高压电缆外护套绝缘状态在线监测系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力电缆技术领域。
【背景技术】
[0002] 高压XLPE电力电缆运行过程中的破坏首先来源于外护套的损坏，外护套绝缘层 被破坏将造成金属护层出现两点直接接地的情况。从而，不可避免在金属护层中就会产生 感应电流，此感应电流的大小与接地电阻、电缆的长度及线巧的电流有关，金属护套上的感 应电流会产生很大的损耗，使电缆局部发热，不仅浪费电能，关键还会降低电缆输送容量， 严重减少电缆使用寿命，威胁电缆安全运行。另外，电缆金属护层如果直接接地或暴露在外 也会导致金属护层被腐蚀。护层腐蚀击穿后，水分将极易进入电缆绝缘层并在绝缘层上产 生水树及电树；同时因外护套的破坏，产生两点直接接地，因环路中电阻较小、感应电流很 大，会加速电缆护套和金属链装损坏，故对XLPE电缆外护套绝缘性能进行在线监测和故障 诊断的研究意义重大。
[0003] 随着XLPE电力电缆的广泛应用，其绝缘状态在线监测和故障诊断技术也得到了 快速发展，在国内外已有广泛应用。对XLPE电力电缆运行状况进行在线监测和故障诊断， 主要是从电压、电流、局放量或运行温度、含水量等参数入手，对XLPE电力电缆的主绝缘及 外护套运行情况进行监测。目前，国内外普遍采用的电力电缆绝缘在线监测法主要有直流 分量法、直流叠加法、在线检测直流损耗角正切法、局部放电法、温度检测法、接地线感应环 流法等。
[0004] 传统的在线监测与故障诊断装置，主要针对的是高压电缆外护套整体结构性能的 判断，多数不具备故障定位功能，或将绝缘状态判断和故障整定功能相分离，不便于运行维 护人员的状态检修和故障查找。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种高压电缆外护套 绝缘状态在线监测系统及其控制方法，将在线监测和故障诊断功能相融合，通过提炼优化 外护套绝缘判据和故障定位判据，运用直流叠加法和接地环流检测法相结合的方法，对外 护套绝缘状态进行在线监测，并对疑似缺陷进行故障定位，通用性强、结构简单、造价低廉、 运行可靠，有效实现高压电缆外护套绝缘状态的实时在线监测和故障定位。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是；一种高压电缆外护套绝缘状 态在线监测系统，包括安装于被测电缆段上各中间接头处的监测装置，该监测装置包括直 流电源模块、电流检测模块、电网隔离保护模块、模式选择模块、参数整定模块、数据处理模 块、自检测与指示模块和数据显示与诊断模块； 直流电源模块与其他各模块均相连，包括变压单元、整流单元和滤波单元，变压单元将 220V交流电转化为5V或15V的直流电，直流电经过整流单元整流和滤波单元滤波后供电给 其他各模块； 电流检测模块连接中间接头的接地线和数据处理模块，包括电流采集单元和滤波单 元；电流采集单元连接中间接头的接地线，实时在线采集不同操作模式下电缆的接地环流， 采集数据经过滤波单元滤波处理后传输给数据处理模块，W实现该数据的实时动态采集、 存储和比较； 电网隔离保护模块连接中间接头和数据处理模块，包括过电流保护单元、过电压保护 单元和接地开关；接地开关串接在中间接头的接地线中，根据数据处理模块的设定实现接 地开关在非监测状态、过流和过压状态下的闭合隔离操作W及监测状态下的开断操作，W 隔离电网高电压、大电流对监测装置和系统接地方式的破坏； 模式选择模块连接电网隔离保护模块和数据处理模块，包括根据数据处理模块的设定 驱动接地开关的继电器，W实现监测状态、非监测状态的模式选择； 参数整定模块连接数据处理模块，实现高压电缆不同分段电流值的设定W及相同分段 不同相电流值的设定，并根据数据处理模块的控制实现过流保护、过压保护、绝缘状态判据 等参数的整定，并将整定后的数据传给所述数据处理模块； 数据处理模块连接自检测与指示模块和数据显示与诊断模块，包括数据处理单元、模/ 数转换单元和数/模转换单元；数据处理单元为微控制单元，驱动电流检测模块对接地环 流进行在线测量，根据操作模式判定接地开关的动作，并根据参数整定模块整定后的数据 对高压电缆外护套状态进行判定，将判定结果通过数据显示与诊断模块进行显示；模/数 转换单元和数/模转换单元实现数字信号和模拟信号的转换； 自检测与指示模块包括系统自检测单元和指示单元；系统自检测单元接收数据处理模 块发送的脉冲信号，实时监控所述数据处理单元的工作状态，实现对数据处理单元的电压 监控和程序自检测；指示单元与系统自检测单元相连，对系统自检测单元的检测结果进行 指示，当数据处理单元正常工作时，不进行指示，当系统自检测单元发现数据处理单元出现 故障时，指示单元进行故障指示； 数据显示与诊断模块与数据处理单元相连，对数据处理模块给出的绝缘情况和故障定 位结果进行显示。
[0007] 作为优选，各中间接头至少为两个。
[000引作为优选，数据处理单元为单片机MCP8犯52。
[0009] 作为优选，该系统还包括RS-485通信线路和一台作为上位机的工控机；RS-485通 信线路实现各监测装置的数据处理单元与工控机之间的数据通信；工控机由一台计算机和 基于windows系统的操作软件构成，实现与数据处理单元的信号传输。
[0010] 作为优选，RS-485通信线路为光纤通信线路。
[0011] 作为优选，该系统还包括RS-485中继器和光电转换器；光电转换器设置在各监测 装置收发信号的两端；RS-485中继器设置在相邻两个监测装置之间的通信线路中部、前一 个监测装置信号发送端的光电转换器之后。
[0012] 一种高压电缆外护套绝缘状态在线监测和故障诊断系统的控制方法，其特征在于 控制程序如下： 1) 设备上电后，由直流电源模块将220V交流电整流滤波后形成不同电压等级的直流 电，供电给其他各模块，并完成程序变量定义； 2) 数据处理模块初始化系统； 3) 启动自检测与指示模块，系统自检测单元判断自检测是否出错，如果自检测出错，启 动指示单元进行故障指示； 4) 如果自检测没有出错，数据处理模块判断系统是否处于参数整定模式，若是则启动 参数整定模块完成参数整定后，再判断系统是否处于监测模式；否则，直接判断系统是否处 于监测模式； 5) 如果系统处于监测模式，则再判断系统是处于接地环流实时监测状态或处于外护套 缺陷监测状态；否则，判定系统处于非监测状态，返回步骤3); 6) 如果系统处于接地环流实时监测状态，启动电网隔离保护模块和电流检测模块，对 接地环流进行在线实时监测，并根据绝缘判据判断高压电缆外护套的绝缘情况，绝缘判据 为： f
式中，么为电缆中间接头（9 )的接地电流值，/为电缆额定电流值，山、/^、与汾别为 电缆中间接头（9)=相接地线的接地电流值；当绝缘判据中的所有公式均满足时，电缆外 护套的绝缘情况良好；当绝缘判据中的任意一个公式不满足时，被检测电缆段的电缆外护 套的绝缘情况存在缺陷；； 7) 如果系统处于电缆外护套缺陷监测状态，启动电网隔离保护模块、电流检测模块，并 驱动直