图2即示出了三相电缆上安装高频电流传感器。声波传感器203紧贴在电力电缆中间接头处，通过低噪声电缆与第二数据采集卡2052相连。声波传感器203用于检测电力电缆中间接头的局放信号。温湿度传感器204放置在中间接头周围，其通过低噪声电缆与第二数据采集卡2052相连，温湿度传感器20用于检测电力电缆中间接头处的环境温湿度。

本实用新型中，当开关柜内的内部接头或电缆终端发生局放现象时，开关柜外壳表面产生感应电压，暂态地电压传感器可检测到该感应电压。本实施例中，暂态地电压传感器的工作频带为3MHz~50MHz，具体选择iTEV型号暂态地电压传感器。

本实用新型中，当电力电缆或电力电缆的中间接头发生局放现象时，接地线上会产生高频电流，高频电流传感器可检测该高频电流。本实施例中，高频电流传感器的工作频段为2MHz~100MHz，具体选择iHFCT-120型号高频电流传感器。本实用新型中，声波传感器检测到电力电缆中间接头发生局放现象时产生的声波信号。本实施例中，声波传感器的频率带宽为20 kHz ~110kHz，具体选择PXR04RMH型号声波传感器。本实用新型中，温湿度传感器用于监测电力电缆中间接头的环境温度。本实施例中，温湿度传感器的工作温度为-40℃~125℃，湿度为0%~100%RH，具体选择PC62型号温湿度传感器。作为优选，暂态地电压传感器、高频电流传感器、声波传感器、温湿度传感器均做防水防尘处理，以适用于野外以及地埋电缆的在线监测。

本实用新型中，第一数据采集卡2051、第二数据采集卡2052、第三数据采集卡2053均具有前置放大和滤波功能，能实现所采集微弱信号的放大和滤波，且通道的放大增益可根据实际信号种类进行调节。另，第一数据采集卡2051、第二数据采集卡2052、第三数据采集卡2053均具有多路模拟信号输入端，可同时采集多路传感器信号。当采集信号路数过多，可根据需要配置多块数据采集卡。

第一数据采集卡2051和第三数据采集卡2053采用高速数据采集卡，以避免局放高频信号的漏采。本实施例中，第一数据采集卡2051和第三数据采集卡2053的采样速率为100M，第一数据采集卡2051和第三数据采集卡2053均能可选择100MSPSZ型号数据采集卡。第二数据采集卡2052采用中低速数据采集卡，即可满足声波和温湿度信号的采集。本实施例中，第二数据采集卡2052的采样速率为1M，具体选择USB5622型号数据采集卡。第二数据采集卡2052和第三数据采集卡2053均通过RJ45输出接口连接双绞线一端，双绞线另一端连接无线网桥。第一数据采集卡2051则通过RJ45输出接口连接双绞线一端，双绞线另一端直连交换机211。

第一无线网桥206a和第二无线网桥206b通过无线网络与第三无线网桥207通信，第三无线网桥207通过双绞线连接交换机211，交换机211与上位机208通过双绞线相连，将现场端传感器采集的局放数据最终传输至上位机208。本实施例中，第一无线网桥206a、第二无线网桥206b、第三无线网桥207均为点对点配置，工作频段为5GHz，无线传输距离最大为15km，具体均可选择LG-N620型号无线网桥；交换机选择TL-SG1005D型号。本实用新型中，无线网桥可实现双向通信，使得组网便携，且易于扩展。

本实用新型中，外部供电装置209一般采用储能电池或新能源发电装置，本实施例中，外部供电装置209采用具有电能存储功能的光伏发电装置，用来给室外工作的第二数据采集卡2052、第三数据采集卡2053、第一无线网桥206a、第二无线网桥206b提供直流电源。本实施例所采用光伏发电装置的功率为270W，输出电压24V。

本实用新型中，上位机208用来实时接收并存储现场端各类传感器所采集到的局放监测数据，相关工作人员人工或利用相关分析软件分析实时的局放监测数据，判断开关柜、电力电缆、中间接头等是否有局放风险，从而作出预警。

上述实施例所述是用以具体说明本实用新型，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本实用新型的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本实用新型的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。

Claims (6)

1.一种基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统，其特征是：

包括暂态地电压传感器、高频电流传感器、声波传感器、温湿度传感器、第一数据采集卡、第二数据采集卡、第三数据采集卡、第一无线网桥、第二无线网桥、第三无线网桥、交换机、外部供电装置和上位机；暂态地电压传感器、第一数据采集卡、第三无线网桥、交换机、上位机布设于室内，由市电供电；

暂态地电压传感器设于开关柜的金属外壳外壁，其与第一数据采集卡相连；高频电流传感器套接在电力电缆或其中间接头的接地线上，其与第三数据采集卡相连；声波传感器紧贴于电力电缆中间接头处，温湿度传感器设置于中间接头周围；声波传感器和温湿度传感器均与第二数据采集卡相连；

第二数据采集卡和第三数据采集卡分别连接第二无线网桥和第一无线网桥，第二无线网桥、第一无线网桥与第三无线网桥通过无线网络进行通信；第一数据采集卡和第三无线网桥连接交换机，交换机与上位机信号连接；

外部供电装置用来给第二数据采集卡、第三数据采集卡、第一无线网桥、第二无线网桥供电。

2.如权利要求1所述的基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统，其特征是：

所述第一数据采集卡和所述第三数据采集卡为高速数据采集卡；且所述第二数据采集卡为中低速数据采集卡。

3.如权利要求1所述的基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统，其特征是：

所述暂态地电压传感器和所述高频电流传感器分别通过低噪声电缆与第一数据采集卡、第三数据采集卡相连；且所述声波传感器和所述温湿度传感器分别通过低噪声电缆与第二数据采集卡相连。

4.如权利要求1所述的基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统，其特征是：

所述第二数据采集卡和第三数据采集卡的RJ45接口通过双绞线网线分别连接第二无线网桥和第一无线网桥；且所述第一数据采集卡和所述第三无线网桥分别通过双绞线直接连接交换机。

5.如权利要求1所述的基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统，其特征是：

当待监测的电力电缆为三相电缆时，在三相相应的接地线上分别套接一高频电流传感器，分别对A、B、C三相的局放进行检测。

6.如权利要求1所述的基于多传感器的电力电缆局部放电综合在线监测系统，其特征是：

所述外部供电装置为储能电池和/或新能源发电装置。

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