专利名称：一种基于光纤传输的电缆接头局部放电监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于光纤传输的电缆接头局部放电监测系统，属于电力线路维护技术领域。
背景技术：
XLPE交联聚乙烯电缆以其自身优势被广泛应用于各个电压等级的电网中，交联电缆生产水平的提高又促进了交联电缆应用的进一步扩大。现今每年全国的电缆需求量都以10万公里以上递增，交联聚乙烯电缆的应用在国内已相当广泛。一般说来，XLPE电力电缆在正常环境中的寿命预计为20-30年，随着运行时间的增加，如今部分XLPE电缆已逐渐进入电缆及其附件预期寿命的“中年期”，其发生故障的可能性大大增加。若电缆发生故障，比如绝缘击穿，则很可能影响到用户的用电可靠性和用电质量，严重时甚至可能造成大规模停电，造成国民经济的重大损失。局部放电现象构成了 XLPE电缆绝缘水平的主要威胁，而电缆接头部分又是整个电缆绝缘的薄弱环节，因此对其进行在线监测成为了电缆保护的重点内容。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种抗干扰、高精确度、既可实时监测又具有数据存储功能的基于光纤传输的电缆接头局部放电监测系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案:
本发明包括卡钳式电缆接头局部放电检测器、现场数据处理模块、光纤供能数据线、本地数据处理模块以及装有处理程序的监控主机；所述现场数据处理模块由光电池、A/D转换器和光发射器组成；所述光纤供能数据线由供能光纤、数据光纤和包裹在供能光纤和数据光纤外的光纤复合绝缘柱组成；所述本地数据处理模块包括激光器、光接收器以及数字信号处理器；
所述卡钳式电缆接头局部放电检测器包括卡钳形绝缘外壳、电流互感器和测量电阻R ;所述电流互感器位于卡钳形绝缘外壳内部，所述电流互感器的原边即为待检测的电力电缆接头处屏蔽线，其副边为一根导线均匀的绕在两个半圆环形铁芯上，其副边绕组为900^1100匝，副边导线的两端与测量电阻R串联形成回路；所述测量电阻R的两端点M、N的引出线通过BNC接口与A/D转换器的对应接口由同轴电缆相连接；
所述A/D转换器的输出端接光发射器的相应输入端，所述光发射器的输出端经数据光纤接光接收器的相应输入端，所述光接收器的输出端接数字信号处理器的相应输入端，数字信号处理器与装有处理程序的监控主机双向连接；所述激光器的输出端经供能光纤接光电池的输入端，所述光电池的2个输出端分别接A/D转换器和光发射器的电源端。所述的一种基于光纤传输的电缆接头局部放电监测系统还包括接有220V交流电的电源模块；所述电源 模块分别接激光器、光接收器和数字信号处理器的电源端。所述装有处理程序的监控主机利用LABVIEW语言平台实现磁感应强度信号的数据存储、显示和计算。所述供能光纤和数据光纤均为采用ST接口、额定最大传输损耗为3dB/km，额定最大接口损耗为0.5dB，额定环境温度范围为-40 70°C的62.5um铠装光缆。所述光电池的型号为PPC-6E ;所述A/D转换器的型号为AD9225 ;所述光发射器的型号为HFBR-1414TZ ;所述激光器的型号为PPM-5 ;所述光接收器的型号为HFBR-2412TZ ；所述数字信号处理器为DSP芯片，其型号为TMS320C542 ;所述电源模块的型号为ZHLC-01。本发明所产生的积极效果如下:(1)采用卡钳式电缆接头局部放电检测器，方便测量，有助于抑制高频噪声信号的传递，利用LABVIEW中的去噪程序，通过数学算法上的处理，可进一步滤除无用信号，使后续对局部放电隐患的判定更加准确；(2)本发明为在线监测电缆的绝缘水平提供了一种抗干扰、高精确度的局部放电监测系统，局部放电检测器连接现场数据处理模块，现场数据处理模块和监控室的本地数据处理模块之间通过供能光纤和数据光纤相连接，采用供能光纤和数据光纤进行传输，之间没有任何电和磁的联系，避免了采集的电流信号在传输过程中受到干扰；(3)本地数据处理模块和监控主机通过UDP协议通信，通过普通网线进行互联，这种连接形式保证了高采样速率下大量数据的实时传输，能实时分析判定数据变化；(4)可利用长期积累的数据进行局部放电程度趋势判定，及时发现电缆接头的绝缘问题并为评估电缆的绝缘水平提供录波数据，及早预防事态的恶化，避免事故的进一步发展和扩大，保证电力系统运行的安全性和可靠性。
图1为本发明的原理框 图2为本发明中控制软件程序流程 图3为本发明中卡钳式电缆接头局部放电检测器的结构示意 图4为本发明中电流互感器的电路原理图。图1中，I卡钳式电缆接头局部放电检测器、2现场数据处理模块、2-1光电池、2-2A/D转换器、2-3光发射器、3光纤供能数据线、3-1供能光纤、3-2数据光纤、3_3光纤复合绝缘柱、4本地数据处理模块、4-1激光器、4-2光接收器、4-3数字信号处理器、5装有处理程序的监控主机、6电源模块；
图2 3中，1-1卡钳形绝缘外壳、1-2两个半圆环形铁芯、1-3电流互感器的原边、1-4电流互感器的副边、R测量电阻。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明:
由图f 4所示的实施例可知，它包括卡钳式电缆接头局部放电检测器1、现场数据处理模块2、光纤供能数据线3、本地数据处理模块4以及装有处理程序的监控主机5 ;所述现场数据处理模块2由光电池2-1、A/D转换器2-2和光发射器2-3组成；所述光纤供能数据线3由供能光纤3-1、数据光纤3-2和包裹在供能光纤3-1和数据光纤3-2外的光纤复合绝缘柱3-3组成；所述本地数据处理模块4包括激光器4-1、光接收器4-2以及数字信号处理器4-3 ；
所述卡钳式电缆接头局部放电检测器I包括卡钳形绝缘外壳1-1、电流互感器和测量电阻R ;所述电流互感器位于卡钳形绝缘外壳1-1内部，所述电流互感器的原边1-3即为待检测的电力电缆接头处屏蔽线，其副边1-4为一根导线均匀的绕在两个半圆环形铁芯1-2上，其副边绕组为90(Γ1100胆，副边导线的两端与测量电阻R串联形成回路；所述测量电阻R的两端点Μ、N的引出线通过BNC接口与A/D转换器2_2的对应接口由同轴电缆相连接；所述电源模块6将220V交流电经整流、滤波、变压后为分别激光器4-1、光接收器4-2、数字信号处理器4-3供电；所述激光器4-1将电信号转换成光信号经供能光纤3-1传给光电池2-1,所述光电池2-1将光信号转换成电信号后为A/D转换器2-2和光发射器2_3供电，所述光发射器2-3将A/D转换器2-2输出的电信号转换成光信号通过数据光纤3-2传送至光接收器4-2，光接收器4-2将光信号转换成电信号并进行模数转换后输出至数字信号处理器4-3，所述数字信号处理器4-3与装有处理程序的监控主机5双向连接；所述装有处理程序的监控主机5利用LABVIEW语言平台实现磁感应强度信号的数据存储、显示和计笪
ο所述供能光纤3-1和数据光纤3-2均为采用ST接口、额定最大传输损耗为3dB/km，额定最大接口损耗为0.5dB，额定环境温度范围为-40 70°C的62.5um铠装光缆。所述光电池2-1的型号为PPC-6E ;所述A/D转换器2_2的型号为AD9225 ;所述光发射器2-3的型号为HFBR-1414TZ ;所述激光器4_1的型号为PPM-5 ;所述光接收器4_2的型号为HFBR-2412TZ ;所述数字信号处理器4_3为DSP芯片，其型号为TMS320C542 ;所述电源模块6的型号为ZHLC-Ol。电缆接头存在局部放电时，在屏蔽线中会流过不平衡电流，主要分为工频50Hz信号、IiTlOMHz局部放电信号和更高频的噪声信号。本发明所使用的卡钳式电缆接头局部放电检测器，对局部放电信号频率以下的信号有较高的传输比，而对更高频的噪声信号有较低的传输比。可以在传感器互感的环节自动滤除一部分噪声信号，使测量更加准确。在电流互感器的副边1-5中串联一个测量电阻R，当所述待检测的电力电缆接头处屏蔽线中有一次电流穿过电流互感器的环形结构时，在电流互感器的副边1-5中感应出二次电流，二次电流流过测量电阻R，会在测量电阻R上产生电压供A/D转换器2-2进行采集。测量电阻R的电阻值大小的选取要保证其两端的电压在-5疒+5V范围内。所述光发射器2-3和光接收器4-3的核心部件均为高效砷化镓光电能量转换器件，其转换效率在50%以上。所述数字信号处理器4-3和监控主机5之间的控制程序流程如下:
步骤一、在监控主机5上设置初始值，上电后数字信号处理器4-3进行初始化，设置采样速率、光能供电功率、通道属性后开始采集；
步骤二、数字信号处理器4-3负责将数字信号进行缓存、打包，读取UDP数据，准备通信，以UDP协议的要求将采集到的信息通过RJ45接口传输给监控主机；
步骤三、利用数字信号处理器4-3和监控主机5上的LABVIEW程序进行去噪，并在监控主机5上显示实时波形，据此判断是否存在局放隐患；同时每隔I小时保存100个工频周期波形数据；
步骤四、利用所述监控主机5上的LABVIEW 语言平台进行数据的存储、显示和计算；根据需要选择是否提取历史数据并绘制局放程度趋势曲线。
权利要求
1.一种基于光纤传输的电缆接头局部放电监测系统，其特征在于包括卡钳式电缆接头局部放电检测器(I)、现场数据处理模块(2)、光纤供能数据线(3)、本地数据处理模块(4)以及装有处理程序的监控主机(5);所述现场数据处理模块(2)由光电池(2-l)、A/D转换器(2-2)和光发射器(2-3)组成；所述光纤供能数据线(3)由供能光纤(3-1)、数据光纤(3-2)和包裹在供能光纤(3-1)和数据光纤(3-2 )外的光纤复合绝缘柱(3-3 )组成；所述本地数据处理模块(4)包括激光器(4-1)、光接收器(4-2)以及数字信号处理器(4-3)； 所述卡钳式电缆接头局部放电检测器(I)包括卡钳形绝缘外壳(1-1)、电流互感器和测量电阻R ;所述电流互感器位于卡钳形绝缘外壳(1-1)内部，所述电流互感器的原边(1-3)即为待检测的电力电缆接头处屏蔽线，其副边(1-4)为一根导线均匀的绕在两个半圆环形铁芯(1-2)上，其副边绕组为90(Γ1100匝，副边导线的两端与测量电阻R串联形成回路；所述测量电阻R的两端点Μ、N的引出线通过BNC接口与A/D转换器(2-2)的对应接口由同轴电缆相连接； 所述A/D转换器(2-2)的输出端接光发射器(2-3)的相应输入端，所述光发射器(2-3)的输出端经数据光纤(3-2)接光接收器(4-2)的相应输入端，所述光接收器(4-2)的输出端接数字信号处理器(4-3)的相应输入端，数字信号处理器(4-3)与装有处理程序的监控主机(5)双向连接；所述激光器(4-1)的输出端经供能光纤(3-1)接光电池(2-1)的输入端，所述光电池(2-1)的2个输出端分别接A/D转换器(2-2)和光发射器(2-3)的电源端。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传输的电缆接头局部放电监测系统，其特征在于它还包括接有220V交流电的电源模块(6 );所述电源模块(6 )分别接激光器(4-1)、光接收器(4-2)和数字信号处理器(4-3)的电源端。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤传输的电缆接头局部放电监测系统，其特征在于所述供能光纤(3-1)和数据光纤(3-2)均为采用ST接口、额定最大传输损耗为3dB/km，额定最大接口损耗为0.5dB，额定环境温度范围为-40 70°C的62.5um铠装光缆。
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传输的电缆接头局部放电监测系统，其特征在于所述光电池(2-1)的型号 为PPC-6E ;所述A/D转换器(2-2)的型号为AD9225 ;所述光发射器(2-3)的型号为HFBR-1414TZ ;所述激光器(4_1)的型号为PPM-5 ;所述光接收器(4_2)的型号为HFBR-2412TZ ;所述数字信号处理器(4_3)为DSP芯片，其型号为TMS320C542 ;所述电源模块(6)的型号为ZHLC-Ol。
全文摘要
本发明涉及一种基于光纤传输的电缆接头局部放电监测系统，它包括卡钳式电缆接头局部放电检测器、现场数据处理模块、光纤供能数据线、本地数据处理模块以及监控主机；所述现场数据处理模块由A/D转换器、光电池和光发射器组成；所述光纤供能数据线由供能光纤、数据光纤和包裹在供能光纤和数据光纤外的光纤复合绝缘柱组成；所述本地数据处理模块包括激光器、光接收器以及数字信号处理器；所述卡钳式电缆接头局部放电检测器包括卡钳形绝缘外壳、电流互感器和测量电阻R；本发明的优点是采用供能光纤和数据光纤连接，无电磁干扰，避免采集信号失真，去噪效果好，采样速率高，保证大量数据实时传输，且可长期存储数据，判定局部放电程度的趋势。
文档编号G01R31/12GK103197216SQ20131012564
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者谢红玲, 李燕青, 赵亮, 贾自杭, 孙凯航, 王飞龙, 梁建锋 申请人:华北电力大学(保定)