一種10kv中壓電纜分布式零序電流採集與處理裝置的製作方法
2023-12-10 00:30:06
本實用新型涉及電力系統行業中的數據採集及處理領域，尤其是一種10kv中壓電纜分布式零序電流採集與處理裝置。
背景技術：
當前，隨著我國城市化進程的加快以及城市規模的不斷擴大，電力需求呈高速增長的趨勢。為了滿足城市電力傳輸的可靠性、安全性需求，同時考慮到城市空間和規劃的限制，電力電纜在城市電網中被廣泛使用。10kV電纜與架空線路相比，具有可靠性高、佔地少、不易受周圍環境和汙染影響等優點；然而，考慮到電纜成本較架空線路高等各方面因素，目前世界各地城市普遍採用城市外為架空線路、城市中心為電力電纜的二元結構混合輸電線路，這種混合輸電線路能跨越大水道、海峽，可直接向大城市和工業區中心供電。混合輸電線路跨越地理區域廣，由於氣候變化、外力破壞、絕緣老化等因素，再加上製造上的瑕疵，電力電纜的絕緣水平會下降，從而會引起電纜發生接地故障；同樣，架空線路也會發生類似故障，使得線路故障發生率不斷提高、故障巡查的難度不斷加大。
目前，針對零序電流的監測是國內外現有的對10kV架空線和電力電纜的故障診斷的重要手段，監測方法只是在電纜終端安裝監測設備，當電力電纜－架空線路構成的混合輸電線路發生故障時，通常的做法是必須先由檢修人員找出故障點，查明故障點是位於架空線路段還是電力電纜段，只有找到故障點，確定為架空線故障時，才能下達手合故障線路命令，這對檢修人員提出了很高要求，同時要耗費大量的人力與物力，效率極其低下。另外，由於閃絡等瞬時性故障會造成導線局部損傷，影響絕緣強度，但不會對輸電線路造成明顯破壞，難以通過人為巡查進行故障點定位。
技術實現要素：
本實用新型的目的就是要解決當前採用的監測和診斷手段無法快速而準確地對由電力電纜和架空線路構成的混合輸電線路的線路狀態進行診斷及對線路故障進行定位的問題，為此提供一種10kv中壓電纜分布式零序電流採集與處理裝置。
本實用新型的具體方案是：一種10kv中壓電纜分布式零序電流採集與處理裝置，其特徵是：包括高頻電流互感器、數據濾波單元及信息分析與處理裝置，其中信息分析與處理裝置具有外殼，在外殼上裝有信號採集輸入接口、充電接口和射頻天線，在外殼內設有供電管理單元、微處理器、信息壓縮與加密模塊及通訊接口模塊；所述高頻電流互感器、數據濾波單元和信號採集輸入接口依次通過帶屏蔽的射頻電纜進行通訊連接；所述供電管理單元連接充電接口並為信息分析與處理裝置中的各個模塊提供穩定的工作電源；所述微處理器分別通訊連接信號採集輸入接口與信息壓縮與加密模塊，信息壓縮與加密模塊通訊連接通訊接口模塊，通訊接口模塊通訊連接射頻天線。
本實用新型中所述信息分析與處理裝置的外殼由敞口的殼體和封蓋組成，在殼體與封蓋之間裝有橡膠密封圈，並且外殼採用的材質為聚氯乙烯。所述信息分析與處理裝置的外殼由敞口的殼體和封蓋組成，在殼體與封蓋之間裝有橡膠密封圈，並且外殼採用的材質為聚氯乙烯；所述供電管理單元、微處理器、信息壓縮與加密模塊及通訊接口模塊均安裝於外殼內的絕緣底板上。
本實用新型中所述供電管理單元由可充電電池組和充電控制單元組成；可充電電池組從充電接口取電，並為信息分析與處理裝置中的各個模塊提供穩定的工作電源；充電接口外部連結高壓取電裝置；充電控制單元根據可充電電池組中電池電量的情況判斷可充電電池組的充電時間和充電電流的大小。
本實用新型中在數據濾波單元和信號採集輸入接口之間的通訊線路上裝有觸發裝置，使得零序電流採集與處理裝置平時處於休眠狀態，在觸發裝置檢測到的信息達到微處理器的故障診斷算法中預先設置的故障閾值時，觸發序電流採集與處理裝置處於工作狀態。
本實用新型在對10kv中壓電纜上的零序電流進行採集與處理時，藉助移動的GSM/GPRS/CDMA公共網絡將採集到的信息進行分析和處理後上傳至遠程控制終端，並根據波形信號特徵和在中壓電纜上的傳播特性來對故障點進行定位，具有以下步驟：
步驟（1）高頻電流互感器通過耦合方式採集中壓電纜上的零序電流信號，並經過數據濾波單元的濾波處理之後藉助帶有屏蔽的射頻電纜將信息傳輸至微處理器；
步驟（2）微處理器具有高速高性能的32位ARM核心處理單元，對接收到的信息進行分析和數據處理以得到故障信息或識別故障類型，並根據電纜的故障信息或故障類型作為故障點定位的依據進行故障源定位操作；
步驟（3）信息壓縮與加密模塊接收微處理器處理之後的數據，並對數據進行壓縮和加密計算，最後通過通訊接口模塊和射頻天線，並藉助GSM/GPRS/CDMA公共網絡將信息上傳至遠程控制終端進行存儲和分析。
本實用新型結構簡單、操作方便、成本低廉，實現了對由電力電纜和架空線路構成的混合輸電線路的故障類型識別、故障區段判斷以及故障源的精確定位，節約了人力物力，實用性好，可為其他類型的故障診斷和故障源定位提供有效參考。
附圖說明
圖1是本實用新型的結構示意圖；
圖2是本實用新型的控制結構框圖；
圖3是本實用新型中信息分析與處理裝置的爆炸結構示意圖；
圖4是本實用新型中微處理器對混合輸電線路進行故障類型識別和故障區段判斷的流程圖；
圖5是本實用新型中微處理器基於故障類型識別結果進行故障定位的流程圖。
圖中：1—中壓電纜，2—高頻電流互感器，3—數據濾波單元，4—觸發裝置，5—信息分析與處理裝置，6—外殼，6a—殼體，6b—封蓋，6c—橡膠密封圈，7—信號採集輸入接口，8—充電接口，9—射頻天線，10—供電管理單元，10a—可充電電池組，10b—充電控制單元，11—微處理器，12—信息壓縮與加密模塊，13—通訊接口模塊，14—射頻電纜，15—絕緣底板，16—高壓取電裝置，17—遠程控制終端，18—無線接收裝置。
具體實施方式
參見圖1-3，本實用新型包括高頻電流互感器2、數據濾波單元3及信息分析與處理裝置5，其中信息分析與處理裝置5具有外殼6，在外殼6上裝有信號採集輸入接口7、充電接口8和射頻天線9，在外殼6內設有供電管理單元10、微處理器11、信息壓縮與加密模塊12及通訊接口模塊13；所述高頻電流互感器2、數據濾波單元3和信號採集輸入接口7依次通過帶屏蔽的射頻電纜14進行通訊連接；所述供電管理單元10連接充電接口8並為信息分析與處理裝置5中的各個模塊提供穩定的工作電源；所述微處理器11分別通訊連接信號採集輸入接口7與信息壓縮與加密模塊12，信息壓縮與加密模塊12通訊連接通訊接口模塊13，通訊接口模塊13通過帶屏蔽的射頻電纜14通訊連接射頻天線9。
本實施例中所述信息分析與處理裝置5的外殼6由敞口的殼體6a和封蓋6b組成，在殼體6a與封蓋6b之間裝有橡膠密封圈6c，並且外殼6採用的材質為聚氯乙烯。所述供電管理單元10、微處理器11、信息壓縮與加密模塊12及通訊接口模塊13均安裝於外殼6內的絕緣底板15上。
本實施例中所述供電管理單元10由可充電電池組10a和充電控制單元10b組成；可充電電池組10a從充電接口8取電，並為信息分析與處理裝置5中的各個模塊提供穩定的工作電源；充電接口8外部連結高壓取電裝置16，高壓取電裝置16採用取電環；充電控制單元10b根據可充電電池組10a中電池電量的情況判斷可充電電池組的充電時間和充電電流的大小，在對電池進行保護的同時，防止過衝和高壓竄入造成電池爆炸和信息分析與處理裝置5中的其它電路模塊燒毀。
本實施例中在數據濾波單元3和信號採集輸入接口7之間的通訊線路上裝有觸發裝置4，使得零序電流採集與處理裝置5平時處於休眠狀態，在觸發裝置4檢測到的零序電流信息達到微處理器11的故障診斷算法中預先設置的故障閾值時，觸發序電流採集與處理裝置5處於工作狀態，立即對零序電流波形信號進行採集（延時不超過10ms）,將波形信號根據信號在電纜傳播的特性分析，準確診斷故障源的位置，並對需要進行傳輸的數據進行壓縮和加密處理，以提高數據傳輸的效率和安全性。
本實用新型在對10kv中壓電纜上的零序電流進行採集與處理時，藉助移動的GSM/GPRS/CDMA公共網絡將採集到的信息進行分析和處理後上傳至遠程控制終端，並根據波形信號特徵和在中壓電纜上的傳播特性來對故障點進行定位，具有以下步驟：
步驟（1）高頻電流互感器2通過耦合方式採集中壓電纜1上的零序電流信號，並經過數據濾波單元3的濾波處理之後藉助帶有屏蔽的射頻電纜14將信息傳輸至微處理器11；
步驟（2）微處理器11具有高速高性能的32位ARM核心處理單元，對接收到的信息進行分析和數據處理以得到故障信息或識別故障類型，並根據電纜的故障信息或故障類型作為故障點定位的依據進行故障源定位操作；
步驟（3）信息壓縮與加密模塊12接收微處理器11處理之後的數據，並對數據進行壓縮和加密計算，最後通過通訊接口模塊13和射頻天線9，並藉助GSM/GPRS/CDMA公共網絡將信息上傳至遠程控制終端17進行存儲和分析，其中在遠程控制終端17配設有無線接收裝置18。
參見圖4，微處理器11對混合輸電線路進行故障類型識別和故障區段判斷的流程如下步驟：
步驟(1)對多路輸入的採集信號進行基於自適應網絡的模糊推理系統1的模糊推理分析，完成對故障類型的識別，輸出各路識別結果；
步驟(2)進行輸入選擇，程序選擇其中一路結果作為下一步推理的輸入信息；
步驟(3)對被選擇的一路結果運行基於自適應網絡的模糊推理系統2，完成對故障所在區段的判斷，同時輸出故障區段和所在線路（架空線路或電纜線路）的結果。
參見圖5，微處理器11基於故障類型識別結果進行故障定位的判斷流程如下：
步驟(1)根據前述的故障類型識別和區段判斷結果來選擇性的運行不同類型故障和區段來確定線路類型，其中故障類型包括三相短路故障、兩相相間短路故障、兩相接地故障和單相接地故障；
步驟(2)依據線路類型來選擇運行不同的故障定位模糊推理系統進行故障源的精確定位運算，其中由於線路類型分為架空線路和電纜線路，則對應的故障定位模糊推理系統分別為架空線路故障定位模糊推理系統和電纜線路故障定位模糊推理系統；
步驟（3）根據定位運算的結果同時輸出故障源所處的故障類型及精確的定位數據。