專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于光纖傳輸?shù)碾娎|接頭局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于光纖傳輸?shù)碾娎|接頭局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于電力線路維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
XLPE交聯(lián)聚乙烯電纜以其自身優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)電壓等級(jí)的電網(wǎng)中，交聯(lián)電纜生產(chǎn)水平的提高又促進(jìn)了交聯(lián)電纜應(yīng)用的進(jìn)一步擴(kuò)大?，F(xiàn)今每年全國(guó)的電纜需求量都以10萬(wàn)公里以上遞增，交聯(lián)聚乙烯電纜的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)已相當(dāng)廣泛。一般說(shuō)來(lái)，XLPE電力電纜在正常環(huán)境中的壽命預(yù)計(jì)為20-30年，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，如今部分XLPE電纜已逐漸進(jìn)入電纜及其附件預(yù)期壽命的“中年期”，其發(fā)生故障的可能性大大增加。若電纜發(fā)生故障，比如絕緣擊穿，則很可能影響到用戶(hù)的用電可靠性和用電質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至可能造成大規(guī)模停電，造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重大損失。局部放電現(xiàn)象構(gòu)成了 XLPE電纜絕緣水平的主要威脅，而電纜接頭部分又是整個(gè)電纜絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，因此對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)成為了電纜保護(hù)的重點(diǎn)內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種抗干擾、高精確度、既可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)又具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的基于光纖傳輸?shù)碾娎|接頭局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案:
本發(fā)明包括卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊、光纖供能數(shù)據(jù)線、本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊以及裝有處理程序的監(jiān)控主機(jī)；所述現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊由光電池、A/D轉(zhuǎn)換器和光發(fā)射器組成；所述光纖供能數(shù)據(jù)線由供能光纖、數(shù)據(jù)光纖和包裹在供能光纖和數(shù)據(jù)光纖外的光纖復(fù)合絕緣柱組成；所述本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊包括激光器、光接收器以及數(shù)字信號(hào)處理器；
所述卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器包括卡鉗形絕緣外殼、電流互感器和測(cè)量電阻R ;所述電流互感器位于卡鉗形絕緣外殼內(nèi)部，所述電流互感器的原邊即為待檢測(cè)的電力電纜接頭處屏蔽線，其副邊為一根導(dǎo)線均勻的繞在兩個(gè)半圓環(huán)形鐵芯上，其副邊繞組為900^1100匝，副邊導(dǎo)線的兩端與測(cè)量電阻R串聯(lián)形成回路；所述測(cè)量電阻R的兩端點(diǎn)M、N的引出線通過(guò)BNC接口與A/D轉(zhuǎn)換器的對(duì)應(yīng)接口由同軸電纜相連接；
所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端接光發(fā)射器的相應(yīng)輸入端，所述光發(fā)射器的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)光纖接光接收器的相應(yīng)輸入端，所述光接收器的輸出端接數(shù)字信號(hào)處理器的相應(yīng)輸入端，數(shù)字信號(hào)處理器與裝有處理程序的監(jiān)控主機(jī)雙向連接；所述激光器的輸出端經(jīng)供能光纖接光電池的輸入端，所述光電池的2個(gè)輸出端分別接A/D轉(zhuǎn)換器和光發(fā)射器的電源端。所述的一種基于光纖傳輸?shù)碾娎|接頭局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還包括接有220V交流電的電源模塊；所述電源 模塊分別接激光器、光接收器和數(shù)字信號(hào)處理器的電源端。所述裝有處理程序的監(jiān)控主機(jī)利用LABVIEW語(yǔ)言平臺(tái)實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度信號(hào)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和計(jì)算。所述供能光纖和數(shù)據(jù)光纖均為采用ST接口、額定最大傳輸損耗為3dB/km，額定最大接口損耗為0.5dB，額定環(huán)境溫度范圍為-40 70°C的62.5um鎧裝光纜。所述光電池的型號(hào)為PPC-6E ;所述A/D轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為AD9225 ;所述光發(fā)射器的型號(hào)為HFBR-1414TZ ;所述激光器的型號(hào)為PPM-5 ;所述光接收器的型號(hào)為HFBR-2412TZ ；所述數(shù)字信號(hào)處理器為DSP芯片，其型號(hào)為T(mén)MS320C542 ;所述電源模塊的型號(hào)為ZHLC-01。本發(fā)明所產(chǎn)生的積極效果如下:(1)采用卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器，方便測(cè)量，有助于抑制高頻噪聲信號(hào)的傳遞，利用LABVIEW中的去噪程序，通過(guò)數(shù)學(xué)算法上的處理，可進(jìn)一步濾除無(wú)用信號(hào)，使后續(xù)對(duì)局部放電隱患的判定更加準(zhǔn)確；(2)本發(fā)明為在線監(jiān)測(cè)電纜的絕緣水平提供了一種抗干擾、高精確度的局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，局部放電檢測(cè)器連接現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)控室的本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊之間通過(guò)供能光纖和數(shù)據(jù)光纖相連接，采用供能光纖和數(shù)據(jù)光纖進(jìn)行傳輸，之間沒(méi)有任何電和磁的聯(lián)系，避免了采集的電流信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到干擾；(3)本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)控主機(jī)通過(guò)UDP協(xié)議通信，通過(guò)普通網(wǎng)線進(jìn)行互聯(lián)，這種連接形式保證了高采樣速率下大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，能實(shí)時(shí)分析判定數(shù)據(jù)變化；(4)可利用長(zhǎng)期積累的數(shù)據(jù)進(jìn)行局部放電程度趨勢(shì)判定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜接頭的絕緣問(wèn)題并為評(píng)估電纜的絕緣水平提供錄波數(shù)據(jù)，及早預(yù)防事態(tài)的惡化，避免事故的進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。


圖1為本發(fā)明的原理框 圖2為本發(fā)明中控制軟件程序流程 圖3為本發(fā)明中卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明中電流互感器的電路原理圖。圖1中，I卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器、2現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊、2-1光電池、2-2A/D轉(zhuǎn)換器、2-3光發(fā)射器、3光纖供能數(shù)據(jù)線、3-1供能光纖、3-2數(shù)據(jù)光纖、3_3光纖復(fù)合絕緣柱、4本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊、4-1激光器、4-2光接收器、4-3數(shù)字信號(hào)處理器、5裝有處理程序的監(jiān)控主機(jī)、6電源模塊；
圖2 3中，1-1卡鉗形絕緣外殼、1-2兩個(gè)半圓環(huán)形鐵芯、1-3電流互感器的原邊、1-4電流互感器的副邊、R測(cè)量電阻。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明:
由圖f 4所示的實(shí)施例可知，它包括卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器1、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊2、光纖供能數(shù)據(jù)線3、本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊4以及裝有處理程序的監(jiān)控主機(jī)5 ;所述現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊2由光電池2-1、A/D轉(zhuǎn)換器2-2和光發(fā)射器2-3組成；所述光纖供能數(shù)據(jù)線3由供能光纖3-1、數(shù)據(jù)光纖3-2和包裹在供能光纖3-1和數(shù)據(jù)光纖3-2外的光纖復(fù)合絕緣柱3-3組成；所述本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊4包括激光器4-1、光接收器4-2以及數(shù)字信號(hào)處理器4-3 ；
所述卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器I包括卡鉗形絕緣外殼1-1、電流互感器和測(cè)量電阻R ;所述電流互感器位于卡鉗形絕緣外殼1-1內(nèi)部，所述電流互感器的原邊1-3即為待檢測(cè)的電力電纜接頭處屏蔽線，其副邊1-4為一根導(dǎo)線均勻的繞在兩個(gè)半圓環(huán)形鐵芯1-2上，其副邊繞組為90(Γ1100膽，副邊導(dǎo)線的兩端與測(cè)量電阻R串聯(lián)形成回路；所述測(cè)量電阻R的兩端點(diǎn)Μ、N的引出線通過(guò)BNC接口與A/D轉(zhuǎn)換器2_2的對(duì)應(yīng)接口由同軸電纜相連接；所述電源模塊6將220V交流電經(jīng)整流、濾波、變壓后為分別激光器4-1、光接收器4-2、數(shù)字信號(hào)處理器4-3供電；所述激光器4-1將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)經(jīng)供能光纖3-1傳給光電池2-1,所述光電池2-1將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后為A/D轉(zhuǎn)換器2-2和光發(fā)射器2_3供電，所述光發(fā)射器2-3將A/D轉(zhuǎn)換器2-2輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)光纖3-2傳送至光接收器4-2，光接收器4-2將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出至數(shù)字信號(hào)處理器4-3，所述數(shù)字信號(hào)處理器4-3與裝有處理程序的監(jiān)控主機(jī)5雙向連接；所述裝有處理程序的監(jiān)控主機(jī)5利用LABVIEW語(yǔ)言平臺(tái)實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度信號(hào)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示和計(jì)笪
ο所述供能光纖3-1和數(shù)據(jù)光纖3-2均為采用ST接口、額定最大傳輸損耗為3dB/km，額定最大接口損耗為0.5dB，額定環(huán)境溫度范圍為-40 70°C的62.5um鎧裝光纜。所述光電池2-1的型號(hào)為PPC-6E ;所述A/D轉(zhuǎn)換器2_2的型號(hào)為AD9225 ;所述光發(fā)射器2-3的型號(hào)為HFBR-1414TZ ;所述激光器4_1的型號(hào)為PPM-5 ;所述光接收器4_2的型號(hào)為HFBR-2412TZ ;所述數(shù)字信號(hào)處理器4_3為DSP芯片，其型號(hào)為T(mén)MS320C542 ;所述電源模塊6的型號(hào)為ZHLC-Ol。電纜接頭存在局部放電時(shí)，在屏蔽線中會(huì)流過(guò)不平衡電流，主要分為工頻50Hz信號(hào)、IiTlOMHz局部放電信號(hào)和更高頻的噪聲信號(hào)。本發(fā)明所使用的卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器，對(duì)局部放電信號(hào)頻率以下的信號(hào)有較高的傳輸比，而對(duì)更高頻的噪聲信號(hào)有較低的傳輸比?？梢栽趥鞲衅骰ジ械沫h(huán)節(jié)自動(dòng)濾除一部分噪聲信號(hào)，使測(cè)量更加準(zhǔn)確。在電流互感器的副邊1-5中串聯(lián)一個(gè)測(cè)量電阻R，當(dāng)所述待檢測(cè)的電力電纜接頭處屏蔽線中有一次電流穿過(guò)電流互感器的環(huán)形結(jié)構(gòu)時(shí)，在電流互感器的副邊1-5中感應(yīng)出二次電流，二次電流流過(guò)測(cè)量電阻R，會(huì)在測(cè)量電阻R上產(chǎn)生電壓供A/D轉(zhuǎn)換器2-2進(jìn)行采集。測(cè)量電阻R的電阻值大小的選取要保證其兩端的電壓在-5疒+5V范圍內(nèi)。所述光發(fā)射器2-3和光接收器4-3的核心部件均為高效砷化鎵光電能量轉(zhuǎn)換器件，其轉(zhuǎn)換效率在50%以上。所述數(shù)字信號(hào)處理器4-3和監(jiān)控主機(jī)5之間的控制程序流程如下:
步驟一、在監(jiān)控主機(jī)5上設(shè)置初始值，上電后數(shù)字信號(hào)處理器4-3進(jìn)行初始化，設(shè)置采樣速率、光能供電功率、通道屬性后開(kāi)始采集；
步驟二、數(shù)字信號(hào)處理器4-3負(fù)責(zé)將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行緩存、打包，讀取UDP數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備通信，以UDP協(xié)議的要求將采集到的信息通過(guò)RJ45接口傳輸給監(jiān)控主機(jī)；
步驟三、利用數(shù)字信號(hào)處理器4-3和監(jiān)控主機(jī)5上的LABVIEW程序進(jìn)行去噪，并在監(jiān)控主機(jī)5上顯示實(shí)時(shí)波形，據(jù)此判斷是否存在局放隱患；同時(shí)每隔I小時(shí)保存100個(gè)工頻周期波形數(shù)據(jù)；
步驟四、利用所述監(jiān)控主機(jī)5上的LABVIEW 語(yǔ)言平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示和計(jì)算；根據(jù)需要選擇是否提取歷史數(shù)據(jù)并繪制局放程度趨勢(shì)曲線。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖傳輸?shù)碾娎|接頭局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器(I)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊(2)、光纖供能數(shù)據(jù)線(3)、本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊(4)以及裝有處理程序的監(jiān)控主機(jī)(5);所述現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊(2)由光電池(2-l)、A/D轉(zhuǎn)換器(2-2)和光發(fā)射器(2-3)組成；所述光纖供能數(shù)據(jù)線(3)由供能光纖(3-1)、數(shù)據(jù)光纖(3-2)和包裹在供能光纖(3-1)和數(shù)據(jù)光纖(3-2 )外的光纖復(fù)合絕緣柱(3-3 )組成；所述本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊(4)包括激光器(4-1)、光接收器(4-2)以及數(shù)字信號(hào)處理器(4-3)； 所述卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器(I)包括卡鉗形絕緣外殼(1-1)、電流互感器和測(cè)量電阻R ;所述電流互感器位于卡鉗形絕緣外殼(1-1)內(nèi)部，所述電流互感器的原邊(1-3)即為待檢測(cè)的電力電纜接頭處屏蔽線，其副邊(1-4)為一根導(dǎo)線均勻的繞在兩個(gè)半圓環(huán)形鐵芯(1-2)上，其副邊繞組為90(Γ1100匝，副邊導(dǎo)線的兩端與測(cè)量電阻R串聯(lián)形成回路；所述測(cè)量電阻R的兩端點(diǎn)Μ、N的引出線通過(guò)BNC接口與A/D轉(zhuǎn)換器(2-2)的對(duì)應(yīng)接口由同軸電纜相連接； 所述A/D轉(zhuǎn)換器(2-2)的輸出端接光發(fā)射器(2-3)的相應(yīng)輸入端，所述光發(fā)射器(2-3)的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)光纖(3-2)接光接收器(4-2)的相應(yīng)輸入端，所述光接收器(4-2)的輸出端接數(shù)字信號(hào)處理器(4-3)的相應(yīng)輸入端，數(shù)字信號(hào)處理器(4-3)與裝有處理程序的監(jiān)控主機(jī)(5)雙向連接；所述激光器(4-1)的輸出端經(jīng)供能光纖(3-1)接光電池(2-1)的輸入端，所述光電池(2-1)的2個(gè)輸出端分別接A/D轉(zhuǎn)換器(2-2)和光發(fā)射器(2-3)的電源端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖傳輸?shù)碾娎|接頭局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它還包括接有220V交流電的電源模塊(6 );所述電源模塊(6 )分別接激光器(4-1)、光接收器(4-2)和數(shù)字信號(hào)處理器(4-3)的電源端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于光纖傳輸?shù)碾娎|接頭局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述供能光纖(3-1)和數(shù)據(jù)光纖(3-2)均為采用ST接口、額定最大傳輸損耗為3dB/km，額定最大接口損耗為0.5dB，額定環(huán)境溫度范圍為-40 70°C的62.5um鎧裝光纜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于光纖傳輸?shù)碾娎|接頭局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述光電池(2-1)的型號(hào) 為PPC-6E ;所述A/D轉(zhuǎn)換器(2-2)的型號(hào)為AD9225 ;所述光發(fā)射器(2-3)的型號(hào)為HFBR-1414TZ ;所述激光器(4_1)的型號(hào)為PPM-5 ;所述光接收器(4_2)的型號(hào)為HFBR-2412TZ ;所述數(shù)字信號(hào)處理器(4_3)為DSP芯片，其型號(hào)為T(mén)MS320C542 ;所述電源模塊(6)的型號(hào)為ZHLC-Ol。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光纖傳輸?shù)碾娎|接頭局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊、光纖供能數(shù)據(jù)線、本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊以及監(jiān)控主機(jī)；所述現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理模塊由A/D轉(zhuǎn)換器、光電池和光發(fā)射器組成；所述光纖供能數(shù)據(jù)線由供能光纖、數(shù)據(jù)光纖和包裹在供能光纖和數(shù)據(jù)光纖外的光纖復(fù)合絕緣柱組成；所述本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊包括激光器、光接收器以及數(shù)字信號(hào)處理器；所述卡鉗式電纜接頭局部放電檢測(cè)器包括卡鉗形絕緣外殼、電流互感器和測(cè)量電阻R；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用供能光纖和數(shù)據(jù)光纖連接，無(wú)電磁干擾，避免采集信號(hào)失真，去噪效果好，采樣速率高，保證大量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，且可長(zhǎng)期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，判定局部放電程度的趨勢(shì)。
文檔編號(hào)G01R31/12GK103197216SQ20131012564
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者謝紅玲, 李燕青, 趙亮, 賈自杭, 孫凱航, 王飛龍, 梁建鋒 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)