高频电流局放监测方法和系统与流程

1.本技术涉及电学领域，具体而言，涉及一种高频电流局放监测方法和系统。


背景技术：

2.随着电力系统的业务增长，大量的交联聚乙烯(cross-linked polyethylene，xlpe)高压电缆在城市地下电网中广泛投运，其安全运行对于电网稳定越来越重要，找到切实可行的方法来监测现场运行电缆的绝缘势在必行。高频电流法是一种非侵入式的监测方法，安全可靠。因此，采用高频电流法对输电母线的线缆本体绝缘情况进行实时监测，是预防输电线缆绝缘老化导致起火、停电事故的重要手段。
3.当前，针对输电线缆的高频电流在线监测，主要采用高频电流传感器加主机的方式进行监测，需要现场对主机的供电、安装进行设计和施工，对现场环境和施工要求都比较高，且传感器与主机之间需要有光纤或者电缆连线，不利于后期的拆装维护。
4.针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种高频电流局放监测方法和系统，以至少解决采用传感器和主机的方式监测高频电流时，传感器与主机之间需要有光纤或者电缆连线，不利于后期的拆装维护的技术问题。
6.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种高频电流局放监测方法，该方法应用于高频电流局放监测设备中，高频电流局放监测设备包括：自取电模块、电池模块、监控模块、中央处理模块和通信模块，包括：通过自取电模块获取输电线缆中输电母线上的感应电流，并采用感应电流对电池模块进行供电，其中，电池模块至少用于对监控模块、中央处理模块和通信模块进行供电；通过监控模块对高频电流局放信号和工频相位进行监测，以及将监测信息传输至中央处理模块进行处理，并将处理结果通过通信模块发送至接收端设备。
7.可选地，采用感应电流对电池模块进行供电之前，方法还包括：通过自取电模块对所感应电流进行调整，调整包括：为负载提供稳定电流，以及对电池模块进行充电和放电的操作。
8.可选地，监测信息包括：工频零点信息，其中，工频零点信息为感应电流从负值向正值转变的中间点，中间点的电流值为0。
9.可选地，通过中央处理模块接收通信模块转发的高频电流局放信号，其中，高频电流局放信号至少包括被监控模块处理后的有效高频电流局放信号。
10.可选地，将监测信息传输至中央处理模块进行处理之后，方法还包括：通过中央处理器对上层三相间的采样进行同步。
11.可选地，通信模块还用于同步三相间的采样。
12.根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种高频电流局放监测系统，包括：自取
电模块、电池模块、监控模块、中央处理模块和通信模块，其中，自取电模块，用于获取输电线缆中输电母线上的感应电流，并采用感应电流对电池模块进行供电；电池模块至少用于对监控模块、中央处理模块和通信模块进行供电；监控模块，用于对高频电流局放信号和工频相位进行监测，以及将监测信息传输至中央处理模块；中央处理模块，用于对监控模块传输的监测信息进行处理，并将处理结果通过通信模块发送至接收端设备；通信模块，用于接收和转发高频电流局放信号，其中，高频电流局放信号至少包括被中央处理模块处理后的有效高频电流局放信号。
13.可选地，系统还包括：自取电模块还用于在采用感应电流对电池模块进行供电之前，对感应电流进行调整，调整包括：为负载提供稳定电流，以及对电池模块进行充电和放电的操作。
14.可选地，监测信息包括：工频零点信息，其中，工频零点信息为感应电流从负值向正值转变的中间点，中间点的电流值为0。
15.可选地，该系统还包括：中央处理模块还用于接收通信模块转发的高频电流局放信号，其中，高频电流局放信号至少包括被监控模块处理后的有效高频电流局放信号。
16.在本技术实施例中，采用将自取电模块、电池模块、监控模块、中央处理模块和通信模块集成在同一个系统上的方式，通过自取电模块获取输电线缆中输电母线上的感应电流对电池模块进行供电，通过监控模块对高频电流局放信号和工频相位进行监测，以及将监测信息传输至中央处理模块进行处理，并将处理结果通过通信模块发送至接收端设备，达到了无需在现场进行供电线的布设，以及无需传感器连接线布设等安装步骤的目的，从而实现了提高对高频电流局放信号监测效率的技术效果，进而解决了采用传感器和主机的方式监测高频电流时，传感器与主机之间需要有光纤或者电缆连线，不利于后期的拆装维护技术问题，同时也解决了传统高频电流局放系统中需要单独采用一路有线传感器去检测工频相位的需求问题。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
18.图1是根据本技术实施例的一种用于实现高频电流局放监测方法的计算机终端的硬件结构框图；
19.图2是根据本技术实施例的一种高频电流局放监测方法的流程图；
20.图3是根据本技术实施例的一种高频电流局放监测系统的结构图。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
22.需要说明的是，本技术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，以便这里描述的本技术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。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
23.根据本技术实施例，提供了一种高频电流局放监测的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
24.本技术实施例一所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。图1示出了一种用于实现高频电流局放监测方法的计算机终端(或移动设备)的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端10(或移动设备10)可以包括一个或多个(图中采用102a、102b，
……
，102n来示出)处理器(处理器可以包括但不限于微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输模块106。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口(i/o接口)、通用串行总线(usb)端口(可以作为i/o接口的端口中的一个端口被包括)、网络接口、电源和/或相机。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算机终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
25.应当注意到的是上述一个或多个处理器和/或其他数据处理电路在本文中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立的处理模块，或全部或部分的结合到计算机终端10(或移动设备)中的其他元件中的任意一个内。如本技术实施例中所涉及到的，该数据处理电路作为一种处理器控制(例如与接口连接的可变电阻终端路径的选择)。
26.存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本技术实施例中的高频电流局放监测方法对应的程序指令/数据存储装置，处理器通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的高频电流局放监测方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
27.传输模块106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(network interface controller，nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(radio frequency，rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
28.显示器可以例如触摸屏式的液晶显示器(lcd)，该液晶显示器可使得用户能够与计算机终端10(或移动设备)的用户界面进行交互。
29.此处需要说明的是，在一些可选实施例中，上述图1所示的计算机设备(或移动设备)可以包括硬件元件(包括电路)、软件元件(包括存储在计算机可读介质上的计算机代码)、或硬件元件和软件元件两者的结合。应当指出的是，图1仅为特定具体实例的一个实例，并且旨在示出可存在于上述计算机设备(或移动设备)中的部件的类型。
30.当前传统的电缆高频电流局放在线监测系统至少包括了传感器、连接线缆、主机、电源输入、外部通信这几大部分，因此在实施中对每部分均需做到适当的处置才能确保系统的正常运行，大大增加了施工的难度和时间。为了提高布设效率，提高系统的免维护性，本技术采用一种自取电无线一体化设计的高频电流传感器，只需要直接布设到输电线缆的母线上即可，实施中免去了现场供电线布设、传感器连接线布设等安装步骤，提高了高频电流局放监测系统的布设效率和免维护性。
31.为达到上述目的，在上述图1所示的运行环境下，本技术提供了如图2所示的高频电流局放监测方法。图2是根据本技术实施例的一种高频电流局放监测方法的流程图，如图2所示，该方法应用于高频电流局放监测设备中，高频电流局放监测设备包括：自取电模块、电池模块、监控模块、中央处理模块和通信模块，该方法包括如下步骤：
32.步骤s202，通过自取电模块获取输电线缆中输电母线上的感应电流，并采用感应电流对电池模块进行供电，其中，电池模块至少用于对监控模块、中央处理模块和通信模块进行供电；
33.步骤s204，通过监控模块对高频电流局放信号和工频相位进行监测，以及将监测信息传输至中央处理模块进行处理，并将处理结果通过通信模块发送至接收端设备。
34.通过上述步骤，采用将自取电模块、电池模块、监控模块、中央处理模块和通信模块集成在同一个系统上的方式，通过自取电模块获取输电线缆中输电母线上的感应电流对电池模块进行供电，通过监控模块对高频电流局放信号和工频相位进行监测，以及将监测信息传输至中央处理模块进行处理，并将处理结果通过通信模块发送至接收端设备，达到了无需在现场进行供电线的布设，以及无需传感器连接线布设等安装步骤的目的，从而实现了提高对高频电流局放信号监测效率的技术效果，进而解决了采用传感器和主机的方式监测高频电流时，传感器与主机之间需要有光纤或者电缆连线，不利于后期的拆装维护的技术问题，同时也解决了传统高频电流局放系统中需要单独采用一路有线传感器去检测工频相位的需求问题。
35.在步骤s202至步骤s204中的一种可选地实施例，自取电模块可采用大于5a启动电流的ct取电模块配合后端保护电路实现；中央处理模块可采用低端逻辑器件结合arm处理器实现，如spartan6 arm9芯片；通信模块可以采用sx1268 lora无线通信芯片实现。
36.在步骤s202中，采用感应电流对电池模块进行供电之前，通过自取电模块对所感应电流进行调整，调整包括以下两个方面：一是为后端负载提供稳定电流，从而为负载进行稳压输出，这里的后端负载至少包括监控模块、中央处理模块和通信模块；二是将调整后的稳定电流同步给电池模块，从而实现对电池模块进行充电和放电的操作。
37.在本技术实施例的一种可选地实施例中，自取电模块采用ct方式实现自供电，ct方式即电流互感取能方式，无需外接电源。ct自取电模块从输电母线上获取不间断的感应电流，并将感应电流经过调整后用于电池模块的充电，且ct自取电模块应至少具备抗工频电流饱和与超温保护的功能，由于任何线圈本质上都是电感，因此都会存在电流过大而饱
和的情况，电感饱和后就失去了电感的物理特性而失效；母线工频电流很大，因此需要特殊设计的线圈和保护装置以确保最小电流下可以稳定进行能量转换，一旦超过阈值能快速进行切断线圈回路进入保护。
38.电池模块用于从ct自取电模块获取调整后的充电电流之后，对整个高频电流局放监测设备进行稳定供电。该电池模块应至少具备过压过流保护与电池运行状态监控功能，其中，电池运行状态至少包括以下几种：1.欠压保护状态；2.cc-cv充电状态；3.放电状态；4.满电断路状态(即设备或系统可以利用ct方式与法拉电容稳定供电，不参与设备或系统供能)。
39.在监控模块中，包括高频电流传感器和交流相位传感器两部分，高频电流传感器用于监测3～30mhz范围内的高频电流局放信号，并将高频电流局放信号经过放大、滤波后传输给中央处理模块。
40.需要说明的是，高频电流局放与ct感应电流不是一个概念：高频电流局放是一种非周期、偶发性的脉冲型微小电流信号，其频率范围在3～30mhz，幅值在ma级；ct感应电流是工频周期的50hz交流电流，其幅度在安培级。
41.监控模块中的交流相位传感器用于监测工频相位，将工频零点信息实时同步到中央处理模块，其中，工频相位是指在交流输电中，每个时刻所对应的工频周期内的时刻，与工频每周期零点的时间差可以转换为相位差；工频零点信息为交流电流从负值向正值转变的中间点，中间点的电流值为0。
42.在步骤s204中，监测信息包括：工频零点信息和经过放大、滤波处理后的高频电流局放信号。
43.通过中央处理模块接收通信模块转发的高频电流局放信号，其中，高频电流局放信号至少包括被监控模块处理后的有效高频电流局放信号。
44.将监测信息传输至中央处理模块进行处理之后，通过中央处理模块对上层三相间的采样进行同步，对内进行高频电流局放信号的采样、处理、分析，以及对工频相位信息的获取和无线传递。
45.在上述过程中，上层即前端的含义，表示在综合数据处理之前的传感和数字化数据输出的过程，其三相通路每路均存在此过程。对上层三相间的采样进行同步的过程如下：1.三相各自通过无线专用信道发出自己的工频零点信息，携带本相的本地时间戳和识别号；2.三相各自捕获其他两相的无线工频同步信息，通过与本地时钟信息的对比，计算还原系统中三相各自的工频零点位置信息；3.在每个工频周期内，实现局放数据的收发一次，确保每个工频周期的同步；4.结合之前计算反推出的工频零点时间信息，通过算法进行局放信号的识别和处理。
46.在上述过程中，三相是指现行高压交流输电线路中的a、b、c三路交流输电线，三相间的相位差为120度。在高频电流局放监测设备中，首先要精确的感知当前的工频相位，并将三相分别获取的感知数据以时间轴的方式同步到工频相位当中，以此才能准确的判断所感知的信号是否是局放信号，或者何种类型的局放信号。
47.在本技术实施例中，通信模块可以是采用lora调制的通信模块，采用lora调制的具有高抗干扰性，低信噪比的特点，可以提高无线通信的可靠性；该通信模块采用双470mhz天线设计，一路作为三相间的专用同步，一路作为数据收发，该数据是指高频电流传感器所
监测并被处理后的有效高频电流局放信号，同时还包括装置间自适应握手交互数据。
48.该通信模块采用双天线和lora调制方式进行内同步，内同步指三相母线上所安装的高频电流局放监测设备或装置相互间的时间同步。内同步的原理包括如下三个步骤：1.每个装置发送带唯一识别码和本地时间戳的导频；2.三相装置中每个装置接收其余两个装置的导频信息；3.三相装置中每个装置解析其余两个装置的时间信息，得出本相与其他相的相对时间差，完成三相间的工频零点时间差的内同步。
49.在高频电流局放监测设备中，将上述自取电模块、电池模块、监控模块、中央处理模块和通信模块集成为一体。该设备采用ct方式自供电，无需外接电源，同时采用双天线和lora调制方式进行内同步和对外通信，采用内置电池与ct取电相结合，采用高频电流传感与交流相位传感一体化设计，具有取能与储能、高频电流局放信号监测、工频相位监测、数据处理与无线通信的功能。
50.通过一体化母线电缆高频电流局放监测设备，在对输电线缆进行高频电流局放在线监测系统布设时，不需要现场进行供电与走线布设，只需要直接在三相母线上进行设备安装即可，大大降低了施工布设的难度，节约了布设时间、提高了布设效率，同时，由于设备是一体化密封设计，整体防护性得到极大的提高，可以轻松达到ip68级防护。
51.图3是根据本技术实施例的一种高频电流局放监测系统的结构图，包括：自取电模块30、电池模块32、监控模块34、中央处理模块36和通信模块38，其中：
52.自取电模块30，用于获取输电线缆中输电母线上的感应电流，并采用感应电流对电池模块进行供电；
53.电池模块32，至少用于对监控模块、中央处理模块和通信模块进行供电；
54.监控模块34，用于对高频电流局放信号和工频相位进行监测，以及将监测信息传输至中央处理模块；
55.中央处理模块36，用于对监控模块传输的监测信息进行处理，并将处理结果通过通信模块发送至接收端设备；
56.通信模块38，用于接收和转发高频电流局放信号，其中，高频电流局放信号至少包括被中央处理模块处理后的有效高频电流局放信号。
57.在自取电模块30中该系统中的自取电模块还用于在采用感应电流对电池模块进行供电之前，对感应电流进行调整，调整包括以下两个方面：一是为后端负载提供稳定电流，从而为负载进行稳压输出，这里的后端负载至少包括监控模块、中央处理模块和通信模块；二是将调整后的稳定电流同步给电池模块，从而实现对电池模块进行充电和放电的操作。
58.在本技术实施例的一种可选地实施例中，自取电模块采用ct方式实现自供电，ct方式即电流互感取能方式，无需外接电源。ct自取电模块从输电母线上获取不间断的感应电流，并将感应电流经过调整后用于电池模块的充电，且ct自取电模块应至少具备抗工频电流饱和与超温保护的功能，由于任何线圈本质上都是电感，因此都会存在电流过大而饱和的情况，电感饱和后就失去了电感的物理特性而失效；母线工频电流很大，因此需要特殊设计的线圈和保护装置以确保最小电流下可以稳定进行能量转换，一旦超过阈值能快速进行切断线圈回路进入保护。
59.电池模块32用于从ct自取电模块获取调整后的充电电流之后，对整个高频电流局
放监测设备进行稳定供电。该电池模块应至少具备过压过流保护与电池运行状态监控功能，其中，电池运行状态至少包括以下几种：1.欠压保护状态；2.cc-cv充电状态；3.放电状态；4.满电断路状态(即设备或系统可以利用ct方式与法拉电容稳定供电，不参与设备或系统供能)。
60.在监控模块34中，包括高频电流传感器33和交流相位传感器35两部分，高频电流传感器33用于监测3～30mhz范围内的高频电流局放信号，并将高频电流局放信号经过放大、滤波后传输给中央处理模块。
61.需要说明的是，高频电流局放与ct感应电流不是一个概念：高频电流局放是一种非周期、偶发性的脉冲型微小电流信号，其频率范围在3～30mhz，幅值在ma级；ct感应电流是工频周期的50hz交流电流，其幅度在安培级。
62.监控模块34中的交流相位传感器35用于监测工频相位，将工频零点信息实时同步到中央处理模块，其中，工频相位是指在交流输电中，每个时刻所对应的工频周期内的时刻，与工频每周期零点的时间差可以转换为相位差；工频零点信息为交流电流从负值向正值转变的中间点，中间点的电流值为0。
63.在监控模块34中，监测信息包括：工频零点信息和经过放大、滤波处理后的高频电流局放信号。
64.中央处理模块36还用于接收通信模块转发的高频电流局放信号，其中，高频电流局放信号至少包括被监控模块处理后的有效高频电流局放信号。
65.将监测信息传输至中央处理模块进行处理之后，中央处理模块36还负责对上层三相间的采样进行同步，对内进行高频电流局放信号的采样、处理、分析，以及对工频相位信息的获取和无线传递。其中，三相是指现行高压交流输电线路中的a、b、c三路交流输电线，三相间的相位差为120度。在高频电流局放监测设备中，首先要精确的感知当前的工频相位，并将三相分别获取的感知数据以时间轴的方式同步到工频相位当中，以此才能准确的判断所感知的信号是否是局放信号，或者何种类型的局放信号。
66.在本技术实施例中，通信模块38可以是采用lora调制的通信模块，采用lora调制的具有高抗干扰性，低信噪比的特点，可以提高无线通信的可靠性；该通信模块采用双470mhz天线设计，一路作为三相间的专用同步，一路作为数据收发，该数据是指高频电流传感器所监测并被处理后的有效高频电流局放信号，同时还包括装置间自适应握手交互数据。
67.该通信模块38采用双天线和lora调制方式进行内同步，内同步指三相母线上所安装的高频电流局放监测设备或装置相互间的时间同步。内同步的原理包括如下三个步骤：1.每个装置发送带唯一识别码和本地时间戳的导频；2.三相装置中每个装置接收其余两个装置的导频信息；3.三相装置中每个装置解析其余两个装置的时间信息，得出本相与其他相的相对时间差，完成三相间的工频零点时间差的内同步。
68.在上述高频电流局放监测系统中，该系统将上述自取电模块、电池模块、监控模块、中央处理模块和通信模块集成为一体。该设备采用ct方式自供电，无需外接电源，同时采用双天线和lora调制方式进行内同步和对外通信，采用内置电池与ct取电相结合，采用高频电流传感与交流相位传感一体化设计，具有取能与储能、高频电流局放信号监测、工频相位监测、数据处理与无线通信的功能。
69.需要说明的是，图3所示的高频电流局放监测系统用于执行图2所示的高频电流局放监测方法，因此上述高频电流局放监测方法中的相关解释说明也适用于该高频电流局放监测系统，此处不再赘述。
70.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
71.在本技术的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
72.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
73.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
74.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
75.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
76.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。