高压输电线缆故障监测系统及方法

技术领域

本发明涉及电力设备领域，具体而言，涉及一种高压输电线缆故障监测系统及方法。

背景技术

高压输电线缆作为向居民传输能源的重要组成电力设备，其工作状态直接影响供电的稳定性和保证性，尤其是居民密度大的城市中，一旦出现线路故障，将极大影响居民的正常生活。在城市，高压输电一般采用带绝缘层的电缆地下传输，受外界环境的影响，高压线缆经常面临老化折断、外力破损、腐蚀漏水等现象，易引发漏电危险，对居民的人身安全造成威胁，电网工作人员往往是高压线缆因为上述现象产生后引发后续故障才介入检修，不能根据线缆状态对故障进行预防，及时性较弱。

此外，在故障检修中，常见的电桥法、冲击高压闪络法、低压脉冲反射法等往往效率较低，对故障的位置定位不精准，因此，急需一种能够对线缆的故障状态进行监测的产品和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压输电线缆故障监测系统及方法，帮助高压线缆的故障监测。

为了实现上述目的，本发明实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种高压输电线缆故障监测系统，包括高压输电线和基站，所述高压输电线包括：

导线；

包裹于所述导线表面的第一防护层；

包裹于所述第一防护层外表面的第二防护层；

故障检测系统；

所述故障检测系统包括无线传感单元、电源和故障检测回路，所述故障检测回路设置于所述第二防护层中；

所述电源分别与所述无线传感单元和故障检测回路电连接，所述无线传感单元与所述故障检测回路连接；

所述电源被配置为将所述导线产生的电磁场转换为电能，以为所述无线传感单元和所述故障检测回路供电；

所述无线传感单元被配置为检测所述故障检测回路的电流信号，在检测到所述电流信号异常时向所述基站发送第一故障信号。

进一步地，所述无线传感单元设置于所述第一防护层中，还被配置为按照预设的周期检测所述导线的温度，将所述导线的温度发送至所述基站；

所述基站被配置为根据所述导线的温度判断所述导线是否出现故障；

当所述导线的温度的变化率超过预设的变化率时，所述基站判断所述导线对应的线缆出现故障。

进一步地，所述第一防护层中贯穿所述高压输电线长度设置有吸水材料，所述吸水材料包裹于第一防护层中，所述吸水材料与每个所述无线传感单元连接；

所述无线传感单元还被配置为感测所述吸水材料是否吸水，当所述无线传感单元感测到所述吸水材料吸水时，向所述基站发送第二故障信号。

进一步地，所述高压输电线每隔预设的长度被划分为单独的监测区间，每隔所述检测区间内包含一个所述故障检测系统，每个所述故障监测系统中的故障检测回路的长度贯穿所述预设的长度。

进一步地，所述无线传感单元向所述基站发送的数据中包含与所述无线传感单元对应的监测区间的编号；

所述基站被配置为根据所述编号调取编号位置对应表，所述编号位置对应表中包含所述高压输电线每个监测区间的具体位置；

所述基站被配置为在根据所述无线传感单元上传的信息判断出故障时，根据所述编号位置对应表生成故障提示信息，所述故障提示信息包括故障类型和故障位置。

进一步地，当所述基站接收到第二故障信号时，等待下一第二故障信号的接收，根据两次接收到第二故障信号的时间差和编号，计算出所述故障位置。

进一步地，所述无线传感单元包括传感器组件、中央处理单元和通信单元，所述中央处理单元分别与所述传感器组件和通信单元连接；

所述电源包括电磁发电单元、电源管理单元和储能单元，所述电磁发电单元被配置为将所述导线产生的电磁场转换为电能，所述电源管理单元被配置为将所述电磁场转换为的电能进行处理，为所述储能单元充电；

所述故障检测回路包括连接于所述储能单元的导线回路，所述导线回路与所述传感器组件连接。

进一步地，所述传感器组件包括电流传感器、温度传感器和漏水传感器。

第二方面，本发明提供了一种高压输电线缆故障监测方法，应用于前述提供的高压输电线缆故障监测系统，所述方法包括：电源将所述导线产生的电磁场转换为电能，为所述无线传感单元和所述故障检测回路供电；所述无线传感单元检测所述故障检测回路的电流信号，在检测到所述电流信号异常时向所述基站发送第一故障信号。

进一步地，所述无线传感单元设置于所述第一防护层中，所述第一防护层中贯穿所述高压输电线长度设置有吸水材料，所述吸水材料包裹于第一防护层中，所述吸水材料与每个所述无线传感单元连接，所述高压输电线每隔预设的长度被划分为单独的监测区间，每隔所述检测区间内包含一个所述故障检测系统，每个所述故障监测系统中的故障检测回路的长度贯穿所述预设的长度，所述无线传感单元向所述基站发送的数据中包含与所述无线传感单元对应的监测区间的编号；

所述方法还包括：

无线传感单元按照预设的周期检测所述导线的温度，将所述导线的温度发送至所述基站；

所述基站根据所述导线的温度判断所述导线是否出现故障；

当所述导线的温度的变化率超过预设的变化率时，所述基站判断所述导线对应的线缆出现故障；

所述无线传感单元感测所述吸水材料是否吸水，当所述无线传感单元感测到所述吸水材料吸水时，向所述基站发送第二故障信号

所述基站被配置为根据所述编号调取编号位置对应表，所述编号位置对应表中包含所述高压输电线每个监测区间的具体位置；

所述基站在根据所述无线传感单元上传的信息判断出故障时，根据所述编号位置对应表生成故障提示信息，所述故障提示信息包括故障类型和故障位置；

当所述基站接收到第二故障信号时，等待下一第二故障信号的接收，根据两次接收到第二故障信号的时间差和编号，计算出所述故障位置。

本发明的有益效果：本发明实施例提供的高压输电线缆故障监测系统及方法，在高压线缆的防护层中设置故障检测系统，通过无线传感单元与基站进行通信，当故障检测回路因防护层破损而产生短路或短路时，无线传感单元能够感测到电流变化，将异常发送至基站，从而帮助监测线缆是否出现破损、老化、折断等故障。此外，无线传感单元还感测高压线缆导线的温度，帮助判断高压线缆是否存在短路等故障，同时，吸水材料的填充，无线传感单元通过监测第一防护层吸水材料的干湿状态，反映第一防护层是否进水，进而判断第一防护层和第二防护层的状态。另外，结合无线传感单元发送的编号数据，基站进行处理后还可以准确定位故障点，增加维护的效率和准确性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的高压输电线缆故障监测系统的架构示意图。

图2是本发明实施例提供的高压输电线的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的故障检测系统的架构示意图。

图4是本发明实施例提供的高压输电线缆故障监测方法的流程图。

图标：A-高压输电线缆故障监测系统；1-高压输电线；2-基站；10-导线；20-第一防护层；21-吸水材料；30-第二防护层；40-故障检测系统；41-无线传感单元；42-电源；43-故障检测回路；431-导线回路；411-传感组件；411a-电流传感器；411b-温度传感器；411c-漏水传感器；412-中央控制单元；413-通信单元；421-电磁发电单元；422-电源管理单元；423-储能单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

如图1所示，是本发明较佳实施例提供的高压输电线缆故障监测系统A的系统架构图，包括高压输电线1和基站2。请参考图2，是本发明实施例提供的高压输电线1的结构示意图，高压输电线1包括导线10、包裹于导线10表面的第一防护层20、包裹于第一防护层20外表面的第二防护层30以及故障检测系统40。本实施例中，高压输电线缆具有双层防护结构，处于外层的第二防护层30采用较为柔软的聚氯乙烯塑料制作，处于里层的第一防护层20采用较为硬质的聚氯乙烯塑料制作，基站2可以是距离高压输电线1一定范围内的机房服务器，可以理解，基站2的数量视高压输电线1的长度而定。

请参照图3，是本发明实施例提供的故障检测系统40的架构示意图，故障检测系统40包括无线传感单元41、电源42和故障检测回路43，故障检测回路43设置于第二防护层20中，在本实施例中，故障检测回路43包括导线回路431，导线回路431与电源42连接，由电源42供电，导线回路431由导线和负载构成，导线在第二防护层20中的设置方式优选采用螺旋环绕的方式均匀分布在第二防护层20中。在生产第二防护层20的时候，浇筑聚氯乙烯塑料至模具中时，可以在模具中预先按照螺旋方式排列好导线和负载，本实施例对此不作限定。

电源42分别与无线传感单元41和故障检测回路43电连接，无线传感单元41与故障检测回路43的导线连接。由于高压输电线正常工作状态下会产生电磁场，电源42被配置为将导线10产生的电磁场转换为电能，以为无线传感单元41和故障检测回路43供电。电源42可以设置在第一防护层20，也可以设置在第二防护层30，本发明实施例对此不做限定。

无线传感单元41感测故障检测回路43的电流信号，在检测到电流信号异常时向基站2发送第一故障信号。当高压输电线1的第二防护层30老化破损或折断时，会损坏故障监测回路43的导线，使故障检测回路43出现断路或短路现象，电流信号会出现中断或不稳定，无线传感单元41感测到异常后，向基站2发送第一故障信号，该第一故障信号用以指示线缆第二保护层30破损故障。在本实施例中，为了感测电流信号，无线传感单元41包括电流传感器。

无线传感单元41设置于第一防护层20中，还用于为按照预设的周期检测导线10的温度，将导线10的温度发送至基站2。基站2根据导线1的温度判断导线10是否出现故障。在高压输电线1工作期间，随着电流大小变化或导线10形态变化导致的电阻变化会使导线10温度发生变化，可以指示高压输电线1短路故障或变形故障。当导线10的温度的变化率超过预设的变化率时，基站2判断导线10对应的线缆出现故障。在本实施例中，为了感测温度，无线传感单元41包括温度传感器。

作为进一步的改进，在优选的实施例中，第一防护层20中贯穿高压输电线1长度设置有吸水材料21，吸水材料21包裹于第一防护层20中，吸水材料20与每个无线传感单元41连接。吸水材料21可以是通用的亲水材料，在接触水之后，水能快速在其中扩散延展。无线传感单元41还用于感测吸水材料21是否吸水，当无线传感单元41感测到吸水材料21吸水时，向基站2发送第二故障信号。当第一防护层20和第二防护层30均破损时，破损处如果有雨水或地下水浸入，被吸水材料吸入，会被无线传感单元41感测到发送至基站2，第二故障信号用以指示第一防护层20和第二防护层30均破损。为了能够检测高压输电线1各个部位的破损情况，吸水材料21需要均匀地布置在第一防护层20中，在本实施例中，为了感测漏水度，无线传感单元41包括漏水传感器。

由于高压输电线通常长度较长，跨度很大，因此，受限于故障检测系统40的检测能力，本实施例提供的高压输电线1每隔预设的长度被划分为单独的监测区间，每个监测区间内包含一个故障检测系统40，每个故障监测系统40中的故障检测回路的长度贯穿预设的长度。按照监测区间将高压输电线1进行划分的另一个好处在于方便故障点的定位，在本实施例中，无线传感单元41向基站2发送的数据中包含与无线传感单元41对应的监测区间的编号，例如，从发电站出来的高压输电线1，按照靠近发电站的顺序对各监测区间对应的高压输电线1进行编号，编号的规则可以与所处区域的信息相关，例如街道缩写结合数字顺序，生成编号与坐标的对应表。

基站2根据编号调取编号位置对应表，编号位置对应表中包含高压输电线1每个监测区间的具体位置。基站2在根据无线传感单元41上传的信息判断出故障时，根据编号位置对应表生成故障提示信息，故障提示信息包括故障类型和故障位置，以提示维护人员进行相关维护。

通过编号，本发明实施例提供的高压输电线缆故障监测系统A不仅能够帮助电网工作人员快速接收到线缆故障的类型，还能及时定位故障出现的位置，大大增加维护效率。

对于第一防护层20和第二防护层30均破损导致渗水的故障，紧急程度更高，本发明实施例提供的高压输电线缆故障监测系统A则可以做到更为精确的定位，具体为：由于吸水材料21是贯穿整个高压输电线1的，而第一防护层20和第二防护层30均破损必然是出现在两个相邻的故障检测系统40之间，即一段吸水材料21在一个监测区间同时与两个漏水传感器连接，漏水发生时，吸水材料21的吸水点吸纳水后，水会在吸水点分别沿两个漏水传感器的方向延伸蔓延，而由于吸水材料21在高压输电线1中是均匀分布，且材料相同，因此蔓延的速度趋近相同，两个漏水传感器会先后感测到漏水的发生。当基站2接收到第二故障信号时，等待下一第二故障信号的接收，根据两次接收到第二故障信号的时间差和编号，计算出故障位置。

需要补充的是，无线传感单元41包括传感器组件411、中央处理单元412和通信单元413，中央处理单元412分别与传感器组件411和通信单元413连接。传感器组件411包括电流传感器411a、温度传感器411b和漏水传感器411c。根据实际情况，各大传感器设置在不同的位置，例如，温度传感器411b和漏水传感器411c设置在第一防护层20，电流传感器411a设置在第二防护层30。

电源42包括电磁发电单元421、电源管理单元422和储能单元423，电磁发电单元421将导线10产生的电磁场转换为电能，电源管理单元422将电磁场转换为的电能进行处理，为储能单元423充电。电磁发电421的技术为现有技术，例如通过磁致伸缩材料在交变电磁场中周期性振动发电，此处不做赘述。故障检测回路43包括连接于储能单元423的导线回路431，导线回路431与传感器组件411连接。

本发明实施例提供的高压输电线缆故障监测系统A，在高压线缆的防护层中设置故障检测系统，通过无线传感单元与基站进行通信，当故障检测回路因防护层破损而产生短路或短路时，无线传感单元能够感测到电流变化，将异常发送至基站，从而帮助监测线缆是否出现破损、老化、折断等故障。此外，无线传感单元还感测高压线缆导线的温度，帮助判断高压线缆是否存在短路等故障，同时，吸水材料的填充，无线传感单元通过监测第一防护层吸水材料的干湿状态，反映第一防护层是否进水，进而判断第一防护层和第二防护层的状态。另外，结合无线传感单元发送的编号数据，基站进行处理后还可以准确定位故障点，增加维护的效率和准确性。

请参照图4，本发明实施例基于上述的高压输电线缆故障监测系统A，还提供了一种高压输电线缆故障监测方法，该方法包括：

S1，电源将导线产生的电磁场转换为电能，为无线传感单元和故障检测回路供电。

S2，无线传感单元检测所故障检测回路的电流信号。当检测到电流信号异常时执行步骤S3。

S3，向基站发送第一故障信号。

该方法还包括：

S4，无线传感单元按照预设的周期检测所导线的温度，将导线的温度发送至基站。

S5，基站根据导线的温度判断导线是否出现故障。当导线的温度的变化率超过预设的变化率时，基站判断导线对应的线缆出现故障。

S6，无线传感单元感测吸水材料是否吸水，当无线传感单元感测到吸水材料吸水时，向基站发送第二故障信号。

S7，基站根据编号调取编号位置对应表，编号位置对应表中包含高压输电线每个监测区间的具体位置；

S8，基站在根据无线传感单元上传的信息判断出故障时，根据编号位置对应表生成故障提示信息，故障提示信息包括故障类型和故障位置。

S9，当基站接收到第二故障信号时，等待下一第二故障信号的接收，根据两次接收到第二故障信号的时间差和编号，计算出故障位置。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。