CN217879496U - 一种电力电缆的故障监测装置 - Google Patents

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谭全
王国强
侯玉龙
程迪
康学金
杨航
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Abstract

本实用新型公开了一种电力电缆的故障监测装置，本实用新型利用中低压电缆采用中性点非有效接地方式，在发生单相接地时，会产生微弱的放电信号这一特点，在中低压电缆的接地上等间距安装有故障检测传感器，以用于实时采集电缆接地线上的高频放电信号，并通过通信模块传输至监控终端，而监控终端则可分析接收到的高频放电信号，从而得出电缆的监测结果；通过上述设计，本实用新型通过中低压电缆线路上的高频放电信号，对线路中存在的放电点做出预警，不仅操作简单，不会击穿电缆其它部位，且能够实现电力电缆全线上故障或隐患的精确定位，达到了快速处置电缆故障的目的。

Description

一种电力电缆的故障监测装置
技术领域
本实用新型属于电缆故障检测技术领域，具体涉及一种电力电缆的故障监测装置。
背景技术
随着近年来高速铁路里程的提升，中低压电缆自闭贯通线路的长度不仅得到了提高，其线路结构也越来越复杂，为了保证接触网线路的正常运行，各铁路公司对中低压自闭贯通线路提出了更快、更高的故障诊断要求；现阶段，新修高铁线路沿线的供电线路基本为纯电缆线路供电，其中，中低压电缆受到其生产、安装、以及长期的地下潮湿环境的影响，电缆线路会出现绝缘老化和损坏的情况，且由于10-35kV中低压电缆线路都是采用中性点非有效接地方式运行的，因此，线路一旦发生单相接地，线路不会立即出现跳闸，其可带故障持续运行2小时，但长时间运行，会导致电缆线路出现非故障相电压升高，从而击穿绝缘薄弱的地方，最终导致线路跳闸，更有甚者，会引起同一条电缆沟中其它电缆及通讯光缆的烧伤，因此，中低压自闭贯通电缆的隐患放电监测及提前预警显得极为关键。
目前，应对中低压电缆线路监测的手段是等到电缆线路发生故障时再通过解列注入信号的方式进行电缆线路的故障测距，其操作手段复杂，加入直流信号的同时也有可能击穿电缆的其它绝缘薄弱部位，给电缆运维造成了一定的麻烦；同时，也有通过红外检测的方式进行电缆接头的监测，以达到故障监测的目的，但是，此类方法只能进行关键部位的监测，对于电缆中间接头和线路中无法实现全线监测；由此，为了更好的适应电力电缆的故障预警，以及实现电缆故障的快速且精确的定位，提供一种电力电缆的故障监测装置迫在眉睫。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种电力电缆的故障监测装置，以解决现有电力电缆故障检测所存在的操作手段复杂，容易击穿电缆的其它绝缘薄弱部位以及无法进行全线监测的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
第一方面，本实用新型提供了一种电力电缆的故障监测装置，包括：监测终端、通信模块以及多个故障检测传感器，其中，所述多个故障检测传感器等间距的安装在待检测电缆的接地线上，用于采集待检测电缆的接地线上的高频放电信号；
每个故障检测传感器电连接所述通信模块的输入端，且所述通信模块的输出端通信连接所述监测终端，用于将各个故障检测传感器采集的高频放电信号传输至所述监测终端；
所述监测终端，用于处理接收到的高频放电信号，得到待检测电缆的监测结果，并对所述监测结果进行可视化展示。
基于上述公开的内容，本实用新型利用中低压电缆采用中性点非有效接地方式，在发生单相接地时，会产生微弱的放电信号这一特点，在中低压电缆的接地上等间距安装有故障检测传感器，以用于实时采集电缆接地线上的高频放电信号，并通过通信模块传输至监控终端，而监控终端则可分析接收到的高频放电信号，从而得出电缆的监测结果；通过上述设计，本实用新型通过中低压电缆线路上的高频放电信号，对线路中存在的放电点做出预警，不仅操作简单，不会击穿电缆其它部位，且能够实现电力电缆全线上故障或隐患的精确定位，达到了快速处置电缆故障的目的。
在一个可能的设计中，所述故障检测传感器包括：外壳、传感器绕线以及传感器铁芯，其中，所述传感器铁芯呈圆柱形，且所述传感器绕线缠绕在所述传感器铁芯上；
所述传感器铁芯安装在所述外壳内，且所述外壳内设置有线缆通道，以在所述待检测电缆的接地线穿过所述线缆通道时，将所述故障检测传感器固定在接地线上。
基于上述公开的内容，本实用新型公开了故障检测传感器的具体结构，其工作原理为：将电缆的接地线穿过故障检测传感器，当电缆发生单相接地时，即可利用传感器绕线来检测电缆接地线上的放电信号，并将检测到的放电信号传输至通信模块，从而由通信模块传输至监测终端。
在一个可能的设计中，所述传感器铁芯与所述外壳的内壁之间设置有绝缘填充物；具体应用时，通过设置绝缘填充物，可屏蔽电缆线路的白噪声，从而减少对传感器信号采集的干扰。
在一个可能的设计中，所述传感器绕线的绕线圈数为偶数。
在一个可能的设计中，所述外壳呈圆柱形，且所述外壳顶面和底面的边缘处均设置有开口；具体应用时，在外壳的顶面以及底面设置开口，能够实现传感器检测方向的全向化，从而越容易实现接地线上高频放电信号的监测。
在一个可能的设计中，所述外壳顶面和底面的边缘处均设置有4个开口，且处于顶面的4个开口沿顶面的中心点中心对称，处于底面的4个开口沿底面的中心点中心对称。
基于上述公开的内容，在顶面和底面设置有4个开口，且4个开口呈中心对称，由此，在增加传感器面积的同时，可使故障检测传感器的信号检测方向形成全向式，由此，可实现多方位的放电采集，从而提高监测的范围以及准确性。
在一个可能的设计中，所述开口为矩形开口，且所述开口的宽度为5cm；具体应用时，采用上述参数，既能保证传感器面积的最大化，以最大化提高监测范围，同时，也能实现传感器的谐振点为零。
在一个可能的设计中，所述通信模块采用4G通信模块和/或GPRS通信模块。
附图说明
图1为本实用新型提供的电力电缆的故障监测装置的架构示意图；
图2为本实用新型提供的故障检测传感器的俯视结构图；
图3为本实用新型提供的故障检测传感器的等效电路图。
附图标记：10-外壳；20-传感器绕线；30-开口；40-传感器铁芯。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本实用新型的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本实用新型，并且不应当理解为本实用新型限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本实用新型的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例
参见图1～2所示，本实施例第一方面所提供的电力电缆的故障监测装置，可以但不限于包括：监测终端、通信模块以及多个故障检测传感器，在具体应用时，利用中低压线缆采用中性点非有效接地方式，在单相接地时，会产生微弱的放点信号这一特点，将多个故障检测传感器等间距安装在待检测电缆的接地线上，以便通过各个故障检测传感器来采集待检测电缆上的接地线上的高频放电信号，从而实现待检测电缆上放电点的监测。
更进一步的，每个故障检测传感器电连接所述通信模块的输入端，且所述通信模块的输出端通信连接所述监测终端，用于将各个故障检测传感器采集的高频放电信号传输至所述监测终端，而所述监测终端，则用于处理接收到的高频放电信号，得到待检测电缆的监测结果，并对所述监测结果进行可视化展示；可选的，举例监测终端可以但不限于采用个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、智能手机和/或个人数字助理(personaldigital assistant，PDA)，且监测终端可根据高频放电信号的电压值，来实现故障检测，同时，举例监测终端还可根据接收到的各个高频防线信号来生成待检测电缆的放电波形，进行可视化展示，以便工作人员基于放电波形来掌握待检测电缆的工作状态。
在本实施例中，举例在待检测电缆的接地线上每隔5Km设置一故障检测传感器，以实现待检测电缆的全线故障监测。
在本实施例中，举例所述通信模块可以但不不限于采用4G通信模块和/或GPRS(General packet radio service，通用无线分组)通信模块。例如，采用ME909S-821型4G通信模块和/或SIM800A LCC-68型GPRS通信模块，当然，可根据传输距离来选择其余的通信模块，在此不限定于前述举例。
由此通过前述对故障监测装置的详细阐述，本实用新型可实现电缆线路上隐患放电信号采集，对线路中存在的放电点做出预警，提高了中低压自闭贯通纯电缆线路的智能化运维水平。
参见图2所示，下述提供故障检测传感器的其中一种具体结构：
在具体应用时，举例所述故障检测传感器可以但不限于包括：外壳10、传感器绕线20以及传感器铁芯40，参见图2所示，所述传感器铁芯40呈圆柱形，且所述传感器绕线20缠绕在所述传感器铁芯上40；所述传感器铁芯40安装在所述外壳10内，且所述外壳10内设置有线缆通道，以在所述待检测电缆的接地线穿过所述线缆通道时，将所述故障检测传感器固定在接地线上；由此，前述故障检测传感器的工作原理为：通过内部的线圈来实时采集对应待检测电缆的接地线上的放电信号(该放电信号为高频放电信号)，然后，将采集的放电信号传输至通信模块，由通信模块上传至监测终端(当然，也可上传至服务器)进行分析处理，从而得出各个放电点的故障检测结果。
可选的，所述传感器铁芯40与所述外壳10的内壁之间设置有绝缘填充物，在本实施例中，举例绝缘填充物可以但不限于采用树脂，由此，可屏蔽待检测电缆的白噪声，防止其干扰故障检测传感器。
在具体应用时，举例所述传感器绕线20的绕线圈数为偶数，如此设计，能够屏蔽干扰信号。
更进一步的，举例所述外壳10呈圆柱形，且所述外壳10顶面和底面的边缘处均设置有开口30，参见图2所示，设置开口可增加传感器的信号检测方向，从而提高对放电信号的监测范围；具体实施时，举例所述外壳10顶面和底面的边缘处均设置有4个开口30，且处于顶面的4个开口30沿顶面的中心点中心对称，处于底面的4个开口30沿底面的中心点中心对称；通过上述设计，可使故障检测传感器的信号检测方向形成全向式，从而实现多方位的放电采集，以提高监测的范围。
可选的，举例所述开口30为矩形开口，且所述开口30的宽度为5cm，由此，可保证传感器面积的最大化，以最大化提高监测范围，同时，也能实现传感器的谐振点为零。
在本实施例中，举例传感器绕线的自感可以但不限于为0.15mH，传感器绕线的等效电阻阻值为50Ω，传感器绕线的负载积分电阻的阻值为10Ω，传感器绕线的等效杂散电容的电容值为0.015uF,传感器绕线与故障检测传感器之间的互感值为5.8，同时，举例故障检测传感器的带通介于100kHz-1MHZ之间，基于上述参数，对电缆的高频放电信号的采集效果最优，能够最为准确的得出电缆上的放电点。
参见图3所示，下述提供故障检测传感器的等效电路图，以阐述故障检测传感器的结构设计：
图3中，I(t)为被测放电信号，即待检测电缆的高频放电信号，e(t)为故障检测传感器的输出电压信号，M为故障检测传感器与传感器绕线之间的互感，Ls为传感器绕线的自感，Rs为传感器绕线的等效电阻，Cs为传感器绕线的等效杂散电容，R为传感器绕线的负载积分电阻，U0(t)为检测电压信号，I2(t)表示经过自积分回路输出的电流信号。
因此，基于上述参数，可进行以下公式的计算：
Figure BDA0003773822350000051
Figure BDA0003773822350000052
Figure BDA0003773822350000053
为满足传感器绕线的自积分条件，因此其对应的电压：
Figure BDA0003773822350000054
因此，基于上式，可得出故障检测传感器的传递函数为：
Figure BDA0003773822350000055
式中，U0(S)表示故障检测传感器的总电压，I(S)表示故障检测传感器的总电流，Ms为常数。
根据上式传递函数可得出该传感器的上下频率及角频率：
上限频率：
Figure BDA0003773822350000061
下限频率：
Figure BDA0003773822350000062
上限角频率：
Figure BDA0003773822350000063
下限角频率：
Figure BDA0003773822350000064
由此，即可基于前述公式，来实现故障传感器中传感器绕组的参数设置，从而满足待检测电缆中高频放电信号的采集。
综上所述，本实用新型获取的有益效果是：
(1)本实用新型通过中低压电缆线路上的高频放电信号，对线路中存在的放电点做出预警，不仅操作简单，不会击穿电缆其它部位，且能够实现电力电缆全线上故障或隐患的精确定位，达到了快速处置电缆故障的目的。
(2)本实用新型在不增加作业人员劳动强度的情况下，能够快速发现并处置电力电缆故障，减少电力电缆故障处置时间，保证铁路列车运输安全。
(3)故障检测传感器采用全向性多缺口设计，能够大范围实现放电信号的采集。
(4)故障检测传感器体积较小，便于监测装置的安装与更换。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电力电缆的故障监测装置，其特征在于，包括：监测终端、通信模块以及多个故障检测传感器，其中，所述多个故障检测传感器等间距的安装在待检测电缆的接地线上，用于采集待检测电缆的接地线上的高频放电信号；
每个故障检测传感器电连接所述通信模块的输入端，且所述通信模块的输出端通信连接所述监测终端，用于将各个故障检测传感器采集的高频放电信号传输至所述监测终端；
所述监测终端，用于处理接收到的高频放电信号，得到待检测电缆的监测结果，并对所述监测结果进行可视化展示。
2.如权利要求1所述的一种电力电缆的故障监测装置，其特征在于，所述故障检测传感器包括：外壳(10)、传感器绕线(20)以及传感器铁芯(40)，其中，所述传感器铁芯(40)呈圆柱形，且所述传感器绕线(20)缠绕在所述传感器铁芯(40)上；
所述传感器铁芯(40)安装在所述外壳(10)内，且所述外壳(10)内设置有线缆通道，以在所述待检测电缆的接地线穿过所述线缆通道时，将所述故障检测传感器固定在接地线上。
3.如权利要求2所述的一种电力电缆的故障监测装置，其特征在于，所述传感器铁芯(40)与所述外壳(10)的内壁之间设置有绝缘填充物。
4.如权利要求2所述的一种电力电缆的故障监测装置，其特征在于，所述传感器绕线(20)的绕线圈数为偶数。
5.如权利要求2所述的一种电力电缆的故障监测装置，其特征在于，所述外壳(10)呈圆柱形，且所述外壳(10)顶面和底面的边缘处均设置有开口(30)。
6.如权利要求5所述的一种电力电缆的故障监测装置，其特征在于，所述外壳(10)顶面和底面的边缘处均设置有4个开口(30)，且处于顶面的4个开口(30)沿顶面的中心点中心对称，处于底面的4个开口(30)沿底面的中心点中心对称。
7.如权利要求6所述的一种电力电缆的故障监测装置，其特征在于，所述开口(30)为矩形开口，且所述开口(30)的宽度为5cm。
8.如权利要求1所述的一种电力电缆的故障监测装置，其特征在于，所述通信模块采用4G通信模块和/或GPRS通信模块。
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CN117154953A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 国网山东省电力公司夏津县供电公司 一种变电站接地线监测***

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