一种配网电缆故障监测定位装置及双端故障定位装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种配网电缆故障监测定位装置和双端故障定位装置，属于电气一次设备在线监测技术领域。


背景技术：

2.地下电缆已经成为城市配电网络建设的未来主要方向，并在钢铁、石化和煤矿等工矿企业中广泛应用。配网系统中电缆运行环境复杂，运行方式独特，且普遍承载负荷较大，存在频繁突发故障和易造成火灾等问题。而由于电缆敷设的环境复杂且隐蔽，运维人员几乎无法直观地发现隐患点，并且一旦发生电缆故障，故障处不易定位，给故障的检修和排查任务带来诸多不便。若不能及时处理，甚至会造成重大经济损失。因此亟需功能齐全，能够长期在线地监测复杂的配网电缆网，并能准确做出故障分析的设备。
3.现有的配网电缆故障监测或定位装置主要通过分布于各条电缆上的就地监测装置，将采集到的数据上送到后台主站内进行分析处理。由于配网中线路众多，就地监测装置往往多达数十台，存在监测信息分散的缺陷；不同装置之间采集不同步，影响状态监测和故障分析结果的准确性和可靠性。此外，现有监测装置普遍只具备电缆局放监测、电缆护层环流监测、故障接地选线或故障测距等其中的某一项功能，单一种类的装置无法对电缆进行全方位的监测和故障分析，难以应对配网电缆的复杂运行情况和用户的诸多诉求。以往通过多种各司其职的单一装置拼凑，来实现配网电缆故障监测、故障选线或定位功能，所搭建的系统中必然装置数量众多且接线复杂，给实际电缆运行过程中的监测与分析带来不便，也提高了用户运行维护的成本。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种配网电缆故障监测定位装置和双端故障定位装置，具备电缆长期运行中的在线监测预警能力和电缆故障时准确分析定位能力。
5.为达到上述目的，本实用新型提供一种配网电缆故障监测定位装置，包括cpu模块、环流信号监测模块、电压行波监测模块、电流行波监测模块和对时模块，cpu模块分别与环流信号监测模块、电压行波监测模块、电流行波监测模块和对时模块相连接。
6.优先地，包括高频传感器，高频传感器电连接电流行波监测模块；
7.高频传感器安装于待检测的电缆端部的直接接地箱的接地线处。
8.优先地，包括环流传感器，环流传感器电连接环流信号监测模块；
9.环流传感器安装于待检测的电缆端部的直接接地箱的接地线处。
10.优先地，包括高速总线，cpu模块通过高速总线分别与环流信号监测模块、电压行波监测模块、电流行波监测模块和对时模块相连接。
11.优先地，环流信号监测模块包括滤波电路和a/d采样电路，环流信号监测模块的输出引脚连接至高速总线。
12.优先地，电压行波监测模块包括第一滤波放大调理电路和高频a/d采样电路，电压行波监测模块的输出引脚连接至高速总线。
13.优先地，电流行波监测模块包括第二滤波放大调理电路和高频a/d采样电路，电流行波监测模块的输出引脚连接至高速总线。
14.优先地，包括两个所述的配网电缆故障监测定位装置，两个配网电缆故障监测定位装置通信连接。
15.本实用新型所达到的有益效果：
16.本装置同时具备局放信号在线监测、环流在线监测、接地故障选线和故障定位的功能，具有功能更丰富和集成度更高的特点，便于统一管理，信息可靠性高；
17.本装置兼具配网电缆的单端故障定位能力和双端故障定位能力，并且支持多条配网电缆线路的同时监测与故障定位功能，因此比现有装置的灵活性更高，能接入更庞大的电缆网络，更能适应配网系统的复杂运行方式，在实现配网电缆故障监测与定位的过程中大幅减小了设备成本投入和运维难度；
18.本装置支持多条电缆信号的同时监测，大大提高了装置的集成度。
附图说明
19.图1是本实用新型的结构示意图；
20.图2是本实用新型中高频传感器和环流传感器安装位置的示意图；
21.图3是本实用新型中环流信号监测模块、电压行波监测模块和电流行波监测模块的结构示意图；
22.图4是本实用新型实现双端故障定位的连接原理图。
23.附图标记含义，1-电缆；2-环流传感器；3-高频传感器；4-直接接地箱；5-本端母线；6-对端母线。
具体实施方式
24.以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
25.需要说明，若本实用新型实施例中有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)，则其仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
26.如图1所示，一种配网电缆故障监测定位装置，包括给装置供电的电源模块；包括cpu模块、环流信号监测模块、电压行波监测模块、电流行波监测模块和对时模块；cpu模块通过高速总线分别与环流信号监测模块、电压行波监测模块、电流行波监测模块和对时模块相连，并通过高速总线传递信息。本装置可以通过以太网传输进行人机展示。
27.所述配网电缆故障监测定位装置外接高频传感器、环流传感器或母线pt二次侧信号；高频传感器采集电缆发生局放时的局放信号和发生故障时的电流行波信号，高频传感器电连接电流行波监测模块；环流传感器采集电缆运行过程中电缆护层的工频环流信号，环流传感器电连接环流信号监测模块；
28.母线pt二次侧信号输入电压行波监测模块，母线pt二次侧信号采集工频电压信号
和电压行波信号。本装置支持多条电缆信号的同时监测，大大提高了装置的集成度。
29.所述环流信号监测模块负责处理电缆护层环流信号，将采集到的模拟信号转化为数字信号，进行分析处理，并将相关信息通过高速总线传输给cpu模块。
30.所述电压行波监测模块负责处理电缆故障时的电压行波信号，将采集到的模拟信号转化为数字信号，进行分析处理，并将相关信息通过高速总线传输给cpu模块。
31.所述电流行波监测模块负责处理局放信号和电流行波信号，将采集到的模拟信号转化为数字信号，进行分析处理，并将相关信息通过高速总线传输给cpu模块。
32.所述对时模块用于给装置授时，兼容北斗和gps对时信号，对时精度在100纳秒以内，实现环流信号监测模块、电压行波监测模块、电流行波监测模块和cpu模块的高精度时钟同步。高精度对时功能使所述装置准确计算行波信号往返于电缆中的时间，为准确的故障定位提供保障。
33.本装置通过分析局放信号和环流信号，实现故障前的局放监测和环流监测；通过电压行波和电流行波的监测分析，实现故障后的接地选线和故障定位。
34.单台本装置可实现电缆的单端故障定位；通过以太网或光纤将处于电缆两端的两台本装置进行互联，可实现电缆的双端故障定位。
35.电源模块、cpu模块、环流信号监测模块、电压行波监测模块、电流行波监测模块和对时模块上述部件在现有技术中可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，本实施例不再一一举例。
36.高频传感器和环流传感器均安装于待检测的电缆端部的直接接地箱的接地线上，安装位置如图2所示。环流传感器专用于采集待检测的电缆在运行过程中电缆护层的工频的环流信号，并通过采样回路连接到环流信号监测模块的端子上，传输环流信号。
37.高频传感器专用于采集待检测的电缆发生局放时的局放信号和电缆发生故障时的电流行波信号，并用同轴电缆连接电流行波监测模块的bnc或tnc连接器，传输局放信号和电流行波信号。此外，利用母线pt二次侧信号直接获取电压行波信号，并通过采样回路将电压行波信号传输给电压行波监测模块。本装置支持最多24条配网电缆的环流信号和行波信号的接入。
38.环流信号监测模块用于处理采集到的电缆护层的工频环流信号，电压行波监测模块处理采集到的电压行波信号，电流行波监测模块处理采集到的局放信号和电流行波信号。如图3所示：环流信号监测模块将采集到的工频环流信号，经滤波电路和a/d采样电路处理，得到的环流数字信号经输出引脚送至高速总线；电压行波监测模块将采集到的电压行波信号，经第一滤波放大调理电路和高频a/d采样电路处理，得到的电压行波数字信号经输出引脚送至高速总线；电流行波监测模块将采集到的局放信号和电流行波信号，经第二滤波放大调理电路和高频a/d采样电路处理，得到的局放数字信号和电流行波数字信号经输出引脚送至高速总线。以上数字信号均进而由高速总线传送至cpu模块。
39.电压行波监测模块和电流行波监测模块均内置高速的a/d芯片，其芯片采样频率为50~100mhz，用于处理短暂的行波信号和高频的局放模拟信号。
40.所述的配网电缆故障监测定位装置同时集成了局放在线监测、环流在线监测、接地故障选线和故障测距四种功能。cpu模块通过高速总线获取各个监测模块的数字信号，进行如下分析处理，实现所述的各种功能：
41.（1）局放在线监测功能：利用所得的局放信号实时在线监测电缆的绝缘状态，当发现局放信号的幅值和频次有异常变化时，及时预警电缆的故障；准确获取局放信号的各频段信息，通过对比不同放电脉冲信号之间的差异，识别具体的局放类型。
42.（2）环流在线监测功能：利用所得的环流信号实时在线监测电缆金属护层的绝缘状态，当环流信号出现异常变化时，预警电缆外护套的绝缘异常。
43.（3）接地故障选线功能：收集故障发生时各个母线与母线上各条电缆中出现的电压、电流行波信号，根据在母线和不同电缆处发生接地故障时行波信号的差异特性，利用小波包算法将故障点具体定位到某个母线或其中的某条电缆上，实现接地故障选线功能。
44.（4）故障测距功能：在定位到故障位于某条电缆之后，结合采集到的电缆工频信号，实现故障测距功能的可靠启动。cpu模块利用自身采样率高的特点，结合小波方法自适应去噪、多尺度小波分解技术，首先准确识别到行波信号的波头；再利用电流行波信号从高频传感器安装处到故障点的往返时间，实现单端故障测距功能；如图4所示，通过以太网通讯实现安装于电缆两端的配网电缆故障监测定位装置之间的信息交互，由此获取行波信号到达线路两端的时间差，从而实现双端故障测距功能。
45.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。