一种电力电缆全方位在线监测方法及系统与流程

1.本公开属于电缆绝缘在线监测技术领域，尤其涉及一种电力电缆全方位在线监测方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.电缆在电网中的应用中越来越广泛，是整个电力系统能顺利运行最基本的保障；随着社会发展，传统的以架空线路供电的方式已经不足以满足人们日益增长的用电需求以及城市环境的美观需求；所以，配电线路电缆化是利国利民的一大举措；电力电缆一般都是暴露在环境中，外界的曝晒、雨淋、湿度、土壤酸碱度都会对电缆运行产生不利影响，腐蚀电缆，导致电缆绝缘性能劣化和电缆故障；由于电网都为高电压，电缆内部会局部放电而击穿绝缘电缆。
4.发明人发现，传统检测的方式是停止供电；然后用绝缘表等仪器测量，在线监测的方式可以避免供电站停止供电，也可以提前定位绝缘线缆的动态故障；目前电缆绝缘在线监测方法有局部放电法、电磁叠加、红外扫描、低频叠加法等；局部放电法可能会二次损坏导线，使绝缘良好的导线漆皮出现隐藏故障，电磁叠加由于是连接在导线两端，只能定位整个导线的性能，当出现小缺陷时并不能定位故障位置，以上问题在目前的电网运行中普遍存在，严重制约了电缆的运行，不利于供电可靠性的提高。


技术实现要素：

5.本公开为了解决上述问题，提出了一种电力电缆全方位在线监测方法及系统，本公开实现了电缆多方位在线监测，可以在有效避免供电站停止供电的同时，达到提前定位绝缘线缆动态故障的目的；提高了供电可靠性。
6.为了实现上述目的，本公开第一方面提供了一种电力电缆全方位在线监测方法，采用如下技术方案：
7.一种电力电缆全方位在线监测方法，包括：
8.将低频信号叠加到三相电缆中；读取三相电缆的电压信号；
9.滤除无效信号，并分析电压向量，通过分析电压向量计算线缆的绝缘电阻。
10.进一步的，低频信号通过绝缘电阻和寄生电容形成的回路。
11.进一步的，滤除无效信号为滤除工频50hz的无效信号。
12.进一步的，用系列标准线缆来验证电缆的绝缘电阻。
13.进一步的，分析电压向量包括：
14.对电压向量信号先进行频率转化；
15.初始化和启动定时器；
16.捕获第一个脉冲上升沿，定时器捕捉第二个上升沿，并比较；
17.确认是1个脉冲后把中断标志位置，同时对定时器加1个脉冲数量；
18.根据采集的脉冲数计算出信号的周期和频率。
19.进一步的，计算线缆的绝缘电阻包括初始化数据、去除异常采样数据、对电压进行傅里叶变化、计算阻抗实部和虚部和计算绝缘电阻值。
20.为了实现上述目的，本公开第二方面提供了一种电力电缆全方位在线监测系统，采用如下技术方案：
21.一种电力电缆全方位在线监测系统，包括：信号源模块、信号采集模块、信号调理模块和信号处理模块；
22.所述信号源模块，被配置为：将低频信号叠加到三相电缆中；
23.所述信号采集模块，被配置为：采集三相电缆的电压信号；
24.所述信号调理模块，被配置为：滤除无效信号，并分析电压向量；
25.所述信号处理模块，被配置为：通过分析电压向量计算线缆的绝缘电阻。
26.进一步的，还包括验证模块，被配置为：用系列标准线缆来验证电缆的绝缘电阻。
27.进一步的，在实验室环境中完成绝缘在线检测系统的验证，采用8kv三相动力线缆，线缆长度为5m，用示波器采集线缆中信号，设定在线监测系统信号源工作电压为15v，三相线缆连接到三相程控电源上。
28.为了实现上述目的，本公开第三方面提供了一种基于nb
‑
iot的综合管廊电缆火灾监测方法，采用如下技术方案：
29.一种基于nb
‑
iot的综合管廊电缆火灾监测方法，zigbee协调节点通过nb
‑
iot模块将信号传输至上位机，上位机软件负责处理数据信息，并将所需要的信息显示在监控界面上；主要包括以下内容：
30.在电缆隧道中建立综合管廊电力舱，综合管廊电力舱内设置光纤；
31.获取光纤中心波长变化后，得到温度变化数值；
32.实时获取实际温度数据；
33.zigbee协调点通过nb
‑
iot模块将信号传输至上位机；
34.上位机采用visualvisualc 从数据库中读取数据实现温度显示。
35.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
36.1.本公开中在线监测的方式可以避免供电站停止供电，也可以提前定位绝缘线缆的动态故障。
37.2.本公开中监测系统叠加低频信号，三相电源中叠加低频信号，不会对原系统造成影响；监测系统产生的低频信号通过绝缘电阻和寄生电容形成的回路，产生电压向量，通过分析电压向量计算出线缆的绝缘电阻。
38.3.本公开中用系列标准线缆来验证电缆的绝缘电阻，可以更准确地验证系统精度。
39.4.本公开中通过在电力舱中装设光纤光栅传感器可以实时检测综合管廊的内部温度情况，在电力舱内部建立的信息传输系统，可以提高地下检测网络的数据传输可靠性，形成无线通信落避免了数据包的丢失。
40.5.本公开中将实际的温度数据传输到上位机检测软件，上位机界面采用visualvisualc 来读取数据，实现温度显示来直观的反应温度的变化。
41.6.本公开中每个时刻的温度阈值都是动态设置的，根据往年同一时刻的电缆温度计算，可以去除环境因素的影响，能够提高温度报警的准确性，减少误报和漏报。
附图说明
42.构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
43.图1为本公开实施例1的在线监测系统图；
44.图2为本公开实施例1的绝缘电阻计算程序；
45.图3为本公开实施例1的防火灾监测系统图。
具体实施方式：
46.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
47.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
48.实施例1：
49.如图1所示，本公开提供了一种电力电缆全方位在线监测方法，包括：
50.将低频信号叠加到三相电缆中；传感器读取三相电缆的电压信号；
51.滤除无效信号，并分析电压向量，通过分析电压向量计算线缆的绝缘电阻。
52.在本实施例中，低频信号通过绝缘电阻和寄生电容形成的回路；滤除无效信号为滤除工频50hz的无效信号；用系列标准线缆来验证电缆的绝缘电阻。
53.具体的，分析电压向量包括：
54.对电压向量信号先进行频率转化；
55.初始化和启动定时器；
56.捕获第一个脉冲上升沿，定时器捕捉第二个上升沿，并比较；
57.确认是1个脉冲后把中断标志位置，同时对定时器加1个脉冲数量；
58.根据采集的脉冲数计算出信号的周期和频率。
59.具体的，计算线缆的绝缘电阻包括初始化数据、去除异常采样数据、对电压进行傅里叶变化、计算阻抗实部和虚部和计算绝缘电阻值。
60.实施例2：
61.本实施例公开了一种电力电缆全方位在线监测系统，包括：信号源模块、信号采集模块、信号调理模块、信号处理模块和验证模块；
62.所述信号源模块，被配置为：将低频信号叠加到三相电缆中；
63.所述信号采集模块，被配置为：利用传感器读取三相电缆的电压信号；
64.所述信号调理模块，被配置为：滤除无效信号，并分析电压向量；
65.所述信号处理模块，被配置为：通过分析电压向量计算线缆的绝缘电阻。
66.所述验证模块，被配置为：用系列标准线缆来验证电缆的绝缘电阻。
67.在本实施例中，在实验室环境中完成绝缘在线检测系统的验证，采用8kv三相动力线缆，线缆长度为5m，用示波器采集线缆中信号，设定在线监测系统信号源工作电压为15v，
三相线缆连接到三相程控电源上。
68.具体的，电力电缆全方位在线监测系统包括信号输入、信号调理回路、dsp信号处理、人机交互等部分，传感器读取的电压信号需要经过检测、调理和采集，在硬件检测部分比较重要的是信号调理回路，包括带阻电路、信号源电路和频率测量电路3部分。
69.本实例通过带阻电路滤除工频50hz的无效信号，更好地实现电网电缆的绝缘在线监测。
70.电力电缆全方位在线监测系统需要在2个重要方面进行验证，一是抑制工频干扰信号，二是验证不同电缆绝缘电阻的精度。前期均在实验室环境中完成绝缘在线检测系统的验证，在实验室的测试环境中，采用8kv三相动力线缆，该线缆长度为5m，用示波器采集线缆中信号同步验证硬件信号采集部分，设定在线监测系统信号源工作电压为15v，三相线缆连接到三相程控电源上。
71.电力电缆全方位在线监测硬件包括：带阻电路、信号源电路、频率测量电路。绝缘在线监测系统的软件系统包括频率测量程序和绝缘电阻计算程序。
72.带阻电路：滤除工频50hz的无效信号。
73.信号源电路：产生低频信号并叠加到三项电缆中。
74.频率测量电路：分析电压向量，保证测量精度和过零点的起始点检。
75.频率测量程序可以包括如下步骤：
76.步骤一：对采集的电压向量信号先进行频率转化；
77.步骤二：系统上电后先要进行初始化和启动定时器；
78.步骤三：开始捕获单元1即第一个脉冲上升沿，定时器捕捉第二个上升沿并比较；
79.步骤四：确认是1个脉冲后把中断标志位置位，同时对定时器2加1个脉冲数量；
80.本实施例可以根据采集的脉冲数计算出信号的周期和频率。
81.实施例3
82.在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，一种基于nb
‑
iot的综合管廊电缆火灾监测系统，系统主要包括对温度灵敏的光纤光栅传感器、耦合器、宽带光源和fbga解调模块。zigbee协调节点通过nb
‑
iot模块将信号传输至上位机，上位机软件负责处理数据信息，并将所需要的信息显示在监控界面上。
83.本实施例通过在电缆隧道中建立综合管廊电力舱，可以监测舱内温度，提高地下检测网络的数据传输可靠性。
84.在一些实施例中，光纤最典型的应用是远距离通信，也可以进行测温。光纤的折射率和周期随外界温度、应力等参量改变而改变。在获取光纤中心波长的变化值后，即可得到对应的温度变化值。系统选用型号为lsm
‑
ase
‑
cf13的ase宽带光源，波长为1528～1563nm，输出功率为13.5dbm。光环形器的中心波长为1550nm，工作波长区间为
±
20nm，最大插入损耗为0.8db，最大光功率为500mw。
85.fbga波长解调模块由光谱分析模块、光电转换阵列和信号处理电路组成，通过50针接头连接到外围系统。nb
‑
iot通信模块是数据远程传输的基础，该模块的电路主要由nb
‑
iot通信模块、me3616硬件电路、uart电平匹配电路、天线电路和esim卡电路组成。me3616是一款支持nb
‑
iot通信标准的窄带蜂窝物联网通信模组，由深圳高新兴物联科技有限公司于2017年推出，主控芯片mcu采用ti生产的cc2530芯片。系统由8块cc2530终端模块、2块
cc2531路由器模块、1块由cc2530与pl2303hx模块组成的协调器及1台smartrf04eb仿真器组成。
86.软件编程环境采用iarembeddedworkbench，zigbee通信采用zstack协议栈实现，zigbee网络中有协调器、路由器和终端设备3种逻辑设备类型，zstack的体系结构由称为层的各模块组成。节点采集温度信息后，通过zigbee通信将数据发送到网关节点上位机，上位机程序采用界面可视化的mfc编写，将数据存储到数据库中，数据库采用sqlserver2008。上位机界面采用visualvisualc 实现，负责从数据库中读取数据，实现温度显示。
87.本实施例还提供一种基于nb
‑
iot的综合管廊电缆火灾监测方法，zigbee协调节点通过nb
‑
iot模块将信号传输至上位机，上位机软件负责处理数据信息，并将所需要的信息显示在监控界面上可以包括如下步骤：
88.步骤1、获取光纤中心波长变化后，得到温度变化数值；
89.步骤2、实时获取实际温度数据；
90.步骤3、zigbee协调点通过nb
‑
iot模块将信号传输至上位机；
91.步骤4、上位机采用visualvisualc 从数据库中读取数据实现温度显示。
92.本实施例在系统测试时是使用flire60红外热成像仪和系统对同一环境的温度进行测量，并进行误差分析，即可获得光纤光栅传感器的精确度。通过控制电缆中通过的电流大小，让电缆表面温度逐步上升，起始温度为20℃，以20℃为步长逐渐升温至100℃。记录系统中显示的温度值以及此时的红外热成像仪测得的温度，对二者进行对比分析，系统温度的最大误差为0.19℃，能够满足综合管廊电力舱电缆火灾对传感器精度的要求，系统在功能、性能和精度上均符合要求。
93.以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。