电缆局放监测系统及高频传感器的制作方法

本实用新型涉及电力技术领域，具体而言，涉及一种电缆局放监测系统及高频传感器。

背景技术：

局部放电属于绝缘气体电气击穿，SF6气体的击穿导致导体中流过一个短时(ns级)的电流。电流流过气体绝缘组合电器设备(Gas Insulated Switchgear，GIS)的特征阻抗，在导体上产生一个脉冲电压，从局放源传播开来。由于局放信号的上升时间很短(<1ns)、频带很宽(>1GHz)，传播过程中在GIS腔体内引起电谐振，激发电磁波。发生局放后，离子气体通道急速膨胀，产生声音压力波，伴随产生的还有受激原子产生的光发射和化学击穿产物。因而，局放的影响是多方面的，有物理的、化学的和电气的。目前，现有的局部放电监测系统对于突发性放电现象不能监测到，不能远程实时监控多处监测地点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电缆局放监测系统及高频传感器，其能够改善上述问题。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电缆局放监测系统，包括传感器模块、数据采集模块以及服务器。所述传感器模块安装于电缆的接头处，所述传感器模块与所述数据采集模块电连接，所述数据采集模块与所述服务器通讯连接。所述传感器模块用于当所述电缆的接头处产生局部放电现象时，采集所述电缆的接头处产生的放电电流信号。所述数据采集模块用于获取所述传感器模块采集的放电电流信号，并将所述放电电流信号转换为数字信号传输至所述服务器。所述服务器用于接收所述数据采集模块发送的数据并做分析。

在本实用新型较佳的实施例中，上述电缆为A相电缆。

在本实用新型较佳的实施例中，上述传感器模块包括多个高频传感器，每个所述高频传感器分别安装于所述电缆的每个接头处。

在本实用新型较佳的实施例中，上述高频传感器包括磁芯、罗高夫斯基线圈、滤波采样电路以及电磁屏蔽盒，所述罗高夫斯基线圈围绕于所述磁芯上，所述滤波采样电路与所述磁芯电连接，所述罗高夫斯基线圈、所述磁芯以及所述滤波采样电路均安装于所述电磁屏蔽盒内。

在本实用新型较佳的实施例中，上述高频传感器的频带范围为0-50MHz。

在本实用新型较佳的实施例中，上述数据采集模块包括数据预处理模块以及网络收发模块，所述数据预处理模块一端的各个通道分别与每个所述高频传感器电连接，所述数据预处理模块一端的另一端与所述网络收发模块电连接，所述数据预处理模块用于根据获取所述传感器模块采集到的放电电流信号经过调理、放大以及模数转换处理后进行存储、处理和转发给所述网络收发模块，所述网络收发模块用于将接收所述数据预处理模块的数据通过网络发送到所述服务器。

在本实用新型较佳的实施例中，上述数据采集模块的最高采样率为100Mbps。

在本实用新型较佳的实施例中，上述数据采集模块的模拟输入带宽范围为100KHz-100MHz。

在本实用新型较佳的实施例中，上述系统还包括光纤收发器，所述光纤收发器与所述数据采集模块耦合，所述光纤收发器用于将接收所述数据采集模块处理后的放电电流信号通过光纤传输至所述服务器。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种高频传感器，所述高频传感器包括磁芯、罗高夫斯基线圈、滤波采样电路以及电磁屏蔽盒，所述罗高夫斯基线圈围绕于所述磁芯上，所述滤波采样电路与所述磁芯电连接，所述罗高夫斯基线圈、所述磁芯以及所述滤波采样电路均安装于所述电磁屏蔽盒内。

本实用新型实施例提供的电缆局放监测系统，包括传感器模块、数据采集模块以及服务器。所述传感器模块安装于所述电缆的接头处，所述传感器模块与所述数据采集模块电连接，所述数据采集模块与所述服务器通讯连接。所述传感器模块用于当所述电缆的接头处产生局部放电现象时，采集所述电缆的接头处产生的放电电流信号。所述数据采集模块用于获取所述传感器模块采集的放电电流信号，并将所述放电电流信号转换为数字信号传输至所述服务器。所述服务器用于接收所述数据采集模块发送的数据并做分析，以此实现远程实时监控多处监测地点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的电缆局放监测系统的结构框图；

图2为本实用新型第一实施例提供的电缆局放监测系统的结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例提供的电缆局放监测系统的高频传感器的测试放电信号的脉冲响应的示意图；

图4为本实用新型本实用新型第一实施例提供的电缆局放监测系统的高频传感器的测试放电信号的频谱的示意图；

图5为本实用新型第二实施例提供的电缆局放监测方法的流程图。

图中：100-电缆局放监测系统；110-传感器模块；112-第一高频传感器；114-第二高频传感器；116-第三高频传感器；120；数据采集模块；122-数据预处理模块；122a-第一通道；122b-第二通道；122c-第三通道；124-网络收发模块；130-服务器；132-分线盒；140-A相电缆；140a-电缆接头；142-接地线；150-第一同轴线；152-第二同轴线；154-第三同轴线；160-光纤收发器；162-光纤。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

现代电力系统中，高压电缆被看作是重要组成部分之一。高压电缆具有良好的电气性能，热性能和机械性能等诸多有点，近年来在电力系统的各个电压等级的输电及配电网络中都得到了广泛的应用。但是高压电缆也有其自身的不可避免的缺陷，例如当高压电缆经过长期的运行后，其绝缘部分因为长期受到来自土壤理化作业、潮气或者水分等的影响，很容易遭到腐蚀而引起绝缘上的缺陷，从而最终导致高压电缆绝缘的击穿。

据不完全统计，由电缆附件(包括中间接头和终端接头)的故障而造成的高压电缆运行故障的比例高达39％。高压电缆接头局部放电量的变化能够体现高压电缆绝缘状况的情况，局部放电量的大小也反映出电缆绝缘的受损程度。在当高压电缆发生故障后，又恰恰因为其敷设的环境而造成排查起来十分困难。因此，对高压电缆接头局部放电进行在线监测，能够及时发现绝缘的受损情况，是保障电力电缆可靠运行的重要手段，具有非常重要的意义。

鉴于此，本实用新型实施例提供了一种电缆局放监测系统及方法，以此实现远程实时监控电缆接头多处监测地点，保障电缆可靠运行。

第一实施例

请参照图1，本实用新型实施例提供一种电缆局放监测系统100，其包括传感器模块110、数据采集模块120以及服务器130。所述传感器模块110安装于电缆的接头处。所述传感器模块110与所述数据采集模块120电连接，所述数据采集模块120与所述服务器130通讯连接。

所述传感器模块110用于当所述电缆的接头处产生局部放电现象时，采集所述电缆的接头处产生的放电电流信号。在电场作用下，绝缘体中部分区域发生放电短路的现象称为局部放电，但在电极之间不形成通路。

所述传感器模块110包括多个高频传感器。在实际监测工作中，电缆的监测地点有N个，相应地，高频传感器至少需要N个，分别放置于电缆的各个监测地点。在本实施例中，每个所述高频传感器分别安装于所述电缆的每个接头处。

所述高频传感器包括磁芯、罗高夫斯基线圈、滤波采样电路以及电磁屏蔽盒。所述罗高夫斯基线圈围绕于所述磁芯上。所述磁芯具有较高导磁率。所述滤波采样电路与所述磁芯电连接，并安装于所述电磁屏蔽盒内。所述滤波采样电路的设计是为了兼顾测量灵敏度和信号响应频带的要求。为了抑制干扰、提高信噪比，并且考虑到防雨、防尘等，所述罗高夫斯基线圈、磁芯以及滤波采样电路都安装在所述电磁屏蔽盒内。所述电磁屏蔽盒包括金属电磁屏蔽盒。此外，所述高频传感器呈中空圆环状，以便套设于电缆上。

请结合参照图2和图3，图2为本实用新型第一实施例提供的高频传感器的测试放电信号的脉冲响应的示意图，图3本实用新型第一实施例提供的高频传感器的测试放电信号的频谱的示意图。由图3可知，所述高频传感器的频带范围为0-50MHz。

三相交流电为电能的一种输送方式，简称为三相电。三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源。三相交流电的优点有节省材料、操作简单且更实用，广泛应用于配电以及直接为功率更高的设备提供电力。相与相之间的电压称为线电压，任两相之间的电压都是380V。相与中性点之间的电压称为相电压，任一相对中性点的电压都是220V。三相电的颜色A相为黄色，B相为绿色，C相为红色，目前有以下几种叫法：A，B，C或L1，L2，L3或U，V，W，顺序都是一样的。

请参照图4，为了提高电缆局放监测系统100的准确性和实用性，传感器模块110包括多个高频传感器，多个高频传感器包括第一高频传感器112、第二高频传感器114以及第三高频传感器116。所述第一高频传感器112套设于A相电缆140的电缆接头140a处。所述第二高频传感器114套设于A相电缆140的电缆接头140a处。第三高频传感器116套设于接地线142。

所述数据采集模块120用于获取所述传感器模块110采集的放电电流信号，并将所述放电电流信号转换为数字信号传输至所述服务器130。

所述数据采集模块120包括数据预处理模块122以及网络收发模块124。所述数据预处理模块122一端的各个通道分别与每个所述高频传感器电连接，所述数据预处理模块122一端的另一端与所述网络收发模块124电连接。

在本实施例中，所述数据预处理模块122的一端包括三个通道，即第一通道122a、第二通道122b以第三通道122c。所述第一高频传感器112通过第一同轴线150连接至所述第一通道122a。所述第二高频传感器114通过第二同轴线152连接至所述第二通道122b。所述第三高频传感器116通过第三同轴线154连接至所述第三通道122c。所述数据预处理模块122可以包括信号调理电路、放大电路以及模数转换电路。所述数据预处理模块122根据获取第一高频传感器112、第二高频传感器114以及第三高频传感器116采集到的各路放电电流信号经过调理、放大以及模数转换处理后进行存储、处理和转发给所述网络收发模块124。进而，所述网络收发模块124将接收所述数据预处理模块122的数据通过网络发送到所述服务器130。

所述数据采集模块120可以为数据采集卡。所述数据采集卡的模数转换的分辨率为12位。所述数据采集卡的最高采样率为100Mbps。采样速率为100MS/s。每个通道存储16MB。触发方式有内触发、外触发及沿触发。额定功率为10W。外径尺寸：240mm×240mm×100mm。供电电源外部接口为RJ45接口。工作温度为-25℃-75℃。防水等级为IP68。通信协议为TCP/IP网络协议。所述数据采集模块122的模拟输入带宽范围为100KHz-100MHz。

进一步地，所述电缆局放监测系统100还包括光纤收发器160，所述光纤收发器160与所述数据采集模块120耦合。所述光纤收发器160用于将接收所述数据采集模块120处理后的放电电流信号通过光纤162传输至所述服务器130。光纤162设置于ADSS电力专用光缆内。

光纤收发器160是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元，也被称之为光电转换器(Fiber Converter)。光电转换器在数据传输上打破了以太网电缆的百米局限性，依靠高性能的交换芯片和大容量的缓存，在真正实现无阻塞传输交换性能的同时，还提供了平衡流量、隔离冲突和检测差错等功能，保证数据传输时的高安全性和稳定性。

此外，所述电缆局放监测系统100还可以包括分线盒132。分线盒132用于将第一高频传感器112、第二高频传感器114以及第三高频传感器116经过光纤162传输的数据进行分路上传给服务器130。

分线盒132是配线电缆或光缆的终端，连接配线电缆或光缆和用户线路部分，对主干线进行分支，具有重要的作用。

为了更直观地知道电缆的绝缘状态，所述电缆局放监测系统100还可以包括报警模块。所述报警模块用于当服务器130对监测到电缆的各个接头处局部放电信号进行分析时，监测地点的放电信号出现异常，如高于预设的正常幅度值，则予以报警。所述报警模块可以为声光报警，例如蜂鸣器。

所述服务器130用于接收所述数据采集模块120发送的数据并做分析。具体地，所述服务器130接收第一高频传感器112、第二高频传感器114以及第三高频传感器116采集的数据，进行抗干扰处理、谱图分析，从而及时远程监测电缆及接头的绝缘缺陷，为电缆的检修工作提高依据。同时实现远程实时监控电缆的多处接头监测地点，保障电缆可靠运行。

本实用新型实施例提供的电缆局放监测系统100，包括传感器模块110、数据采集模块120以及服务器130。所述传感器模块110安装于所述电缆的接头处，所述传感器模块110与所述数据采集模块120电连接，所述数据采集模块120与所述服务器130通讯连接。所述传感器模块110用于当所述电缆的接头处产生局部放电现象时，采集所述电缆的接头处产生的放电电流信号。所述数据采集模块120用于获取所述传感器模块110采集的放电电流信号，并将所述放电电流信号转换为数字信号传输至所述服务器130。所述服务器130用于接收所述数据采集模块120发送的数据并做分析，以此实现远程实时监控电缆的多处接头监测地点。

第二实施例

请参照图5，本实施例提供一种电缆局放监测方法，应用于上述第一实施例的电缆局放监测系统100，所述方法包括：

步骤S500：所述传感器模块当所述电缆的接头处产生局部放电现象时，采集所述电缆的接头处产生的放电电流信号；

具体地，所述传感器模块110包括第一高频传感器112、第二高频传感器114以及第三高频传感器116。当所述电缆的接头处产生局部放电现象时，第一高频传感器112、第二高频传感器114以及第三高频传感器116分别采集所述电缆的各个接头处产生的放电电流信号；

步骤S510：所述数据采集模块获取所述传感器模块采集的放电电流信号，并将所述放电电流信号转换为数字信号传输至所述服务器；

具体地，所述数据采集模块120包括数据预处理模块122以及网络收发模块124。所述数据预处理模块122根据获取第一高频传感器112、第二高频传感器114以及第三高频传感器116采集到的各路放电电流信号经过调理、放大以及模数转换处理后进行存储、处理和转发给所述网络收发模块124。进而，所述网络收发模块124将接收所述数据预处理模块122的数据通过网络发送到所述服务器130。

步骤S520：所述服务器用于接收所述数据采集模块发送的数据并做分析。

具体地，所述服务器130接收第一高频传感器112、第二高频传感器114以及第三高频传感器116采集的数据，进行抗干扰处理、谱图分析。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的电缆局放监测方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本实用新型实施例提供的电缆局放监测方法通过所述传感器模块110当所述电缆的接头处产生局部放电现象时，采集所述电缆的接头处产生的放电电流信号；所述数据采集模块120获取所述传感器模块110采集的放电电流信号，并将所述放电电流信号转换为数字信号传输至所述服务器130；所述服务器130用于接收所述数据采集模块120发送的数据并做分析。以此实现远程实时监控电缆的多处接头监测地点，保障电缆可靠运行。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。