电力电缆在线监测系统的研究与设计.doc

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1、摘 要 摘 要电力电缆在电力系统中应用越来越广泛，实现电缆的安全、可靠和经济运行对保证电力系统的安全性和经济性具有十分重要的意义。在电缆运行过程中，电缆线路发生电气故障前都会引起电缆或附件局部温度的上升，从而导致绝缘进一步破坏直至击穿。基于分布式光纤温度传感技术(DTS，Distributed temperature sensoring)实现电缆沿线表皮温度监测，通过分析电缆温度场与动态载流量能及早发现电缆运行存在的安全隐患，起到防患于未然的作用。本文则对电力电缆在线监测系统展开研究与设计，首先对电力电缆监测系统的研究意义和本文选题背景进行分析，并充分结合国内外此课题的研究现状进行综述，对本文

2、研究内容进行简单的介绍；接着对电力电缆监测相关理论进行概述，首先阐述本系统的监测任务，对DTS和载流量进行分析计算，对分布式光纤温度传感技术进行介绍，分析电力电缆的结构，采用热路模型对电力电缆载流量进行详细计算，分析电缆故障在线监测方法、局放监测技术，建立电力电缆仿真模型；然后对系统结构进行设计，首先介绍系统设计原则和依据，对系统功能进行介绍，对系统硬件、软件进行详细设计，设计分析数据库系统，接着实现系统的核心功能，首先分析系统开发工具和运行环境，对系统软件结构进行设计，对数据接收模块进行设计和实现，对数据处理模块进行设计和实现，对系统状态显示进行分析，实现对数据的监视，实现数据报表以及数据库

3、的设计，实现报警设置和响应，实现事件日志用户管理以及系统配置的设计，最后对进行测试与分析。关键词：电力电缆；在线监测；电缆故障；系统设计IABSTRACTABSTRACTPower cables in the power system used more and more widely, realize the security and reliability of cable and economic operation of the power system to ensure safety and economic behavior has the very vital signific

4、ance. In the cable running processes, cable line happened before electrical fault can cause cable or accessories local temperature rise, resulting in further damage insulation until the breakdown. Based on the Distributed optical fiber temperature sensor technology (DTS, Distributed temperature sens

5、oring) realize cable skin temperature monitoring along, through the analysis of the temperature field and dynamic cable carrying capacity detected early cable running the safe hidden trouble that exist, have the function of the nip in the bud. This paper is on-line monitoring system of power cable l

6、aunched research and design, first of power cable monitoring system the research significance and choose a background in this paper are analyzed, and fully in the subject both at home and abroad were reviewed the current situation of the study, this paper the research content of the simple introduct

7、ion; Then the power cable monitoring the related theory were reviewed in this paper, firstly this system monitoring task, DTS and load flow analysis and calculation, the distributed optical fiber temperature sensing technology are introduced, analyzes the structure of the power cable, the thermal mo

8、del of power cable road carrying capacity calculation, analysis of on-line monitoring method, cable faults bureau put monitoring technology, establishing power cable simulation model. And then the system structure design, this paper introduces the system first design principles and basis for system

9、function is introduced, the system hardware and software for the detailed design, design analysis database system, and then realize the core of the system function, first analysis system development tools and running environment, the system structure of the software design of data receiving module d

10、esign and implementation, on data processing module design and implementation, the system state display to carry on the analysis, make the data monitoring, realize data report and database design, realization alarm Settings and response, realize the event log user management and system configuration

11、 design, final test and analysis of.Keywords: Electric cables; Online monitoring; Cable faults; System design目录目录ENGINEERING MASTER DISSERTATION1摘 要IABSTRACTII目录III第一章 绪论11.1选题背景和意义11.1.1 选题背景11.1.2研究意义21.2 发展现状21.3 研究的主要内容4第二章 电力电缆监测相关理论52.1引言52.2监测任务介绍52.3 DTS和载流量计算介绍62.3.1 分布式光纤温度传感技术62.3.2 电力电缆的

12、结构72.3.3 采用热路模型计算电力电缆载流量82.4 电缆故障在线监测方法112.5局放监测技术122.6 电力电缆仿真模型152.6.1 仿真建模工具和数值分析工具的选择152.6.2 PSCAD中频率相关模型的选择162.6.3 电缆系统仿真模型的建立17第三章 系统结构设计183.1基本概念和原理183.2 设计原则与依据203.3 系统设计方案223.4 系统功能介绍233.5 系统硬件设计243.5.1 系统的监测终端253.5.2 单片机的选择253.5.3 无线收发模块与单片机的硬件接口电路设计283.5.4 系统主站与上位机通信接口293.6 系统软件设计303.6.1 主

13、程序和中断程序设计303.6.2 初始化程序设计313.6.3 ATT7022B系统复位程序323.6.4 SPI通信程序设计333.7 数据库系统35第四章 系统核心功能实现364.1 系统开发工具和运行环境364.2 系统软件结构设计374.3 数据接收模块设计和实现384.4 数据处理模块设计和实现404.4.1 传感器冷端处理404.4.2 参数设置414.4.3 分度表及查询表设计424.4.4 数据处理464.4.5 数据转发484.5 状态显示504.6 数据监视514.6.1 主接线图数据监视514.6.2 曲线数据监视524.7 数据报表544.8 数据库设计554.8.1

14、表的设计564.8.2 数据库操作574.9 报警设置和响应634.9.1 报警设置644.9.2 报警响应644.10 事件日志用户管理654.11 系统配置66第五章 系统测试与分析685.1 硬件系统的测试685.2 软件性能测试68第六章 结论与展望716.1 结论716.2 前景展望71致谢73参考文献7477第一章 绪论第一章 绪论1.1选题背景和意义1.1.1 选题背景电力电缆就是在城市地下敷设的输电电缆，是国家电网基础设施最重要的组成部分之一；随着我国城市化进程的加速，电力电缆的覆盖率和资产规模正在以空前的速度增加。以成都市为例，到目前为止：220kV电缆已有15回，总长73.

15、75千米；110kV电缆107回，总长263千米；35kV电缆39回，总长32千米；10kV电缆399回，总长963千米。为保证庞大的网路的安全、可靠、智能地运行，人工巡检方法和常规的监测设备已经无法胜任；为满足这一显著的需求，一些新型的传感检测设备被开发并且开始应用于电力电缆的在线状态监测，包括：DTS分布光纤温度温度传感器：通过背向散射原理，可以检测到一根长达几千米到几十千米光纤的温度分布，采样点距离可达到1.0m至2.0m，最小检测周期可达10s。将该测温光纤沿电缆长度方向布置，则可以获得电缆的长度方向上的温度分布。光纤本身有石英制成，具有极佳的电磁惰性。就这些技术特征和最近几年的实践看

16、，DTS已被证实是目前火警、电缆温度异常、电缆热负荷在线监测的最佳手段。分布式局部放电在线检测器：采用高频数据采集卡检测电缆附件的屏蔽电流高频部分或超声波信号，提供电缆绝缘状态的在线监测的基础条件。与传统的传感器不同，它们的实时输出的状态变量不是由一个或几个模拟量构成，而通常是一个长度很大的模拟量序列构成，称为大数组输出；以DTS为例，检测10千米电缆的分布温度，按照1.0m的采样空间，每次的检测输出为一个长度为10,000的浮点数组。基于这些数组输出，一些功能强大但也相当的复杂的算法被开发用于分析和透视蕴含在这些庞大数据的关键信息；如一种称为动态载流量DCR算法可根据持续输入的电缆表面分布温

17、度（由DTS提供）和回路负荷电流，实时地计算电缆线芯温度（电缆线芯温度是电缆负荷安全状态的关键指标，其许用值为90C）和计算短时许用电流；另一种算法成为电缆载流量专家系统，可基于历史的电缆表面温度和负荷电缆信息，计算电缆中长期的安全负荷电流。目前现有的电力监测监控体系无法有效支持以上应用；表现在：在变电站自动化系统中，现有的通讯协议不能有效传输大数组，SCADA数据库设计不能实现对这些大数组的输入输出和存贮，现有体系在集成复杂算法方面考虑甚少，等等；另外，现有的电力监控系统和本文的电缆在线监测在功能需求上有很大的差别：前者实时监控关键电网变量，执行保护操作，要求高度可靠、快速、简洁；而后者对实

18、时性要求不高(10s)，处理的主要是非电状态量，其输出主要是PC机界面上丰富的信息、短消息报警等，基本上不要求输出执行。目前，北京、上海、成都、广州均在开发和建设这种电缆在线监测系统，发现诸多问题：如是否或多大程度上将算法嵌入在检测设备上（以减轻上位机的计算负荷和复杂性）、现场设备向中心设备怎么通讯、数据库保存什么数据（原始大数组、中间数据还是计算结果）、怎么为整个系统分层、复杂算法部署在哪一层、提供怎么样的用户终端形式（一个主监测中心视图还是WEB发布）、扩展性和兼容性怎么设计、等等。归根结底是怎样解决复杂性、可靠性之间的矛盾。显然，根据电缆在线监测应用的特征，结合目前的工程实践经验，设计和

19、开发一个有效的系统方案和理论体系已经成为当务之急的任务。1.1.2研究意义智能电网的建设已列为国家电网“十二五”的核心工作任务；智能电网的的基本特征为：使用健全的双路通信、高级的传感器和分布式计算机，改善电力传送的使用的效率、可靠性和安全。一个设计良好的电缆在线监测系统可为智能电网提供一个可以有效响应动态负荷需求、高度可靠的输配电物质环境。特别地，具有以下功效：实时的动态负荷能力，有效提高电缆资产的利用效率；可靠的在线状态监测，有效预防故障和降低运行成本。本文研究将为目前在建的和未来的电缆在线监测系统的项目提供设计指导和行动指南，解决实际工程问题，缩短项目周期，并为相关行业（设备制造、软件系统

20、开发、集成、服务等）提供技术路线图，创建可持续发展的态势。从技术本质上看，这些型新传感器和复杂算法的在技术快速进步的今天出现具有必然性，事实上提出了一个具有广泛意义和价值的工程问题，可以抽象为：以怎样的方法集成先进硬件和软件，以达到最佳的智能监测的目的。因此，通过本课题的研究，可以为其它大规模的智能监测（如智能电网的其它监测系统、交通监测管理、地球环境监测等物联网）提供理论参考。1.2 发展现状在国外，对于电力电缆监测的研究起源较早，大约在上世纪七十年代，很多发达国家就逐步开始建立电力电缆检测系统工作的试点，而且随着监测终端的发展，其功能也有逐步的简单通信的单一方式逐步转变为现阶段智能化、多样

21、化的通信方式。现阶段，很多西方发达国家已经开始致力于通过配电监测设备对电力系统电能质量监控研究。在加拿大的Power MeasurementLtd公司，已经开发出了高级的电力综合监控设备，其功能全面包括测量、采集、通信以及控制等，并通过性能极高的DSP芯片对数字信号进行处理，极大的增强了微机继电保护的功能。然而，国外的产品普遍存在着操作复杂的困难，在技术的实现上与我国存在着极大差异，加之成本极其高昂，与我国目前的配电网需求不相适应。在上世纪九十年代，我国逐步开始对电力电缆监测系统的研究，相对于发达国家来看，研究时间上存在着极大的滞后性。不过随着近年来科学技术、计算机通信技术以及电力产业的快速发

22、展和广泛应用，我国很多研究单位和生产商逐步开始对不同类型的配电监测终端的研究开发，以全面适应配电网综合自动化的进程。从配电终端硬件设计方面来看，从最初的CPU单结构逐步到多结构，经过不断的发展创新，直到到目前的CPU+DSP+EPLD技术。考虑到配电终端硬件设计的可靠性、谐波检测的分析需求以及故障检测的实时性，在硬件设计中，数字信号处理器的采样高速化、数据处理技术、数据处理的冗余设计等逐步成为应用较为广泛的技术。现阶段，基本的终端硬件设计类型有四种。由于需求十分迫切，电缆在线监测系统和先进传感器和先进算法在最近十年处于并行开发阶段；日本住友公司和韩国LS公司均始于2003年开发了这类系统，其特

23、征是首次将DTS和DCR动态载流量算法和传统的监测任务（环流、井水位、门禁）集成在一个系统中，并启动了对局放监测的集成研发。2008年，北京电力实现了一个城市规模的集中监测系统，覆盖了北京城区200多公里隧道内的主要电缆，并包括了对井盖的监控，同时提供了GIS功能。另外、德国NKT电缆公司在欧洲，加拿大CYME公司在北美实现了仅包括了DTS和DCR的监测系统。这些系统达到了其基本的功能，但至少存在以下问题之一：（1）检测层和监测层划分不清，造成设备和通讯接口的复杂性提高；通讯协议具有特殊性和例外，提高了设备供应商和集成商的实施成本、维护成本，同时也降低了可靠性和和扩展性；一个显著的例子是，一家

24、DTS供应商需要为每个电力公司的项目提供不同的机型或适配器；（2）监测层和数据管理层划分不清，数据的可用性较差；先进算法通常有两个层次：实时监测计算（如DCR实时电缆导体温度和短时应急负荷计算）和基于数据挖掘的非在线计算（如用于分析未来中长期安全负荷的载流量专家系统）；显然前者应部署在监测层，后者在数据管理层或以上）；（3）数据库结构设计缺乏灵活性，无法有效输入输出和保存先进状态变量和监测计算的变量；在这一点上，未能借鉴SCADA数据库的动态表特性。这问题的产生主要是由于这些系统在开发时，先进传感器及相关算法尚未成熟或被系统性地分析，造成系统结构设计欠妥。目前，基于DTS的先进算法的研发基本上

25、揭示了其主要结构和功能框架，局放的在线监测算法尚在研发的中间过程中。目前，在对以上系统的持续改善和新建项目的开发过程中，表现出以下发展趋势为：（1）借鉴目前变电站自动化系统和SCADA的相关经验，划分各功能层，为传统状态变量和先进状态变量建立一致的数据输入、输出、存贮方案；（2）完整地考察先进应用算法，以结合到结构设计中；（3）采用简单有效的WEB应用提供有效的终端输出。1.3 研究的主要内容第一章为绪论，笔者首先对电力电缆监测系统的研究意义和本文选题背景进行了分析，并充分结合国内外此课题的研究现状进行综述，其次对本文研究内容进行了简单的介绍。第二章为电力电缆监测相关理论，首先阐述了本系统的监

26、测任务，对DTS和载流量进行了分析计算，对分布式光纤温度传感技术进行了介绍，分析了电力电缆的结构，采用热路模型对电力电缆载流量进行了详细计算，分析了电缆故障在线监测方法、局放监测技术，建立了电力电缆仿真模型。第三章为系统结构设计，首先介绍了系统设计原则和依据，对系统功能进行了介绍，对系统硬件、软件进行了详细设计，最后设计分析了数据库系统。第四章为系统核心功能的实现，首先分析了系统开发工具和运行环境，对系统软件结构进行设计，对数据接收模块进行设计和实现，对数据处理模块进行设计和实现，对系统状态显示进行了分析，实现了对数据的监视，实现了数据报表以及数据库的设计，实现了报警设置和响应，实现事件日志用

27、户管理以及系统配置的设计。第五章为系统测试与分析，分别对硬件系统和软件性能进行了测试。第二章 电力电缆监测相关理论第二章 电力电缆监测相关理论2.1引言 对于电力电缆的敷设，通常存在着多种敷设方式，常用的有排管敷设、直埋敷设、电缆隧道敷设、电缆沟敷设等，在这些敷设方式中，以直埋敷设的方式应用最为广泛。由于电缆大多敷设于地下，使得对电缆故障的检测和解决不能直接进行。传统的检测基本以离线方式为主，需要断电之后检测人员携带仪器进行检测。这种方式不仅需要多个检测水平较高的技术人员，消耗的人力物力较大，而且其检测过程会受到电缆敷设环境等多方面因素的影响。为了解决这种难点，近年来有着很多带电检测的新技术和

28、方法出现。这些方法能够同归对电缆绝缘的下降情况进行判断并提前预警，实现事前预防的作用。现阶段，在线带电检测的方法常用的主要有直流分量法、直流叠加法等。2.2监测任务介绍（1）电缆接头（表皮）温度在线监测电力电缆中间接头制作质量不良、压接不紧、接触电阻过大，长期运行造成电缆头过热烧穿绝缘层，导致火灾，影响供电造成事故。通过接触式（或者红外线温感模块）温感模块（根据用户所需监测电缆数量安装不同数量模块）的对重点部位实时在线监测，当温度异常时即刻报警，上传实时数据起到过热预警数据分析功能，及时发现并消除发热造成的隐患，避免事故发生。（2）可燃气体、有害气态在线监测针对井沟内容易产生有害气体、可燃气体

29、（或燃气井泄漏气体串井）在线监测，对气体含量浓度进行分析评估，当井沟内有害气体、可燃气气体值超出设定安全范围值时及时发现并预警，避免重大爆炸事故或伤人事故发生（检修人员下井沟巡检）。（3）环境温湿度在线监测有效地对设备运行环境温度湿度、井沟内水位进行实时监测，上传有效数据。管理人员对井沟环境状况及时了解，方便调度管理。（4）火灾探测仪（感烟）监测在线监测电缆井沟内烟雾及火焰的产生，第一时间掌握电缆井沟内火灾发生，及时报警预防造成重大的事故。2.3 DTS和载流量计算介绍2.3.1 分布式光纤温度传感技术这种技术起源于20世纪70年代，是一种新型的测温技术，由于信息是在光信号的基础上传送的，其优

30、势主要体现于能够不受电磁干扰。从工作原理的角度来看，可以将光纤温度传感器分为传输型和功能性两种。传输型光纤温度传感器中光纤只对光信号进行传输，而功能型传感器则能够在传输光信号的同时传输温度信息和光纤感应信息。现阶段，应用较广的光纤温度传感器主要包括光纤光栅、光纤温度、光纤荧光、干涉型光纤温度传感器，其中光纤光栅温度传感器和光纤温度传感器应用最为广泛。早在1981年，英国南安普顿大学就提出了分布式光纤温度传感器。在光纤传送中，激光的反射光主要分为以下几种：拉曼散射(Raman scatter)、瑞利散射(Rayleigh scatter)以及布里渊散射(Brillouin scatter)。具体

31、反射情况见下图2.1。此类型传感器从最初的在后向瑞利散射基础之上的液芯光纤分布式温度监控系统，逐步发展为在光时域(OTDR)拉曼散射基础之上的光纤测温系统，此外还有建立在光频域拉曼散射基础上的光纤测温系统(ROFDA)等。目前，分布式光纤温度传感器的测量距离可以达到三十千米，测量精度极高，达到了O5，对于温度的分辨率可以达到001。分布式光纤温度传感技术有着极大的优势，具体体现于以下场合的应用：第一，当进行全面监测，需要设置诸多监测点时，光纤DTS有着便于安装的有点，而且其一条光纤能够取代多个点式的温度传感器。第二，在电磁干扰较大的条件下，采用光纤DTS能够读取精确的光学数据，避免电磁干扰的影

32、响。第三，光纤DTS的安全性能较好，能够更好的应用于易燃易爆等特殊环境下。现阶段，在电力系统温度监测中，分布是光线温度传感技术已经逐步开始应用，而且对于电力电缆的动态流量计算、电缆故障、电缆接头温度监测等方面有着极其广泛的应用前景。图2.1 分布式光纤温度传感器基本原理2.3.2 电力电缆的结构通常而言，电力电缆的结构有着绝缘层、导体线芯、外护层。随着目前电力系统典雅等级的不断提高，PVC聚乙烯绝缘、油纸绝缘、丁基橡胶绝缘等电缆已经不能完全适应高电压，需要与电压等级提高的相应绝缘电缆结构。已经得以应用且效果较好的是交联聚乙烯绝缘电力电缆，这种电缆多为三芯和单芯，电压等级较高的电缆通常都为单芯。

33、其结构图如下：图2.2 64/110KV 1X630mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆结构图1-导体；2-导体屏蔽；3-绝缘层；4-绝缘屏蔽；5-半导体无纺布带；6-铝护套；7-沥青+半导体无纺布带；8-PVC外护层三芯电缆的每单芯结构与单芯电缆基本相同，但在线芯的外切圆中并没有填充，而且外层多加了一层铠装层，对线芯位置进行固定。其结构具体见下图2.3：图2.3 三芯XLPE绝缘水底电缆结构图1-导体；2-导体屏蔽层；3-绝缘层；4-绝缘屏蔽层；5-金属屏蔽；6-填料；7-包扎带；8-内护套；9-丝铠装；10-外护套本文中笔者主要对交联聚乙烯绝缘电力电缆的载流量计算问题进行了探讨。2.3.3 采用热

34、路模型计算电力电缆载流量单芯XLPE电力电缆通常包括绝缘层、铝线芯、金属屏蔽层、外护层以及内衬层等部分。进行此电缆热炉模型构建时，应该重点考虑以下几点：1.热力模型的热源；2.热量从热源中如何散发，如何传播；3.对于热量传播而言，电力电缆的组成部分能够起到什么作用；在电力电缆中，线芯是最主要的发热体，此外，电缆本身的损耗也是一种热量散发，如果电缆外部设有铠装层，还会有铠装损耗，因此，电力电缆的热力模型应该具备解释损耗、线芯、铠装损耗以及金属屏蔽损耗等热源。在线芯热量散发过程中，要经过所有介质损耗的部分，金属屏蔽损耗产生的热量要经过其他介质层的热量，而铠装层损耗而散发的热量则只经过外护层。由于线

35、芯的材质是由铜、铝等热的良导体，因此，其热阻可以忽略，只对线芯的热熔进行考虑；绝缘层不仅可以储存热量，还可以对热量传播形成阻碍。因此，金属屏蔽层和内衬层也可以只考虑热阻和热容。下面对热力模型和电路中的物理量进行对比，为下文的计算分析做准备。表2-1 热路模型和电路相关物理量对应表根据电力电缆热源的性质差异，能够将热源进行分类，主要分为两种：外部环境的恒压源和内部热源的恒流源。下面笔者采用参数法对两种热源进行建模，并采用ICE计算标准进行热炉模型计算，具体见下图3.3。图3.4 电力电缆暂态热路模型在上图中，T1到T4指的分别是等效绝缘层热阻、等效内衬层热阻、等效外护层热阻以及等效外部环境热阻；

36、分别表示这些部位的温度，以及单位长度的下导体功率、介质、金属屏蔽、铠装损耗因数；Q1到Q4分别代表以下内容：Qc, Qi, Qs, Qcp, Qj分别指的是导体、绝缘层、内衬层、铠装、外护层热容；p和p分别表示绝缘层和外护层的热容分配比例因数；Di指的是绝缘层直径, dc指的是导体直径,De指的是电缆外径, Ds指的是外护层内径。综上所述，我们可以得知，热流与电流相对应，在模型中，热流是恒流源，但有时会发生突然的改变。温度与电压相对应，相当于模型中的恒压源。但不会发生改变。热阻与电阻相对应，对热量的传播起到阻碍作用。热容与电容相对应，能够存储热量。综合考虑，绝缘层既相当于热源，还能够储存热量，

37、并能够对热量的传播起到阻碍作用。如果将长度一定的介质损耗分为两部分，换言之，就是绝缘层只能对一部分介质损耗热量传播阻碍，其大小为 ，剩余部分的介质损耗经过绝缘层，职能对外部层面造成影响。通过对热路模型的分析，可以得出，当热流增大时对各层的温度都会造成影响。如果电缆外部环境不利于散热通风，可能会引起环境温度的升高。当线芯的温度达到其运行的最高温度时，热流为环境最高温度下电缆所能承受的最大电流。当电缆温度未升高时，对电缆各层温度的计算可以忽略热容。所以，这时热容对热量的吸收和散发是平衡的。在稳态情况下，电力电缆的热路模型见下图2-5。图2-5 电力电缆稳态热路模型结合图2-4中的电力电缆稳态温度，

38、基于以上热路模型以及电磁学中物理量的对应，可得出电力电缆在稳态时的热流、温度以及热阻的关系式：同时还可以得到电力电缆其他各层的温度表达式：2.4 电缆故障在线监测方法对于运行过程中的电缆绝缘情况监测而言，在线监测是较为有效的方式。在对电缆绝缘老化的原因充分了解，结合实际环境对电缆绝缘老化的影响因素进行分析，并积极采取在线监测手段，对交联电力电缆的绝缘状况做到动态掌握，发现其中问题从而制定相应的措施解决事故问题，对于电网供电的安全性和可靠性有着极其重要的现实意义。这种在线监测方法有着以下几方面优点：第一，在对电力设备进行检测时，不会影响到电网正常运行，也不用断开电缆网络的接点和回路；第二，通常情

39、况下，测试的接地点为电缆接头处，对于系统的运行环境和性能不会造成影响；第三，在进行长电缆检测时，可以通过增加测点来增加故障检测的准确性；而且系统不需要加设检测电缆，采用无线通信，对于电缆线路的检测长度没有限制。传统的电缆故障在线监测方法有以下几种。（1）直流叠加法这种方法的基本原理就是在变压器的母线处或中性接地点，利用电压互感器在电缆绝缘交流相电压之上叠加低压直流电源，利用高压电容对交流高压电在直流电源中的影响进行控制。通过对电缆中直流电流的绝缘电阻测试，从而达到在线检测电缆的目的。这种方法在10kv和10kv以下的中压电缆应用较为有效，但对于但却无法加载到变压器中性点直接接地的110kW22

40、0kv高压电缆上。除此之外，对于线路对地电晕放点的在线监测有着极其重要的影响。（2）直流成分法已发现，当运行中的电缆绝缘中包含水树脂时，在铜屏蔽和导体芯之间存在着小直流成分，而且这种现象是由绝缘中的水树裂化而引发的。通过对直流成分的测量，绝缘老化作为水树的检测是成立的。这种方法的基本原理就是对电缆中存在水树时的整流效应加以利用。在负半周期情况下的外施电压中，通过尖端到绝缘，水树枝注入了大量负电荷，而在正半周期情况下，其正电荷注入较少，只能对一部分负电荷进行中和。在电缆的运行工频电压下，居于水树枝尖端的大量负电荷逐步转移，进行出现直流成分，但其数值相对整流作用而言较小，只有几十纳安。水树枝的发展

41、能够增加泄露电流，从而降低交流击穿电压，对电路造成劣化作用。直流电压叠加法的原理是当对运行中绝缘逐渐劣化的电缆施加低直流电压时，将产生与劣化程度相应的直流电流。由于在电缆运行中，直流成分是固有的特性，因此，这种方法适用于中、高电压等级的电力电缆监测。（3）局部放电法就局部放电而言，实行监测的主要目的就是为了采集终端头和附件等局部的放电量。通过小波理论和信号处理系统将电缆的局部放电量从干扰信号中分离出来。在水树枝引发的初始阶段，局部放电量为通常为0.1 PC。电力电缆的绝缘程度是影响电力电缆局部放电量的在关键因素，当局部放电量值呈现浮动趋势时通常意味着电缆绝缘存在危机电缆安全运行的影响因素。在国

42、内外地大多数权力机构如CIGRE、IEC等都对局部放电试验是衡量绝缘电力电缆绝缘程度的重要指标持肯定态度。由于电力电缆在在线监测室是一个包含了多种以电容机、发电机以及变压器为中心等相关电器设备的电力系统。在电力系统的构成中还包括多种波形复杂、信号较大的外界电磁干扰声和北京噪音。以电力系统包含的发电机为例，其局部的放电量通常高达几千个Pc，而且波形复杂，频域宽广。因此，从中提取电力电缆绝缘裂化信号很容易覆盖在干扰信号下。（4）低频重叠法又叫差频监测法，是在工频交流电压下叠加低频电压，观察所产生的超低频水树变化特征电流信号，但低频信号加载位置有考究，会导致测试可靠性不高；同时考虑到在输电运行现场叠

43、加低频的操作不方便或是不允许的，所以此方法只在停电时可以使用，不适用于在线监测。2.5局放监测技术在线监测及诊断的任务是了解和掌握设备的运行状态，包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合系统的历史和现状，考虑环境因素，对设备运行状态进行评估，判断其处于正常或非正常状态，并对状态进行显示和记录，对异常状态作出报警，以便运行人员及时处理，并为设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和准备基础数据。采用此项技术有下列好处： 1）减少维护费用 我国目前采用的方法是定期的停电试验、检修和维护。定期试验需安排停电计划，到期必修，没有充分考虑设备实际状态，导致不少超量维修，造成了人力及

44、物力的大量消费；而状态监测以状态为基准，在线监测，取代了定期试验，维护费用可降低40%。 2）避免故障发生 定期试验不能及时发现设备内部的故障隐患，而且停电试验施加低于运行电压的试验电压，对某些反映也不够灵敏；在线监测采用更高灵敏度的传感器以采集运行中设备绝缘劣化的信息，信息量的处理和识别也依赖于有丰富软件支持的计算机网络，不仅可以把某些测试项目在线化，而且还可以引进一些新的更真实反映设备运行状态的特征量，从而实现对设备远行状态的综合诊断。 3）对设备性能进行评估 通过状态监测对设备运行状态进行的了解和掌握，可对设备的使用性能、运行寿命、利用程度进行评估以便调整使用，从而提高经济效益。 （1）

45、DM6000GIS在线监测技术GIS除进出线套管外没有外露的带电部分，采用SF6气体绝缘，可靠性较高，检修少，但通过发展外部诊断、在线监测可减小不必要的拆卸检修工作量，大大提高了设备的运行效率。DM6000型局放在线检测系统采用超高频检测技术、高灵敏度传感器、信号现场处理、内置专家数据库、Web后台处理软、因特网接入技术等技术进行远程实时在线监控和分析。具有极高的性价比，非常适合在无人值守变电站运行。该局部放电在线监测系统能够长期运行，实时监测GIS 在运行过程中的局部放电情况，可以及时对GIS 绝缘异常状态和放电性故障做出预警，实时掌握局放的发展趋势，为GIS 正常运行提供必要的指导数据，提

46、高GIS 运行的可靠性、安全性和有效性。该系统采用集成模块化设计，将信号采集单元、信号处理、A/D 转换、干扰过滤、数据处理、放电量显示等集成在站端监测模块中，每个站端监测模块可独立运行，数据分别记录，通过一条数据通讯总线将多台站内监测模块（最多256台）的数据传输后台分析软件系统上统一管理分析。能通过互联网进行远程传输和实时监控，对局部放电信号的强度，密度进行实时在线分析。对局部放电倾向性的推移进行实时监控和分析，对放电程度进行评估，避免重大事故发生。系统独特的多重抗干扰设计，以确保检测的结果准确，避免误判。硬件上设计噪音过滤通道，用来过滤现场噪音，净化信号采集环境；对特定波段的杂音信号增加

47、了带阻滤波器。软件 -通过软件设置动做级别和标准密度设定，分离噪音干扰信号系统设计智能分析信号，通过对信号的波形、相位特征的判别，自动区分干扰信号实现声光报警，同时系统自带大量标准数据模型，系统对现场传感器采集的信与系统内部自带的标准数据模型对比分析，大大提高检测结果的可靠性。（2）局部放电监测原理局部放电发生时，电磁波的信号根据GIS 结构反复进行传播、反射、折射、迟延、衰减等现象，通过盆式绝缘子（绝缘件）放射到外界。通过GIS 绝缘子泄漏的电磁波，通过高灵敏度内置型或外置型传感器，进行检测。通过传感器检测GIS内局部由放电激发的电磁波信号，对监测到的电磁波信号经由检波器、射频前置放大器和滤

48、波等环节后，由高速数据对模块经过采样、数字信号分析以及存储等过程，由现场检测单元对其进行相关处理，结果数据以光纤为媒介传至主处理器单元；最后由主处理器单元的故障诊断系统根据从现场监测单元送来的的数据，建立故障模式数据库来诊断GIS的绝缘程度，同时整合多途径的放电指纹特征相关数据；将过去检测的局部放电测量数据存储于主处理器单元上可以随时为工作人员提供参考数据查询。GIS局放超高频检测原理如下图所示：图2-6 GIS局放超高频检测原理处于正常运行状态下，系统可时时对GIS的状态进行监测，并通过故障诊断系统对其的存在状态随时跟踪判断。当GIS状态发生异常时，该系统及时同步采集故障信息、处理故障部位，完成在线的分析、计算、数据传输、报警、统计以及存储等环节。（3）DM6000GIS局部放电在线监测系统组成组成系统由后现场传感器，前置监测仪 ，台监视