CN103389408A - 一种高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置及控制方法。装置包括：A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器、电流数据采集器、GPRS数据传输模块和监测设备；其中：A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器分别安装在A、B、C三相单芯电缆的护套接地层地线上；电流数据采集器三个输入端分别与A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器相连接，输出端与GPRS数据传输模块相连接；GPRS数据传输模块通过无线的方式与监测设备相连接。本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置及控制方法具有以下优点：安全可靠、现场适用性强、方便快捷。
Description
技术领域
本发明属于电力电网检测技术领域，特别是涉及一种高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置及控制方法。
背景技术
在电力行业，110kV及以上高压单芯电缆的金属护层一般采用交叉互联双端接地或单端直接接地的运行方式。正常情况下金属护层对地只有几十伏的感应电压，当高压电缆终端头接地线、中间接头井的交叉互联接地线被破坏而外护层完全失去接地之后，将会导致外护层击穿或护层保护器烧毁，更严重地会导致电缆主绝缘击穿，在这种情况下金属护层有可能出现多点接地，形成环流，这样既降低了电缆的载流量，又浪费电能形成损耗，并加速了电缆绝缘老化，因此需要定期对上述电缆金属护层的接地电流进行检测，目前主要采用人工检测的方法进行上述检测。
经调查研究发现，人工检测高压电缆护层接地电流存在以下弊端：
1、投入的人力大，测试的过程中需要监护人、记录人、测试人员。
2、工作量大，工作所需时间长，检验周期因人力限制较长。
3、测试过程中有触电和高坠的危险，在开启接地箱进行测试的过程中，一旦接地箱接地***遭到破坏，将会产生很大的接地电流，会使工作人员触电，而当在塔上进行测试的时候就更加危险。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置及控制方法。
为了达到上述目的，本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置包括：A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器、电流数据采集器、GPRS数据传输模块和监测设备；其中：A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器分别安装在A、B、C三相单芯电缆的护套接地层地线上；
电流数据采集器为电流传感器数据采集电路，其三个输入端分别与A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器相连接，输出端与GPRS数据传输模块相连接；
GPRS数据传输模块为DTU无线数据传输单元，其通过无线的方式与监测设备相连接；
监测设备为用户监测装置，其包括设置在电网监控中心的监测计算机和手机终端。
所述的电流数据采集器配有工作电源，工作电源的型号为LXZK-φ140-100/5。
所述的A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器的型号为LDZC-10-100/5，电流数据采集器的型号为TYLD1，GPRS数据传输模块的型号为GPRS-DTU（WG-1010）。
本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置的控制方法中电流数据采集器的数据采集控制流程包括按顺序执行的下列步骤：
步骤一，采集电流值的S1阶段：分别通过三个电流互感器采集三条接地线上的电流值；
步骤二，建立电流值序列的S2阶段：在电流数据采集器中，分相存贮三条接地线上的电流值，组成三相接地电流值的时间序列；
步骤三，数字滤波的S3阶段：针对S2阶段产生的电流值序列，进行数字滤波，得到当前各相接地电流的计算值；
步骤四，判断单相电流是否正常的S4阶段：根据接地电流计算值判断所对应的单相接地电流是否正常，如果判断结果为“是”，则进入下一步S5阶段，否则下一步进入S8阶段；
步骤五，判断三单相电流是否正常的S5阶段：根据当前的三相接地电流计算值，判断三相接地线上的三个接地电流之间的相互关系是否正常，如果判断结果为“是”，则进入下一步S6阶段，否则下一步进入S8阶段；
步骤六，判断定时上传时间是否到时的S6阶段：判断当前是否到达规定的定时上传时间，如果判断结果为“是”，则进入下一步S7阶段，否则，退出流程，结束本次采集；
步骤七，定时上传数据的S7阶段：将定时上传数据写入到发送数据缓冲区，置位发送标志位，启动数据发送流程；然后退出流程，结束本次采集；
步骤八，上传实时报警数据的S8阶段：将实时报警数据写入到发送数据缓冲区，置位发送标志位，启动数据发送流程；本次采集至此结束。
在S7、S8阶段中，所述的数据发送流程为电流数据采集器中微控制器根据设定的通信间隔时间定时触发的通信流程，其包括按顺序执行的下列步骤：
步骤一、判断发送标志置位的S201阶段：判断发送标志是否已经被置位，如果判断结果为“是”，则进入下一步S202阶段；否则退出流程，结束本次操作；
步骤二、组建上传数据包的S202阶段：从发送数据缓冲区中，提取发送数据，组成完整的上传数据包；
步骤三、判断是否为首次发送的S203阶段：根据发送计数器的计数值是否为零，判断本次发送是否为首次发送，如果判断结果为“是”，则下一步进入S207阶段；否则进入下一步S204阶段；
步骤四、判断是否收到接收应答的S204阶段：根据接收应答标志是否置位，判断当前是否已收到接收方发出的接收应答；如果判断结果为“是”，则下一步进入S208阶段；否则进入下一步S205阶段；
步骤五、判断发送次数是否超标的S205阶段：根据发送计数器的计数值，判断连续发送的次数是否已经超出规定的次数，如果判断结果为“是”，则下一步进入S209阶段；否则进入下一步S206阶段；
步骤六、发送计数器+1的S206阶段：将发送计数器的计数值做加1处理，然后进入S210阶段；
步骤七、发送计数器=1的S207阶段：令发送计数器的计数值等于1，然后进入S210阶段；
步骤八、清除发送标志，发送计数器=0的S208阶段：收到接收方所发送接收应答，说明前次所发送的上传数据包已经发送成功；清除发送标志位，令发送计数器的计数值等于0，然后退出流程，结束本次操作；
步骤九、发送故障处理的S209阶段：置位发送故障标志位，启动发送故障处理流程，然后退出本流程；
步骤十、发送上传数据包的S210阶段：将上传数据包传送给GPRS传输模块，并同时发送数据上传命令，通过GPRS传输模块，向远端的监测设备发送上传数据包，整个流程至此结束。
本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置的控制方法中监测设备在接收到电流数据采集器所发送的上传数据包后，将通过GPRS传输模块向电流数据采集器发送接收应答。
本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置及控制方法具有以下优点：
（一）安全可靠
通过接地电流监测值与计算值的比较，实现对接地***故障的诊断，为高压电缆的运行监测提供理论依据和参考数据，以降低电缆事故风险，提高城市电网运行的安全可靠性，将电缆接地装置被破坏的机率降到最低。
（二）现场适用性强
适用于不同接地方式、安装位置、类型的接地箱，具有普遍的适用性，操作方便，安装简便。
（三）方便快捷
使电缆终端塔接地***成本大大降低，缩短检测周期，节约人力、物力。
附图说明
图1为本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置的组成示意图。
图2为本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置所采用的数据采集控制流程框图。
图3为本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置所采用的数据发送流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置及控制方法进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置包括：A相电流互感器CTA、B相电流互感器CTB、C相电流互感器CTC、电流数据采集器1、GPRS数据传输模块2和监测设备3；其中：A相电流互感器CTA、B相电流互感器CTB和C相电流互感器CTC分别安装在A、B、C三相单芯电缆的护套接地层地线上；
电流数据采集器1为电流传感器数据采集控制器，其三个输入端分别与A相电流互感器CTA、B相电流互感器CTB和C相电流互感器CTC相连接，输出端与GPRS数据传输模块2相连接；
GPRS数据传输模块2为DTU无线数据传输单元，其通过无线的方式与监测设备3相连接；
监测设备3为用户监测装置，其包括设置在电网监控中心的监测计算机和手机终端。
所述的电流数据采集器1主要由微控制器、数据存储器和输入采集电路构成，其具有数据采集、数据存储和数据运算处理的能力。
所述的电流数据采集器1配有工作电源，工作电源的型号为LXZK-φ140-100/5。
所述的A相电流互感器CTA、B相电流互感器CTB和C相电流互感器CTC的型号为LDZC-10-100/5，电流数据采集器1的型号为TYLD1，GPRS数据传输模块2的型号为GPRS-DTU（WG-1010）。
所述的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置的工作电源可采用三种方式：a、蓄电池供电方式；b、采集电网的感应电能；c、太阳能电池供电方式；其中以太阳能供电方式较为经济实用。
如图2所示，本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置中电流数据采集器1的数据采集控制流程包括按顺序执行的下列步骤：
步骤一，采集电流值的S1阶段：分别通过三个相电流互感器CTA、CTB、CTC采集三条接地线上的电流值；
步骤二，建立电流值序列的S2阶段：在电流数据采集器1中，分相存贮三条接地线上的电流值，组成三相接地电流值的时间序列；
步骤三，数字滤波的S3阶段：针对S2阶段产生的电流值序列，进行数字滤波，得到当前各相接地电流的计算值；
步骤四，判断单相电流是否正常的S4阶段：根据接地电流计算值判断所对应的单相接地电流是否正常，如果判断结果为“是”，则进入下一步S5阶段，否则下一步进入S8阶段；
步骤五，判断三单相电流是否正常的S5阶段：根据当前的三相接地电流计算值，判断三相接地线上的三个接地电流之间的相互关系是否正常，如果判断结果为“是”，则进入下一步S6阶段，否则下一步进入S8阶段；
步骤六，判断定时上传时间是否到时的S6阶段：判断当前是否到达规定的定时上传时间，如果判断结果为“是”，则进入下一步S7阶段，否则，退出流程，结束本次采集；
步骤七，定时上传数据的S7阶段：将定时上传数据写入到发送数据缓冲区，置位发送标志位，启动数据发送流程；然后退出流程，结束本次采集；
步骤八，上传实时报警数据的S8阶段：将实时报警数据写入到发送数据缓冲区，置位发送标志位，启动数据发送流程；本次采集至此结束。
在S7、S8阶段中，所述的数据发送流程为电流数据采集器1中微控制器根据设定的通信间隔时间，定时触发的通信流程；如图3所示，所述的数据发送流程包括按顺序执行的下列步骤：
步骤一、判断发送标志置位的S201阶段：判断发送标志是否已经被置位，如果判断结果为“是”，则进入下一步S202阶段；否则退出流程，结束本次操作；
步骤二、组建上传数据包的S202阶段：从发送数据缓冲区中，提取发送数据，组成完整的上传数据包；
步骤三、判断是否为首次发送的S203阶段：根据发送计数器的计数值是否为零，判断本次发送是否为首次发送，如果判断结果为“是”，则下一步进入S207阶段；否则进入下一步S204阶段；
步骤四、判断是否收到接收应答的S204阶段：根据接收应答标志是否置位，判断当前是否已收到接收方发出的接收应答，即针对于之前所发送的上传数据包的接收应答；如果判断结果为“是”，则下一步进入S208阶段；否则进入下一步S205阶段；
步骤五、判断发送次数是否超标的S205阶段：根据发送计数器的计数值，判断连续发送的次数是否已经超出规定的次数，如果判断结果为“是”，则下一步进入S209阶段；否则进入下一步S206阶段；
步骤六、发送计数器+1的S206阶段：将发送计数器的计数值做加1处理，然后进入S210阶段；
步骤七、发送计数器=1的S207阶段：令发送计数器的计数值等于1，然后进入S210阶段；
步骤八、清除发送标志，发送计数器=0的S208阶段：收到接收方所发送接收应答，说明前次所发送的上传数据包已经发送成功；清除发送标志位，令发送计数器的计数值等于0，然后退出流程，结束本次操作；
步骤九、发送故障处理的S209阶段：置位发送故障标志位，启动发送故障处理流程，然后退出本流程；
步骤十、发送上传数据包的S210阶段：将上传数据包传送给GPRS传输模块2，并同时发送数据上传命令，通过GPRS传输模块2向远端的监测设备3发送上传数据包，整个流程至此结束。
所述的监测设备3在接收到电流数据采集器1所发送的上传数据包后，将通过GPRS传输模块2向电流数据采集器1发送接收应答。
本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置在工作时，电流数据采集器1通过三个电流互感器连续采集并存储三条接地线上的电流值，并判断其是否正常，如果发现当前的电流值出现异常，则立即通过GPRS传输模块2向远端的监测设备3发送实时报警上传信息；如果电流值未出现异常，则继续采集电流值，直至到达规定的定时上传时间后，再通过GPRS传输模块2向远端的监测设备3发送定时上传信息；监测设备3在每收到一个上传信息后，会向发送方回发一应答信息，数据采集器1在发送完一个上传信息后，必须收到接收方的应答信息，才算完成此次发送，否则继续发送，直至收到应答信息；当连续发送的次数超过规定值时，则说明存在通信故障，此时电流数据采集器1将停止发送，进入故障处理流程。如上所述，本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置的控制方法引入了上传信息和接收应答的双向通信方式，提高了通信的可靠性，避免了上传信息丢失现象的发生。
本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置，利用电流互感器对电缆护层接地电流进行实时采集，然后定时(时间间隔可任意设定)以无线的方式将采集到的数据上传到监测设备3；同时也具有实时报警模式，即实时检测电流，当电流值超过规定的阈值时立刻将报警数据传输到监测设备3。
本装置能够提供GPRS/CDMA/3G无线数据传输方式，既可配合手机终端使用，也可以配合软件平台使用。
监测设备3中的监测计算机在接收到电流采集数据后，通过软件将采集到的数据与理论数据相比较，查看电缆的运行状态。通过数值的直观反映来判断测量地点电缆的接地电流情况及故障类型。
在本装置的安装使用过程中，我们选取了110KV高压电缆阳漳一线，电缆护套材质为铝护套，内外径分别为107mm、111mm。并现场对电缆参数和排列情况及电缆线芯负荷进行了实地测量，包括电缆段长、各相间距等等。并考虑到实际工程电缆敷设均采用电缆蛇形排列方式，所以电缆实际段长需倍乘1.05的常数。
在线监测与现场采集实验结果对比如下表所示：
通过对比可以得出，现场采集到的结果与在线监测结果大致相近，在误差允许范围内，监测装置有效可靠，并大幅度地减少了所需的人力物力。
本发明提供的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置在使用中取得了显著的效果：
1、解决了每年两次进行的护层接地电流测试所需要的人工、时间以及测试过程中的安全问题。
2、最重要的是在高压电缆护层接地***失去保护作用（损坏、被盗等）时能及时发现，并发出预警，防止电缆主绝缘受到损伤造成停电事故，起到实时监测的作用。
Claims (8)
1.一种高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置，其特征在于：所述的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置包括：A相电流互感器CTA、B相电流互感器CTB、C相电流互感器CTC、电流数据采集器（1）、GPRS数据传输模块（2）和监测设备（3）；其中：A相电流互感器CTA、B相电流互感器CTB和C相电流互感器CTC分别安装在A、B、C三相单芯电缆的护套接地层地线上；
电流数据采集器（1）为电流传感器数据采集控制器，其三个输入端分别与A相电流互感器CTA、B相电流互感器CTB和C相电流互感器CTC相连接，输出端与GPRS数据传输模块（2）相连接；
GPRS数据传输模块（2）为DTU无线数据传输单元，其通过无线的方式与监测设备（3）相连接；
监测设备（3）为用户监测装置，其包括设置在电网监控中心的监测计算机和手机终端。
2.根据权利要求1所述的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置，其特征在于：所述的电流数据采集器（1）主要由微控制器、数据存储器和输入采集电路构成。
3.根据权利要求1所述的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置，其特征在于：所述的电流数据采集器（1）配有工作电源，工作电源的型号为LXZK-φ140-100/5。
4.根据权利要求1所述的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置，其特征在于：所述的A相电流互感器CTA、B相电流互感器CTB和C相电流互感器CTC的型号为LDZC-10-100/5，电流数据采集器（1）的型号为TYLD1，GPRS数据传输模块2的型号为GPRS-DTU（WG-1010）。
5.根据权利要求1所述的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置，其特征在于：所述的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置的工作电源采用如下三种方式之一：a、蓄电池供电方式；b、采集电网的感应电能；c、太阳能电池供电方式。
6.一种如权利要求1所述的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置的控制方法，其特征在于，所述的电流数据采集器（1）的数据采集控制流程包括按顺序执行的下列步骤：
步骤一，采集电流值的S1阶段：分别通过三个电流互感器CTA、CTB、CTC采集三条接地线上的电流值；
步骤二，建立电流值序列的S2阶段：在电流数据采集器（1）中，分相存贮三条接地线上的电流值，组成三相接地电流值的时间序列；
步骤三，数字滤波的S3阶段：针对S2阶段产生的电流值序列，进行数字滤波，得到当前各相接地电流的计算值；
步骤四，判断单相电流是否正常的S4阶段：根据接地电流计算值判断所对应的单相接地电流是否正常，如果判断结果为“是”，则进入下一步S5阶段，否则下一步进入S8阶段；
步骤五，判断三单相电流是否正常的S5阶段：根据当前的三相接地电流计算值，判断三相接地线上的三个接地电流之间的相互关系是否正常，如果判断结果为“是”，则进入下一步S6阶段，否则下一步进入S8阶段；
步骤六，判断定时上传时间是否到时的S6阶段：判断当前是否到达规定的定时上传时间，如果判断结果为“是”，则进入下一步S7阶段，否则，退出流程，结束本次采集；
步骤七，定时上传数据的S7阶段：将定时上传数据写入到发送数据缓冲区，置位发送标志位，启动数据发送流程；然后退出流程，结束本次采集；
步骤八，上传实时报警数据的S8阶段：将实时报警数据写入到发送数据缓冲区，置位发送标志位，启动数据发送流程；本次采集至此结束。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在S7、S8阶段中，所述的数据发送流程为电流数据采集器（1）中微控制器根据设定的通信间隔时间，定时触发的通信流程，其包括按顺序执行的下列步骤：
步骤一、判断发送标志置位的S201阶段：判断发送标志是否已经被置位，如果判断结果为“是”，则进入下一步S202阶段；否则退出流程，结束本次操作；
步骤二、组建上传数据包的S202阶段：从发送数据缓冲区中，提取发送数据，组成完整的上传数据包；
步骤三、判断是否为首次发送的S203阶段：根据发送计数器的计数值是否为零，判断本次发送是否为首次发送，如果判断结果为“是”，则下一步进入S207阶段；否则进入下一步S204阶段；
步骤四、判断是否收到接收应答的S204阶段：根据接收应答标志是否置位，判断当前是否已收到接收方发出的接收应答；如果判断结果为“是”，则下一步进入S208阶段；否则进入下一步S205阶段；
步骤五、判断发送次数是否超标的S205阶段：根据发送计数器的计数值，判断连续发送的次数是否已经超出规定的次数，如果判断结果为“是”，则下一步进入S209阶段；否则进入下一步S206阶段；
步骤六、发送计数器+1的S206阶段：将发送计数器的计数值做加1处理，然后进入S210阶段；
步骤七、发送计数器=1的S207阶段：令发送计数器的计数值等于1，然后进入S210阶段；
步骤八、清除发送标志，发送计数器=0的S208阶段：收到接收方所发送接收应答，说明前次所发送的上传数据包已经发送成功；清除发送标志位，令发送计数器的计数值等于0，然后退出流程，结束本次操作；
步骤九、发送故障处理的S209阶段：置位发送故障标志位，启动发送故障处理流程，然后退出本流程；
步骤十、发送上传数据包的S210阶段：将上传数据包传送给GPRS传输模块（2），并同时发送数据上传命令，通过GPRS传输模块（2），向远端的监测设备（3）发送上传数据包，整个流程至此结束。
8.一种如权利要求1所述的高压单芯电缆护层接地电流在线监测装置的控制方法，其特征在于，所述的监测设备（3）在接收到电流数据采集器（1）所发送的上传数据包后，将通过GPRS传输模块（2）向电流数据采集器（1）发送接收应答。
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| PB01 | Publication | ||
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