一种电力电缆接头局部放电监测系统的制作方法

1.本发明涉及电力系统中参数监测处理，特别涉及一种基于分布式光纤传感技术的电力电缆接头局部放电监测系统。


背景技术：

2.电力设备安全运行一直是电力、钢铁、石化等行业各级部门高度重视的问题。多年来，虽然采取了不少安全措施和技术，仍然存在着不少隐患，安全事故仍时有发生。在电厂与变电站电缆桥架、电缆隧道、电缆夹层、电缆沟、电缆竖井、开关设备、变压器、电阻排等电力设备在长期的高压中发热而老化引起火灾，经过多年来火灾调查研究发现，大多数的火灾事故都是由于温度过高引起的，尤其以电缆隧道的火灾导致的损失为最大。
3.为此，迫切需要有一套可靠的、高性能的自动化系统来保证对电力设备的放电进行有效的实时监测，以便及时采取预防措施，避免火灾及停电事故发生。目前系统配置电缆局部放电在线监测主要设备包括传感器、采集装置和站端服务器。现有技术中存在基于脉冲电流法这一原理开发出来的应用于电缆局部放电检测的传感器，大口径主要安装于电缆本体上，小口径主要安装于终端接地线或中间接头交叉互联箱同轴芯线或接地铜条上；信号采集装置主要功能是对传感器的信号进行滤波、放大、模数转换等处理，最后通过内置的电光转换模块将信号以光的形式沿通信光纤上传至主控室主机屏和后端服务器中。
4.随着智能电网的快速发展和光纤传感器技术的应用，目前的配电变压器参数监测装置，通过实时的运算检测，保障电缆等的方便监测，实现故障数据的安全传输和定位成为关注的问题。


技术实现要素：

5.为此本技术提出一种分布式光纤传感技术的电力电缆接头局部放电监测系统，所述系统包括多个光纤传感装置，多个光纤光栅信号处理器和中心服务器；
6.多个光纤传感装置在单模光纤上串接复用构成传感器阵列，实现多参数的准分布式实时测量；
7.所述光纤传感装置包括：传感单元、传输光纤单元、光纤光栅解调单元和波长检测单元；光纤光栅解调单元中的光源发射宽带光λa，经耦合器到传感单元后，反射回一窄带的光λb，λb经耦合器到波长检测单元测出其波长，然后再转换成温度值；依据光纤光栅bragg波长的变化与环境温度的变化呈线性变化关系，通过检测光纤光栅bragg波长，置换测得环境温度；
8.光纤传感装置将测量电缆、中间头和终端的外表温度，光纤传感器装置通过和室内光缆熔接后连接到光纤光栅信号处理器上；依据覆盖位置的不同，设置多个光纤光栅信号处理器；
9.光纤光栅信号处理器通过rs232通信接口和中心服务器相连，中心服务器把测量到的温度数据存储起来并在屏幕上显示，如果电缆系统温度超出对应电缆的设置温差阈
值，则中心服务器启动局部放电报警定位监测；所述放电定位监测是基于光纤传感装置光信号的探测接收时延而获得的。
10.优选的，所述局部电缆放电检测是通过测定好各光纤传感装置阵元之间的相对时延，并将其作为参数代入定位局部放电点的坐标位置。
11.优选的，所述局部定位点等效于三个双曲面的交点。
12.中心服务器将多个光纤光栅信号处理中的一个为主控节点，其它光纤光栅信号处理器为从节点。确定所述中心服务器是否与选取的到的主控节点之间的信号传输是否同步。
13.可选的在设定的频带之间，发送同步状态信号，通过所述不同的参考信号获取到中心服务器与各个光纤光栅信号处理器之间的同步信息。
14.中心服务器依据同步信息，对光纤光栅信号处理器的温度信号加标不同的时间戳，当触发温度报警时，所述中心服务器根据历史温度升高曲线的值，触发放电检测周期，获取来自电缆的局部放电信号。
15.可选的，所述光纤传感装置包括4个不同的光纤光栅用于测量温度。
16.可选的，当电压为5kv时，阈值温度为2.5度，当为15kv时，温度阈值设置为4.3度。
17.λb的波长值与光栅本身有关，例如4个不同波长的光纤光栅，就必然反射回4个不同的波长，相应可检测出4个温度。
18.电缆接头在试验时，一端未接负载，可认为负载无穷大，电流无限小，而且有缺陷的电缆接头缆芯的导体采用焊接方式进行连接，所以，绝缘层破坏、有毛刺的中间接头的温升基本上来自局部放电；
19.本发明依据布拉格波长的线性关系快速获取到温度值同时通过设置温差阈值，触发定位检测，借助光纤传输定位的时延感应获取电缆的放电位置信息，通过主从结构的信号传输模式，确保信息能够安全准确地被传输，借助复用光纤传感装置和中继信号的传输，利用传感器能监测到电缆不同部位的放电导致的温升，及时发现故障隐患，提高电力电缆运行的可靠性和安全性。
附图说明
20.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中
21.图1本系统的示意图。
具体实施方式
22.参看下面的说明以及附图，本发明的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本发明的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。本发明中使用了多种结构图用来说明根据本发明的实施例的各种变形。
23.实施例1
24.如图1所示，本发明公开了一种分布式光纤传感技术的电力电缆接头局部放电监
测系统。所述系统包括，多个光纤传感装置，多个光纤光栅信号处理器和中心服务器。
25.多个光纤传感装置在单模光纤上串接复用构成传感器阵列，实现多参数的准分布式实时测量；
26.所述光纤传感装置包括：传感单元、传输光纤单元、光纤光栅解调单元和波长检测单元；光纤光栅解调单元中的光源发射宽带光λa，经耦合器到传感单元后，反射回一窄带的光λb，λb经耦合器到波长检测单元测出其波长，然后再转换成温度值；依据光纤光栅bragg波长的变化与环境温度的变化呈线性变化关系，10pm/℃，通过检测光纤光栅bragg波长，置换测得环境温度；
27.光纤传感装置测量电缆、中间头和终端的外表温度，光纤传感装置通过和室内光缆熔接后连接到光纤光栅信号处理器上；依据覆盖位置的不同，设置多个光纤光栅信号处理器；多个传感装置在单模光纤上串接复用，构成传感器阵列，实现多参数的准分布式实时测量；
28.光纤光栅bragg波长的变化与环境温度的变化呈线性变化关系，约10pm/℃，通过检测光纤光栅bragg波长，可以测得环境温度。λb的波长值与光栅本身有关，例如4个不同波长的光纤光栅，就必然反射回4个不同的波长，相应可检测出4个温度。
29.电缆接头在试验时，一端未接负载，可认为负载无穷大，电流无限小，而且有缺陷的电缆接头缆芯的导体采用焊接方式进行连接，所以，绝缘层破坏、有毛刺的中间接头的温升基本上来自局部放电。传感装置能监测到电缆中间接头局部放电导致的温升，利于及时发现故障隐患，提高电力电缆运行的可靠性和安全性。
30.本实施例的试验过程中，在试验电压为5kv，15kv，试验时间为40min时，有缺陷的接头比正常接头的温度分别高出2.5℃，4.3℃。
31.光纤传感装置测量电缆接头、中间头和终端的外表温度，光纤传感装置通过和室内光缆熔接后连接到光纤光栅信号处理器上；光纤光栅信号处理器通过rs232通信口和后台中心服务器相连，后台中心服务器把测量到的温度数据存储起来并在屏幕上显示，从而实现了对电缆系统温度的监视。如果电缆系统出现温度异常，系统将自动报警。后台中心服务器控制光纤光栅处理的通信连接模式，光纤光栅处理器之间采用主从通信结构。所述主节点的选取具体是，后台中心服务器确定测量评估时段，在所述测量评估时段对于各个变压器的光纤光栅信号处理器发送参考信号，其中参考信号，用以触发并测量光纤光栅信号处理器与中心服务器单元之间的信道质量。其中至少一部分参考信号资源是公共的，不同的聚类组或不同的厂家设备配置有不同的参考信号资源，后台中心服务器，监视并确定的测量评估期间接收的参考信号资源部分的信道质量，根据上述评估质量确定各个厂家设备诸如变压器对应或归属的光纤光栅信号处理器与中心服务器的信号通信质量。
32.可选的对于中心服务器依据上述评估的信号质量强度高低执行排序处理，对所述选取不同厂家型号的服务设备执行群组聚类，选取在变电站内的信号质量强度最优的油压光纤光栅信号处理器为主节点。由该主节点作为主设备与同一位置的同一厂家的设备执行控制信息中继转发，可选的不同的厂家设备的通信具有不同控制方案。
33.所述方案进一步包括，中心服务器确定自身是否与选取的到的主节点之间的信号传输是否同步。所述中心服务器和主节点之间的信号是通过广播信号执行与光纤光栅信号处理器之间的通信。在设定的频带之间，发送同步状态信号。通过同步信号中设置标准的时
间戳信息，通过时钟同步获取到不同的报警时刻，时延信息的基准定位。可选的，所述同步信息，由通过所述不同的参考信号，获取到中心服务器与各个光纤光栅信号处理器之间的时钟信息。
34.所述监测系统还和管理信息系统(mis)相连，电缆系统的温度数据可以通过mis系统远传至中心监控站。中心服务器可以是或兼容于管理信息系统(mis)。局部放电传感器可以是光纤光栅传感器；为选作主节点的光纤光栅信号和中心服务器之间的信息传输安全，避免第三方伪造或对信息的篡改，确保监测数据可信。
35.中心服务器接收作为参数主控节点的光纤光栅新型号处理的连接消息，所述连接消息包括当前完整性密钥和用于计算包括在连接请求消息中的数据的散列值的指示；
36.主控节点，基于所述连接消息中包括的所述指示来计算所述散列值；并基于所述散列值来计算令牌；以及向非主控节点的参数检测单元发送包括所述令牌的所述连接请求消息；其中，所述令牌是使用从所述当前完整性密钥导出的新的完整性密钥来计算的；所述当前完整性密钥被用在与中心服务器的先前连接中。通过完整性密钥和令牌的确认，判断主控节点和非主控节点之间的可信任，从而建立连接。
37.进一步，当出现故障和攻击时，从所述非主控节点接收用于计算所述散列值的指示。所述散列值是由底层协议提供给高层协议的，可选的所述底层为phy层，而所述高层为rrc层。
38.可选的，中心服务器中的主机中所装系统软件由c#语言开发，运行环境为windows/windows server，数据库为sql server。系统软件由后台进行信号分析和处理，处理结果由前台功能界面显示。系统软件功能包括可视化综合界面，实时数据、历史数据、数据趋势曲线和异常记录的查询和导出，以及传感器和数据通讯的参数设置。当监测数据达到报警阈值时，软件会自动记录，并在界面上以红色显示，同时控制报警器发出声光报警。
39.进一步地，如果电缆系统温度超出对应电缆的设置温差阈值，则后台服务器启动局部放电报警定位监测；所述放电定位监测是光纤传感器基于光信号的探测接收时延而获得的；方式具体为：测定各传感器阵元之间的相对时延，并将其作为参数代入定位算法定位局部放电点的坐标位置。所述定位算法具体为：获取实测时延为τ
12
，τ
13
，τ
14
；利用时延差确定放电辐射源，设放电辐射源p(x，y，z)到传感器s1(x1，y1，z1)的传播时间t1，则p点到s1的距离r1满足
[0040][0041]
式中，c为电磁波的波速。设信号到达传感器si(xi，yi，zi)与参考传感器s1的相对时差为τ
1i
＝t
i-t1，i＝2，3，4，则辐射源p与各传感器的坐标之间满足下面的关系
[0042][0043]
测出各传感器相对于传感器s1的相对时差τ
1i
，已知波速c及各传感器坐标，则由式
(2)即可求出辐射源的位置；局部放电点p为上述三个双曲面的交点。
[0044]
所光纤光栅信号处理器可包括主机和无线信号发送电路，所述局部放电光纤传感器通过数据线与其主机相连以modbus协议进行信号传输。modbus协议中建立了主从设备查询的格式包括：设备地址、功能代码、所有要发送的数据、其位置坐标信息，以及不同的传感器的坐标位置信息。
[0045]
本技术的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)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，例如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、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。
[0046]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，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，仅仅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，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0047]
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网络单元上。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。
[0048]
另外，在本技术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。
[0049]
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(可以是个人计算机，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、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read-onlymemory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：random access memory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0050]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0051]
如在本技术所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
[0052]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。