基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统及其实现方法，监测系统包括高频电流局部放电采集单元、电缆中间接头超声波局部放电采集单元、电缆中间接头光纤测温单元、气体检测单元、环境温湿度检测单元、水位报警单元、ARM处理器单元、无线GPRS模块和远程监控主站；监测方法包括读取监测数据并对监测数据进行判断报警的方法；本发明专利技术可对监测数据进行评估与诊断，极大的节省了资源，提高了运行效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统及其实现方法。
技术介绍
随着城市的发展，用电量的增加，高压电缆出现故障的现象时有发生，大多情况下设备运行环境恶劣无人值守，在电缆局部发生故障后不易被发现，事故蔓延即造成重大事故，影响正常生产，给电力企业造成经济和信誉的重大损失，因此，预防事故的发生则成为安全生产的根本。近年来，国际上通过对高压电缆运行的状态进行在线监测，提前发现隐藏缺陷的方法来避免电缆运行事故的发生，国家电网公司也要求大力开展电缆状态监测及评估工作，力求降低突发性断电事故发生率。高压电缆状态监测系统可以通过测量高压电缆运行期间的相关物理量的高低来评估高压电缆绝缘的情况，如果存在缺陷，则可量化缺陷的等级。这为之后制定维护方案提供了可靠的依据，提高了维护效率的同时也降低了成本。近年来相应的高压电缆终端接头和中间接头局部放电、光纤测温、环境状况等检测手段已经开始得到应用。目前许多地方开展高压电缆局部放电的离线和在线检测以及运行环境的监测，这些装置或仪器大多安装在开关柜或接地箱外，而且安装位置不能固定，随着时间延长和现场设备的变动，可靠性不能得到保障；这些对高压电缆局部放电的检测手段大多技术复杂，分析困难，需要专业人员进行大量的图谱分析、数据拟合等技术加工。以上问题制约了这些检测技术的推广。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可对高压电缆接头局部放电快速检测及自动评估缺陷等级、提高局部放电检测效率并减少分析时间的基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统及其实现方法。为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统，其包括高频电流局部放电采集单元、电缆中间接头超声波局部放电采集单元、电缆中间接头光纤测温单元、气体检测单元、环境温湿度检测单元、水位报警单元、ARM处理器、无线GPRS模块和远程监控主站；所述高频电流局部放电采集单元包括高频电流互感器、频率测量电路、信号强度测量电路和电流采集电路；所述高频电流互感器用支架安装在接地箱侧壁，以开启式结构套住电缆护层接地线；所述频率测量电路、信号强度测量电路和电流采集电路的输入端分别接所述高频电流互感器的相应输出端；电缆中间接头超声波局部放电采集单元包括超声波传感器和放大对数检波电路；所述超声波传感器安装在电缆中间接头防爆盒上部；所述超声波传感器的输出端接放大对数检波电路的相应输入端；所述电缆中间接头光纤测温单元包括点式光纤温度传感器和光电转换电路；所述点式光纤温度传感器沿电缆安装在电缆中间接头防爆盒内；所述点式光纤温度传感器的输出端接光电转换电路的相应输入端；所述气体检测单元包括气体传感器和I/V转换电路；所述气体传感器安装在控制盒上壁；所述气体传感器的输出端接I/V转换电路的相应输入端；所述环境温湿度检测单元包括温湿度传感器；所述温湿度传感器安装在控制盒下壁；所述水位报警单元包括电极式液位传感器和开关报警电路；所述电极式液位传感器安装在控制盒下壁；所述电极式液位传感器的输出端接开关报警电路的相应输入端；所述频率测量电路、信号强度测量电路、电流采集电路、光电转换电路和I/V转换电路的输出端分别接所述ARM处理器的相应模拟输入端AIN1-AIN5；所述温湿度传感器、放大对数检波电路和开关报警电路的输出端分别接ARM处理器的相应数字信号输入端DIN1-DIN3；所述远程监控主站包括WEB服务器、应用数据库服务器、网络交换机和客户端PC；所述应用数据库服务器与WEB服务器双向连接；应用数据库服务器通过网络交换机及无线GPRS网络与无线GPRS模块无线连接； 所述客户端PC通过INTERNET网络连接WEB服务器。基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统实现监测的方法，其包括如下步骤：（1）所述ARM处理器分别读取温湿度数据、气体浓度数据、水位报警数据、接地电流数据、信号频率数据、信号幅值强度数据、中间接头温度数据、中间接头超声波局放脉冲数据；（2）判断温湿度数据是否超过预设的报警阈值；若超过预设的报警阈值，进入步骤（2-1）；否则转至步骤（3）；（2-1）所述ARM处理器输出湿度报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；（3）判断气体浓度数据是否超过预设的报警阈值；若超过预设的报警阈值，进入步骤（3-1）；否则转至步骤（4）；（3-1）所述ARM处理器输出气体浓度报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；（4）判断水位报警数据是否有效；若有效进入步骤（4-1）；否则转至步骤（5）；（4-1）所述ARM处理器输出水位报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；（5）从所述智能监测终端的ARM处理器选取一个周波的电流信号，利用FFT算法提取电流的有效值；（5-1）判断接地电流数据是否超接地电流限定值；若超接地电流限定值，进入步骤（5-2）；否则转至步骤（6）；（5-2）所述ARM处理器输出接地电流报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；（6）判断信号频率数据是否超局放信号频率设定值；若超频率设定值进入步骤（6-1）；否则转至步骤（7）；（6-1）对信号幅值强度数据和持续时间进行时间计权；判断计权结果是否超电缆绝缘材料局放等级标准值；若超标准值进入步骤（6-2）；否则转至步骤（7）；（6-2）所述ARM处理器输出局放报警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；（7）低频放电信号计数值+1；判断窄脉冲计数值是否超设定值；若是进入步骤（7-1）；否则转至步骤（8）；（7-1）所述ARM处理器输出局放预警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；（8）判断中间接头温度数据是否超温度限值；若超温度限值进入步骤（8-1）；否则转至步骤（9）；（8-1）所述ARM处理器输出中间接头温度告警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器；（9）判断中间接头超声波局放脉冲数据是否超局放限值；若超局放限值进入步骤（9-1）；否则转至步骤（1）；（9-1）所述ARM处理器输出中间接头局放告警信息并经无线GPRS模块通过无线GPRS网络传递给远程监控主站服务器。本专利技术的有益效果是：利用本专利技术可对高压电缆终端接头和中间接头局部放电、直接接地状态、气体环境参数、中间接头温度等信息进行有效的评估与诊断，实现实时在线收集数据记录，实现状态检修大大提高供电可靠性；收集的数据有对照、有层次、可以确定到每一相、每一段高压电缆。高压电缆状态数据送到远程监控服务器进行分析、确认，可以快速自动评估缺陷或故障区段，极大提高了检修效率。依托直接接地箱，集中局部放电检测、直接接地状态监测、环境状态监测、光纤测温为一体，解决了现有单一功能产品存在的不足，极大的节省了资源，提高了运行效率。附图说明图1为本专利技术的保护接地箱的高压电缆状态监测系统原理框图。图2为频率测量电路的电路原理图。图3为信号强度测量的电路原理图。图4为电流采集电路的电路原理图。图5为I/V转换电路的电路原理图。图6为放大对数检波电路的电路原理图。图7为开关报警电路的电路原理图。图8 为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：包括高频电流局部放电采集单元、电缆中间接头超声波局部放电采集单元、电缆中间接头光纤测温单元、气体检测单元、环境温湿度检测单元、水位报警单元、ARM处理器、无线GPRS模块和远程监控主站；所述高频电流局部放电采集单元包括高频电流互感器、频率测量电路、信号强度测量电路和电流采集电路；所述高频电流互感器用支架安装在接地箱侧壁，以开启式结构套住电缆护层接地线；所述频率测量电路、信号强度测量电路和电流采集电路的输入端分别接所述高频电流互感器的相应输出端；电缆中间接头超声波局部放电采集单元包括超声波传感器和放大对数检波电路；所述超声波传感器安装在电缆中间接头防爆盒上部；所述超声波传感器的输出端接放大对数检波电路的相应输入端；所述电缆中间接头光纤测温单元包括点式光纤温度传感器和光电转换电路；所述点式光纤温度传感器沿电缆安装在电缆中间接头防爆盒内；所述点式光纤温度传感器的输出端接光电转换电路的相应输入端； 所述气体检测单元包括气体传感器和I/V转换电路；所述气体传感器安装在控制盒上壁；所述气体传感器的输出端接I/V转换电路的相应输入端；所述环境温湿度检测单元包括温湿度传感器；所述温湿度传感器安装在控制盒下壁；所述水位报警单元包括电极式液位传感器和开关报警电路；所述电极式液位传感器安装在控制盒下壁；所述电极式液位传感器的输出端接开关报警电路的相应输入端；所述频率测量电路、信号强度测量电路、电流采集电路、光电转换电路和I/V转换电路的输出端分别接所述ARM处理器的相应模拟输入端AIN1‑AIN5；所述温湿度传感器、放大对数检波电路和开关报警电路的输出端分别接ARM处理器的相应数字信号输入端DIN1‑DIN3；所述远程监控主站包括WEB服务器、应用数据库服务器、网络交换机和客户端PC；所述应用数据库服务器与WEB服务器双向连接；应用数据库服务器通过网络交换机及无线GPRS网络与无线GPRS模块无线连接； 所述客户端PC通过INTERNET网络连接WEB服务器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：包括高频电流局部放电采集单元、电缆中间接头超声波局部放电采集单元、电缆中间接头光纤测温单元、气体检测单元、环境温湿度检测单元、水位报警单元、ARM处理器、无线GPRS模块和远程监控主站；所述高频电流局部放电采集单元包括高频电流互感器、频率测量电路、信号强度测量电路和电流采集电路；所述高频电流互感器用支架安装在接地箱侧壁，以开启式结构套住电缆护层接地线；所述频率测量电路、信号强度测量电路和电流采集电路的输入端分别接所述高频电流互感器的相应输出端；电缆中间接头超声波局部放电采集单元包括超声波传感器和放大对数检波电路；所述超声波传感器安装在电缆中间接头防爆盒上部；所述超声波传感器的输出端接放大对数检波电路的相应输入端；所述电缆中间接头光纤测温单元包括点式光纤温度传感器和光电转换电路；所述点式光纤温度传感器沿电缆安装在电缆中间接头防爆盒内；所述点式光纤温度传感器的输出端接光电转换电路的相应输入端； 所述气体检测单元包括气体传感器和I/V转换电路；所述气体传感器安装在控制盒上壁；所述气体传感器的输出端接I/V转换电路的相应输入端；所述环境温湿度检测单元包括温湿度传感器；所述温湿度传感器安装在控制盒下壁；所述水位报警单元包括电极式液位传感器和开关报警电路；所述电极式液位传感器安装在控制盒下壁；所述电极式液位传感器的输出端接开关报警电路的相应输入端；所述频率测量电路、信号强度测量电路、电流采集电路、光电转换电路和I/V转换电路的输出端分别接所述ARM处理器的相应模拟输入端AIN1-AIN5；所述温湿度传感器、放大对数检波电路和开关报警电路的输出端分别接ARM处理器的相应数字信号输入端DIN1-DIN3；所述远程监控主站包括WEB服务器、应用数据库服务器、网络交换机和客户端PC；所述应用数据库服务器与WEB服务器双向连接；应用数据库服务器通过网络交换机及无线GPRS网络与无线GPRS模块无线连接； 所述客户端PC通过INTERNET网络连接WEB服务器。2.根据权利要求1所述的一种基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述的频率测量电路包括频率信号输入端I1、输出端O1、滤波整流电路和信号整形电路；所述的滤波整形电路包括电阻R1、电解电容C1-C2、二极管D1- D2；所述的信号整形电路包括电阻R2、反相器F1-F2；所述频率信号输入端I1接高频电流互感器的相应输出端；频率信号输入端I1依次经电解电容C1、电解电容C2、反相器F1、反相器F2接输出端O1；所述电阻R1接在电解电容C1的正极与地之间；所述二极管D1的正极接电解电容C1的负极，其负极接地；所述二极管D2的负极接电解电容C1的负极，其正极接地；所述电阻R2接在反相器F1的输入端与输出端之间；反相器F2的输出端即输出端O1接ARM处理器的模拟输入端AIN1。3.根据权利要求1所述的一种基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述信号强度测量电路包括局放信号输入端I2、电阻R4、电容C3-C4和对数放大器K1；局放信号输入端I2接高频电流互感器的相应输出端；所述的对数放大器K1的同相输入端经电容C3接局放信号输入端I2；所述的对数放大器K1的反相输入端经电容C4接地；所述电阻R4接在局放信号输入端I2与地之间；所述的对数放大器K1的输出端连接至ARM处理器的模拟输入端AIN2。4.根据权利要求1所述的一种基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述电流采集电路包括电流信号输入端I3、电阻R5-R7、电容C5和运算放大器K2；所述电流信号输入端I3经电阻R5接入至运算放大器K2的反相输入端；所述电容C5与电阻R7并联后接在运算放大器K2的反相输入端与输出端之间；所述运算放大器K2的同相输入端经电阻R6接地；运算放大器K2的输出端接ARM处理器的模拟输入端AIN3。5.根据权利要求1所述的一种基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述I/V转换电路包括气体传感信号输入端I5、电阻R10-R11、电容C6和运算放大器K3；气体传感信号输入端I5接气体传感器的相应输出端；所述气体传感信号输入端I5接所述运算放大器K3的反相输入端；所述运算放大器K3的同相输入端接2.5V直流电源；所述电阻R10和电容C6并联后接在运算放大器K3的反相输入端与输出端之间；所述运算放大器K3的输出端经电阻R11接ARM处理器的模拟输入端AIN5。6.根据权利要求1所述的一种基于直接接地箱的高压电缆状态监测系统，其特征在于：所述放大对数检波电路包括第一超声波输入端I6、第二超声波输入端I7、电容C8-C11、电阻R12-R15、仪表运算放大器K4和对数检波运算放大器K5；第一超声波输入端I6和第二超声波输入端I7分别接超声波传感器的相应输出端；所述仪表运算放大器K4的反相输入端经电容C8接第一超声波输...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯永建，谭更民，李叔男，
申请(专利权)人：石家庄开发区中实检测设备有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13