基于LaBVIEW中压配网分支箱电缆终端智能在线监测系统的制作方法

本发明涉及电力智能在线监测技术领域，具体为基于labview中压配网分支箱电缆终端智能在线监测系统。

背景技术：

随着智能电网的发展，实时获取电气设备的状态信息在电力系统的智能化建设中非常关键，配网分支箱中的分接头作为电力系统重要的设备之一，也是电力系统安全运行中的最薄弱环节，其主要原因是由于制作时受现场环境不利因素的影响以及制作工艺的限制，导致接头的压接质量存在潜在的隐患，而电缆终端接头的压接质量，只能在运行中得以检验，经过一段时间的大电流(过负荷)运行后，在压接点处产生过热、氧化等现象，致使接触电阻逐渐增大，电缆接头温度会进一步地升高，使绝缘老化，寿命骤减，最终导致绝缘层损坏而造成事故发生，据统计，电缆接头事故率占电缆事故的90％，为了确保电力电缆附件安全，需准时掌握配网分支箱内接头温度的实时变化，并对电缆终端数据进行分析，采用相应的解决措施，因此，寻求一种系统来实现配网分支箱的在线监测迫在眉睫，而设计合理的配网分支箱监测系统可以为供电的可靠性提供技术保证和科学依据。

起初的配网分支箱监测是通过人工巡检方式完成的，需现场检查电缆接头温度情况，检修中不仅存在的检修过剩或检修不足等问题，也耗费大量人力、物力。

目前高压在线监测系统的供电方式主要有：

太阳能供电，结合蓄电池，比较常用的一种方式，但其受环境因素影响较大，且夜间完全依靠蓄电池供电，供电可靠性低。

激光供电，具有高压侧与低压侧无电气连接、其供电不受网侧波动影响等优点，但存在转换效率较低，寿命短，及定期维修的问题。

感应取电装置，体积小，在导线上套装取能线圈感应出交流电压，经过整流、滤波、稳压后输出直流电源，电源能够给高压侧电子装置可靠供能的同时，保证对地的可靠绝缘，但是目前研究的感应取电，大部分是感应取电线圈与锂电池结合以及特制的取能线圈，其缺点一：锂电池的工作温度的范围窄，充电温度在零上，某些比较冷的地区，锂电池在室外无法进行充电；其充放电次数的有限性致使定期需要更换；缺点二：自己特制的取能线圈的可靠程度不高，涉及到很多机械工艺设计，机械强度及耐电强度难以保证。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于labview中压配网分支箱电缆终端智能在线监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于labview中压配网分支箱电缆终端智能在线监测系统，其组成包括：采集子系统，其特征是：所述的采集子系统包括设置在电缆线路上的检测故障电压的电压传感器、测量线路电流的电流互感器、故障电流的电流传感器、测量电缆接头温度的表带式测温传感器、gprs数据发送模块、微处理器及ct+超级电容供电系统，所述的ct+超级电容供电系统包括加气隙的开合式ct做感应取能线圈并结合超级电容，感应出交流电经由电能调理电路实现对监测设备供电，通过在ct的开合处加气隙的方式可以有效降低相对磁导率，防止ct过早饱和，使ct工作在线性区。

优选的，所述的基于labview中压配网分支箱电缆终端智能在线监测系统统，其特征是：所述的上位机采用labview作为开发环境，基于ni设计平台的核心，使用的是图形化编辑语言g编写程序，可实现数据的直观显示与数据的存储。

优选的，所述的基于labview中压配网分支箱电缆终端智能在线监测系统，其特征是：所述的采集子系统与上位机之间采用gprs无线传输方式进行数据的通信。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：准时掌握配网分支箱内接头温度的实时变化，并对电缆终端数据进行分析，采用相应的解决措施，因此，寻求一种系统来实现配网分支箱的在线监测迫在眉睫，而设计合理的配网分支箱监测系统可以为供电的可靠性提供技术保证和科学依据，电源的优点在与，直接用开合式电流互感器做取能线圈(开合式ct)，并结合超级电容充当锂电池，提高了环境的适应能力，运行的可靠性，以及便于后期的维护。

附图说明

图1为本产品的结构原理框图。

图中，1、电路电压传感器，2、电流互感器，3、电流传感器，4、表带式测温传感器，5、gprs数据发送模块，6、微处理器，7、ct+超级电容供电系统，8、上位机。

图2为本产品电源部分的开气隙后取能线圈结构图。

图3为本产品电源部分的取能线圈无气隙二次侧输出电压仿真波形。

图4为本产品电源部分的取能线圈有气隙二次侧输出电压仿真波形。

图5为本产品电源部分取能线圈加气隙前后磁化曲线。

图6为本产品电源部分的电能处理电路的结构原理图。

图7为本产品电源部分的dc-dc自动升降压稳压电路。

图8为本产品电源部分的取能线圈无气隙二次侧输出电压实测波形。

图9为本产品电源部分的取能线圈有气隙二次侧输出电压实测波形。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：基于labview中压配网分支箱电缆终端智能在线监测系统，其组成包括：采集子系统，其特征是：所述的采集子系统包括设置在电缆线路上的检测故障电压的电压传感器1、测量线路电流的电流互感器2、故障电流的电流传感器3、测量电缆接头温度的表带式测温传感器4、gprs数据发送模块5、微处理器6及ct+超级电容供电系统7，所述的ct+超级电容供电系统7包括加气隙的开合式ct做感应取能线圈并结合超级电容，感应出交流电经由电能调理电路实现对监测设备供电，通过在ct的开合处加气隙的方式可以有效降低相对磁导率，防止ct过早饱和，使ct工作在线性区，基于labview中压配网分支箱电缆终端智能在线监测系统，其特征是：所述的上位机8采用labview作为开发环境，基于ni设计平台的核心，使用的是图形化编辑语言g编写程序，可实现数据的直观显示与数据的存储，所述的采集子系统与上位机8之间采用gprs无线传输方式进行数据的通信。

设计中的电源采用ct+超级电容的方式，其原理如下：

电流互感器实际上是一种特殊的变压器，以电磁感应定律为工作原理。

得出副边感应电动势有效值如下：

空载时，n2i2＝0，可知im＝i1。

现针对铁芯的励磁原理进行分析，由电机学知识可知，通常情况下，铁心等磁性材料的磁滞特性曲线不是成线性关系。

为使其呈线性关系，可适当降低磁化曲线斜率；由式bm＝μ0μrhm可知，减小磁导率，有效减缓线圈出现饱和现象，增大磁阻后，铁芯磁性曲线的线性区就会增大，进而提升磁性材料抗磁化的能力。

磁芯磁阻与气隙磁阻的表达式：

其中，seq为磁芯有效截面积，δ为磁芯气隙长度。

根据磁动势方程和磁路欧姆定律可得：

将以上各式带入磁路欧姆定律，可知等效相对磁导率μeq为：

磁性材料的相对磁导率一般都非常大，当铁芯加气隙δ＝1mm后，从式可知μeq磁导率大大降低；所以磁性材料开气隙方式是降低磁导率的有效方法。

由电机学可知，磁性材料最大励磁电流仅与本身有关，可知

其中，铁心线圈外径d，内径d，高度a。

如果降低铁心相对磁导率，最大励磁电流iemax会变大，故引入气隙可拓宽母线电流工作范围，增大了ct工作的线性区，防止铁芯过早饱和。

请参阅图2，加气隙前后的结构图。

为了验证上述理论推导，用saber软件进行仿真，首先根据此ct取能线圈结构和参数,用软件中自带的变压器建模模块mct来建立取能线圈模型,包括磁化曲线、尺寸、材料、气隙、叠片系数、绕组匝数、粗细等参数，并按空载模型进行仿真，一次测注入不同电流值i(m)，二次侧得到的电压值u2，请参阅图3-4，铁心无气隙仿真图形，铁心有气隙δ≈1.07mm仿真图形。

从两图中可以看出加气隙后，最大励磁电流显著增加至千安级，由(b)两幅图的仿真结果显示在一次电流幅值达到1414a(有效值1000a)时，二次侧输出波形基本是正弦波，当电流幅值等于1500a时，二次侧电压输出波形已经发生畸变。

请参阅图5用mct建立取能线圈模型其加气隙前后磁化曲线。

从图中可以看出加气隙后的磁导率大大降低，并且仿真软件计算的μeq＝393.5，由于理论值的气隙长度没有加进到磁路值上及叠片系数等原因造成误差，其值与理论值366.53的相对误差为6.85％。

请参阅图6-7，由于二次侧感应出的交流电动势u2，需要经过整流处理单元送给在线监测设备，由于线路避免不了出现短时雷电冲击电流和瞬时故障大电流，需对后级电路进行可靠性保护，故整流桥前使用了瞬变抑制二极管(tvs)，限制了感应线圈输出的冲击电压，其中并联电阻r1不仅可以防止ct开路，还可以对电能处理电路负载进行调整；一方面可以消除整流二极管非线性原件产生的谐波，导致ct有噪声；另一方面，可以使ct二次侧的等效电阻减小，以增大负载电流，减少励磁电流，防止ct过快饱和。

为了防止后级稳压模块因输入电压过高而损坏，须限制过电压，保证安全电压控制在稳压模块的最大输入电压范围内，如图7所示由d8、r3、r4、r6和n沟道mostfet组成电压保护与能量泄放电路，当udc的电压大于30v，管子就会导通，从而将多余能量释放在30ω功率10w的电阻r4上，保证电路安全。

dc-dc自动升降压稳压模块，以lm2577s为核心的宽电压输入范围的稳压模块，内部开关频率可达50khz，利用buck-boost原理实现升压与降压。

请参阅图8-9首先验证第二部分取能线圈加气隙δ≈1.07mm后的运行特性，用厚度约为0.5mm的两片材料加在开合式电流互感器的两端，本文采用了fluke199c测试ct二次侧电压输出波形，一次电流值范围从0a加到1200a，图8为没加气隙的二次侧输出波形，9为ct加气隙后，在400a、800a、1000a、1200a电流下取能线圈带200欧姆电阻负载输出波形，图8在一次电流100a时就已经发生畸变，一次电流增至200a时，畸变非常严重，ct严重饱和；图9中可以得出当i1＝1000a时ct二次侧电压波形稍微畸变，当i1＝1200a时，已经严重畸变，可知加气隙明显增大ct工作的线性区。