一种电缆绝缘状态监控系统及方法与流程

本公开涉及电力电网技术领域，尤其涉及一种电缆绝缘状态监控系统及方法。

背景技术：

电力电缆作为供电系统的重要能量传输元件，但在电力电缆运行过程中，电力电缆会因绝缘老化或受损等原因导致绝缘水平下降，进而导致供电系统不平衡运行甚至引发短路故障，影响供电系统的可靠性。因此，从供电可靠性和安全性出发，需要对供电系统中的电力电缆的绝缘状态进行实时监测。

技术实现要素：

本公开提供一种电缆绝缘状态监控系统及方法，通过同步测量的方式提取电缆运行过程中的电压、电流信号，进而实现对电缆绝缘状态的有效监控。

本公开的技术方案如下：

根据本公开实施例的第一方面，提供一种电缆绝缘状态监控系统，所述系统包括第一电信号采集组件、第二电信号采集组件、第一信号同步器、第二信号同步器和绝缘监控设备；

所述第一电信号采集组件设置于被测电缆的第一端，所述第二电信号采集组件设置于被测电缆的第二端，且所述第一电信号采集组件与所述第一信号同步器和所述绝缘监控设备分别连接，所述第二电信号采集组件与所述第一信号同步器和所述绝缘监控设备分别连接；

其中，所述第一信号同步器和所述第二信号同步器用于在接收到预设的同步控制信号时，分别向所述第一电信号采集组件和所述第二电信号采集组件发送同步采集信号，使得所述第一电信号采集组件和所述第二电信号采集组件对所述被测电缆的第一端和第二端处的电信号进行同步采集；

所述绝缘监控设备用于根据接收到的所述第一电信号采集组件和所述第二电信号采集组件发送的电信号，对所述被测电缆的绝缘状态进行监控。

进一步，作为一种可能的实现方式，所述第一电信号采集组件和所述第二电信号采集组件均包括信号采集器、至少一个电流互感器以及至少一个电压测量互感器；

在所述第一电信号采集组件中，所述信号采集器与所述第一信号同步器、至少一个所述电流互感器、至少一个所述电压测量互感器以及所述绝缘监控设备分别连接，至少一个所述电流互感器、至少一个所述电压测量互感器分别与所述被测电缆的第一端连接；

在所述第二电信号采集组件中，所述信号采集器与所述第二信号同步器、至少一个所述电流互感器、至少一个所述电压测量互感器以及所述绝缘监控设备分别连接，至少一个所述电流互感器、至少一个所述电压测量互感器分别与所述被测电缆的第二端连接。

进一步，作为一种可能的实现方式，所述电流互感器为穿心式电流互感器，所述电压测量互感器为三相电压互感器。

进一步，作为一种可能的实现方式，所述第一信号同步器和所述第二信号同步器为gps装置。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种电缆绝缘状态监控方法，应用于前述的电缆绝缘状态监控系统，所述方法包括：

在所述第一信号同步器和第二信号同步器接收到同步采集控制信号时，分别向所述第一电信号采集组件和所述第二电信号采集组件发送同步采集信号；

所述第一电信号组件在接收到所述同步采集信号时对所述被测电缆的第一端处的电信号进行采集，并将采集到的电信号发送给所述绝缘监控设备；

所述第二电信号组件在接收到所述同步采集信号时对所述被测电缆的第二端处的电信号进行采集，并将采集到的电信号发送给所述绝缘监控设备；

所述绝缘监控设备根据接收到的所述第一电信号采集组件和所述第二电信号采集组件发送的电信号对所述被测电缆的绝缘状态进行监控。

进一步，作为一种可能的实现方式，所述第一电信号组件发送的电信号中包括第一电流信号和第一电压信号，所述第二电信号组件发送的电信号中包括第二电流信号和第二电压信号，所述绝缘监控设备根据接收到的所述第一电信号采集组件和所述第二电信号采集组件发送的电信号对所述被测电缆的绝缘状态进行监控的步骤，包括：

所述绝缘监控设备根据所述第一电流信号、第一电压信号、第一电流信号和第一电压信号计算用于电缆绝缘状态评估的电缆绝缘参数；

如果所述电缆绝缘参数满足预设条件，判定所述被测电缆的绝缘状态良好。

进一步，作为一种可能的实现方式，所述电缆绝缘参数为绝缘电阻，该绝缘电阻g0为：

其中，表示第一电流信号的向量值，表示第一电压信号的相量值，表示第二电流信号的向量值，表示第一电压信号的相量值，是复数的相角。

进一步，作为一种可能的实现方式，所述电缆绝缘参数为分布电容，该分布电容c0为：

其中，表示第一电流信号的向量值，表示第一电压信号的相量值，表示第二电流信号的向量值，表示第一电压信号的相量值，是复数的相角，ω表示角速度。

进一步，作为一种可能的实现方式，所述电缆绝缘参数为介质损耗角正切值，该介质损耗角正切值tanδ为：

其中，表示第一电流信号的向量值，表示第一电压信号的相量值，表示第二电流信号的向量值，表示第一电压信号的相量值，是复数的相角。

进一步，作为一种可能的实现方式，在所述第一信号同步器和第二信号同步器接收到同步采集控制信号时，分别向所述第一电信号采集组件和所述第二电信号采集组件发送同步采集信号的步骤之前，所述方法还包括：

所述绝缘监控设备发送同步采集控制信号所述第一信号同步器和第二信号同步器。

本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

通过同步采集运行状态下的被测电缆两端的电信号，进而基于采集到的电信号实现对被测电缆的绝缘状态的有效监控，避免了相关技术中存在的有效信号提取难的问题。

附图说明

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

图1是根据一示例性实施例示出的缆绝缘状态监控系统的结构示意图。

图2是根据另一示例性实施例示出的缆绝缘状态监控系统的结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的π型线路参数等值电路模型的示意图。

图标：10-缆绝缘状态监控系统；11-第一电信号采集组件；12-第二电信号采集组件；13-第一信号同步器；14-第二信号同步器；15-绝缘监控设备。

为了使本领域普通人员更好地理解本公开的技术方案，下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开具体实施例及相应的附图对本公开技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等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，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

目前主要采用局部放电法、直流分量法、直流叠加法、交流叠加法、介质损耗角正切值(tanδ)测量法、零序电流法、接地线电流法等对电力电缆的绝缘状态进行在线监测，但前述方法均存在有效信号提取难度较大的问题，对电力电缆的绝缘状态进行监控的难度大。

此外，在电力电缆正常运行时，电力电缆的线路参数很小，所以电缆首末两端的电压电流差值较小。加之，电力电网中的电缆较长，使得两个测量点间距离较远，电缆首末两端的电压电流的差值更小，导致电缆绝缘状态的监控更加困难。鉴于此，本实施例给出一种电缆绝缘状态监控系统及方法，通过对电缆首末两端的电压电流进行同步采集，以更加准确的计算电缆的线路参数值，如绝缘电阻、分布电容或介质损耗角正切值等，实现对电缆绝缘状态的有效监控。

以下结合附图，详细说明本公开实施例提供的技术方案。

如图1所示，为一示例性实施例提供的电缆绝缘状态监控系统10的方框结构示意图，该电缆绝缘状态监控系统10包括第一电信号采集组件11、第二电信号采集组件12、第一信号同步器13、第二信号同步器14和绝缘监控设备15。第一电信号采集组件11设置于被测电缆的第一端(如首端，即图1中的“1”)，第二电信号采集组件12设置于被测电缆的第二端(如尾端，即图1中的“2”)，且第一电信号采集组件11与第一信号同步器13和绝缘监控设备15分别连接，第二电信号采集组件12与第二信号同步器12和绝缘监控设备15分别连接。

其中，第一信号同步器13和第二信号同步器14用于在接收到预设的同步控制信号时进行同步采集信号的发送，如第一信号同步器13向第一电信号采集组件11发送同步采集信号，第二信号同步器14向第二电信号采集组件12发送同步采集信号，使得第一电信号采集组件11和第二电信号采集组件12对被测电缆的第一端和第二端处的电信号进行采集、测量，以确保采集到的电信号的准确性。

可选地，在一些实现方式中，同步控制信号可以由绝缘监控设备15发送，也可以由其他终端发送等，例如，在本实施例中，为了确保同步测量的同步授时精度，可利用广域同步测量方法，也就是，通过gps授时实现纳秒级的高精度同步采样，而同步授时脉冲信号可以由全球定位系统等提供。基于此，本实施例给出的第一信号同步器13和第二信号同步器14可以采用，但不限于gps装置，该gps装置可在接收到如全球定位系统提供的同步授时脉冲信号(即同步控制信号)时，向第一电信号采集组件11和第二电信号采集组件12提供同步采集信号。

进一步，第一电信号采集组件11和第二电信号采集组件12用于根据接收到的同步采集信号对被测电缆的两端的电信号进行采集，该电信号可以包括电流信号和电压信号，如工频工作电压信号、工频负载电流信号等。

可选地，请结合参阅图2，作为一种可能的实现方式，第一电信号采集组件11和第二电信号采集组件12均可包括信号采集器、至少一个电流互感器以及至少一个电压测量互感器。其中，在第一电信号采集组件11中，信号采集器与第一信号同步器13、至少一个电流互感器、至少一个电压测量互感器以及绝缘监控设备15分别连接，至少一个电流互感器、至少一个电压测量互感器分别与被测电缆的第一端(如图2中的“1”)连接。

在第二电信号采集组件12中，信号采集器与第二信号同步器14、至少一个电流互感器、至少一个电压测量互感器以及绝缘监控设备15分别连接，至少一个电流互感器、至少一个电压测量互感器分别与被测电缆的第二端(如图2中的“2”)连接。

需要说明的是，图2中所示的“ta1”为第一电信号采集组件11中的电流互感器、“pt1”为第一电信号采集组件11中的电压测量互感器、“ta2”为第二电信号采集组件12中的电流互感器、“pt2”为第二电信号采集组件12中的电压测量互感器、“m”为与被测电缆连接的负载、“j”为连接于负载与被测电缆之间的开关。在实际应用中，开关j是否闭合，均可基于本实施例给出的技术方案对被测电缆进行绝缘状态监控。

另外，第一电信号采集组件11、第二电信号采集组件12中的电流互感器、电压测量互感器的数量可根据被测电缆的实际情况进行设定，例如，请再次参阅图2，图2中所示的被测电缆为三相电缆(如a、b、c)，因此，图2中所示的第一电信号采集组件11、第二电信号采集组件12中的电流互感器可以为三个、电压测量互感器可以为一个，分别用于测量各相线缆上的电流信号、电压信号。

可选地，电流互感器和电压测量互感器的型号可根据需求进行选取，例如，本实施例中，电流互感器可以选用，但不限于穿心式电流互感器，电压测量互感器可以选用，但不限于三相电压互感器。应注意的是，在实际实施时，为了使由电流互感器和电压测量互感器本身的测量精度引起的误差降到最低，确保采集到的电流信号和电压信号的准确性，第一电信号采集组件11中的电流互感器、电压测量互感器的型号及规格，可与第二电信号采集组件12中的电流互感器、电压测量互感器的型号及规格一致。

进一步，绝缘监控设备15用于根据接收到的第一电信号采集组件11和第二电信号采集组件12发送的电信号，对被测电缆的绝缘状态进行监控。其中，在第一电信号组件11发送的电信号中包括第一电流信号和第一电压信号，第二电信号组件12发送的电信号中包括第二电流信号和第二电压信号时，绝缘监控设备15可根据第一电流信号、第一电压信号、第一电流信号和第一电压信号计算用于电缆绝缘状态评估的电缆绝缘参数，如绝缘电阻(即电缆线路电导)、分布电容及介质损耗角正切值等。

本实施例中，以图3所示所示的电力电缆的π型线路参数等值电路模型为例，对前述的电缆绝缘状态监控流程进行说明，具体为：

首先，可根据该π型线路参数等值电路模型得出线路导纳与电缆首末(第一端、第二端)两端的电压与电流的关系为

其次，基于得到的前述电压与电流的关系可进一步得到绝缘电阻g0为分布电容c0为介质损耗角正切值tanδ为

其中，表示第一电流信号的向量值，表示第一电压信号的相量值，表示第二电流信号的向量值，表示第一电压信号的相量值，是复数的相角，ω表示角速度。

最后，基于计算得到的绝缘电阻g0、分布电容c0和介质损耗角正切值tanδ中的至少一种判断电缆绝缘状态是否良好，例如，如果电缆绝缘参数为绝缘电阻，可以判断绝缘电阻是否大于第一预设值，若大于，则判定被测电缆的绝缘状较差，反之，判定被测电缆的绝缘状良好。

又例如，如果电缆绝缘参数为分布电容，可以判断分布电容是否大于第二预设值，若大于，则判定被测电缆的绝缘状较差，反之，判定被测电缆的绝缘状良好。

又例如，如果电缆绝缘参数为介质损耗角正切值时，可以判断绝缘电阻是否位于预设区间内，若位于预设区间，则判定被测电缆的绝缘状良好，反之，判定被测电缆的绝缘状较差。

应注意，关于前述的第一预设、第二预设值、预设区间的实际大小需要根据被测电缆的材质等进行设定，本实施例对此不再赘述。此外，由于绝缘监控设备15在基于接收到的电信号进行绝缘状态监控时，采用的对电信号进行向量处理后的向量信号，因此，关于电信号的向量处理过程可以是在第一信号采集组件11(如信号采集器)和第二信号采集组件12(如信号采集器)上进行，也可以是在绝缘监控设备15上进行，本实施例对此不做限制。

需要说明的是，在基于图1、图2给出的电缆绝缘状态监控系统10实现电缆绝缘状态监控时，电缆(即电缆屏蔽层)的接地方式不受限制，例如，电缆可以不接地、可以单端接地、可以双端接地、还可以交叉互联接地等。

进一步，基于前述电缆绝缘状态监控系统10的描述，本实施例还给出一种应用于前述电缆绝缘状态监控系统10上的电缆绝缘状态监控方法，该方法包括下述的s10至s40。

s10，在第一信号同步器13和第二信号同步器14接收到同步采集控制信号时，分别向第一电信号采集组件11和第二电信号采集组件12发送同步采集信号。

s20，第一电信号组件11在接收到同步采集信号时对被测电缆的第一端处的电信号进行采集，并将采集到的电信号发送给绝缘监控设备15。

s30，第二电信号组件12在接收到同步采集信号时对被测电缆的第二端处的电信号进行采集，并将采集到的电信号发送给绝缘监控设备15。应注意，实际实施时，s20和s30需同时实现，以对被测电缆的第一端和第二端处的电信号进行同步采集，确保后续绝缘状态监控结果的准确性。

s40，绝缘监控设备15根据接收到的第一电信号采集组件11和第二电信号采集组件12发送的电信号对被测电缆的绝缘状态进行监控。

可选地，作为一种可能的实现方式，在第一电信号组件发送的电信号中包括第一电流信号和第一电压信号，第二电信号组件发送的电信号中包括第二电流信号和第二电压信号时，s40可通过下述s400和s410实现，内容如下。

s400，绝缘监控设备15根据第一电流信号、第一电压信号、第一电流信号和第一电压信号计算用于电缆绝缘状态评估的电缆绝缘参数。

可选地，电缆绝缘参数可以为，但不限于绝缘电阻(即电缆线路电导)、分布电容及介质损耗角正切值等。本实施例中，以图3所示的电力电缆的π型线路参数等值电路模型为例，根据该模型可以得出线路导纳与电缆首末两端的电压电流的关系为基于该关系可以得到绝缘电阻g0为分布电容c0为介质损耗角正切值tanδ为其中，表示第一电流信号的向量值，表示第一电压信号的相量值，表示第二电流信号的向量值，表示第一电压信号的相量值，是复数的相角。

s410，如果电缆绝缘参数满足预设条件，判定被测电缆的绝缘状态良好。

其中，根据电缆绝缘参数的不同，s410中的预设条件有所不同。例如，在电缆绝缘参数为绝缘电阻时，预设条件可以是判断绝缘电阻是否大于第一预设值，若大于，则判定被测电缆的绝缘状较差，反之，判定被测电缆的绝缘状良好。

又例如，在电缆绝缘参数为分布电容时，预设条件可以是判断分布电容是否大于第二预设值，若大于，则判定被测电缆的绝缘状较差，反之，判定被测电缆的绝缘状良好。

又例如，在电缆绝缘参数为介质损耗角正切值时，预设条件可以是判断绝缘电阻是否位于预设区间内，若位于预设区间，则判定被测电缆的绝缘状良好，反之，判定被测电缆的绝缘状较差。

应注意，关于前述的第一预设、第二预设值、预设区间的实际大小需要根据被测电缆的材质等进行设定，本实施例对此不再赘述。实际实施时，本实施例中除可通过绝缘电阻、分布电容及介质损耗角正切值判断电缆的绝缘状态是否良好之外，还可基于绝缘电阻、分布电容及介质损耗角正切值确定导致电缆绝缘下降的原因，如受潮、老化、机械损伤等，对此本实施例不再赘述。

进一步，在s10之前，本实施例给出的方法还包括：绝缘监控设备发送同步采集控制信号第一信号同步器13和第二信号同步器14。

需要说明的是，由于本实施例给出的电缆绝缘状态监控方法具有与前述电缆绝缘状态监控系统相同或相应的技术特征，因此，关于电缆绝缘状态监控方法的详细描述可参照对前述电缆绝缘状态监控系统的详细描述，本实施例对此不再赘述。

由前述描述可知，在本公开给出的上述电缆绝缘状态监控系统及方法中，通过在电缆绝缘状态监控系统10中设置第一信号同步器13和第二信号同步器14，使得第一电信号采集组件11和第二电信号采集组件12能够对被测电缆两端的电信号进行同步采集，从而基于采集到的电信号实现对被测电缆的绝缘状态的有效监控，避免现有技术中的需要进行有效信号提取时存在信号提取难度大的问题。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。