电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统，包括波反射故障定位仪、GPRS通信模块、高频传感器、接地线、上位机和显示器。本实用新型结构简单，使用安全，通过非接触式的高频传感器监测电力电缆的接地线上的接地电流信号，进而监测电力电缆的绝缘故障，同时通过在每段电力电缆上设置高频传感器和波反射故障定位仪，只有当波反射故障定位仪监测到高频暂态行波时才通过GPRS通信模块发送信号至上位机，减少了上位机的信号处理压力。本实用新型实时监测电力电缆运行状况，并根据监测到的电信号次数设定预警信息，有助于电力检修人员提前做好检修准备或到达检修部位缩短检修时间。
【专利说明】电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力电缆线故障检测【技术领域】，具体涉及一种电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统。
【背景技术】
[0002]交联聚乙烯(XLPE)电力电缆以其优越的电气、热及力学性能和敷设容易、运行维护简单等优点被越来越广泛地应用，并成为电缆发展的主流。但是电力企业及用电工厂的大量运行实践表明，交联聚乙烯电力电缆并不是免维护的。常见的电缆故障主要包括:I)中间头制作质量不良、压接头不紧、接触电阻过大、外力冲击等外部原因，以及电缆长期运行所造成的电缆头温度升高，造成电缆过热烧穿绝缘，此类故障一般可以通过检修人员日常检修工作中发现；2)电缆绝缘击穿，发生短路故障、接地故障等事故，造成停电、火灾等事故，此类故障一般不易检查，由于电缆本身很长，而且往往是由于某种缺陷造成，使得这类故障不能预测，往往只能等到事故发生后检查线路才能知道具体位置，不仅费时还影响线路抢修时间。目前检测电缆故障包括电桥法和波反射定位法，但是主要针对电缆出厂检测，并且设计为手持式的检测装置，不能满足电力电缆绝缘故障在线监测的需要。
【发明内容】
[0003]本实用新型针对电缆出厂检测装置的不足，提供一种电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统，可以实时，多线路集中监测电力电缆线状况，并根据监测数据提出预先报警和预先定位，方便及时确定故障点，便于检修人员进行电力电缆线路维护。
[0004]本实用新型通过以下技术方案解决上述技术问题:
[0005]一种电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统，包括波反射故障定位仪、GPRS通信模块、高频传感器、接地线、上位机和显示器，其特征在于:
[0006]接地线，电力电缆自带的金属护层，一端直接接地、另一端间隙接地；
[0007]高频传感器，采用开口线圈方式，透过线圈挂在每段电力电缆的接地线上；
[0008]波反射故障定位仪，通过信号线连接高频传感器，将高频传感器接收到的电信号记录，并进行故障点定位；
[0009]GPRS通信模块，将波反射故障定位仪记录的电信号数据和故障点的定位数据通过无线信号向上位机发送；
[0010]上位机，接收GPRS通信模块发送的电信号数据和故障点的定位数据；
[0011 ] 显示器，显示上位机接收的电信号图和故障点的定位数据。
[0012]为了获得更好的技术效果，所述的波反射故障定位仪为HDTDR-80波反射法电缆故障定位仪、PMDJ-10 2A电缆终端或TWPD-2622数字式局部放电检测仪；还包括计数器，分别记录每段电力电缆的波反射故障定位仪监测到的电信号次数，并根据设定时间段内监测的电信号次数发出相应的预警信息；报警器，接收到计数器发送的预警信号发出报警提示。
[0013]本实用新型结构简单，使用安全，通过非接触式的高频传感器监测电力电缆的接地线上的接地电流信号，进而监测电力电缆的绝缘故障，同时通过在每段电力电缆上设置高频传感器和波反射故障定位仪，只有当波反射故障定位仪监测到高频暂态行波时才通过GPRS通信模块发送信号至上位机，减少了上位机的信号处理压力。本实用新型实时监测电力电缆运行状况，并根据监测到的电信号次数设定预警信息，有助于电力检修人员提前做好检修准备或到达检修部位缩短检修时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型结构示意图；
[0015]图2为本实用新型电力电缆故障时结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例进一步阐释本实用新型的内容。
[0017]一种电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统，包括波反射故障定位仪4、GPRS通信模块5、高频传感器3、接地线2、上位机、显示器、计数器和报警器，
[0018]接地线2，将输电线路上的每段电力电缆I自带的金属护层作为接地线2，其一端直接接地、另一端间隙接地；
[0019]高频传感器3，采用开口线圈方式，透过线圈挂在每段电力电缆I的接地线2上；
[0020]波反射故障定位仪4，在每段电力电缆线I设置一台波反射故障定位仪4，通过信号线连接相应的高频传感器3，记录保存高频传感器3接收到的电信号，并进行故障点定位；
[0021]GPRS通信模块5，将波反射故障定位仪4记录的电信号数据和故障点的定位数据通过无线信号向上位机发送；
[0022]上位机，接收GPRS通信模块5发送的电信号数据和故障点的定位数据；
[0023]显示器，显示上位机接收的电信号图和故障点的定位数据；
[0024]计数器，分别记录每段电力电缆I的波反射故障定位仪4监测到的电信号次数，并根据设定时间段内监测的电信号次数发出相应的预警信息；
[0025]报警器，接收到计数器发送的预警信号发出报警提示。
[0026]作为优化，波反射故障定位仪4为HDTDR-80波反射法电缆故障定位仪、PMDJ-102A电缆终端或TWPD-2622数字式局部放电检测仪。
[0027]单芯电力电缆的金属护层通常采用一端直接接地、另一端经保护间隙接地方式。电缆在正常运行情况下，其金属护层的稳态接地电流极小，主要是容性电流。设单芯电缆在正常运行情况下的三相芯线电压分别为^、?Β、负荷电流分别为总、iB、尺。以
A相为例，其金属护层在正常运行情况下的稳态接地电流可以表示为:
[0028]O ,⑴
[0029]式中:C为每相电缆芯线与该相金属护层之间的等效电容。
[0030]当电缆于X处发生了金属护层绝缘故障，使得X处的对地电阻由无穷大变为一个具有电阻值Re的电阻6，如图2所示。
[0031]取电缆护层接地点G的电位为参考电位，故障点X通过大地与G形成电流通路。护层稳态接地线电流可以表示为:
[0032]
T',V-.ClT I ^AA^A
J 4 = J(0 CUa +
V JwL + Re J(2)
[0033]式中:MAA为电缆芯线对于A — X — Re — G回路的互感系数；L为护层故障点到接地端的等效电感。
[0034]比较式⑴和式⑵可以发现，发生故障时，电缆金属护层产生的接地电流比稳态时多了一项增量，该增量为暂态接地电流。
[0035]通过高频传感器3接收暂态接地电流信号，并统计暂态接地电流发生次数，对电力电缆绝缘故障进行预警，根据我们的生产实践，预警分为三种，I)黄色预警:当电缆发生异常后，本实用新型在第一时间内采集到暂态电流信号并以黄色预警状态出现，表示该电力电缆有燃弧现象，应密切关注；2)橙色预警:当每天检测到几十次暂态电流信号时，本实用新型以橙色预警的方式报警，提醒检修人员应尽快合理安排检修；3)红色预警:当暂态电流信号频率越来越快时，电力电缆很快就会发生故障，提醒用户应立刻进行停电检修。
[0036]在日常电力电缆线路巡检工作时，巡检人员检查电力电缆线路时，仅需要着重检查每段电力电缆的连接接头，避免接头制作质量不良、压接头不紧、接触电阻过大、外力冲击等外部故障，对应电力电缆本身缺陷由本实用新型电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统监控。在每段电力电缆的接地线上设置高频传感器3，并通过信号线与波反射故障定位仪4连接，波反射故障定位仪4通过GPRS通信模块5定期向上位机发送工作信号，确认波反射故障定位仪4处于工作状态。
[0037]当电缆主绝缘中存在缺陷、微孔和水分时，由于缺陷或微孔处的电场畸变，在电场的作用下，发生水树老化现象。伴随水树枝生长，水树枝尖端的电场将愈加集中，局部高电场强度最终会导致水树枝尖端产生电树枝，从而导致电缆主绝缘击穿。当水树枝引起电缆主绝缘击穿时将产生电弧现象，使得水气蒸发烘干，因而当电弧熄灭后电缆主绝缘又恢复到能够耐受正常运行电压的水平。
[0038]本实用新型根据上述预警方式提醒监控人员注意线路安全，并及早安排维修工作。
[0039]本实用新型结构简单，使用安全，通过非接触式的高频传感器监测电力电缆的接地线上的接地电流信号，进而监测电力电缆的绝缘故障，同时通过在每段电力电缆上设置高频传感器和波反射故障定位仪，只有当波反射故障定位仪监测到高频暂态行波时才通过GPRS通信模块发送信号至上位机，减少了上位机的信号处理压力。本实用新型实时监测电力电缆运行状况，并根据监测到的电信号次数设定预警信息，有助于电力检修人员提前做好检修准备或到达检修部位缩短检修时间。本实用新型通过对在运行电压下的高压电缆绝缘状态监测，实时分析电力电缆接地感应电流信号的稳态和暂态特征，判定绝缘状态的变化趋势，从变化趋势中需找危险征兆，从检测结果来综合判断电缆运行状况，提前发现电力电缆的绝缘故障隐患并及时预警，能精确定位故障点所在位置误差范围2m左右，极大提高了检修的效率。
【权利要求】
1.一种电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统，包括波反射故障定位仪、GPRS通信模块、高频传感器、接地线、上位机和显示器，其特征在于: 接地线，电力电缆自带的金属护层，一端直接接地、另一端间隙接地； 高频传感器，采用开口线圈方式，透过线圈挂在每段电力电缆的接地线上； 波反射故障定位仪，通过信号线连接高频传感器，将高频传感器接收到的电信号记录，并进行故障点定位； GPRS通信模块，将波反射故障定位仪记录的电信号数据和故障点的定位数据通过无线信号向上位机发送； 上位机，接收GPRS通信模块发送的电信号数据和故障点的定位数据； 显示器，显示上位机接收的电信号图和故障点的定位数据。
2.如权利要求1所述的电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统，其特征在于，所述的波反射故障定位仪为HDTDR-80波反射法电缆故障定位仪、PMDJ-102A电缆终端或TWPD-2622数字式局部放电检测仪。
3.如权利要求1或2所述的电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统，其特征在于，还包括计数器，分别记录每段电力电缆的波反射故障定位仪监测到的电信号次数，并根据设定时间段内监测的电信号次数发出相应的预警信息。
4.如权利要求3所述的电力电缆绝缘故障在线预警和定位系统，其特征在于，还包括报警器，接收到计数器发送的预警信号发出报警提示。
【文档编号】G01R31/12GK204008979SQ201420433467
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月3日 优先权日:2014年8月3日
【发明者】王勇仁, 朱良栋, 熊志杰, 杨欣 申请人:国家电网公司, 国网江西省电力公司抚州供电分公司