电缆护套环流在线监测及抑制综合系统

技术领域

本发明实施例涉及护套环流监测和抑制技术，尤其涉及一种电缆护套环流在线监测及抑制综合系统。

背景技术

随着城市的快速发展，对城市电网的要求也进一步提高。电力电缆由于具有传输电能稳定、供电可靠性高等优点，在城市电网中得到了广泛应用。实际运行的电网中，电缆多为单芯结构，例如高压电缆，根据电磁感应定律，当电缆通过交流电时，必然会产生交变的磁场，该交变磁场与电缆金属护套交链时，护套上就会产生感应电压。若三相金属护套和大地形成回路，护套上便会出现接地环流，过大的护套环流会造成电缆过热，降低线芯的载流量，严重时可能会导致外护套被击穿，影响电缆的安全稳定运行。

虽然金属护套采用交叉互联接地方式可以在一定程度上减小护套环流，但由于电缆敷设方式多变、分段不均等情况难以避免，护套环流超过负荷电流的预设比例的情况时有发生，因此对电缆护套环流进行监测与抑制具有重要的现实意义。

目前，关于护套环流抑制的研究多集中于在金属护套接地前串联电阻或电感元件以减小环流，虽然在抑制护套环流上取得了一定的效果，但也会带来一些负面影响。当负荷电流较大或发生单相短路等故障时，由于电阻或电感的接入使得金属护套分流系数降低，导致金属护套对地电位升高，容易产生过电压，对电缆本身及人身安全造成威胁。对于环流监测，目前的常见方法为运行人员到工程现场用钳式电流表实际测量来获取环流数据，费时费力，虽然也有护套环流在线监测相关的装置，但这些装置仅能提供在线监测的作用，在监测过程中发现护套环流超标时却不能及时进行有效抑制。

发明内容

本发明提供一种电缆护套环流在线监测及抑制综合系统，以实现提高系统的安全性、监测较为方便，同时在护套环流超标时能够较为及时进行有效抑制。

本发明实施例提供了一种电缆护套环流在线监测及抑制综合系统，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统包括采集模块、主控模块、自动投切模块；

所述采集模块包括护套电流采集单元和负荷电流采集单元，所述护套电流采集单元安装在护套终端接地线上，用于检测护套环流；所述负荷电流采集单元安装在电缆本体上，用于检测负荷电流；

所述主控模块与所述护套电流采集单元和所述负荷电流采集单元均电连接，用于分别获取所述护套环流和所述负荷电流；

所述自动投切模块包括抑流单元和开关单元，所述主控模块和所述开关单元电连接，所述主控模块用于在所述护套环流大于所述负荷电流的预设比例且所述负荷电流低于预设电流限值时向所述开关单元发送投入信号，所述开关单元用于在接收到投入信号时控制所述抑流单元接入护套终端和地之间；所述主控模块用于在所述负荷电流大于预设电流限值时向所述开关单元发送切除信号，所述开关单元用于在接收到切除信号时控制所述抑流单元断开连接，使护套终端不经过所述抑流单元接地。

在本发明的可选实施例中，所述自动投切模块包括外部进线端和外部出线端，所述外部进线端用于与护套终端电连接，所述外部出线端用于与地电连接；

所述开关单元包括旁路开关和阻抗开关；

所述旁路开关串联在所述外部进线端和所述外部出线端之间；

所述阻抗开关与所述抑流单元串联，且所述阻抗开关和所述抑流单元整体与所述旁路开关并联；

所述旁路开关用于在接收到所述投入信号时断开且在接收到所述切除信号时闭合，所述阻抗开关用于在接收到所述投入信号时闭合且在接收到所述切除信号时断开。

在本发明的可选实施例中，所述抑流单元包括串联的电阻和电感。

在本发明的可选实施例中，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括电流处理电路，所述电流处理电路的数量为两个，两个所述电流处理电路均包括运算放大电路和模数转换电路；

所述运算放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端电连接，所述模数转换电路的输出端与所述主控模块电连接；

一个所述电流处理电路的所述运算放大电路的输入端与所述护套电流采集单元电连接，另一个所述电流处理电路的所述运算放大电路的输入端与所述负荷电流采集单元电连接。

在本发明的可选实施例中，所述护套电流采集单元和/或所述负荷电流采集单元包括测量电流互感器。

在本发明的可选实施例中，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括电源模块，所述电源模块与所述主控模块电连接，用于给所述主控模块供电。

在本发明的可选实施例中，所述电源模块包括感应取电模块，所述感应取电模块的输出端与所述主控模块电连接，所述感应取电模块用于从电缆本体上取电，以给所述主控模块供电。

在本发明的可选实施例中，所述电源模块还包括电池，所述电池的输出端与所述主控模块电连接，所述主控模块用于在所述感应取电模块的输出异常时切换为所述电池供电，和所述感应取电模块的输出恢复时切换为所述感应取电模块供电。

在本发明的可选实施例中，所述感应取电模块包括取能电流互感器和整流单元，所述取能电流互感器安装在电缆本体上，用于取出电缆本体内的交流电；

所述整流单元的输入端与所述取能电流互感器电连接，所述整流单元的输出端与所述主控模块电连接，所述整流单元用于将所述取能电流互感器取出的交流电整流为直流电以给所述主控模块供电。

在本发明的可选实施例中，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括保护模块，所述取能电流互感器的二次侧和所述整流单元均具有正输出端和负输出端；所述保护模块包括以下至少一种：

双向TVS二极管，所述双向TVS二极管的一端与所述取能电流互感器的二次侧的正输出端电连接，所述双向TVS二极管的另一端与所述取能电流互感器的二次侧的负输出端电连接；

单向TVS二极管，所述单向TVS二极管的一端与所述整流单元的正输出端电连接，所述单向TVS二极管的另一端与所述整流单元的负输出端电连接。

在本发明的可选实施例中，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括自检模块，所述自检模块的输入端与所述自动投切模块电连接，所述自检模块的输出端与所述主控模块电连接；

所述自检模块用于检测所述自动投切模块的运行状态，且在所述自动投切模块的运行状态出现故障时生成异常信号，并将所述异常信号发送给所述主控模块。

在本发明的可选实施例中，所述自检模块的第一输入端与所述外部进线端电连接，所述自检模块的第二输入端与所述外部出线端电连接，所述自检模块的第三输入端与所述护套电流采集单元电连接，所述自检模块的第四输入端与所述负荷电流采集单元电连接；

所述自检模块用于检测所述外部进线端和所述外部出线端之间的电压，且在所述外部进线端和所述外部出线端之间的电压超出预设电压范围且所述护套环流与零点之间的差值小于预设阈值时发送开关同时断开故障信号至所述主控模块，和在所述外部进线端和所述外部出线端之间的电压与零点之间的差值小于预设阈值且所述护套环流超出预设比例的负荷电流时发送开关同时闭合故障信号至所述主控模块。

在本发明的可选实施例中，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括通讯模块和后台客户端，所述主控模块与所述通讯模块电连接，用于通过所述通讯模块与所述后台客户端无线通信；

和/或，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括调试模块，所述主控模块与所述调试模块电连接，用于通过所述调试模块进行调试。

在本发明的可选实施例中，所述测量电流互感器为开合式电流互感器。

本发明通过设置护套电流采集单元和所述负荷电流采集单元能够分别采集护套环流和负荷电流，主控模块通过对护套环流和负荷电流进行比较分析，在所述护套环流大于所述负荷电流的预设比例且所述负荷电流低于预设电流限值时向所述开关单元发送投入信号，所述开关单元在接收到投入信号时控制所述抑流单元接入护套终端和地之间，从而能够有效减小护套环流，有效对护套环流进行抑制，以达到运行要求。当负荷电流大于预设电流限值时，主控模块自动向自动投切模块的开关单元发送切除信号，从而护套终端不经过所述抑流单元接地，有效避免护套出现过电压危害人身安全和电缆绝缘。故实现了提高系统的安全性、监测较为方便，同时在护套环流超标时能够较为及时进行有效抑制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电缆护套环流在线监测及抑制综合系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电缆护套环流在线监测及抑制综合系统与电缆本体和护套的连接结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种自动投切模块和主控模块的连接示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种电缆护套环流在线监测及抑制综合系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种感应取电模块和保护模块的连接示意图。

其中：1、采集模块；11、护套电流采集单元；12、负荷电流采集单元；2、主控模块；3、自动投切模块；31、抑流单元；311、电阻；312、电感；32、开关单元；321、旁路开关；322、阻抗开关；33、外部进线端；34、外部出线端；4、电流处理电路；41、运算放大电路；42、模数转换电路；5、电源模块；51、感应取电模块；511、取能电流互感器；512、整流单元；52、电池；6、保护模块；61、双向TVS二极管；62、单向TVS二极管；7、自检模块；8、通讯模块；9、后台客户端；10、调试模块；20、护套终端接地线；30、护套；40、电缆本体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种电缆护套环流在线监测及抑制综合系统的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种电缆护套环流在线监测及抑制综合系统与电缆本体和护套的连接结构示意图，如图1所示，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统包括采集模块1、主控模块2、自动投切模块3。

采集模块1包括护套电流采集单元11和负荷电流采集单元12，如图2所示，护套电流采集单元11安装在护套终端接地线20上，用于检测护套环流；负荷电流采集单元12安装在电缆本体40上，用于检测负荷电流。

主控模块2与护套电流采集单元11和负荷电流采集单元12均电连接，用于分别获取护套环流和负荷电流。

如图1所示，自动投切模块3包括抑流单元31和开关单元32，主控模块2和开关单元32电连接，主控模块2用于在护套环流大于负荷电流的预设比例且负荷电流低于预设电流限值时向开关单元32发送投入信号，开关单元32用于在接收到投入信号时控制抑流单元31接入护套30的终端和地之间；主控模块2用于在负荷电流大于预设电流限值时向开关单元32发送切除信号，开关单元32用于在接收到切除信号时控制抑流单元31断开连接，使护套30的终端不经过抑流单元31接地。

其中，护套电流采集单元11是指能够采集到护套环流的部件，负荷电流采集单元12是指能够采集到负荷电流的部件。

抑流单元31是指能够对护套环流进行抑制以达到运行要求的部件，抑流单元31断开连接是指抑流单元31所在支路无电流经过。开关单元32具有开关功能的部件，能够控制抑流单元31接入护套30的终端和地之间，也能够控制抑流单元31断开连接。

当护套环流大于负荷电流的预设比例且负荷电流低于预设电流限值时，说明此时护套环流的值过大，此时主控模块2自动向自动投切模块3的开关单元32发送投入信号，从而能够使抑流单元31接入护套30的终端和地之间，从而能够有效减小护套环流。当负荷电流大于预设电流限值时，为了避免护套30出现过电压危害人身安全和电缆绝缘，主控模块2自动向自动投切模块3的开关单元32发送切除信号，从而护套30的终端不经过抑流单元31接地，有效避免护套30出现过电压。

上述方案，通过设置护套电流采集单元11和负荷电流采集单元12能够分别采集护套环流和负荷电流，主控模块2通过对护套环流和负荷电流进行比较分析，在护套环流大于负荷电流的预设比例且负荷电流低于预设电流限值时向开关单元32发送投入信号，开关单元32在接收到投入信号时控制抑流单元31接入护套30的终端和地之间，从而能够有效减小护套环流，有效对护套环流进行抑制，以达到运行要求。当负荷电流大于预设电流限值时，主控模块2自动向自动投切模块3的开关单元32发送切除信号，从而护套30的终端不经过抑流单元31接地，有效避免护套30出现过电压危害人身安全和电缆绝缘。故实现了提高系统的安全性、监测较为方便，同时在护套环流超标时能够较为及时进行有效抑制。

在本发明的可选实施例中，如图3所示，自动投切模块3包括外部进线端33和外部出线端34，外部进线端33用于与护套30的终端电连接，外部出线端34用于与地电连接。

开关单元32包括旁路开关321和阻抗开关322。

旁路开关321串联在外部进线端33和外部出线端34之间。

阻抗开关322与抑流单元31串联，且阻抗开关322和抑流单元31整体与旁路开关321并联。

旁路开关321用于在接收到投入信号时断开且在接收到切除信号时闭合，阻抗开关322用于在接收到投入信号时闭合且在接收到切除信号时断开。

其中，当主控模块2发出投入信号时，旁路开关321断开同时阻抗开关322闭合，此时护套30的终端便会经由外部进线端33，然后通过抑流单元31，最后通过外部出线端34与地电连接，此时抑流单元31便能够有效减小护套环流，有效对护套环流进行抑制，以达到运行要求。当主控模块2发出切除信号时，旁路开关321闭合且阻抗开关322断开，故此时护套30的终端便会经由外部进线端33和外部出线端34连接到地，有效避免护套30出现过电压危害人身安全和电缆绝缘。故实现了提高系统的安全性、监测较为方便，同时在护套环流超标时能够较为及时进行有效抑制。

示例性的，抑流单元31包括串联的电阻311和电感312。

其中，将电阻311和电感312接入电路能够有效对电流进行抑制，故有效对护套环流进行抑制，以达到运行要求。

在本发明的可选实施例中，护套电流采集单元11和/或负荷电流采集单元12包括测量电流互感器。

其中，电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。测量电流互感器是指能够测量电流的电流互感器。通过使护套电流采集单元11和/或负荷电流采集单元12包括测量电流互感器，能够方便的采集到护套环流和负荷电流。

具体的，测量电流互感器为开合式电流互感器。

其中，开合式电流互感器使用时直接卡在电缆上三个性橡胶圈抵住电缆与电缆与一体。开合式电流互感器铁芯采用优质硅钢片卷制，二次导线均匀绕制在铁芯上。开合式电流互感器可以不切断电缆进行安装，从而便于安装和更换。

在本发明的可选实施例中，如图4所示，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括电流处理电路4，电流处理电路4的数量为两个，两个电流处理电路4均包括运算放大电路41和模数转换电路42。

运算放大电路41的输出端与模数转换电路42的输入端电连接，模数转换电路42的输出端与主控模块2电连接。

一个电流处理电路4的运算放大电路41的输入端与护套电流采集单元11电连接，另一个电流处理电路4的运算放大电路41的输入端与负荷电流采集单元12电连接。

其中，运算放大电路41是指能够将输入信号进行放大的电路，模数转换电路42是能够将模拟信号转换为数字信号的电路，由于护套电流采集单元11和负荷电流采集单元12所采集到的电流较小，通过运算放大电路41进行放大便于后续处理。由于采集到的护套环流和负荷电流为模拟信号，通过模拟转换电路能够方便的转换成数字信号便于主控模块2处理。

在本发明的可选实施例中，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括电源模块5，电源模块5与主控模块2电连接，用于给主控模块2供电。

其中，电源模块5指能够进行供电的模块，通过设置电源模块5，主控模块2的使用较为方便。

在上述实施例的基础上，电源模块5包括感应取电模块51，感应取电模块51的输出端与主控模块2电连接，感应取电模块51用于从电缆本体40上取电，以给主控模块2供电。

其中，感应取电模块51是指能够从电缆本体40上进行取电的电路，通过感应取电模块51，无需外接电源，直接将电缆中传输的电能部分取出，便能够给主控模块2进行供电，供电较为方便。

示例性的，电源模块5还包括电池52，电池52的输出端与主控模块2电连接，主控模块2用于在感应取电模块51的输出异常时切换为电池52供电，和感应取电模块51的输出恢复时切换为感应取电模块51供电。

其中，感应取电模块51的输出异常是指感应取电模块51的输出端输出的信号与预设信号不符或者无输出，感应取电模块51的输出恢复是指感应取电模块51的输出端输出的信号与预设信号相符。通过此方式，能够进行混合供电，感应取电模块51故障时，自动切换为电池52供电模式，感应取电模块51故障恢复后，切换为感应取电模式，保证供电的不间断性。

此外，在一个具体的实施例中，电池52可为锂电池52。优选的，锂电池52还可为可更换电池52。

具体的，感应取电模块51的输出端与电池52电连接，用于对电池52进行供电。

示例性的，感应取电模块51包括取能电流互感器511和整流单元512，如图1所示，取能电流互感器511安装在电缆本体40上，用于取出电缆本体40内的交流电。

整流单元512的输入端与取能电流互感器511电连接，整流单元512的输出端与主控模块2电连接，整流单元512用于将取能电流互感器511取出的交流电整流为直流电以给主控模块2供电。

其中，取能电流互感器511是指能够取电缆本体40的电能的电流互感器，整流单元512是指能够将交流电整流为直流电的电路。由于电缆本体40内部通常是交流电，而主控模块2的工作电压通常为直流电，通过设置取能电流互感器511和整流单元512，能够方便的将电缆本体40的电能取出，以对主控模块2供电。

在本发明的可选实施例中，如图5所示，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括保护模块6，取能电流互感器511的二次侧和整流单元512均具有正输出端和负输出端；保护模块6包括以下至少一种：

双向TVS二极管61，双向TVS二极管61的一端与取能电流互感器511的二次侧的正输出端电连接，双向TVS二极管61的另一端与取能电流互感器511的二次侧的负输出端电连接。

单向TVS二极管62，单向TVS二极管62的一端与整流单元512的正输出端电连接，单向TVS二极管62的另一端与整流单元512的负输出端电连接。

其中，通过设置双向TVS二极管61，能够防止取能电流互感器511的二次侧过高的感应电压，将取能电流互感器511的二次侧的交流电压限制在一定范围；单向TVS二极管62能够防止整流电路输出过高的直流电压，将整流输出电压限制在一定范围，有效避免电缆本体40遭受雷击时，避免感应取电电路产生的过电压和过电流危害后续电路。

在本发明的可选实施例中，如图4所示，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括自检模块7，自检模块7的输入端与自动投切模块3电连接，自检模块7的输出端与主控模块2电连接。

自检模块7用于检测自动投切模块3的运行状态，且在自动投切模块3的运行状态出现故障时生成异常信号，并将异常信号发送给主控模块2。

其中，自检模块7是指能够检测出自动投切模块3的运行状态是否正常的电路，通过设置自检模块7检测自动投切模块3的运行状态，并在自动投切模块3的运行状态出现故障时生成异常信号，并将异常信号发送给主控模块2，从而主控模块2能够及时得知自动投切模块3的异常情况。

在上述实施例的基础上，自检模块7的第一输入端与外部进线端33电连接，自检模块7的第二输入端与外部出线端34电连接，自检模块7的第三输入端与护套电流采集单元11电连接，自检模块7的第四输入端与负荷电流采集单元12电连接。

自检模块7用于检测外部进线端33和外部出线端34之间的电压，且在外部进线端33和外部出线端34之间的电压超出预设电压范围且护套环流与零点之间的差值小于预设阈值时发送开关同时断开故障信号至主控模块2，和在外部进线端33和外部出线端34之间的电压与零点之间的差值小于预设阈值且护套环流超出预设比例的负荷电流时发送开关同时闭合故障信号至主控模块2。

其中，正常情况下，旁路开关321和阻抗开关322是一开一闭的，当出现异常时，可能会出现旁路开关321和阻抗开关322这两个开关同时闭合或同时断开的情况，当两个开关同时闭合会导致限流电阻311不起作用，当两个开关同时断开会导致护套30的终端没有可靠接地(该情况会导致感应电压过大)。

因此，通过设置自检模块7检测外部进线端33和外部出线端34之间的电压，同时获取护套环流和负荷电流，能够根据外部进线端33和外部出线端34之间的电压以及开关动作前后的护套环流变化情况来判断自动投切模块3是否故障。当检测到外部进线端33和外部出线端34之间的电压异常，而护套环流几乎为零时，则判断为旁路开关321和阻抗开关322这两个开关为同时断开故障，此时发送开关同时断开故障信号至主控模块2；当检测到外部进线端33和外部出线端34之间的电压几乎为零，而护套环流值异常，则判断为旁路开关321和阻抗开关322这两个开关为同时闭合故障，此时发送开关同时闭合故障信号至主控模块2。故通过上述方式，自检模块7能够方便的检测出自动投切模块3的运行状态是否正常，并及时让主控模块2得知自动投切模块3的异常情况。

在本发明的可选实施例中，如图4所示，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括通讯模块8和后台客户端9，主控模块2与通讯模块8电连接，用于通过通讯模块8与后台客户端9无线通信。

其中，通讯模块8是指能够使主控模块2与后台客户端9进行无线通信的模块，通讯模块8可采用APN专网无线通信方式，支持GPRS、3G、4G、5G等多种无线网络。后台客户端9具备数据记录和故障分析的功能，主控模块2可将获得的护套环流和负荷电流以及故障情况和自动投切模块3的运行状态均无线发送给后台客户端9进行存储，从而后台客户端9可按时间生成环流日报、周报、月报以及年报，可导出自动投切模块3运行记录，以供运行人员进行事件分析。

在本发明的可选实施例中，电缆护套环流在线监测及抑制综合系统还包括调试模块10，主控模块2与调试模块10电连接，用于通过调试模块10进行调试。

其中，调试模块10具有调试接口，调试模块10可对主控模块2进行调试，更改内置程序，具备远程调试升级功能。

其中，在一个具体的实施例中，主控模块2、自动投切模块3、通讯模块8、保护模块6、调试模块10、自检模块7、电源模块5和电流处理电路4组成一个智能终端主机，智能终端主机具有外壳，智能终端主机可安装在护套30的终端接地箱内，在接收到护套电流采集单元11和负荷电流采集单元12采集到的护套环流和负荷电流后，进行数据处理、分析，并按照内置逻辑进行判断，实现对护套30接地环流的在线监测与自动抑制。智能终端主机与后台客户端9进行无线通信，后台客户端9具备事件记录与故障分析功能，可方便地掌握电缆、在线监测与抑制智能终端主机的运行状态。

此外，智能终端主机还可具有金属外壳，金属外壳良好接地，可避免智能终端主机本体遭受雷击。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。