基于无低压电源环境下的高压电缆综合在线监测装置的制作方法

本发明涉及电力电缆设备监测领域，尤其是一种基于无低压电源环境下的高压电缆综合在线监测装置。

背景技术：

为适应城市电网的建设和现代化企业的发展，保证供电系统的安全可靠，同时为了美化环境，节约线路走廊用地，城市中原本纵横交错的架空输电网络正逐渐被地下电缆供电系统所取代。随着电缆线路在输电线路中占比越来越高，电缆运维人员的任务越来越繁重，实现电缆的在线监测变得尤为重要。如今常用的电缆在线监测装置分为两种：一是需要低压电源供电才能实现功能，然而35千伏及以上的高压电缆75％以上分布于荒郊野外，电缆运行现场并无可用低压电源；二是需要电流互感器直接在运行电缆上取电作为装置电源，然而此种取电方式对电缆的正常运行会产生影响。因此这些电缆在线监测装置并不适用于电缆实际运行现场。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种基于无低压电源环境下的高压电缆综合在线监测装置，其稳定可靠、安全性高、效率高、降低了电缆运维难度，并能够实现全方位的监测。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于无低压电源环境下的高压电缆综合在线监测装置，包括独立的电源模块、数据采集模块和后台数据处理模块；

所述电源模块包括太阳能电池板、大容量锂电池组和光伏控制器，其中太阳能电池板为锂电池充电，大容量锂电池组为整套监测装置提供电源，光伏控制器控制大容量锂电池组的充放电并稳定大容量锂电池组的供电电压；

所述数据采集模块包括五个监测单元，分别为电缆温度监测单元、电流监测单元、电缆工井井盖开合状态监测单元、电缆工井水位状态监测单元及电缆工井气体监测单元，五个监测单元连接监测主机；

其中，电缆温度监测单元利用热电效应，能够连续产生与其长度所及范围内最高温度点温度相对应的毫伏信号，不仅能测定温度异变的幅度，而且能确定温度异变的地点，以达到测量电缆本体及接头温度的目的；

电流监测单元用于测取电缆的运行电流和接地电流是否符合要求；

电缆工井井盖开合状态监测单元用于监测井盖开合状态；

电缆工井水位状态监测单元用于监测工井水位高度并向系统反馈水位高度；

电缆工井气体监测单元用于监测工井内氧气、一氧化碳、硫化氢、二氧化碳的含量；

所述后台数据处理模块包括数据传输设备和后台数据处理软件，所述数据传输设备用于实现监测主机与网络服务器间的数据传输，将数据采集模块测量的所有数据通过网络传输给后台服务器；所述后台数据处理软件用于处理收到的测量数据，将其显示在主界面，并判断高压电缆的运行状态和运行环境状态。

进一步地，所述大容量锂电池组是容量为50ah磷酸铁锂电池，额定电压为9-12.6v。

进一步地，所述监测主机用usr-g780主机，采用的是ip68级防水外壳，通过at指令进行设置，以实现各监测单元到后台服务器的双向数据透明传输。

进一步地，所述电缆温度监测单元采用可测量电缆纵向温度的分布式温度传感器，使用单根光纤就可同时测量电缆多点故障时的温度，分布式温度传感器实时将电缆本体温度及接头温度传输给监测主机。

进一步地，所述电流监测单元采用ecs24-100电流互感器，该电流互感器变比50:5，测量范围0-100a，在三相电缆及三相接地缆上各装一组，实时将复合电流及接地电缆上传给监测主机。

进一步地，所述电缆工井井盖开合状态监测单元包括两个漫反射红外探测仪和监测终端，当井盖被开启或破坏时，漫反射红外探测仪不能接受红外线，监测终端将井盖状态异常上传至监测主机。

进一步地，所述电缆工井水位状态监测单元包括装在低中高三个不同高度的霍尔浮球传感器，霍尔浮球传感器接口短路时有效，开路时无效；当工井水位没过霍尔浮球传感器时向系统反馈水位高度。

进一步地，所述电缆工井气体监测单元包括气体测试仪和气体监测主机，气体测试仪使用电化学原理的传感器，可以监测工井内部氧气、一氧化碳、硫化氢、二氧化碳的含量，并由气体监测主机将数据反馈给监测主机。

进一步地，所述后台数据处理软件采用用户权限识别的方式登录，在主界面实时显示电缆的运行状态和运行环境状态，并具有数据处理功能，通过长时间的数据采集预判电缆缺陷。

本发明可以在无低压电源环境下实现对高压电缆进行全面的在线监测，具有以下优点：

1、满足高压电缆运行现场无可用低压电源环境的要求，利用太阳能电池板与大容量锂电池结合的方式供电，稳定可靠，安全性高，即时连续的阴雨天气，装置也可以正常工作一周以上；

2、实现对高压电缆运行状态和运行环境全方位的监测，让运维人员不用前往现场即可知晓高压电缆的运行情况，满足智能化电网的需求；

3、后台数据处理软件对电缆运行数据进行收集处理，可以通过连续的数据监测发现电缆运行中微小的隐患，让运维人员及时处理，降低了电缆运维难度，保证电缆的运行安全；

4、实现对电缆工井井盖、水位、气体的在线监测，保证了下井工作人员的人身安全。

附图说明

图1为本发明基于无低压电源环境下的高压电缆综合在线监测装置的整体结构分布示意图；

图2为本发明中电源模块的结构分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1示出了本发明的监测装置的整体结构分布示意图；

图2示出了本发明中电源模块的结构分布示意图，其中1为太阳能电池板、2为大容量锂电池组、3为光伏控制器、4为rs485通讯接口、5为vout(输出电压)，太阳能电池板1中pv组件：16v80w,大容量锂电池组2：12vdc50ah，大容量锂电池组2和光伏控制器3采用一体化封装；rs485通讯接口4连接到监测主机，提供电源工作状态数据；vout5为整个装置供电：1、输出为监视主机供电，最大12v1a；2、输出为环流监测模块供电，12v0.8a；3、输出为传感器供电，12v0.5a。

参见图1和图2，本发明的基于无低压电源环境下的高压电缆综合在线监测装置包括三部分：独立的电源模块、数据采集模块和后台数据处理模块。

1、独立的电源模块：该电源模块包括太阳能电池板一块、大容量锂电池组一组、以及光伏控制器一个。所述太阳能电池板可以在光照条件下为大容量锂电池组充电；所述大容量锂电池组为整套装置提供电源，充满电的情况下可以连续供整套装置持续使用七天；所述光伏控制器控制大容量锂电池组的充放电，可以在大容量锂电池组充满电的情况下断开与太阳能电池板的连接，并稳定大容量锂电池组的供电电压。

其中大容量锂电池组是容量为50ah磷酸铁锂电池(额定电压9-12.6v)，7天阴天能为系统持续提供电源。同时光伏控制器起到控制电源及电压的作为，能向系统反馈电源状态。

2、数据采集模块：该模块包括电缆温度监测单元、电流监测单元、电缆工井井盖开合状态监测单元、电缆工井水位状态监测单元及电缆工井气体监测单元，五个监测单元连接监测主机。

其中，监测主机用usr-g780主机，采用的是ip68级防水外壳，通过简单的at指令进行设置，即可轻松使用该主机实现各监测单元到后台服务器的双向数据透明传输。

电缆温度监测单元是利用利用热电效应，能够连续产生与其长度所及范围内最高温度点温度相对应的毫伏信号，不仅能测定温度异变的幅度，而且能确定温度异变的地点，达到测量电缆本体及接头温度的目的。具体地，电缆温度监测单元使用可测量电缆纵向温度的分布式温度传感器，使用单根光纤就可同时测量电缆多点故障时的温度，分布式温度传感器实时将电缆本体温度及接头温度传输给监测主机。

电流监测单元利用电流互感器测取电缆的运行电流和接地电流(接地电流仅适用于110千伏及以上高压电缆)是否符合要求。具体地，该电流监测单元采用ecs24-100电流互感器，该电流互感器变比50:5，测量范围0-100a，在三相电缆及三相接地缆上各装一组，实时将复合电流及接地电缆上传给监测主机。

电缆工井井盖开合状态监测单元利用红外漫反射传感器监测井盖开合状态，从而监测工井有无被非法开启。具体地，电缆工井井盖开合状态监测单元由两个漫反射红外探测仪和监测终端构成，当井盖被开启或破坏时，漫反射红外探测仪不能接受红外线，监测终端将井盖状态异常上传至监测主机。

电缆工井水位状态监测单元利用装在低中高三个不同高度的霍尔浮球传感器(水位传感器)监测工井水位高度，当工井水位没过水位传感器时向系统反馈水位高度，运维人员在水位过高时及时排水。具体地，电缆工井水位状态监测单元由三个霍尔浮球开关(霍尔浮球传感器或是水位传感器)和水位监测主机组成，水位传感器接口短路时有效，相应水位指示灯亮，开路时无效，相应水位指示灯灭。当出现水位传感器非正常时，水位监测主机会对传感器故障数据进行置位，可通过通讯判断水位传感器的工作状态。

电缆工井气体监测单元能够监测工井内氧气、一氧化碳、硫化氢、二氧化碳的含量，保障工井内工作人员的人身安全。具体地，电缆工井气体监测单元由气体测试仪和气体监测主机组成，气体测试仪使用电化学原理的传感器，可以监测工井内部氧气、一氧化碳、硫化氢、二氧化碳的含量，并由气体监测主机将数据反馈给监测主机。

3、后台数据处理模块：该模块包括数据传输设备和后台数据处理软件。所述数据传输设备实现监测主机与网络服务器间的数据传输，将数据采集模块测量的所有数据通过网络传输给后台服务器。所述后台数据处理软件需要用户名密码登录，处理收到的测量数据，将其显示在主界面，并判断高压电缆的运行状态和运行环境状态。其中为保证信息安全性，后台数据处理软件采用用户权限识别的方式登录，在主界面实时显示电缆的运行状态和运行环境状态，并具有数据处理功能，通过长时间的数据采集预判电缆缺陷。

本发明的监测装置适用范围广，能够帮助运维人员及时发现高压电缆的运行缺陷，极大地降低了运维检修成本，缩短了故障停电时间，维护了电网稳定性。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。