海底电缆运行状态监测装置及其监测方法制造方法及图纸

一种海底电缆运行状态监测方法，属于海底电缆在线监测领域。包括海底电缆，其特征在于：通过检测海底电缆母线PT零序电压暂态信号是否产生，来判断海底电缆是否发生瞬时性暂态故障，通过监测和记录海底电缆产生的流经金属屏蔽层的电磁暂态信号，对海底电缆进行故障预警，并且指示故障点距离。海缆故障定位系统实时在线监测海缆线路运行状态，对海缆故障时刻产生的故障暂态过程，实现海缆的故障预警及故障自动定位，并在系统后台地图处标明故障点位置。置。置。

【技术实现步骤摘要】
海底电缆运行状态监测装置及其监测方法


[0001]本专利技术属于海底在线监测领域，具体说是一种海底电缆运行状态监测装置及监测方法。

技术介绍

[0002]海底电缆是向海岛供电电网的一个重要的组成部分，由于海底电缆分布在不同的海域，使海底电力电缆的安全运行及正常的维护、故障抢修带来诸多的不便。并且海岛供电电网多为单一电源供电，海缆线路均为线路的主干，由于运行环境恶劣、船只抛锚造成的故障时有发生，电缆故障时都会造成不同程度的停电，并且故障点查找和修复困难，维修周期长，严重地影响了海岛居民的正常生产生活及海岛经济的发展。
[0003]针对海缆的在线监测系统的研制，成为目前解决海缆运行状态监测，故障诊断定位的急需解决的问题。
[0004]国内外对电力电缆的在线监测技术有多种方法，如直流叠加法、直流成分法、差频法、介损法、局部放电法等，也因此积累了一些应用经验。在国外电缆的在线监测开展比较早、比较多的是日本。早在80年代初，日本就在该领域进行持续不断的研究和探索，开发出直流分量法、叠加电压法和电介质损耗法等多种诊断技术。日本住友电气工业株式会社于80年代后期研制出在线运行电缆监测仪(OLCM
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On Line Cable Monitor)。该仪器分为固定型和携带型两种，主要应用的条件是电压等级在33、66、11OkV电压等级下电网中性点的接地系统。对于中性点为不接地、经消弧线圈接地或接电阻接地系统，采用的方法主要是直流叠加法。我国的XLPE电缆的在线监测的起步较晚、发展相对缓慢。九十年代初，上海电缆研究所也开始了研究工作，并进行了现场试验。电缆运行的安全与否，对电力系统、各种厂矿的影响较大，这一点己经逐渐被电力运行部门重视。
[0005]目前，国内以中国电力科学院、华北电力大学、西安交通大学、重庆大学为代表的各高校和科研院所的专家学者在电力电缆的在线监测技术都有不同方向的研究，主要采用局部放电监测、行波测距，谐波分量分析、接地线电流分析等方法，目前基本停留在研究和实验阶段，没有在电力系统得到推广应用。整体来说，国内外对于电缆绝缘故障的在线监测研究还不够成熟。对于长距离海缆线路，目前超高速数据采集芯片日渐成熟，北斗/GPS守时精度也达到了实用化标椎，行波测距法实施在线监测和故障定位从技术条件成为可行。
[0006]目前国外针对电力电缆在线监测和故障定位的产品没有产业化推广，技术领先的公司为荷兰凯马电力检修公司，该公司布局有电力电缆运行监测中心，为用户提供电缆运行的监测数据和维护信息，故障诊断等也走在技术前列。对于海缆的可靠运行检测和故障定位，目前该领域的产品，世界上还是空白。

技术实现思路

[0007]根据以上现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种针对海底电缆的瞬时性暂态故障的在线预警方法，对电缆损毁之前的瞬时性暂态故障，实施在线预警，便于供电部
门提前或有计划检修，提高供电可靠性的海底电缆运行状态监测装置及监测方法。
[0008]本专利技术的海底电缆运行状态监测装置，其特殊之处在于包括下位机39及与下位机39通讯连接的传感器40、上位机41；
[0009]传感器40用于对暂态电流信号和工频电流信号进行实时在线采集、对零序电压信号进行实时在线采集；
[0010]下位机39用于处理传感器40采集到的信号，并将采集到的数据上传至上位机41；
[0011]上位机41用于分析处理下位机39所上传数据；
[0012]所述传感器40包括组合式电流传感器12、电压传感器13，其中，组合式电流传感器12安装于海缆本体上，电压传感器13安装于对海缆海陆连接点或变电站PT二次侧；
[0013]所述下位机39包括主控单元1及与主控单元1通讯连接的电流信号数据采集单元42、电压信号数据采集单元43、守时模组5、4G通讯模组6、485/CAN总线通信单元7、网口通讯单元8、供电单元11，其中，电流信号数据采集单元42包括高频电流信号数据采集单元2、工频电流信号数据采集单元3，高速电流信号数据采集单元2、工频电流信号数据采集单元3与电流信号接口单元9通讯连接，电压信号数据采集单元43包括工频电压信号数据采集单元4，工频电压信号数据采集单元4与电压信号接口单元10通讯连接，电流信号接口单元9连接有组合式电流传感器12，电压信号接口单元10连接有电压传感器13；
[0014]所述上位机41包括服务器42，服务器42内部署有用于分析海缆故障的分析软件；
[0015]优选的，所述主控单元1包括型号为ZYNQ7010的CPU14，其内置32位arm9处理器，主控单元由该CPU14、FPGA可编程逻辑阵列16和DDR2存储器15构成，实现控制数据采集，守时，数据处理转发功能；
[0016]优选的，所述守时模组5包括两部分组成，分别为GPS/北斗授时模组17和光纤授时模组18，上述二者通过CPU14内部配置任选其一，GPS/北斗授时模组17采用授时精度达到10ns的U
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blox模组，通过GPS天线获取到时间信息后转化为PPS秒脉冲输出给主控单元1进行授时，光纤授时模组18采用backhoff的ethercat芯片，通过光纤获取授时信息后转化为PPS秒脉冲输出给主控单元1授时；
[0017]优选的，所述4G通信模组6与主控单元1之间通过USB协议交互数据，通过SMA天线接口19连接天线，并在电路上有micro SIM卡槽；485/CAN总线通信单元7包括485信号转换电路20、CAN总线转换电路21，485信号转换电路20、CAN总线转换电路21分别与485信号接口22、CAN总线接口23进行数据交换，并将数据转发给主控单元1；所述网口通讯单元8用于网口连接时数据交互，由千兆网口构成，通过PHY协议与主控单元1交互；
[0018]优选的，所述高频电流信号采集单元2包括高频电流信号采集电路24和自检脉冲电路25，高频电流信号采集电路24由AMP信号处理电路26和四路高速A/D转换芯片构成，将高频电流行波信号进行放大处理；自检脉冲电路25由主控单元1可控的产生脉冲信号，用于发送自检脉冲信号给自检线圈36自检；所述工频电流信号采集单元3由两级积分电路27和A/D转换芯片28构成，实现0
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5000A的工频电流采集；所述工频电压信号采集单元4包括AMP信号调理电路29和四路A/D转换芯片30，对PT二次侧开口三角电压进行采集；
[0019]优选的，所述电流信号接口单元9、电压信号接口单元10分别由6pin电流航空插头接口31和6pin菲尼克斯母座电压接口32构成，分别用于连接高频组合式电流传感器12、电压传感器13；
[0020]优选的，所述供电单元11采用ADI电源管理芯片33供电，并兼容有电源管理功能，能实现电源与后备电池34的无缝切换；
[0021]优选的，所述电压传感器13采集PT二次侧开口三角电压，通过6pin插头35与6pin菲尼克斯母座电压接口32相连；所述组合式电流传感器12为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.海底电缆运行状态监测装置，其特征在于包括下位机及与下位机通讯连接的传感器、上位机；传感器用于对暂态电流信号和工频电流信号进行实时在线采集、对零序电压信号进行实时在线采集；下位机用于处理传感器采集到的信号，并将采集到的数据上传至上位机；上位机用于分析处理下位机所上传数据。2.按照权利要求1所述的海底电缆运行状态监测装置，其特征在于所述传感器包括组合式电流传感器、电压传感器，其中，组合式电流传感器安装于海缆本体上，电压传感器安装于对海缆海陆连接点或变电站PT二次侧。3.按照权利要求2所述的海底电缆运行状态监测装置，其特征在于所述下位机包括主控单元及与主控单元通讯连接的电流信号数据采集单元、电压信号数据采集单元、守时模组、4G通讯模组、485/CAN总线通信单元、网口通讯单元、供电单元，其中，电流信号数据采集单元包括高频电流信号数据采集单元、工频电流信号数据采集单元，高速电流信号数据采集单元、工频电流信号数据采集单元与电流信号接口单元通讯连接，电压信号数据采集单元包括工频电压信号数据采集单元，工频电压信号数据采集单元与电压信号接口单元通讯连接，电流信号接口单元连接有组合式电流传感器，电压信号接口单元连接有电压传感器。4.按照权利要求3所述的海底电缆运行状态监测装置，其特征在于所述主控单元包括型号为ZYNQ7010的CPU，其内置32位arm9处理器，主控单元由该CPU、FPGA可编程逻辑阵列和DDR2存储器构成，实现控制数据采集，守时，数据处理转发功能；所述守时模组包括两部分组成，分别为GPS/北斗授时模组和光纤授时模组，上述二者通过CPU内部配置任选其一，GPS/北斗授时模组采用授时精度达到10ns的U
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blox模组，通过GPS天线获取到时间信息后转化为PPS秒脉冲输出给主控单元进行授时，光纤授时模组采用backhoff的ethercat芯片，通过光纤获取授时信息后转化为PPS秒脉冲输出给主控单元授时。5.按照权利要求3所述的海底电缆运行状态监测装置，其特征在于所述4G通信模组与主控单元1之间通过USB协议交互数据，通过SMA天线接口连接天线，并在电路上有micro SIM卡槽；485/CAN总线通信单元包括485信号转换电路、CAN总线转换电路，485信号转换电路、CAN总线转换电路分别与485信号接口、CAN总线接口进行数据交换，并将数据转发给主控单元；所述网口通讯单元用于网口连接时数据交互，由千兆网口构成，通过PHY协议与主控单元交互。6.按照权利要求1所述的海底电缆运行状态监测装置，其特征在于所述高频电流信号采集单元包括高频电流信号采集电路和自检脉冲电路，高频电流信号采集电路由AMP信号处理电路和四路高速A/D转换芯片构成，将高频电流行波信号进行放大处理；自检脉冲电路由主控单元可控的产生脉冲信号，用于发送自检脉冲信号给自检线圈自检；所述工频电流信号采集单元由两级积分电路和A/D转换芯片构成，实现0
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5000A的工频电流采集；所述工频电压信号采集单元包括AMP信号调理电路和四路A/D转换芯片，对PT二次侧开口三角电压进行采集。7.按照权利要求3所述的海底电缆运行状态监测装置，其特征在于
所述电流信号接口单元、电压信号接口单元分别由6pin电流航空插头接口和6pin菲尼克斯母座电压接口构成，分别用于连接组合式电流传感器、电压传感器；所述供电单元采用ADI电源管理芯片供电，并兼容有电源管理功能，能实现电源与后备电池的无缝切换。8.按照权利要求3所述的海底电缆运...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑禄冰，高世琰，葛运桢，李彦澄，邵华强，姜利利，刘文浩，梁峻豪，周美辰，刘洋，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司烟台市长岛供电公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：