一种电缆及其工况监测预警系统的制作方法

本发明涉及电缆监测及预警技术领域，尤其涉及一种电缆及其工况监测预警系统。

背景技术：

随着城镇化的推进，城市化规模的建设迅速加快，用于传输电能的电力电缆也在不断的延伸构成了供电网络，电缆分布广、相距远等特点构成了规模庞大的地下电缆网络。地下电缆所处的环境恶劣复杂多变，如个别地方的积水、沟内井内的有害气体等对电缆的安全可靠供电造成了不利的影响。现有的监测系统仅对电缆的环流和局放量进行监测，预警准确性差，且无法快速定位到电缆故障位置。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电缆及其工况监测预警系统，解决了现有的监测系统仅对电缆的环流和局放量进行监测，预警准确性差，且无法快速定位到电缆故障位置的问题。

本发明提供一种电缆及其工况监测预警系统，包括数据处理器、数据采集卡、环境参量采集器、电流采集卡、电流互感器、定位模块、通信模块、电源、服务器；所述电源与所述数据处理器、数据采集卡、环境参量采集器、电流采集卡、电流互感器、定位模块、通信模块、服务器连接，所述数据处理器与所述数据采集卡、电流采集卡、定位模块、通信模块、服务器连接，所述数据采集卡与所述环境参量采集器连接，所述电流采集卡与所述电流互感器连接，所述定位模块用于定位系统的位置，所述环境参量采集器采集电缆隧道内的环境参量，所述电流互感器采集电缆三相电流信号，所述数据处理器根据所述电流信号计算电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号，并生成报警信息，所述数据处理器通过所述通信模块将所述环境参量、所述电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号、所述报警信息、所述系统的位置上传至所述服务器，所述服务器通过所述环境参量、所述电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号、所述报警信息、所述系统的位置定位故障具体部位。

进一步地，所述电流采集卡包括工频采集卡、高频采集卡。

进一步地，所述电流互感器包括工频电流互感器、高频电流互感器，所述工频采集卡与所述工频电流互感器连接，所述高频采集卡与所述高频电流互感器连接，所述工频电流互感器采集电缆三相工频电流，所述高频电流互感器采集电缆三相高频电流。

进一步地，所述工频电流互感器、所述高频电流互感器采用穿芯方式安装电缆屏蔽层接地线上。

进一步地，所述工频采集卡为轨到轨运算放大器，所述高频采集卡为高增益运算放大器。

进一步地，所述环境参量采集器包括温湿度传感器、水浸传感器、烟雾传感器、噪声传感器、光照传感器、红外传感器。

进一步地，所述通信模块包括zigbee模块、433m组态网模块、gprs模块、光纤通信模块。

进一步地，所述数据处理器为内置arm硬核的fpga。

进一步地，所述定位模块为gps/北斗模块，所述gps/北斗模块与卫星导航系统通信连接。

进一步地，所述电源为太阳能电池、电流互感器感应取电模块、交流电源、锂电池。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种电缆及其工况监测预警系统，包括数据处理器、数据采集卡、环境参量采集器、电流采集卡、电流互感器、定位模块、通信模块、电源、服务器；电源与数据处理器、数据采集卡、环境参量采集器、电流采集卡、电流互感器、定位模块、通信模块、服务器连接，数据处理器与数据采集卡、电流采集卡、定位模块、通信模块、服务器连接，数据采集卡与环境参量采集器连接，电流采集卡与电流互感器连接，定位模块用于定位系统的位置，环境参量采集器采集电缆隧道内的环境参量，电流互感器采集电缆三相电流信号，数据处理器根据电流信号计算电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号，并生成报警信息，数据处理器通过通信模块将环境参量、电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号、报警信息、系统的位置上传至服务器，服务器通过环境参量、电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号、报警信息、系统的位置定位故障具体部位。本发明在不改变电力设备一次接线方式的前提下，通过宽频域电流互感器实时监测电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压等宽频域小信号，通过温度传感器、湿度传感器、水位传感器、烟雾传感器、噪声传感器、光照传感器、红外传感器实时监测电缆隧道内的各种环境参量，能够准确获得运行状态下电缆的绝缘劣化演变过程和过电压水平，为电缆过电压治理、优化绝缘配合和制定电缆运行、检修策略提供实测依据，能够让电缆隧道管理部门及时得到相关事故的状况和位置信息，实现电缆过电压及绝缘状态监测预警，快速排除故障。本系统基于硬件实现，实时处理，监测及预警过程无需软件干预。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种电缆及其工况监测预警系统示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

一种电缆及其工况监测预警系统，如图1所示，包括数据处理器、数据采集卡、环境参量采集器、电流采集卡、电流互感器、定位模块、通信模块、电源、服务器；电源与数据处理器、数据采集卡、环境参量采集器、电流采集卡、电流互感器、定位模块、通信模块、服务器连接，数据处理器与数据采集卡、电流采集卡、定位模块、通信模块、服务器连接，数据采集卡与环境参量采集器连接，电流采集卡与电流互感器连接，定位模块用于定位系统的位置，环境参量采集器采集电缆隧道内的环境参量，电流互感器采集电缆三相电流信号，数据处理器根据电流信号计算电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号，并生成报警信息，数据处理器通过通信模块将环境参量、电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号、报警信息、系统的位置上传至服务器，服务器通过环境参量、电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号、报警信息、系统的位置定位故障具体部位。如：数据处理器实时采集电缆上过电压状态，若有过电压事件发生则存储过电压波形，并对上告警；针对电缆的绝缘水平，在电力电缆金属护层接地引下线上监测高频局放量和泄漏电流，并通过对比多个电力电缆金属护层及接地引下线上泄漏电流计算出相对介损，确定故障电缆段，并通过进一步的服务器分析，定位故障具体部位。

因需要采集a、b、c三相从工频到高频的频段范围内的泄漏电流、局放、相对介损、谐波，且泄漏电流中某些高频分量为突发性脉冲，需要无缝采集才能保证百分百采集到。优选的，数据处理器为内置arm硬核的fpga。系统对于高频信号采用100m采用率，ad分辨率为12bit,a、b、c三相同步采集，每秒钟产生3.6gbit数据，内置arm硬核的fpga能够扩展通道，实现无缝高速数据采集和处理，同步并发采集，处理3个高频采集通道，3个工频采集通道数据，并且可保证多芯片之间的同步采集。

在一实施例中，高压电缆为单芯结构，单芯电缆金属护层在正常情况下单点接地，金属护层上环流很小，主要为容性电流，若护层两端接地，则环流显著增加，严重时可达主电流的90％以上。因此环流和局放量变化是电缆损坏的表现形式。电缆在绝缘击穿前通常会有局部放电的发展过程，局放初期放电量较小，一般不会对设备造成严重影响，但在高电压长期作用下会发展为贯穿性放电。局放检测可以判断电缆在运行中的局部放电水平，被认为是检测电缆绝缘缺陷发展的最有效。本系统可以判断电缆运行时产生强大的感应电，导致对电缆中波纹管放电，波纹管击穿，或产生热量，绝缘老化，电缆击穿。实现电缆运行正常，降低故障率，提前预警。因为介损可反映电缆绝缘水平，通过定量测量高压电缆的介损及介损变化率，能有效评估高压电缆的绝缘老化状态。具体地，通过a、b、c三相接地电流同步采集，对比线电压或公共参考点，所有采集点通过卫星同步，监测整个电缆不同点的相对介损，评估高压电缆的绝缘水平。因为谐波污染会导致电缆损坏风险增大，谐波污染会使电缆的介质损耗，输电损耗增大，泄漏电流上升，温升增大及局部放电增加，引起单相接地故障的可能性增加。因此通过高速高分辨率ad多点采集加傅里叶变换，检测2-50次谐波。优选的，电流采集卡包括工频采集卡、高频采集卡。优选的，电流互感器包括工频电流互感器、高频电流互感器，工频采集卡与工频电流互感器连接，高频采集卡与高频电流互感器连接，工频电流互感器采集电缆三相工频电流，高频电流互感器采集电缆三相高频电流。优选的，工频电流互感器、高频电流互感器采用穿芯方式安装电缆屏蔽层接地线上。工频电流互感器可同步耦合从50hz～30m的电流信号，给后级的数据采集模块；高频电流互感器可同步耦合从3m～30m范围内。优选的，工频采集卡为轨到轨运算放大器，将采集到的数据传递到数据处理器的adc接口，可测量范围100ma～50a，高频采集卡为高增益运算放大器，最小可采集5pc局放量，增益可达到40db，线性度误差不大于15％。在不改变电力设备一次接线方式的前提下，通过电缆的接地线，采用穿心结构，通过宽频域电流互感器，实时监测电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、包括工频过电压、操作过电压以及雷电过电压在内的各种过电压等宽频域小信号，同步采集操作过电压以及雷电过电压时的局放量，能够准确获得运行状态下电缆的绝缘劣化演变过程和过电压水平，为电缆过电压治理、优化绝缘配合和制定电缆运行、检修策略提供实测依据。

在一实施例中，优选的，环境参量采集器包括温湿度传感器、水浸传感器、烟雾传感器、噪声传感器、光照传感器、红外传感器。通过温度传感器、湿度传感器、水位传感器、烟雾传感器、噪声传感器、光照传感器、红外成像摄像头实时监测电缆隧道内的各种环境参量。温湿度传感器检测电缆沟道的环境信息，水浸传感器探测电缆是否被水淹没，探测电缆的工况，烟雾传感器检测烟雾浓度，电缆起火前会产生一定浓度的烟雾，通过检测可以快速定位故障点，噪声传感器检测局部放电或电缆击穿等故障时产生的噪音信息，快速定位故障位置，如果电流故障起火，可以通过光照传感器检测光照强度快速定位故障点，红外成像传感器通过红外测温，监测电缆接头处的温度变化，提前预警。隧道中的温度、湿度、烟雾、水位等环境参数对电力设备和工作人员的人身安全造成影响，对它们的监测能够有效保障电缆安全运行、保证工作人身安全、减少经济损失；通过抓取电缆出现故障时电缆隧道的温度、湿度、水浸、烟雾、噪声、光照强度、红外成像图谱，能够让电缆隧道管理部门及时得到相关事故的状况和位置信息，实现电缆过电压及绝缘状态监测预警快速排除故障。

在一实施例中，优选的，定位模块为gps/北斗模块，gps/北斗模块与卫星导航系统通信连接。gps/北斗模块定位各个监测点位置，同时作为各个采集点的同步信号使用。优选的，通信模块包括zigbee模块、433m组态网模块、gprs模块、光纤通信模块。各系统之间通过通信模块组网。优选的，电源为太阳能电池、电流互感器感应取电模块、交流电源、锂电池。

本发明提供一种电缆及其工况监测预警系统，包括数据处理器、数据采集卡、环境参量采集器、电流采集卡、电流互感器、定位模块、通信模块、电源、服务器；电源与数据处理器、数据采集卡、环境参量采集器、电流采集卡、电流互感器、定位模块、通信模块、服务器连接，数据处理器与数据采集卡、电流采集卡、定位模块、通信模块、服务器连接，数据采集卡与环境参量采集器连接，电流采集卡与电流互感器连接，定位模块用于定位系统的位置，环境参量采集器采集电缆隧道内的环境参量，电流互感器采集电缆三相电流信号，数据处理器根据电流信号计算电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号，并生成报警信息，数据处理器通过通信模块将环境参量、电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号、报警信息、系统的位置上传至服务器，服务器通过环境参量、电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压信号、报警信息、系统的位置定位故障具体部位。本发明在不改变电力设备一次接线方式的前提下，通过宽频域电流互感器实时监测电缆环流、谐波、介质损耗、高频局放量、过电压等宽频域小信号，通过温度传感器、湿度传感器、水位传感器、烟雾传感器、噪声传感器、光照传感器、红外传感器实时监测电缆隧道内的各种环境参量，能够准确获得运行状态下电缆的绝缘劣化演变过程和过电压水平，为电缆过电压治理、优化绝缘配合和制定电缆运行、检修策略提供实测依据，能够让电缆隧道管理部门及时得到相关事故的状况和位置信息，实现电缆过电压及绝缘状态监测预警，快速排除故障。本系统基于硬件实现，实时处理，监测及预警过程无需软件干预。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。