一种电缆线路状态在线监测系统的制作方法

1.本发明涉及一种电缆线路状态在线监测系统，属于智能配电网在线状态监测技术领域。


背景技术：

2.随着智能配电网的发展，配网系统中投入了大量的电缆线路，由于电缆线路在其电缆接头的连接处、开关柜等位置存在虚接、局放等问题，除了可能引发电缆沟着火、电缆接头发热、烧损、短路接地故障等，还可能导致人身触电与火灾事故。因此需要对电缆线路状态进行实时在线监测，以便及时发现线路运行异常情况，实现配电网运行状态的实时评估、故障预警、故障定位及电缆线路绝缘状态的监测等功能，为配电网运行检修提供重要依据。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电缆线路状态在线监测系统，通过对开关柜及电缆线路的在线综合监测，能够及时发现线路及开关柜运行异常信息，实现对开关柜的高效精准运维，满足城市配电网的发展需求。
4.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
5.本发明提供了一种电缆线路状态在线监测系统，包括：
6.电流互感器，分别安装在开关柜的每条出线的a、b、c三相和零序上，通过导线与汇集单元相连；
7.汇集单元，用于实时采样开关柜中各条线路的电流信号，并将采集的信号打上同步时标后存储；以及采集电缆接头温度数据并通过无线网络上传至汇集单元；以及采集开关柜中的温度和湿度信息，以及采集开关柜中的开关量信息；
8.边缘物联代理终端，用于实时监测母线电压电流信号，在满足一定触发条件时，根据触发的绝对时间下发召录波的指令给同一母线下所有汇集单元，汇集母线下所有线路的录波数据，根据设备的绝对时标实现设备之间的同步测量。
9.进一步的，所述电流互感器采用柔性罗氏线圈，在开关柜的各条出线都安装电流互感器，每条出线的a、b、c三相为一路，所述汇集单元接的路数至少为一路；根据开关柜的出线条数分为单路型、2路型、4路型、6路型。
10.进一步的，所述汇集单元包括温度传感器、温湿度传感器、光电传感器，所述汇集单元还包括通过光电耦合电路检测开关柜中的开关量信息。
11.进一步的，不同汇集单元之间通过北斗进行时间同步，并将采集的电流数据打上同步时标后进行存储，可最多对6路信号进行2小时的长时录波。
12.进一步的，所述汇集单元同时与配电主站及边缘物联代理终端通信，将汇集单元的遥信、遥测、及录波文件通过4g与配电主站通信，通过5g与边缘物联代理终端通信。
13.进一步的，所述汇集单元自动跟踪各出线的负荷电流信号，根据自适应算法实现
各出线短路故障的检测。
14.进一步的，所述边缘物联代理终端安装在变电站的母线位置，通过pt、ct采集母线电压、电流。
15.进一步的，所述边缘物联代理终端采用北斗授时，其绝对时标与汇集单元相同，可将电压电流信号打上同步时标后存储，可最多存储2小时的录波数据。
16.进一步的，所述边缘物联代理终端对下通过5g与同一母线下的所有汇集单元进行通信，能够汇集各出线的电流信号、开关柜的温湿度、开关量信息，所述边缘物联代理终端通过4g与主站通信，将遥信、遥测、文件信息进行上传。
17.进一步的，所述边缘物联代理终端可以汇集同一母线下所有线路的电压、电流及开关柜的相关信息，通过安装具有多维度特征的接地故障app实现接地故障定位；通过安装相对应的数据分析app，实现设备缺陷预警、扰动事件录波、电能质量监测功能。
18.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
19.本发明提供一种电缆线路状态在线监测系统，通过对开关柜及电缆线路的在线综合监测，能够及时发现线路及开关柜运行异常信息，并通过安装相对应的数据分析app，可具备运行状态的实时评估、设备缺陷预警、扰动事件录波、电能质量监测等功能。实现对开关柜的高效精准运维，满足城市配电网的发展需求。
附图说明
20.图1是本发明实施例提供的一种电缆线路状态在线监测系统的结构图；
21.图2是本发明实施例提供的汇集单元信号输入部分原理图；
22.图3是本发明实施例提供的汇集单元原理图；
23.图4是本发明实施例提供的汇集单元软件总体设计方案示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
25.实施例1
26.本发明实施例中提供了一种电缆线路状态在线监测系统，如图1所示，具体包括电流传感器、温湿度传感器、汇集单元及边缘物联代理终端等。电流互感器采用柔性罗氏线圈，分别安装在a、b、c三相和零序上，通过导线与汇集单元相连。汇集单元，实时采样开关柜中各条线路的电流信号，并将采集的信号打上同步时标后存储，可长时间存储录波数据；并采用短路故障自适应算法实现故障的就地研判。还具备实时监测开关柜相关的运行数据信息。边缘代理终端安装在变电站的母线位置，通过pt、ct采集母线电压、电流。可长时间存储录波数据。实时监测其电压电流信号，满足一定触发条件时，根据触发的绝对时间下发召录波的指令给同一母线下所有汇集单元，汇集母线下所有线路的录波数据，再通过相对应的高级app实现故障定位、设备缺陷预警、扰动事件录波等功能。
27.所述电缆线路状态在线监测系统采用柔性罗氏线圈实现线路电流信号的获取，通过导线连接至汇集单元，其实时数据采样频率为12.8khz,采样电流精度达到0.5级；汇集单元采用微源取能或交流市电供电，锂电池做为备用电源；通过4g专网，采用101/104规约与
配电主站通信；通过5g网络，采用自定义协议/101/104规约与边缘物联代理终端通信；采用北斗对时，实现不同汇集单元之间的广域同步。通过外置的sd卡可最多存储6路2小时的录波数据。汇集单元自动跟踪各出线的负荷电流信号，根据自适应算法实现各出线短路故障的检测，通过闪灯信号指示短路故障状态。
28.边缘物联代理终端主要由外壳、5g模块、电源模块、主控板、采集板几个部分组成。主控板和采集板通过插接的方式连接，主控板主要由双系统核心板和外围的接口电路组成，采集板主要有电源模块、电源处理电路、遥信、遥控、交流采集电路等组成，对主控板提供稳定的电源输出。边缘物联代理终端通过4g专网，采用101/104规约与配电主站通信；通过5g网络，采用自定义协议/101/104规约与同一母线下的汇集单元进行通信；采用北斗对时，实现与不同汇集单元之间的广域同步测量。其边缘物联终端可以最多存储2小时的录波数据。
29.在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述汇集单元信号输入部分原理图如图2所示，具体包括罗氏线圈、rc滤波、放大电路、积分电路、外置ad芯片，电流信号采用罗氏线圈进行负荷电流信号的感应。应用于工频时，rogowski线圈的输出电压是被测电流的微分函数。所以，原理上需要对rogowski线圈的输出信号进行积分运算。在实际应用中，常采用有源的模拟电路积分器来实现这一功能。另采用一级放大电路进行信号的放大，使得电流信号与主处理单元的信号电平匹配；外置ad芯片是一款16位das，支持16个通道进行双路同步采样，可独立选择通道输入范围；每对通道均能以高达1msps的吞吐速率和90.5db snr采样。
30.在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述汇集单元原理图如图3所示，具体包括主处理器、ad采样电路、温湿度采样电路、通讯模块、存储扩展、gps模块、时钟电路、电源处理电路、状态指示等。所述主处理器应具备较快的运算速度，极低的运行和静态功耗，较大的ram存储空间，丰富的外围接口等。根据上述要求，选择基于arm cortex-m4处理器的32位通用微控制器，该处理器支持通用数据处理i/o控制任务、dsp(数字信号处理)和浮点运算指令。所述微源取能电路将汲取的电能转换为直流电，一方面供各部分使用，另一方面将多余的电能存储于超级电容等储能元件中。若取能电路获取的电能不足以给汇集单元供电时，备用电池将无缝投入给汇集单元供电。汲取的电能或电池需要转换为不同的供电回路或电平基准，供不同的电路使用。所述gps模块为高集成度表贴模块，封装紧凑，易于焊接，支持gps、beidou、glonass和qzss单系统及多系统联合定位，可同时接收和处理两个频点的卫星信号，可提供快速、准确、高性能的定位功能。所述存储扩展包括sd卡、eeprom及sram；通过sdio接口对sd卡进行擦除、多个数据块读写操作，sd主要用来存储长时录波数据；主处理器通过外设接口spi与eeprom进行通信，eeprom主要用来存储系统运行参数的相关信息。所述通讯相关接口包括与主站通信的4g接口、与边缘物联代理终端通信的5g接口以及本地调试接口；当汇集单元检测到故障以及装置运行异常时通过所述的状态指示电路控制闪灯的数量及频率。
31.在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述汇集单元软件总体设计方案如图4所示，其中数据有两个存储区域，分别为数据缓冲区和数据存储区。其中数据缓冲区在ram中，包括实时数据、参数、事件、文件标志等。数据存储区由flash和eerpom、sd卡组成，用于参数、事件、定点记录、log日志、长时录波存储等。实时数据采集模块通过外置的adc芯片，
每78.125us采集一次数据并通过spi通信获取电流温度等数据。并将数据存入内存中的实时数据缓冲区；同时通过sdio接口将实时数据保存到sd卡中。参数在内存和eerprom中保留一份，通过参数同步模块进行同步。当其他模块需要读取参数时，直接从内存接口获取。当其他模块需要修改参数时，对内存中的参数进行修改，并触发参数同步模块将参数的修改同步到eeprom中。事件判断模块通过读取实时数据并进行分析获取事件的状态，事件以记录方式同时存入flash和内存，其中内存中循环存储最近发生的事件，而flash中存储历史事件。当其他模块需要读取事件时，首选从内存查找，如果内存中存在则直接返回，否则从flash中查找相应的事件记录。文件模块具备定点数据存储功能，每15分钟将设备采集的电气量进行存储，具备历史数据存储功能，不低于1024条事件记录，1024条log日志记录。对外的规约处理接口主要包括：与主站通信的101规约、与边缘物联代理通信的101协议和本地维护接口，这些通信接口模块通过调用相关的接口获取数据、事件、参数等信息并完成规约的解析和组帧。
32.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。