[发明专利]一种电缆负荷精确采集装置及方法

说明书

本发明公开了一种电缆负荷精确采集装置及方法，所述装置包括电缆负荷精确采集主机和数据采集传感器。其中，所述电缆负荷精确采集主机包括壳体、显示屏以及安装在壳体内部的主控模块，电源模块，信号处理模块、底板和电池；所述数据采集传感器将采集到的电流信号反馈给所述电缆负荷精确采集主机，所述电缆负荷精确采集主机通过所述信号处理模块及所述主控模块对采集信号进行处理，通过找出数字化后的被测信号过零点位置后计算出采集信号的相位差，并对采集信号进行矢量差操作，得到精确的电缆负荷信息；所述电池为可充电电池，经所述电源模块处理后分别对所述主控模块和所述信号处理模块进行供电；所述显示屏可以实现数据采集显示功能。

技术领域

本发明涉及电力系统电缆在线监测领域，尤其涉及一种电缆负荷精确采集方法及装置。

背景技术

随着科技的发展，工业现场及电力系统输配电均朝着自动化、智能化的方向发展，现代电力系统输送容量越来越大、供电电压等级不断提高，传统的计量、保护、监测传感器难以满足工程需要，对测量装置提出了与以往不同的要求，在准确性和适用性上的需求不断扩大。

为了防止电缆绝缘过早老化并确保电缆安全运行，电缆线路应按照规定的长期允许载流量运行。过负荷对电缆线路的安全运行有较大的危害性，所以运行部门必须经常测量和监视电缆的负荷，以便当系统发生故障或异常情况时紧急调荷、减荷，确保电缆按规定的载流量运行。电流测量装置中，传统的电磁式电流互感器易饱和、体积大、频带较窄且不易实现数字化、智能化，因而新型电子式电流互感器成为电流测量的新方向，迫切需要研制测量范围广、绝缘简单的新型电气量测量传感器。

根据Q-GDW11223-2014《高压电缆状态检测技术规范》，高压电缆线路地电流检测诊断依据包括：1)接地电流绝对值＜50A；2)接地电流与负荷比值＜20％；3)单相接地电流最大值/最小值＜3。而在此之前，高压电缆线路地电流检测诊断依据仅根据接地电流的绝对值进行判断。该标准完善了高压电缆线路地电流检测的诊断依据，同时体现了获取电缆负荷的真实值意义。

电流测量原理主要分为两大类：一是根据被测电流在已知电阻上的电压降确定被测电流大小，如分流器等；二是根据被测电流所建立磁场推算被测电流大小，如铁芯线圈、罗氏线圈、光学电流传感器、霍尔电流传感器等。由于对材料特性要求十分严格、结构复杂、安装不便、影响回路参数等原因限制了第一类装置的应用范围。第二类装置中，电磁式电流互感器传感原理简单、准确度高、技术成熟，但存在容易饱和、频带不易拓宽的特点，使其仅在工频电流测量领域具有广泛应用；基于法拉第磁光效应的光纤电流传感器频带宽、动态范围大、抗电磁干扰能力强、体积小重量轻，主要用于高压电力传输系统、直流大电流检测等领域，在准确度和稳定性方面有待改善，应用于工程实际尚需时日；霍尔电流传感器可测量直流和交流电流，主要应用在工业现场数百安培范围内电流的测量，霍尔电流传感器应用中也存在一些问题，例如，在保证准确度和长期稳定性的同时如何实现体积重量最小化；罗氏线圈传感器可测直流大电流、工频交流、脉冲大电流、电流变化率等电参量，应用空间广泛。

电缆线芯中流过的负荷电流会在电缆周围产生交变磁场，并在周围产生一个与金属护层相交链的磁通。变化的磁通使金属护层上产生感应电压。护层感应电压大小与电缆的长度、电缆芯线中流过的负荷电流大小等因素有关。金属护层接地时，由于电力电缆芯线与护层间电容的存在，金属护层存在电容电流。电缆的护层电流是护层中流过的感应电流和电容电流之和。电容电流只受电缆运行电压和分段长度的影响。电缆护层环流是由电磁感应和静电感应共同作用产生的，且电容电流与电缆运行电压和分段长度相关。当电缆发生故障时，主要是电缆芯线中流过的负荷电流发生变化，电缆的运行电压和电缆长度未发生变化，护层环流中电容电流不变且很小。因此，电磁感应激发的电流占护层环流的主要部分。由电磁感应产生的护层环流与系统阻抗、电缆芯线流过的负荷电流和电缆长度等多种影响因素有关。

根据现有技术，检测电缆负荷电流的设备实际获取的是电缆本体复合电流，该电流值包含了电缆负荷电缆、接地电流和电容电流。这对于需要获取准确电缆负荷值的情况如高压电缆线路地电流检测诊断则非常不利，阻碍了电缆接地环路故障的准确判断。