一种110kV高压电缆在线监测技术系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种110kV高压电缆在线监测技术系统，包括安装在现场电缆侧的数据采集终端，与所述数据采集终端连接、且用于对数据采集终端的采集数据进行处理和控制的数据管理中心，以及连接在所述数据采集终端与数据管理中心之间、且用于实现数据采集终端与数据管理中心之间数据交互的通信装置。本发明所述110kV高压电缆在线监测技术系统，可以克服现有技术中故障率高、检测难度大和安全性差等缺陷，以实现故障率低、检测难度小和安全性好的优点。
【专利说明】-种110kV高压电缆在线监测技术系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高压电监测【技术领域】，具体地，涉及一种110kV高压电缆在线监测技 术系统。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网的推行，在我国电力网络的高、特高压配电系统加快实行电力自动 化工程是一个必然的趋势。电力系统中推行远程监测管理是电力企业提高服务质量的有效 手段，是推行电力企业市场化运作的关键技术，电力设施监测已成了供电部门最重要的任 务之一。
[0003] 两方面原因促成了这种需要。首先，电力设施的安全运行非常重要，任何意外故障 都可能造成重大事故，停电会带来巨大的经济损失，这在当前竞争日趋激烈的环境下尤为 显著，而电力设施本身是贵重资产并消耗大量维护费用。其次，计算机技术、传感器技术、信 号处理技术以及人工智能技术的发展使得对电力设施有效的监测成为可能。
[0004] 随着现代化的城市建设对电力输送提出了更高的要求，高压电缆的使用量急剧上 升，确保高压电缆安全运行就变得极为重要。通过电缆在线监测系统对电缆线路进行维护 管理，对于供电部门生产、建设、经营管理具有重要的指导意义。
[0005] 参见图1，与架空线路不同，由于电缆线路运行条件严格、所处环境复杂（如敷设 方式、环境温度等），这给电缆运行维护带来了不少困难。通常对于高压电缆线路要做以下 运行维护和检修试验工作：
[0006] ⑴定期或不定期巡检，以便发现电缆及其附属设施的异常和隐患，并及时处理。
[0007] ⑵每季度对电缆终端、中间接头和附属设施进行一次红外热成像测试。
[0008] ⑶每季度测量一次电缆护层循环电流。
[0009] ⑷在新电缆投运一年后进行一次预防性试验，此后每6年进行一次预防性试验。 主要项目是测试主绝缘电阻、护层绝缘电阻和主绝缘做交流耐压试验。
[0010] 从经济角度和技术角度来说，计划检修有局限性。在不同设备运行条件下的低压 检查，许多绝缘缺陷和潜在的故障无法及时发现。
[0011] 众所周知，外护套位于电缆最外层，多采用聚氯乙烯或聚乙烯两种材料。外护套 在高压电缆结构中保护金属护套（如波纹铝护套）或者在没有金属护套的情况下直接对主 绝缘起到保护和密封作用，同时避免感应电压在高压电缆金属护层上形成环流，降低电缆 的载流量。若电缆金属护套在运行过程中出现多点接地时，则会在护套中有环流通过，使电 缆发热，加速电缆老化，造成电缆运行事故。单芯高压电缆外护套绝缘的优劣不仅对电缆长 期运行寿命有重大影响，而且直接关系到电缆的短期运行安全，其原因有：一是护套破损导 致电缆金属套（或金属屏蔽层）出现多点接地，金属屏蔽层产生环流造成损耗发热，导致绝 缘局部过热并加速绝缘老化，严重影响主绝缘寿命；二是护层绝缘损伤导致水分侵入，主绝 缘产生水树老化的概率增加，对电缆寿命产生严重影响；三是主绝缘在金属护层被腐蚀处 产生电场集中，易于产生局部放电和引发电树枝，对电缆的短期运行安全造成威胁。
[0012] 因此，对电缆护套进行绝缘在线监测是非常必要的，实现对运行中的电力电缆外 护套绝缘进行远程在线监测、提前发现接地电流异常、局部温度过高等情况，提前和及时消 除故障隐患，已经成为保障电力系统电缆线路安全运行的必要手段。
[0013] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在故障率高、检测难度大 和安全性差等缺陷。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种110kV高压电缆在线监测技术系统， 以实现故障率低、检测难度小和安全性好的优点。
[0015] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种liokv高压电缆在线监测技术 系统，包括安装在现场电缆侧的数据采集终端，与所述数据采集终端连接、且用于对数据采 集终端的采集数据进行处理和控制的数据管理中心，以及连接在所述数据采集终端与数据 管理中心之间、且用于实现数据采集终端与数据管理中心之间数据交互的通信装置；
[0016] 所述数据采集终端，用于基于GPRS远程通信技术，进行现场数据的采集、处理、发 送，以及对数据管理中心发送的控制命令进行接收和执行；
[0017] 所述数据管理中心，用于基于GPRS远程通信技术，进行监测对象基本信息设置、 远程数据接收处理、监测数据管理分析及GSM短信发送。
[0018] 进一步地，所述数据管理中心，包括基于GPRS远程数据通信的MIS系统。
[0019] 进一步地，在所述数据管理中心，设有通过所述通信装置与数据采集终端连接的 无线数据采集服务器，以及与所述无线数据采集服务器连接、且用于工作人员值班的智能 终端设备；
[0020] 在所述无线数据采集服务器上嵌入有高压电缆在线监测软件，用于管理所有现场 数据采集终端上报的数据。高压电缆在线监测软件属于后台数据分析软件，用VB等高级语 言编写，采用B/S架构，为现有技术。与嵌入在无线数据采集服务器中的软件不一致，后者 为基于MCU的嵌入式软件，只负责现地装置各种传感器数据采集、滤波及上报给后台，二者 有本质区别。
[0021] 进一步地，所述数据采集终端，包括设置在各待测节点、且分别通过所述通信装置 与数据管理中心连接的多个监测终端。监测传感器有3种：①数字式高精度温度传感器，不 同于热电偶，测试时无需进行温度校准，采用I2C总线通讯方式，易于集成应用，监测电缆 表面温度及环境温度。②金属套接地电流传感器，为电流型互感器，开合式结构，采集高压 电缆金属套接地电流。③电能获取传感器，开合式结构，卡在运行的高压电缆本体上，通过 电磁感应方式获取能量，为现地数据采集装置提供能源。
[0022] 进一步地，每个监测终端，包括嵌入有高压电缆在线监测软件的监测单元、GPRS通 讯单元和监测传感器；所述监测单元通过GPRS通讯单元与数据管理中心连接，所述监测传 感器分别与监测单元连接。
[0023] 进一步地，所述监测传感器，包括计量芯片，用于采集包含电缆终端头及中间接头 电缆金属套接地电流、表面温度的数据，通过GPRS通讯单元将采集到的数据上报给数据管 理中心；设在所述数据管理中心的服务器智能数据管理平台能够显示包含现场数据采集终 端的采样数据、通信方式、工作状况的情况。
[0024] 进一步地，所述数据采集终端，还包括设置在客户侧、且用于客户与所述数据管理 中心通信的客户终端；所述客户终端通过通信装置与数据管理中心连接。
[0025] 进一步地，所述通信装置，包括分别与所述数据管理中心连接的无线网络GPRS模 块和internet网络模块；所述无线网络GPRS模块，分别与所述多个监测终端连接；所述 internet网络模块，与客户终端连接。
[0026] 进一步地，该110kV高压电缆在线监测技术系统，还包括与所述数据采集终端和 数据管理中心连接的太阳能供电系统。
[0027] 进一步地，所述太阳能供电系统，包括充放电控制器，分别与所述充放电控制器连 接的蓄电池、太阳能电池板、直流/交流逆变器、整流器和太阳能供电管理设备，与所述整 流器连接的发电机，以及与所述直流/交流逆变器连接的变压器；所述蓄电池监测设备还 与太阳能供电管理设备连接，所述变压器的输出端为供电端。
[0028] 本发明各实施例的110kV高压电缆在线监测技术系统，由于包括安装在现场电缆 侧的数据采集终端，与数据采集终端连接、且用于对数据采集终端的采集数据进行处理和 控制的数据管理中心，以及连接在数据采集终端与数据管理中心之间、且用于实现数据采 集终端与数据管理中心之间数据交互的通信装置；从而可以克服现有技术中故障率高、检 测难度大和安全性差的缺陷，以实现故障率低、检测难度小和安全性好的优点。
[0029] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0030] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0032] 图1为分布式在线监测系统的组成结构示意图；
[0033] 图2为本发明110kV高压电缆在线监测技术系统的结构原理示意图；
[0034] 图3为本发明中现场数据采集装置的功能框图；
[0035] 图4为本发明中GPRS组网图；
[0036] 图5为本发明中太阳能供电系统的工作原理框图；
[0037] 图6为本发明中取能互感器的结构示意图；
[0038] 图7为本发明中采集终端主机的结构示意图；
[0039] 图8为本发明中现场数据采集装置安装图；每条线路安装一套装置，安装在电缆 直接接地箱处；
[0040] 图9为本发明中110kV南刘线WEB界面截图；
[0041] 图10为本发明中110kV安刘线WEB界面截图；
[0042] 图11为本发明中110kV南刘线在线监测ABC三相电缆表面温度7月月线比对图；
[0043] 图12为本发明中110kV南刘线在线监测ABC三相环流7月月线比对图；
[0044] 图13为本发明中报表查询截图；
[0045] 图14为本发明中报表导出截图；
[0046] 图15为本发明中传感器装置的工作原理示意图。
[0047] 结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
[0048] 1-太阳能电池板。
【具体实施方式】
[0049] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0050] 根据本发明实施例，如图2-图14所示，提供了一种110kV高压电缆在线监测技术 系统。
[0051] 本实施例的110kV高压电缆在线监测技术系统，主要包括：
[0052] ⑴系统架构
[0053] 本实施例的110kV高压电缆在线监测技术系统，主要由二部分构成：安装在控制 中心的数据管理服务器和安装在现场的数据采集终端。前者是一个基于GPRS远程数据通 信的MIS系统，主要功能包括：监测对象基本信息设置、远程数据接收处理、监测数据管理 分析及GSM短信发送等。后者是一个基于GPRS远程通信的现场数据采集与控制系统，主要 功能包括现场数据采集、处理、发送，数据中心远程控制命令的接收与执行等。
[0054] ⑵系统结构原理
[0055] 系统由安装在控制中心的数据管理服务器和安装在现场的数据采集终端两部分 构成。图2为系统结构原理示意图。
[0056] 高压电缆在线监测软件安装在数据管理服务器上，用于管理所有现场采集终端上 报的数据。现场监测终端，包括：监测单元，GPRS通讯单元，各类监测传感器，嵌入式软件。 现场终端以GPRS方式把实时监测数据发送给数据管理服务器。参见图15,传感器装置包括 依次连接的检测功能子模块、前置信号处理模块、A/D转换模块、MCU数据处理模块和通讯 模块。
[0057] ⑶系统工作原理
[0058] 现场采集终端安装于电缆侧，通过计量芯片采集电缆终端头及中间接头电缆金属 套接地电流、表面温度等数据，通过GPRS通信模块将采集到的数据上报给数据管理服务 器，服务器智能数据管理平台显示现场采集终端的采样数据、通信方式、工作状况等情况。
[0059] 所有监测数据为实时采集，采用Brower/Sever结构设计，SQL数据库，用户可通过 IE等浏览软件浏览各监测点状态。数据管理软件包含专家诊断系统、通讯人机接口界面。 监控软件永久保存数据，主站按照应用软件和通信协议处理数据，通过对数据的处理，绘制 出各种参数的变化趋势波形图、记录数据表等方法向用户提供分析前提，并采用独特的判 据判断电缆绝缘情况是否良好，若某个运行参数出现故障时可将故障信息以GSM短信或方 式发送给用户，从根本上避免了电缆事故的发生，保证电缆安全、可靠的运行。
[0060] ⑷系统数据传输方式
[0061] 本实施例的110kV高压电缆在线监测技术系统，以二种方式传输监测数据：GPRS 方式和以太网方式：
[0062] ① GPRS方式：数据管理中心服务器与安装在现场的采集终端之间采用的通讯方 式，向现场采集终端发送指令及接收现场采集终端上报的监测数据。
[0063] GPRS的英文全称为General Packet Radio Service，即通用分组无线业务，这种 无线业务是在现有GSM网络上开通的一种新型的分组数据传输业务，它是利用〃分封交换 "(Packet-Switched)的概念所发展出的一套无线传输方式。GPRS采用分组交换技术，它可 以让多个用户共享某些固定的信道资源。GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少 量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输，具有"实时在线"、"按量计费"、"快捷登录"、 "高速传输"、"自如切换"的优点。
[0064] 通过中国移动的GPRS网络系统，电力部门可以将生产现场的设备运行数据、状态 数据等送到地、市、省级实时监控中心，以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理， 为变电站实现无人值守提供了前提。
[0065] 此次方案设计的数据采集终端与数据管理中心服务器通讯中，设备双方均有自己 的IP地址，因此数据通讯可借助与TCP/IP协议或UDP协议的Socket技术，通讯链路安全 可靠。
[0066] ②以太网方式：客户端访问数据管理中心服务器所采用的方式。
[0067] (5)系统丰要功能
[0068] 系统要能为运行维护人员提供可靠数据资料来推断电缆运行状态。
[0069] 现场监测终端主要功能：
[0070] ①实时测量运行电缆的电缆表面温度、环境温度，接地箱温度，金属护层循环电 流、运行电流等。
[0071] ②通过GPRS无线将测量数据传输给数据管理中心服务器。
[0072] ③外壳满足IP66等级防护要求，对于恶劣环境可满足IP68等级。
[0073] 数据管理服务器主要功能：
[0074] a、数据实时采集，系统数据采样频率5秒至1小时可控。
[0075] b、在大量实测和理论计算的基础上，本系统使用了独特的判据来判断处于运行中 的高压电缆状态是否正常。
[0076] 关于h沭实施例的110kV高压电缆在线监测抟术系统中#用的GPRS诵信抟术，详 细说明如下：
[0077] 如今，在我国电力设施自动监测领域已出现了众多的解决方案。这些解决方案从 数据传输角度划分，可分为两大类：有线和无线的方式。这两大类采集系统各有其适用的领 域。
[0078] 有线的方式：如采用光纤等方式传输数据。采用这种采集系统需要在前期投入大 量的人力和物力去铺设网络。前期成本高，且适用于变电站、隧道等安装条件相对较好的环 境。
[0079] 无线的方式：如采用GPRS、GSM等方式传输数据。显然这种方法可以采用现有的无 线网络，而不必去建设新的无线网络，适用于分散的安装地点或投入不大的安装项目。各种 数据传输方式的对比如下表所述。
[0080] 表1 :各种传输方式比较
[0081]
【权利要求】
1. 一种llOkV高压电缆在线监测技术系统，其特征在于，包括安装在现场电缆侧的数 据采集终端，与所述数据采集终端连接、且用于对数据采集终端的采集数据进行处理和控 制的数据管理中心，以及连接在所述数据采集终端与数据管理中心之间、且用于实现数据 采集终端与数据管理中心之间数据交互的通信装置； 所述数据采集终端，用于基于GPRS远程通信技术，进行现场数据的采集、处理、发送， 以及对数据管理中心发送的控制命令进行接收和执行； 所述数据管理中心，用于基于GPRS远程通信技术，进行监测对象基本信息设置、远程 数据接收处理、监测数据管理分析及GSM短信发送。
2. 根据权利要求1所述的110kV高压电缆在线监测技术系统，其特征在于，所述数据管 理中心，包括基于GPRS远程数据通信的MIS系统。
3. 根据权利要求1或2所述的110kV高压电缆在线监测技术系统，其特征在于，在所述 数据管理中心，设有通过所述通信装置与数据采集终端连接的无线数据采集服务器，以及 与所述无线数据采集服务器连接、且用于工作人员值班的智能终端设备； 在所述无线数据采集服务器上嵌入有高压电缆在线监测软件，用于管理所有现场数据 采集终端上报的数据。
4. 根据权利要求1或2所述的110kV高压电缆在线监测技术系统，其特征在于，所述数 据采集终端，包括设置在各待测节点、且分别通过所述通信装置与数据管理中心连接的多 个监测终端。
5. 根据权利要求4所述的llOkV高压电缆在线监测技术系统，其特征在于，每个监测终 端，包括嵌入有高压电缆在线监测软件的监测单元、GPRS通讯单元和监测传感器；所述监 测单元通过GPRS通讯单元与数据管理中心连接，所述监测传感器分别与监测单元连接。
6. 根据权利要求5所述的110kV高压电缆在线监测技术系统，其特征在于，所述监测传 感器，包括计量芯片，用于采集包含电缆终端头及中间接头电缆金属套接地电流、表面温度 的数据，通过GPRS通讯单元将采集到的数据上报给数据管理中心；设在所述数据管理中心 的服务器智能数据管理平台能够显示包含现场数据采集终端的采样数据、通信方式、工作 状况的情况。
7. 根据权利要求4所述的llOkV高压电缆在线监测技术系统，其特征在于，所述数据采 集终端，还包括设置在客户侧、且用于客户与所述数据管理中心通信的客户终端；所述客户 终端通过通信装置与数据管理中心连接。
8. 根据权利要求7所述的110kV高压电缆在线监测技术系统，其特征在于，所述通信装 置，包括分别与所述数据管理中心连接的无线网络GPRS模块和internet网络模块；所述无 线网络GPRS模块，分别与所述多个监测终端连接；所述internet网络模块，与客户终端连 接。
9. 根据权利要求1或2所述的llOkV高压电缆在线监测技术系统，其特征在于，该 llOkV高压电缆在线监测技术系统，还包括与所述数据采集终端和数据管理中心连接的太 阳能供电系统。
10. 根据权利要求9所述的llOkV高压电缆在线监测技术系统，其特征在于，所述太阳 能供电系统，包括充放电控制器，分别与所述充放电控制器连接的蓄电池、太阳能电池板、 直流/交流逆变器、整流器和太阳能供电管理设备，与所述整流器连接的发电机，以及与所 述直流/交流逆变器连接的变压器；所述蓄电池监测设备还与太阳能供电管理设备连接， 所述变压器的输出端为供电端。
【文档编号】H02J13/00GK104283309SQ201410220170
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】李群, 钱卫东, 余杰 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 国网甘肃省电力公司兰州供电公司