(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号(10)授权公告号 CN 203759190 U(45)授权公告日 2014.08.06
(21)申请号 201420128828.0(22)申请日 2014.03.20
(73)专利权人陕西公众智能科技有限公司
地址710000 陕西省西安市雁塔区高新区沣
慧南路34号1幢1单元11502室(72)发明人梁红军 严学文 王娟婷 杨江维(51)Int.Cl.
G01R 31/12(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图1页权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(54)实用新型名称
一种配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统(57)摘要
本实用新型公开了一种配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，包括嵌套在电缆本体屏蔽层接地线上的高频电流传感器，采集器和工控机。通过安装在环网柜电缆屏蔽层接地线上的高频电流传感器耦合电缆本体的局部放电脉冲电流信号，耦合到的脉冲电流信号通过同轴电缆传送至采集器，对模拟信号经过放大、滤波、模数转换后变成数字信号，再以3G无线方式传送至工控机。工控机对所有传感器的信号分别进行分类识别分析、计算，并将这些通过计算获得的放电信息数据写入到数据库中，并显示放电信息数据结果。实现对环网柜电缆接头及本体产生的局部放电进行实时监测和定位，无需现场取电，无需铺设通讯线路，安装方便。CN 203759190 UCN 203759190 U
权 利 要 求 书
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1.一种配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，其特征在于，包括高频电流传感器（6）、采集器（9）和工控机（17），所述的高频电流传感器（6）嵌套在环网柜电缆本体屏蔽层接地线（7）上，所述的高频电流传感器（6）通过同轴电缆（8）连接到采集器（9）上的电缆采集通道（9-2）上，所述的采集器（9）里面设置有采集卡（9-1），所述的采集器（9）上分别通过缆线连接有GPS授时模块（16）、3G无线模块（15）和锂电池（14），所述的锂电池（14）上连接有太阳能电池板（13）、3G无线模块（15）和实现不同地点的采集器同时触发采集的GPS授时模块（16），所述的采集卡（9-1），用于对接收到的经同轴电缆（8）传输到采集器（9）中的环网柜电缆本体局部放电脉冲电流信号进行高速采样、存储，并对采样后的信号进行放大、滤波、模数转换后变成数字信号，然后通过3G无线模块（15）将数字信号传输到工控机（17）中；
所述的工控机（17），用于对接收到的数字信号分别进行分类识别分析、计算，并将这些通过计算获得的局部放电信息数据写入到数据库中，并显示局部放电信息数据。
2.根据权利要求1所述的配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，其特征在于，所述的采集卡（9-1）采用可实现100Msps、12Bit分辨率的高速采样、存储，每次分析可连续采样50个工频周期以上数据的高性能FPGA处理器。
3.根据权利要求1所述的配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，其特征在于，所述的工控机（17）中数据库获得的局部放电信息通过网线（12）传输到互联网。
4.根据权利要求1所述的配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，其特征在于，电缆（5）两端接头的环网柜电缆本体屏蔽层接地线（7）上分别设置高频电流传感器（6），两个高频电流传感器（6）分别通过同轴电缆（8）连接到各自的采集器（9）上的电缆采集通道（9-2）上，所述的采集器（9）里面设置有采集卡（9-1），所述的采集器（9）上分别通过缆线连接有GPS授时模块（16）、3G无线模块（15）和锂电池（14），所述的锂电池（14）上连接有太阳能电池板（13）、3G无线模块（15）和GPS授时模块（16），所述的采集卡（9-1），用于对接收到的经同轴电缆（8）传输到采集器（9）中的环网柜电缆本体局部放电脉冲电流信号进行高速采样、存储，并对采样后的信号进行放大、滤波、模数转换后变成数字信号，然后通过3G无线模块（15）将数字信号传输到工控机（17）中；
所述的工控机（17），用于对接收到的数字信号分别进行分类识别分析、计算，并将这些通过计算获得的局部放电信息数据写入到数据库中，并显示局部放电信息数据。
5.根据权利要求1所述的配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，其特征在于，所述的高频电流传感器（6）为监测频段为50KHZ-30MHZ的高频电流传感器。
6.根据权利要求1或5所述的配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，其特征在于，所述的高频电流传感器（6）为开合式钳形结构的高频电流传感器（6）。
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说 明 书
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一种配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统
技术领域
本实用新型涉及电气设备绝缘监测技术，具体涉及一种配网电缆局部放电在线监
测及放电位置定位系统。
[0001]
背景技术
电力电缆作为电力主要的传输通道，是输电中最为重要的设备。但是电缆运行末
期，受电缆本体绝缘的树枝老化，电-热老化及附件老化的影响，电力电缆的故障率将大幅上升。一旦出现电缆事故，将会影响人民生活，对国家、企业、个人造成经济损失。[0003] 局部放电检测一直是电缆绝缘（特别是塑料电缆）非破坏性电气检验的主要项目，越来越被看作是一种最有效的绝缘诊断方法，目的是观察和研究局部放电引起的绝缘老化问题。
[0004] 国内外运行经验和研究成果表明：XLPE电力电缆性能早期劣化或使用寿命很大程度上取决于其绝缘介质的树枝状老化，而局部放电测量是定量分析树枝状劣化程度的有效方法之一。但是现在还没有一套设备可以实现对配网电缆局部放电进行检测。
[0002]
实用新型内容
[0005] 本实用新型为了解决上述技术问题，提供了一种配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，对配网电缆的局部放电进行在线监测，及时发现电缆及接头的绝缘缺陷，并为评估其绝缘水平及老化程度提供判据，为电缆的检修工作提供依据且成本低。[0006] 本实用新型是通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，包括高频电流传感器、采集器和工控机，所述的高频电流传感器嵌套在环网柜电缆本体屏蔽层接地线上，所述的高频电流传感器通过同轴电缆连接到采集器上的电缆采集通道上，所述的采集器里面设置有采集卡，所述的采集器上分别通过缆线连接有GPS授时模块、3G无线模块和锂电池，所述的锂电池上连接有太阳能电池板、3G无线模块和实现不同地点的采集器同时触发采集的GPS授时模块，所述的采集卡，用于对接收到的经同轴电缆传输到采集器中的环网柜电缆本体局部放电脉冲电流信号进行高速采样、存储，并对采样后的信号进行放大、滤波、模数转换后变成数字信号，然后通过3G无线模块将数字信号传输到工控机中；[0008] 所述的工控机，用于对接收到的数字信号分别进行分类识别分析、计算，并将这些通过计算获得的局部放电信息数据写入到数据库中，并显示局部放电信息数据。[0009] 所述的采集卡采用可实现100Msps、12Bit分辨率的高速采样、存储，每次分析可连续采样50个工频周期以上数据的高性能FPGA处理器。
[0010] 所述的工控机中数据库获得的局部放电信息通过网线传输到互联网。
电缆两端接头的环网柜电缆本体屏蔽层接地线上分别设置高频电流传感器，两个
高频电流传感器分别通过同轴电缆连接到各自的采集器上的电缆采集通道上，所述的采集器里面设置有采集卡，所述的采集器上分别通过缆线连接有GPS授时模块、3G无线模块和
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锂电池，所述的锂电池上连接有太阳能电池板、3G无线模块和GPS授时模块，所述的采集卡，用于对接收到的经同轴电缆传输到采集器中的环网柜电缆本体局部放电脉冲电流信号进行高速采样、存储，并对采样后的信号进行放大、滤波、模数转换后变成数字信号，然后通过3G无线模块将数字信号传输到工控机中；[0012] 所述的工控机，用于对接收到的数字信号分别进行分类识别分析、计算，并将这些通过计算获得的局部放电信息数据写入到数据库中，并显示局部放电信息数据。[0013] 所述的高频电流传感器为监测频段为50KHZ-30MHZ的高频电流传感器。[0014] 所述的高频电流传感器为开合式钳形结构的高频电流传感器。[0015] 与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
[0016] 本实用新型提供的配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，通过在环网柜电缆本体屏蔽层接地线上嵌套高频电流传感器，使高频电流传感器耦合环网柜电缆本体的局部放电脉冲电流信号，并通过同轴电缆传送到采集器的采集卡中，采集器的采集卡将局部放电脉冲电流信号转换成数字信号，然后再通过3G无线模块进行远程传输与工控机进行通信，实现了对环网柜电缆接头及本体产生的局部放电进行实时监测和定位，无需现场取电，无需铺设通讯线路，安装方便，可实现无死角监测，能够有效地解决现有配网电缆在线监测的缺陷和不足。
[0017] 所述的采集器采用GPS授时模块通过卫星授时，实现不同地点的采集器同时触发采集，同步精度高。
[0018] 所述系统采用太阳能加锂电池联合供电，无需外接电源，无需铺设电源线。[0019] 此外，所述电缆局部放电监测采用双端定位法，可实现对电缆本体产生的局部放电进行实时定位，定位精度可达正/负3米。
[0020]
进一步地，所述的高频电流传感器采用开合式钳形结构，拆卸安装方便。
附图说明
图1为本实用新型提供的配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统结构示意图；
[0022] 图2为本实用新型对局放信号定位演示图。[0023] 其中：1、A相母线；2、B相母线；3、C相母线；4、环网柜分支箱；5、电缆；6、高频电流传感器；7、环网柜电缆本体屏蔽层接地线；8、同轴电缆；9、采集器；9-1、采集卡；9-2、电缆采集通道；10、双绞线；11、五芯线；12、网线；13、太阳能电池板；14、锂电池；15、3G无线模块；16、GPS授时模块；17、工控机；18、PD放电点。
[0021]
具体实施方式
[0024] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：[0025] 参见图1，图2，一种配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，包括高频电流传感器6、采集器9和工控机17，所述的高频电流传感器6嵌套在环网柜电缆本体屏蔽层接地线7上，所述的高频电流传感器6通过同轴电缆8连接到采集器9上的电缆采集通道9-2上，所述的采集器9里面设置有采用高性能FPGA处理器的采集卡9-1，所述的采集器9上通过网线12连接有GPS授时模块16，采集器9上通过五芯线11连接有3G无线模
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块15，采集器9上通过双绞线10连接有锂电池14，所述的锂电池14上通过双绞线10连接有太阳能电池板13，锂电池14还通过双绞线10分别与3G无线模块15和GPS授时模块16相连，来给3G无线模块15和GPS授时模块16供电；所述的采集卡9-1，用于对接收到的经同轴电缆8传输到采集器9中的环网柜电缆本体局部放电脉冲电流信号进行高速采样、存储，并对采样后的信号进行放大、滤波、模数转换后变成数字信号，然后通过3G无线模块15将数字信号传输到工控机17中；所述的工控机17，用于对接收到的数字信号分别进行分类识别分析、计算，并将这些通过计算获得的局部放电信息数据写入到数据库中，并显示局部放电信息数据。同时，所述的工控机17中数据库获得的局部放电信息通过网线12传输到互联网。
[0026] 进一步地，电缆5两端接头的环网柜电缆本体屏蔽层接地线7上分别设置高频电流传感器6，两个高频电流传感器6分别通过同轴电缆8连接到各自的采集器9上的电缆采集通道9-2上，所述的采集器9里面设置有采集卡9-1，所述的采集器9上分别通过缆线连接有GPS授时模块16、3G无线模块15和锂电池14，所述的锂电池14上连接有太阳能电池板13，太阳能电池板13将其提供的电能存储到锂电池14中，所述的锂电池14通过双绞线10分别与3G无线模块15和GPS授时模块16相连，来给3G无线模块15和GPS授时模块16供电，所述的采集卡9-1，用于对接收到的经同轴电缆8传输到采集器9中的环网柜电缆本体局部放电脉冲电流信号进行高速采样、存储，并对采样后的信号进行放大、滤波、模数转换后变成数字信号，然后通过3G无线模块15将数字信号传输到工控机17中；所述的工控机17，用于对接收到的数字信号分别进行分类识别分析、计算，并将这些通过计算获得的局部放电信息数据写入到数据库中，并显示局部放电信息数据。[0027] 其中，所述高频电流传感器监测的频段为50KHZ-30MHZ，且所述高频电流传感器采用开合式钳形结构，拆卸安装方便。同时，由于所述采集器与GPS授时模块连接，来产生触发信号，精度高。所述的采集器中的采集卡采用高性能FPGA处理器，实现100Msps、12Bit分辨率的高速采样、存储，每次分析可连续采样50个工频周期以上的数据。[0028] 需要说明的是，所述的电缆5上连接有A相母线1、B相母线2和C相母线3，A相母线、B相母线、C相母线和电缆5外安装有环网柜分支箱4。[0029] 具体的，参照图1该系统主要包括：一个高频电流传感器6、采集器9、工控机17及采集器9里面的采集卡9-1、太阳能电池板13、锂电池14、GPS授时模块16和3G无线模块15。
[0030] 一个高频电流传感器6嵌套在环网柜电缆本体屏蔽层接地线7上，通过高频电流传感器6耦合环网柜电缆本体的局部放电脉冲电流信号，高频电流传感器6通过同轴电缆8与采集器9上的电缆采集通道9-2连接，采集器9上连接有采集卡9-1，高频电流传感器6耦合到的局部放电脉冲电流信号通过同轴电缆8传送至采集器9，采集器9中采集卡9-1采用高性能FPGA处理器，实现100Msps、12Bit分辨率的高速采样、存储，采集到的局部放电脉冲信号经过放大、滤波、模数转换后变成数字信号再通过3G无线模块与工控机17进行远程传输通讯，工控机17对电缆5外层环网柜电缆本体屏蔽层接地线7上的高频电流传感器6的信号分别进行分类识别分析、计算，并将这些通过计算获得的放电信息数据写入到数据库中，同时在监测系统的软件上显示结果。同时，工控机17中数据库获得的局放信号信息通过网线12传输到互联网。
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参照图2，本实施例嵌套在环网柜电缆本体屏蔽层接地线7上的高频电流传感器
6，所述的电缆5两端接头长度为L千米，假设PD放电点18在电缆左接头的距离为ΔL，传输的时间为t1；那么距离电缆右接头的距离为L-ΔL，时间为t2。局部放电在电缆中传播的速度近似于光速V，为已知数据，我们可以得出如下式子：[0032] ΔL=t1*V （1）L-ΔL=t2*V （2）[0034] 由以上（1）和（2）两个式子可以确定出：[0035] t1=ΔL/V （3）[0036] t2=(L-ΔL)/V （4）[0037] 由以上（3）和（4）两个式子可以确定出：[0038] t2-t1=(L-2ΔL)/V （5）
[0039] 因为本系统采用光纤同步采集技术，我们可以确定局放信号到达电缆两端的时间差，假定到达的右端电缆接头的时间t2>t1，可以得出：[0040] Δt=t2-t1 （6）[0041] 因此联合以上（5）和（6）两个式子解方程组，可以确定出距离左端电缆接头放电位置ΔL：
[0042] ΔL=(L-ΔtV)/2[0043] 因此，我们将可以准确确定局部放电的位置，即PD放电点18，实现电缆本体某一处局放的定位。
[0044] 本实用新型配网电缆局部放电在线监测及放电位置定位系统，采用3G无线模式进行数据传输，GPS授时模块进行同步精准触发，锂电池和太阳能结合给系统供电。通过安装在环网柜电缆屏蔽层接地线上的高频电流传感器耦合电缆本体的局部放电脉冲电流信号，耦合到的脉冲电流信号通过同轴电缆传送至采集器，对模拟信号经过放大、滤波、模数转换后变成数字信号，再以3G无线方式传送至工控机。其中，采集器、3G无线通信模块、GPS模块采用锂电池加太阳能电池联合供电的方式，保证了供电量，还充分利用了太阳能。[0045] 本实用新型采用双端监测、太阳能结合锂电池供电、3G无线数据传输和GPS授时同步触发的方法，实现对环网柜电缆接头及本体产生的局部放电进行实时监测和定位，无需现场取电，无需铺设通讯线路，安装方便，能够有效地解决现有配网电缆在线监测的缺陷和不足。且该系统成本低，能及时发现电缆及接头的绝缘缺陷，并为评估其绝缘水平及老化程度提供判据，为电缆的检修工作提供依据。
[0033]
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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说 明 书 附 图
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