一种电缆监测装置和方法与流程

本申请涉及电气设备监测保护技术领域，尤其涉及一种电缆监测装置和方法。

背景技术：

随着国民经济的快速发展，对配电系统的输送功率和可靠性的需求不断递增。对于诸如金融，商业和政府中心这些面积大，人口密度高，对国民经济有重大影响的区域，配电系统的高容量和可靠性是其关键需求和重要保障。容量的限制会阻碍区域的发展，而由于容量增加和系统运行方式改变带来的短路电流增加，会给系统安全带来不利影响。重大的电网中断会对区域的经济效益和安全造成很大的冲击。因此，同时满足扩容和可靠性需求，是目前配电系统改造和升级的一大课题。

传统的电力设备上的改造和升级具有占地面积大，施工难度高，资源浪费等缺点，已经不适于用在城市高密度负荷区域。限流型高温超导电缆是一种可以利用超导体失超电阻进行限流的高温超导电缆，既具有超导电缆通流大，体积小等优点，又能在系统发生短路故障时限制故障电流，在提高供电容量的同时保证供电可靠性。同时，由于其能够将短路电流限制到一个较低水平，可以在扩容的同时对配电网采用闭环的运行方式，提高系统的可靠性。

尽管限流型高温超导电缆是利用其失超电阻限制故障电流，但若故障电流幅值过大，可能会超过电缆限流的设计范围，这是不被允许的。此外，在电力系统中运行时必将经受诸如系统短路故障、瞬时大负荷冲击等各种情况，使得电缆本体热量堆积，进一步产生深度失超，对电缆产生了极大的损伤。因此，为确保限流型高温超导的安全运行，需要深入研究其监控保护技术。

对于高温超导电缆，已有的保护方案主要是通过加强电缆本体承载能力以确保其运行的安全性，但是并不具有较好的经济性、普适性。

技术实现要素：

本申请提供了一种电缆监测装置和方法，能够实时监测限流型超导电缆在电力系统中运行时的运行参数，当判断电缆未处于安全运行状态时，能够即时采取相应的保护动作。

本申请第一方面提供了一种电缆监测装置，包括：主控芯片、信号采集模块、待检测电缆、第一电缆保护模块和状态评估模块；所述信号采集模块、所述第一电缆保护模块和所述状态评估模块都与所述主控芯片连接，所述第一电缆保护模块和所述信号采集模块都与所述待检测电缆连接；

所述信号采集模块获取电力系统和所述待检测电缆的运行信息，并将获取的所述运行信息发送至所述状态评估模块；

所述状态评估模块根据接收到的所述运行信息判断所述电力系统和所述待检测电缆是否运行正常，若运行不正常，发送第一保护信号至所述主控芯片；

所述主控芯片根据接收到的所述第一保护信号发送第二保护信号至所述第一电缆保护模块；

所述第一电缆保护模块根据接收到的所述第二保护信号切除所述待检测电缆。

优选的，还包括第二电缆保护模块，所述第二电缆保护模块与所述第一电缆保护模块连接，用于人工切除所述待检测电缆。

优选的，还包括数据处理模块，所述数据处理模块与所述主控模块连接，用于对采集的运行数据进行相关处理

优选的，还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块与所述主控芯片连接。

优选的，还包括信号处理模块，所述信号处理模块与所述无线通讯模块连接，用于对模拟信号进行采样、滤波以及进行信号转换。

优选的，所述信号采集模块具体包括电力系统信息采集单元、电缆运行状态采集单元和电缆本体信号采集单元；所述电力系统信息采集单元与所述电缆运行状态采集单元连接，所述电缆运行状态采集单元与所述状态评估模块连接，所述电缆本体信号采集模块与所述状态评估模块连接。

优选的，所述状态评估模块具体包括电力系统信息评估单元和电缆状态评估单元；所述电缆状态评估单元与所述主控芯片连接；所述电力系统信息评估单元与所述电缆运行状态采集单元连接；所述电力系统信息评估单元与电缆本体信号采集模块连接；所述电力系统信息评估单元与所述主控芯片连接。

优选的，所述数据处理模块具体包括转换信号单元、状态判断单元限和信号选择单元；所述转换信号单元用于将时域信号转换为频域信号；所述状态判断单元用于判断电力系统和所述待检测电缆的运行状态；所述信号选择单元用于设定多信号的优先级。

优选的，所述待检测电缆具体为限流型超导电缆。

本申请第二方面提供了一种电缆监测方法，所述电缆监测方法在如前所述的一种电缆监测装置执行，包括：

s1、获取电力系统和第一待检测电缆的运行状态参数；

s2、根据所述运行状态参数判断所述电力系统和所述待检测电缆是否异常；若是，切除所述第一待检测电缆。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种电缆监测装置和方法，装置包括：主控芯片、信号采集模块、待检测电缆、信号处理模块、第一电缆保护模块和状态评估模块；所述信号采集模块、所述信号处理模块、所述第一电缆保护模块和所述状态评估模块都与所述主控芯片连接，所述信号采集模块与所述信号处理模块连接，所述第一电缆保护模块和所述信号采集模块都与所述待检测电缆连接；所述信号采集模块获取电力系统和所述待检测电缆的运行信息，并将获取的所述运行信息发送至所述状态评估模块；所述状态评估模块根据接收到的所述运行信息判断所述电力系统是否运行正常，若运行不正常，发送第一保护信号至所述主控芯片；所述主控芯片根据接收到的所述第一保护信号发送第二保护信号至所述第一电缆保护模块；所述第一电缆保护模块根据接收到的所述第二保护信号切除所述待检测电缆。

本申请通过信号采集模块实时获取待检测电缆在运行时的运行状态参数，并根据运行状态参数判断待检测电缆是否处于安全运行状态，如果不是，则切除待检测电缆，保证超导限流型电缆在运行时的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请提供的一种电缆监测装置的第一实施例的结构示意图；

图2为本申请提供的一种电缆监测装置的第二实施例的结构示意图；

图3为本申请提供的一种电缆监测装置的第二实施例的流程示意图一；

图4为本申请提供的一种电缆监测装置的第二实施例的流程示意图二。

附图说明：10：主控芯片；20：信号采集模块；30：待检测电缆；40：第一电缆保护模块；50：状态评估模块；60：第二电缆保护模块；70：数据处理模块；80：无线通讯模块；90：信号处理模块；21：电力系统信息采集单元；22：电缆运行状态采集单元；23：电缆本体信号采集单元；51：电力系统信息评估单元；52：电缆状态评估单元；71：转换信号单元；72：状态判断单元；73：信号选择单元。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种电缆监测装置和方法，能够实时获取待检测电缆在运行时的运行状态参数，并根据运行状态参数判断待检测电缆是否处于安全运行状态，若否，切除待检测电缆，保证超导限流型电缆在运行时的安全性。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请提供的一种电缆监测装置的第一实施例的结构示意图；其中，图中的虚线箭头表示的是信号指令的传达方向，而实线箭头表示的是相关动作命令的传达方向。

本申请第一实施例提供了一种电缆监测装置，包括：主控芯片10、信号采集模块20、待检测电缆30、第一电缆保护模块40和状态评估模块50；信号采集模块20、第一电缆保护模块40和状态评估模块50都与主控芯片10连接，第一电缆保护模块40和信号采集模块20都与待检测电缆30连接；

信号采集模块20获取电力系统和待检测电缆30的运行信息，并将获取的运行信息发送至状态评估模块50；

状态评估模块50根据接收到的运行信息判断电力系统和待检测电缆30是否运行正常，若运行不正常，发送第一保护信号至主控芯片10；

主控芯片10根据接收到的第一保护信号发送第二保护信号至第一电缆保护模块40；

所述第一电缆保护模块40根据接收到的第二保护信号切除待检测电缆30。

需要说明的是，本申请第一实施例提供的一种电缆监测装置，信息采集模块采集电力系统和待检测电缆30的运行信号，其中运行信号包括有电压、电流和温度等等运行状态参数，并将采集到的运行信号进行滤波处理以获得相应的运行信息，并将运行信息发送至状态评估模块50，该运行状态评估模块50根据接收到的运行信息对电力系统和待检测电缆30的运行状态进行判断，如果运行状态不正常，则发送第一保护信号至主控芯片10，主控芯片10接收到该第一保护信号后根据该信号发送第二保护信号至第一电缆保护模块40，以使该第一电缆保护模块40根据该第二保护信号切除电缆。

本申请第一实施例提供的一种电缆监测装置，通过采集电力系统和待检测电缆30在实时运行中的运行状态参数，并根据获得的参数信息判断电力系统和电缆的运行状态是否正常，若发现处于不正常状态，则采取相关保护措施，以保证待检测电缆30在实际电力系统中运行时的安全性，该第一电缆保护模块40具体为有断路器等装置组成，由能够将限流电缆从线路中切除的装置集合而成。

参见图2-4，图2为本申请提供的一种电缆监测装置的第二实施例的结构示意图；图3为本申请提供的一种电缆监测装置的第二实施例的流程示意图一；图4为本申请提供的一种电缆监测装置的第二实施例的流程示意图二；其中，图中的虚线箭头表示的是信号指令的传达方向，而实线箭头表示的是相关动作命令的传达方向。

还包括第二电缆保护模块60，第二电缆保护模块60与第一电缆保护模块40连接，用于人工切除所述待检测电缆30。

需要说明的是，第一电缆保护模块40为自动保护模块，第二电缆保护模块60为手动保护模块，其中，第一电缆保护模块40用于接收主芯片发送的第二保护信号并根据该第二保护信号实现保护控制机构的作用，包括线路断路器和重合闸等切断线路装置，当自动保护模块出现故障，或者相关运维人员想要通过手动保护模块进行相关保护装置的操作时，可以通过该手动保护模块来实行保护措施。

还包括数据处理模块70，数据处理模块70与主控芯片10连接，用于对采集的运行数据进行相关处理。

需要说明的是，数据类型包括所采集的系统电压、电流数据、电缆的电压、电流以及温度等运行数据；相应的数据处理包括数据的分析、存储以及上传至主控芯片10等。

数据处理模块70为主控芯片10的后台数据及算法处理模块，信息采集模块采集电力系统和待检测电缆30的运行信号，其中运行信号包括有电压、电流和温度等等运行状态参数，并将采集到的运行信号进行滤波处理以获得相应的运行信息，将该运行信息的相关数据发送给主控芯片10，主控芯片10将接收到的相关数据通过主芯片的数据处理模块70进行相关的算法解析，以获得相关的数据对应的运行状态参数信息。

需要说明的是，主控芯片10可以是dsp芯片。

还包括无线通讯模块80，无线通讯模块80与主控芯片10连接。

无线通讯模块80主要用于主控芯片10和信号处理模块90之间的通讯传输，其中，该无线通讯模块80主要由sp3238芯片(rs232收发器)、sim900a无线通讯芯片(可支持双频gsm/gprs无线通讯)组成；无线通讯模块80还可以为无线收/发器。

还包括信号处理模块90，信号处理模块90与无线通讯模块80连接，用于对模拟信号进行采样、滤波以及进行信号转换。

需要说明的是，信号处理模块90的作用是对模拟信号进行采样、滤波以及对模拟信号进行模/数转换等操作，能够达到滤除干扰，保持数据的真实性和准确性；特别地信号处理模块90可以为pc或带有操作系统的控制台等装置。

信号采集模块20具体包括电力系统信息采集单元21、电缆运行状态采集单元22和电缆本体信号采集单元23；电力系统信息采集单元21与电缆运行状态采集单元22连接，电缆运行状态采集单元22与状态评估模块50连接，电缆本体信号采集模块20与状态评估模块50连接。

状态评估模块50具体包括电力系统信息评估单元51和电缆状态评估单元52；电缆状态评估单元52与主控芯片10连接；电力系统信息评估单元51与电缆运行状态采集单元22连接；电力系统信息评估单元51与电缆本体信号采集模块20连接；电力系统信息评估单元51与主控芯片10连接。

需要说明的是，状态评估模块50为通过程序(比如matlab或是keil等编程工具)搭建的可实现状态评估的功能模块。

数据处理模块70具体包括转换信号单元71、状态判断单元72限和信号选择单元73；转换信号单元71用于将时域信号转换为频域信号；信号选择单元73用于设定多信号的优先级。

参见图4，为本申请提供的一种电缆监测装置的第二实施例的流程示意图二；信号选择单元73用于对图中的两路信号进行优先级进行综合评估：

若超导电缆本体运行正常(即当状态判断单元72给出的是“t”信号)，此时信号选择单元73将转换信号单元71发出的指令传送至主控芯片10；若超导电缆本体运行不正常(比如已经进入严重失超时，状态判断单元72给出“f”信号)，此时信号选择单元73将转换信号单元71发送的指令传送至主控芯片10；信号选择单元73的主要作用是保证电缆本体安全的前提下使得电缆参与整个装置的限流运作中。

无线通讯模块80具体包括sp3238芯片和sim900a无线通讯芯片。

待检测电缆30具体为限流型超导电缆。

本申请第二实施例第二方面提供了一种电缆监测方法，所述电缆监测方法在本申请第二实施例所述的一种电缆监测装置执行，包括：

s1、获取电力系统和第一待检测电缆30的运行状态参数；

s2、根据运行状态参数判断电力系统和待检测电缆30是否异常；若是，切除第一待检测电缆30，并安装第二待检测电缆30；

s3、监测待检测电缆30是否已切除，若是，令第二待检测电缆30为第一待检测电缆30，执行步骤s1；

s4、若否，通过人工切除所述第一待检测电缆30，安装第二待检测电缆30，并执行步骤s3。

以下将在图3提供的一种电缆监测装置的第二实施例的流程示意图一的基础上描述本申请第二实施例提供的一种电缆监测装置的工作流程：

s100、分别通过信号采集模块20的电力系统信息采集单元21、电缆运行状态采集单元22和电缆本体信号采集单元23采集电力系统和限流型超导电缆的相关运行状态参数，包括电压、电流和频率等等；

s200、电力系统信息评估单元51根据采集到的电力系统的运行状态参数对电力系统的运行状态参数进行判断，判断电力系统是否正常运行；

s210、如果电力系统正常运行，电缆状态评估单元52则对采集到的限流型超导电缆的运行状态参数进行判断，判断该电缆是否严重失超：根据超导体的特性和超导电缆的结构，判断限流型高温超导电缆是否失超主要有三个方面：(1)运行电流，当运行电流超过限流型高温超导电缆运行的极限电流值时，失超现象就会发生；(2)非电气量，当温度、压力、流量等参数超出安全范围，导致工作温度上升，限流型高温超导电缆就可能发生失超。由于温度是热量累积后逐渐上升的，因此需要提前对失超进行预判，需要综合考虑温度，流量和压力指标；(3)液氮循环冷却控制系统。当循环冷却系统发生故障时，势必会对超导电缆环境造成影响，因此有必要对其进行监测；

s211、若限流型超导电缆严重失超，则主控芯片10发送相关指令至第一电缆保护模块40，以使第一电缆保护模块40执行自动切除电缆操作；

s212、判断该失超电缆是否可靠切除；

s213、若是，检测可靠切除失超电缆后超导电缆的状态信息；

s214、根据检测到的电缆的状态信息，判断电缆是否恢复正常；若是，返回执行步骤s100；

s215、若否，则派遣专业维修人员通过第二电缆保护模块60对失超电缆进行人工切除操作；

s300、如果电力系统非正常运行，电缆状态评估单元52则对采集到的限流型超导电缆的运行状态参数进行判断，判断该电缆是否严重失超；若是，执行步骤s211；s400、执行电力系统原有的继电保护动作，配合断路器切除故障；

s500、执行重合闸操作，自动重合闸是断路器因某种故障原因分闸后，利用机械装置或继电自动装置使其自动重新合闸的设施。如电力系统发生的故障是暂时性的，经继电保护装置使断路器跳闸切断电源后，经预定时间再使其自动重合，如故障已自动消除，线路即重新恢复供电；如故障是持续性的，则断路器再次被跳闸，不再重合。在本场景中如果限流型超导电缆出现内部故障，此时重合闸操作会使得电缆在故障状态下带电运行，造成危险；

s600、判断重合闸是否重合成功，若是，返回执行步骤s100；

s700、若否，检测是否是限流型超导电缆严重失超，首先判断是内部故障还是外部故障；若是内部故障(包括内部短路故障、冷却系统故障和超导电缆本体故障等)导致不能进行自动重合闸操作；若是外部故障，即超导电缆遭遇外部短路电流冲击，而导致本体温升过大而电缆失超被迫切除，这种情况时，只要满足重合闸条件，可以进行自动重合闸操作；若是内部故障，即时限流型超导电缆严重失超，则执行步骤s211；

s800、若是外部故障，则执行自动重合闸操作，重新将高温超导电缆投入运行。

高温超导电缆的重合闸过程中的电缆本体温度变化可通过公式(1)表示：

其中ρ为超导带材的密度，k1、k2分别为超导层向内、向外的综合热导率，d1、d2分别为超导层内外径，d3、d4分别为外侧聚乙酰胺膜的内外径，t1、t2分别为液氮温度和超导层温度，dag、dhts是银和高温超导线材的密度，aag、ahts是电缆中银和高温超导线材的截面积，cag、chts是银和高温超导线材的比热。

再继续监测重新投运的超导电缆的运行状态；如若恢复正常，则重新进入监测状态；若为恢复正常，则需要派遣专业维修人员。

与此同时，控制限流型高温超导电缆投入阻抗进行限流势必对系统电流继电保护及重合闸产生影响。未降低该影响，本申请在实时监测限流型高温超导电缆的阻抗后，调整系统电流继电保护及重合闸的动作特性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。