一种基于双差动CT法的高压电缆绝缘在线监测装置及方法与流程
本发明涉及高压电缆绝缘在线监测领域，尤其涉及一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测装置及方法。
背景技术：
随着电网中运行电压等级的提高，高压电力电缆在电网运行中大量敷设。随着电缆运行电压等级的提高，对电缆绝缘性能要求不断提高，随之而来的是对于电缆安全运行问题的担忧。
目前在电力系统中被广泛使用的仍是定期停电预防性试验的方法，此方法属于离线检测。对尚未投入运行的电缆检测效果良好，但由于这种方法需要停电检测，无法检测正在运行中的电缆。进行定期停电预防性试验会造成供电中断，原先绝缘状况良好的电缆在经过反复的试验后绝缘老化甚至击穿。
因此对电缆的运行状况进行在线监测和诊断变得极为必要,及时预测和发现电缆可能的故障，已成为保障电力系统电缆线路安全运行的必要途径。在线监测方法中的直流分量法目前不适用于初期投运的电缆，对运行较长时间的电缆仍然适用。直流叠加法、低频叠加法和交流叠加法由于在高压线路中三相中性点通常是直接接地，无法在电缆线芯上叠加直流、交流电源，所以不适用于高电压xlpe电缆绝缘在线监测。国内外专家学者和国际电力权威组织一致推荐局部放电试验作为xlpe绝缘电力电缆绝缘状况评价的最佳方法。但是电缆的局部放电信号微弱、波形复杂多变难以区分，因此工程中难以实现现场的在线监测。tanδ法即从电压互感器取出电压信号，从电流互感器获取流经电缆绝缘的工频电流，测量二者相位差值，从而获得tanδ。但是电压互感器的相对误差可能已超过tanδ的相对误差，该方法难以投入现场使用。接地电流法可用来判断电缆绝缘状态，但在金属护层交叉互联下接电线上的电流几乎为零，且易受现场噪声信号干扰，上述在线监测方法均未考虑电缆末端负载变化对监测结果的影响，在高压电缆三相负载不平衡误差较大。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决三相负载不平衡条件下高压电缆绝缘在线监测技术问题，提供一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测装置及方法。
本发明采用如下装置实现：
一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测装置，包括6个穿心式电流互感器、有源滤波放大器、zigbee无线通信模块以及计算机；
所述6个穿心式电流互感器用于获取电缆电路首/末端a，b，c三相电流差动信号；所述6个穿心式电流互感器中，第一穿心式电流互感器、第二穿心式电流互感器以及第三穿心式电流互感器分别安装在电缆线路首端a，b，c三相电缆终端底部；第一穿心式电流互感器、第二穿心式电流互感器以及第三穿心式电流互感器的二次线圈采用串联方式相连接，采集电缆线路首端a，b，c三相电流差动信号；第四穿心式电流互感器、第五穿心式电流互感器以及第六穿心式电流互感器分别安装在电缆线路末端a，b，c三相电缆终端底部；第四穿心式电流互感器、第五穿心式电流互感器以及第六穿心式电流互感器的二次线圈采用串联方式相连接，采集电缆线路末端a，b，c三相电流差动信号；所述电流互感器均为开合式电流互感器，外壳采用不饱和树脂绝缘；
所述有源滤波放大器用于对采集信号进行过滤后放大，并传输至zigbee无线通信模块；
所述zigbee无线通信模块用于接收电流差动信号，并传输至计算机；所述计算机用于储存首末端a，b，c三相电流差动信号并计算二次差动值，继而判断电缆线路绝缘状况。
进一步地，所述a，b，c三相电流差动信号，包括a，b，c三相电流之间的差动值以及a，b，c三相电流之和的差动。
进一步地，所述a，b，c三相电流差动信号由电流信号的幅值差动和相位差动构成。
进一步地，所述6个穿心式电流互感器的额定功率为5w，变比为200/5，安装在电流互感器二次侧的6个采样电阻均为0.2ω的精密无感电阻。
进一步地，所述采集电缆线路首端a，b，c三相电流差动信号或采集电缆线路首端a，b，c三相电流差动信号的方法具体为：首末两端三个采样电阻分别串联，a，b，c三相电流信号矢量相加，经采样电阻上的i/v转换后获得。
进一步地，所述有源滤波放大器采用太阳能电池和或超级电容供电；所述zigbee无线通信模块包括单片机、rf收发器、以及spi接口；所述rf收发器为cc2420射频芯片，工作频率2.4ghz，数据传输速率250kb/s；通过spi接口与msp430f149单片机通信；所述计算机中用labview软件分析计算首末电流信号变化，提取特征信号，对电缆绝缘做出判断并发出预警。
本发明可以采取如下方法实现：
一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测方法，包括：
步骤a、使用电流互感器分别采集a，b，c三相电缆首端电流与末端电流并计算a，b，c三相电缆首端电流之和以及a，b，c三相电缆末端电流之和；将电流信号经有源滤波放大器滤波放大后通过zigbee无线通信模块将信号发送给上位机；
步骤b、在上位机中计算电缆末端a，b，c三相电流之间的差动值与三相电流之和的差动值，判断末端负载变化；
步骤c、同时计算电缆首端a，b，c三相电流之间的差动值与三相电流之和的差动值，判断负载及电缆泄漏电流的不对称程度；
步骤d、再将首端电流之和的差动值减去三相电缆末端三相电流之和的差动值，得到三相电流之和的二次差动值作为三相电缆泄漏电流之和；将首端a，b，c三相电流之间的差动值减去末端a，b，c三相电流之间的差动值，得到三相电流之间的二次差动值作为三相电缆泄漏电流之差；
步骤e、判定三相电流之和二次差动值的相位与设定绝缘老化预警值是否一致，若不一致时转向步骤f，一致时转向步骤g；
步骤f、将三相电流之间二次差动值的相位与设定绝缘老化预警值作对比，并判断各相电缆绝缘老化特征；
步骤g、生成在线监测报表，包括末端a，b，c三相电流之间的差动值；首端a，b，c三相电流之间的差动值；a，b，c三相电流之间的二次差动值；末端a，b，c三相电流之和的差动值；首端a，b，c三相电流之和的差动值；a，b，c三相电流之和的二次差动值以及电缆线路绝缘分析结果。
进一步地，所述电流互感器的额定功率为5w，变比为200/5，安装在电流互感器二次侧的6个采样电阻均为0.2ω的精密无感电阻。
进一步地，所述采集a，b，c三相电缆首端电流与末端电流方法具体为：首末两端三个采样电阻分别串联，a，b，c三相电流信号矢量相加，经采样电阻上的i/v转换后获得。
进一步地，所述有源滤波放大器采用太阳能电池和超级电容供电；所述zigbee无线通信模块包括单片机、rf收发器、以及spi接口；所述rf收发器为cc2420射频芯片，工作频率2.4ghz，数据传输速率250kb/s；通过spi接口与msp430f149单片机通信；所述上位机中用labview软件分析计算首末电流信号变化，提取特征信号，对电缆绝缘做出判断并发出预警。
本发明有如下积极效果：本发明提供一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测装置及方法，提取了电缆线路绝缘老化后首端电流的差动信号和末端电流的差动信号，与现有电缆在线监测技术相比，能够反映电缆末端负载的变化，同时首末两端差动信号之差构成的二次差动能够有效避免末端负载变化对在线监测结果的影响，准确反映多种电缆线路绝缘老化情况。
附图说明
图1是一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测系统实施例流程图；
图2是一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测方法实施例流程图；
图3是电缆终端电流互感器上信号采集方式；
图4是一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测装置结构示意图；
具体实施方式
本发明给出了一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测装置与方法实施例，为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明中技术方案作进一步详细的说明：
本发明首选提供一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测装置实施例，如图1所示：包括6个穿心式电流互感器10、有源滤波放大器20、zigbee无线通信模块30以及计算机40；
所述6个穿心式电流互感器10用于获取电缆电路首/末端a，b，c三相电流差动信号；所述6个穿心式电流互感器中，第一穿心式电流互感器、第二穿心式电流互感器以及第三穿心式电流互感器分别安装在电缆线路首端a，b，c三相电缆终端底部；第一穿心式电流互感器101、第二穿心式电流互感器102以及第三穿心式电流互感器103的二次线圈采用串联方式相连接，采集电缆线路首端a，b，c三相电流差动信号；第四穿心式电流互感器104、第五穿心式电流互感器105以及第六穿心式电流互感器106分别安装在电缆线路末端a，b，c三相电缆终端底部；第四穿心式电流互感器、第五穿心式电流互感器以及第六穿心式电流互感器的二次线圈采用串联方式相连接，采集电缆线路末端a，b，c三相电流差动信号；所述电流互感器均为开合式电流互感器，外壳采用不饱和树脂绝缘；
所述有源滤波放大器20用于对采集信号进行过滤后放大，并传输至zigbee无线通信模块30；
所述zigbee无线通信模块30用于接收电流差动信号，并传输至计算机40；所述计算机用于储存首末端a，b，c三相电流差动信号并计算二次差动值，继而判断电缆线路绝缘状况。
优选地，所述a，b，c三相电流差动信号，包括a，b，c三相电流之间的差动值以及a，b，c三相电流之和的差动。
优选地，所述a，b，c三相电流差动信号由电流信号的幅值差动和相位差动构成。
优选地，所述6个穿心式电流互感器的额定功率为5w，变比为200/5，安装在电流互感器二次侧的6个采样电阻均为0.2ω的精密无感电阻。
优选地，所述采集电缆线路首端a，b，c三相电流差动信号或采集电缆线路首端a，b，c三相电流差动信号的方法具体为：首末两端三个采样电阻分别串联，a，b，c三相电流信号矢量相加，经采样电阻上的i/v转换后获得。
优选地，所述有源滤波放大器采用太阳能电池和或超级电容供电；所述zigbee无线通信模块包括单片机、rf收发器、以及spi接口；所述rf收发器为cc2420射频芯片，工作频率2.4ghz，数据传输速率250kb/s；通过spi接口与msp430f149单片机通信；所述计算机中用labview软件分析计算首末电流信号变化，提取特征信号，对电缆绝缘做出判断并发出预警。
本发明还提供一种方法实施例，如图2所示：
一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测方法，包括：
s201、步骤a、使用电流互感器分别采集a，b，c三相电缆首端电流与末端电流并计算a，b，c三相电缆首端电流之和以及a，b，c三相电缆末端电流之和；将电流信号经有源滤波放大器滤波放大后通过zigbee无线通信模块将信号发送给上位机；
s202、步骤b、在上位机中计算电缆末端a，b，c三相电流之间的差动值与三相电流之和的差动值，判断末端负载变化；
s203、步骤c、同时计算电缆首端a，b，c三相电流之间的差动值与三相电流之和的差动值，判断负载及电缆泄漏电流的不对称程度；
其中步骤s202与s203可以互换；并不影响实施效果；
s204、步骤d、再将首端电流之和的差动值减去三相电缆末端三相电流之和的差动值，得到三相电流之和的二次差动值作为三相电缆泄漏电流之和；将首端a，b，c三相电流之间的差动值减去末端a，b，c三相电流之间的差动值，得到三相电流之间的二次差动值作为三相电缆泄漏电流之差；
s205、步骤e、判定三相电流之和二次差动值的相位与设定绝缘老化预警值是否一致，若不一致时转向步骤(6)，一致时转向步骤(7)；
s206、步骤f、将三相电流之间二次差动值的相位与设定绝缘老化预警值作对比，并判断各相电缆绝缘老化特征；
s207、步骤g、生成在线监测报表，包括末端a，b，c三相电流之间的差动值；首端a，b，c三相电流之间的差动值；a，b，c三相电流之间的二次差动值；末端a，b，c三相电流之和的差动值；首端a，b，c三相电流之和的差动值；a，b，c三相电流之和的二次差动值以及电缆线路绝缘分析结果。
优选地，所述电流互感器的额定功率为5w，变比为200/5，安装在电流互感器二次侧的6个采样电阻均为0.2ω的精密无感电阻，其中，工作频率2.4ghz，数据传输速率250kb/s；
优选地，所述采集a，b，c三相电缆首端电流与末端电流方法如图3所示具体为：首末两端三个采样电阻分别串联，a，b，c三相电流信号矢量相加，经采样电阻上的i/v转换后获得。
优选地，所述有源滤波放大器采用太阳能电池和超级电容供电；
其中，太阳能电池维持有源滤波放大器日常工作，超级电容能够保证在线监测设备在特殊情况下短时间内不断电。
所述zigbee无线通信模块包括单片机、rf收发器、以及spi接口；所述rf收发器为cc2420射频芯片，工作频率2.4ghz，数据传输速率250kb/s；通过spi接口与msp430f149单片机通信；所述上位机中用labview软件分析计算首末电流信号变化，提取特征信号，对电缆绝缘做出判断并发出预警。
其中，符合如下特征信号时可以判断单相或两相电缆线路绝缘老化，发出预警。
三相电缆线路绝缘同时老化时，不同相之间的老化程度不同，泄漏电流相位角随之变化，即三相电流之间二次差动值的相位随之变化。
综上，本发明提供一种基于双差动ct法的高压电缆绝缘在线监测装置及方法，包括6个穿心式电流互感器、有源滤波放大器、zigbee无线通信模块以及计算机；
所述6个穿心式电流互感器用于获取电缆电路首/末端a，b，c三相电流差动信号；所述6个穿心式电流互感器中，第一穿心式电流互感器、第二穿心式电流互感器以及第三穿心式电流互感器分别安装在电缆线路首端a，b，c三相电缆终端底部；第一穿心式电流互感器、第二穿心式电流互感器以及第三穿心式电流互感器的二次线圈采用串联方式相连接，采集电缆线路首端a，b，c三相电流差动信号；第四穿心式电流互感器、第五穿心式电流互感器以及第六穿心式电流互感器分别安装在电缆线路末端a，b，c三相电缆终端底部；第四穿心式电流互感器、第五穿心式电流互感器以及第六穿心式电流互感器的二次线圈采用串联方式相连接，采集电缆线路末端a，b，c三相电流差动信号；所述电流互感器均为开合式电流互感器，外壳采用不饱和树脂绝缘；
通过以上装置本发明能够提取电缆线路绝缘老化后首端电流的差动信号和末端电流的差动信号，与现有电缆在线监测技术相比，能够反映电缆末端负载的变化，同时首末两端差动信号之差构成的二次差动能够有效避免末端负载变化对在线监测结果的影响，准确反映多种电缆线路绝缘老化情况。
以上实施例用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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