电缆多状态在线监测系统

10kV配电线路故障定位及在线监测（控）系统技术规范书批准：审核：拟制：总则1．本“规范书”明确了某城市供电公司配电线路故障定位及在线监测（控）系统的技术规范。

2．本“技术规范书”与商务合同具有同等的法律效力。

1.1 系统概述配电线路传输距离远，支线多、大部分是架空线和电缆线，环境和气候条件恶劣，外破、设备故障和雷电等自然灾害常常造成故障率较高。

一旦出现故障停电，首先给人民群众生活带来不便，干扰了企业的正常生产经营；其次给供电公司造成较大损失；再者一条线路距离较长，分支又多，呈网状结构，查找故障，非常困难，浪费了大量的人力，物力。

配电线路故障定位及在线监测（控）系统主要用于中高压输配电线路上，可检测短路和接地故障并指示出来，可以实时监测线路的正常运行情况和故障发生过程。

该系统可以帮助电力运行人员实时了解线路上各监测点的电流、电压、温度的变化情况，在线路出现短路、接地等故障以后给出声光和短信报警，告知调度人员进行远程操作以隔离故障和转移供电，通知电力运行人员迅速赶赴现场进行处理。

主站SCADA系统除了显示线路故障电流途径和位置，还能显示线路负荷电流、零序电流、线路对地电场、接地尖峰电流的变化情况并绘制历史曲线图，用户根据需要还可以增加开关位置遥信采集、开关遥控、远程无线抄表和无功补偿柜电容投切等功能。

故障定位及在线监测（控）系统还可以提供瞬时性短路故障、瞬时性和间歇性接地故障的在线监测和预警功能，以及故障后事故分析和总结功能。

1.2 总体要求1.2.1当线路正常运行时：系统能够及时掌握线路运行情况，并将线路负荷电流、首半波尖峰突变电流、线路对地电场等线路运行信息和太阳能充电电压、电池电压等设备维护信息处理后发送至主站，在主站能够方便地查询有关实时信息和历史数据。

为及时掌握线路故障前的运行状态，保证线路正常运行，避免事故发生，并为在线调整故障检测参数提供技术手段。

1.2.2当线路发生故障时：系统能够及时判断出短路、过流和接地故障点，并将动作信号、短路动作电流、首半波尖峰电流、线路对地电场、接地动作电流等故障信息处理后发送至主站，在主站能购方便地查询有关历史数据和故障信息。

光缆在线监测系统通用技术规范光缆在线监测系统采买标准技术规范使用说明1、本物质采买标准技术规范分为标准技术规范通用部分和标准技术规范专用部分。

2、项目单位依据需求选择所需设备的技术规范。

技术规范通用部分条款、专用部分标准技术参数表和使用条件表固化的参数原则上不可以改正。

3、项目单位应按实质要求填写“项目需求部分”。

如的确需要变动以下部分，项目单位应填写专用部分“项目单位技术误差表”，并加盖该网、省企业物质部（招招标管理中心）公章，与辅助说明文件随招标计划一同提交至招标文件审察会：①变动通用部分条款及专用部分固化的参数；②项目单位要求值高出标准技术参数值范围；经招标文件审察会赞同后，对专用部分的改正形成“项目单位技术误差表”，放入专用部分表格中，随招标文件同时发出并视为有效，不然将视为无误差。

4、招标人逐项响应技术规范专用部分中“1标准技术参数表”、“2项目需求部分”和“ 3 招标人响应部分”三部分相应内容。

填写招标人响应部分，应严格按招标文件技术规范专用部分的“招标人要求值”一栏填写相应的招标人响应部分的表格。

招标人还应付项目需求部分的“项目单位技术误差表” 中给出的参数进行响应。

“项目单位技术误差表”与“标准技术参数表”中参数不一样时，以误差表给出的参数为准。

招标人填写技术参数和性能要求响应表时，若有误差除填写“招标人技术误差表”外，必要时应供给证明参数优于招标人要求的有关试验报告。

5、对扩建工程，若有需要，项目单位应在专用部分提出与原工程相适应的一次、二次及土建的接口要求。

6、技术规范范本的页面、标题等均为一致格式，不得任意改正。

目录1总则 (1)一般规定 (1)标准和规范 (1)招标人一定提交的技术参数和信息 (2)安装、调试、性能试验、试运行和查收. (2)2技术要求 (2)环境条件 (2)装置环境条件 (2)工作条件 (3)基本技术条件 (3)技术性能要求 (3)3试验 (8)型式试验 (8)出厂试验 (9)现场试验 (9)4其余要求 (9)质量保证 (9)技术服务 (9)工厂查验和监造 (10)1总则一般规定招标人或制造商一定有威望机关颁发的ISO9001 系列的认证书或等同的质量保证体系认证证书。

低压电缆绝缘状态在线检测摘要：本文在界定低压电缆涵义和在线检测涵义及意义的基础上，通过说明和举例的方法，给出了几种常用低压电缆绝缘状态在线检测方法和其有效实施方法需要解决的问题。

希望本文的分析能为丰富低压电缆绝缘状态检测提供一定的理论借鉴和实践参考。

关键词：低压电缆绝缘状态在线检测当前，绝大多数低压电缆用橡胶做绝缘材料，氧化分解能硫化橡胶的电物理和机械性能，使得电缆老化迅速，绝缘击穿或短路现象会最终发生。

而低压电缆绝缘状态的在线检测可以精确评估电缆技术和运行状态，尽早发现电缆绝缘缺陷，并采取适当的维修措施，以确保设备的安全运行和可靠使用，而且还具有非常重要的防火功能。

基于此，本文讲就这一问题进行分析。

1 低压电缆和在线检测1.1 低压电缆涵义界定按照耐受电压的不同，可以将电力电缆简单划分为低、中和高压电缆。

一般而言，低压电缆是指电压在0.6/1KV及以下的电缆，如300/300V 450/750V电缆。

其与中压和高压电缆的区别就在于有不同的耐受电压和绝缘及护套结构。

1.2 在线检测涵义界定和意义如果按照电缆运行是否带电对其进行测试和测量划分，可以将检测划分为运行停止检测和在线检测两种，在线检测是指对电缆在带电情况下进行的监测。

其可以解决以往停止运行状态绝缘检测状态下间隔时间过长，不能及时发现电缆绝缘缺陷，特别是测试时会造成一定经济损失的弊端。

总体而言，低压电缆绝缘状态的在线检测一方面在工作中完成测量，保证了供电效率，低压下测试也降低了对电气设备绝缘的损坏；另一方面运行测试比停止运行测试更能准确测出电气设备绝缘情况，且可随时测量，保证了故障的发现和排查的实效；此外，在线检测还有利于建立电气设备绝缘状态数据库，可以综合分析电缆绝缘趋势和预测绝缘寿命，并预警潜在的绝缘故障，特别是在线监测还不需要设置测量临时接线，降低了检测成本，提高了检测效率。

2 低压电缆绝缘状态在线检测的方法当前低压电缆绝缘状态常用的在线检测方法主要有介质损耗法、温度法、局部放电法等。

高压电缆线路接地系统在线监测分析【摘要】本文探讨了高压电缆线路接地系统在线监测分析的方法及其重要性。

首先介绍了研究的背景、目的和意义，然后详细讨论了在线监测系统的构成和接地系统故障诊断分析方法。

接着对接地系统在线监测数据进行了详细分析，并给出了实验结果与讨论。

结论部分强调了高压电缆线路接地系统在线监测的重要性，并展望了未来的发展趋势。

总结指出，在线监测技术能够提高电缆线路的可靠性和安全性，为电力系统的运行和维护提供了有力支持。

通过本文的研究可以为高压电缆线路接地系统在线监测的实际应用提供参考和借鉴。

【关键词】高压电缆、线路、接地系统、在线监测、分析方法、构成、故障诊断、数据分析、实验结果、讨论、重要性、展望、结论1. 引言1.1 背景介绍高压电缆线路接地系统在输电过程中起着至关重要的作用，能够有效地保护电力设备和人员安全，减少因电力系统故障引起的损失。

传统的接地系统监测方法存在着监测不及时、监测精度低等问题，无法满足用户对于电力系统安全可靠性的需求。

开展高压电缆线路接地系统在线监测分析成为当前电力领域研究的热点之一。

随着电力系统的快速发展和技术的不断更新，传统的接地系统监测方式已不再适用于现代电力系统的运行需求。

提出一种高效、准确的在线监测分析方法，对于改善电力系统运行状态、提高故障诊断效率具有重要意义。

本文将围绕高压电缆线路接地系统在线监测分析展开研究，探讨其在电力系统安全运行中的重要作用，为提高电力系统的可靠性和稳定性提供理论支持和技术指导。

1.2 研究目的本研究的目的是对高压电缆线路接地系统进行在线监测分析，以提高接地系统的可靠性和安全性。

通过对接地系统进行实时监测，及时发现潜在故障或问题，可以有效预防接地系统故障的发生，减少停电次数，降低事故风险，保障电网运行的稳定性和可靠性。

本研究旨在深入探讨高压电缆线路接地系统在线监测方法与技术，为接地系统故障诊断和处理提供科学依据和技术支持。

通过对接地系统在线监测数据的分析和研究，可以为电力行业提供更加精准和有效的维修和管理策略，提高电力系统的运行效率和经济性。

高压电缆及隧道多状态监控系统在北京电网的应用■周作春1王立2薛强2李华春2张文新1陈平2侯力卿5(1．北京市电力公司；2．北京市电力电缆公司；5．山东康威通讯技术有限公司)截止至1J2007年12月底，北京地区共有220kV电缆线路70路456km，110kV电缆线路486路1812km，电力隧道490km，北京电力公司的高压电缆及电力隧道长度在国内大城市中居于前列。

随着城市的加速发展，电力隧道的迅速增长，电力负荷的急剧增加，北京电网电力隧道和工作井的运行维护工作面临着巨大压力：一方面，电缆线路和隧道设施快速增加：另一方面，运行管理和检修人员队伍逐步减少；与此同时，电缆网管理还面临许多问题，如如何保证隧道内电缆不因过载、过热等情况突发大的运行安全事故，自来水、污水等频频进入隧道，威胁到运行人员和隧道本体及电缆线路安全，外部可燃气体进入隧道导致爆炸的风险存在等。

目前国内电缆专业的运行检修管理大都还处于周期巡视和计划检修阶段，从安全性和经济技术角度来说，周期巡视和计划检修都有很大的局限性，无法保证电缆网的安全运行，更谈不上及时发现问题预防事故。

在靠大量增加运行维护人员量来应对已5212008．9电力系统装备I摘要针对北京地区电力电缆运行维护现状和存在的问题，提出了采用高压电缆及隧道多状态监控系统来提高北京电缆网的供电可靠性，减少电缆停电时间，降低电缆运行检修人力物力费用，提高电缆网运营能力等。

文中介绍了高压电缆及隧道多状态监控系统的组成、结构及设备，并根据实施情况，对多状态监控系统的技术细节进行了补充和完善。

经不现实的情况下，必须转换电缆运行管理，将运行管理模式由原来粗放式的周期运行巡视和周期检修模式逐步转换到状态检测和状态检修，并更多地依靠自动化监控手段的精细化管理模式，实现电缆网的“可控，在控”，达到预防事故的目的。

北京市电力公司电缆公司2007年成功建立北京电缆网运行监控中心，在实现对电缆隧道井盖监控、隧道温度监控、隧道视频监控等监控手段的基础上，大力推进电缆红外成像检测和局放检测等状态检测工作，积极推动在线状态监测，逐步开展电缆状态检修工作。

电缆系统的动态监测与故障预警在现代社会，电力供应的稳定和安全对于各行各业的正常运转至关重要。

而电缆系统作为电力传输的重要组成部分，其运行状态的监测和故障的及时预警显得尤为关键。

电缆系统一旦出现故障，不仅会影响电力的正常供应，还可能给用户带来巨大的经济损失和安全隐患。

因此，如何实现电缆系统的动态监测与故障预警，成为了电力领域的一个重要研究课题。

电缆系统的构成较为复杂，包括电缆本体、接头、终端等部分。

在运行过程中，电缆可能会受到多种因素的影响，从而导致故障的发生。

例如，长期的过负荷运行会使电缆温度升高，加速绝缘老化；外界的机械损伤可能破坏电缆的结构；环境中的水分、化学物质等也会侵蚀电缆的绝缘层。

这些因素都可能降低电缆的性能，甚至引发短路、断路等故障。

为了及时发现电缆系统中的潜在问题，动态监测技术应运而生。

动态监测是指对电缆系统的运行参数进行实时、连续的测量和分析。

通过安装在电缆上的传感器，可以获取诸如电流、电压、温度、局部放电等关键参数。

这些参数能够反映电缆的运行状态，为故障预警提供重要依据。

在电流和电压监测方面，高精度的传感器可以实时测量电缆中的电流和电压值。

通过对这些数据的分析，可以判断电缆是否处于正常的工作范围。

如果电流或电压出现异常波动，可能预示着电缆存在过载、短路等故障隐患。

温度监测是电缆动态监测中的一个重要环节。

由于电缆在运行过程中会产生热量，温度过高可能意味着绝缘老化加速或局部过热。

常用的温度监测方法包括热电偶法、光纤测温法等。

热电偶法通过测量热电偶两端的温差来获取温度信息，但精度相对较低。

光纤测温法则利用光纤的光时域反射原理，能够实现对电缆温度的分布式测量，具有精度高、响应快等优点。

局部放电监测是发现电缆早期故障的有效手段之一。

当电缆的绝缘存在缺陷时，会在局部产生放电现象。

通过安装局部放电传感器，可以检测到这些微弱的放电信号，并对其进行分析和处理。

局部放电的特征参数，如放电量、放电频率、放电相位等，能够反映绝缘缺陷的类型和严重程度。

海底电缆的网络监测与实时故障处理海底电缆是全球互联网和通讯系统的重要组成部分，它们承载着海量的数据和信息。

为了保证海底电缆网络的稳定运行，网络监测和实时故障处理变得尤为重要。

本文将介绍海底电缆的网络监测方法和实时故障处理策略。

一、网络监测方法海底电缆网络监测的目的是确保网络的正常运行和及时发现潜在问题。

以下是几种常见的网络监测方法：1. 海底电缆状态监测通过使用专业设备对海底电缆进行实时监测，可以获取关于电缆状况的实时数据。

这些设备通常安装在维修船只上，通过定期巡航进行监测。

利用声纳和激光测距等技术，可以检测到潜在的电缆损坏、断裂或移位等问题。

2. 海底电缆温度监测海底电缆的温度变化可能会对其性能和寿命产生影响。

通过在电缆上布设温度传感器，可以实时监测电缆的温度，并及时发现异常情况。

当温度超过一定范围时，监测系统会发出警报，以便及时采取措施。

3. 数据流量监测海底电缆承载着海量的数据传输，监测数据流量的变化可以帮助判断网络是否正常运行。

通过在电缆节点设置流量传感器，可以实时监测数据的传输速度和带宽利用率。

当流量异常或超过设定阈值时，监测系统会及时报警，以便进行故障处理。

二、实时故障处理策略一旦海底电缆出现故障，及时处理将有助于减少网络中断时间和数据丢失。

以下是一些常用的实时故障处理策略：1. 快速定位故障点利用网络监测系统收集的数据，可以快速定位故障点的位置，从而缩小维修范围。

例如，在声纳监测系统发出故障报警后，维修船只可以根据报警信息迅速找到故障点，减少搜索时间。

2. 灵活应对故障针对不同类型的故障，制定相应的应对方案。

例如，在电缆断裂故障中，可以选择修复断裂处或者进行整段电缆更换。

在电缆移位故障中，可以采取调整电缆位置或者重新固定的方式进行修复。

3. 快速恢复网络当故障得到修复后，需要尽快恢复海底电缆网络。

这可以通过备用电缆系统或者网络节点的切换来实现。

同时，密切跟踪网络状态，并进行必要的测试和验证，保证网络的正常运行。

110kV高压电缆金属互层环流在线监测技术摘要】随着我国国民经济的高速发展,现代社会对电力供应的安全可靠性的要求越来越高。

本文简要介绍了高压电缆护层环流在线监测原理，针对高压电力电缆金属护层环流在线监测系统进行了分析。

主要包括金属护层环流在线监测的原理,系统的组成,系统的功能,设备的配置等,并且以大型电压等级的交联聚乙烯电缆为技术基础,研究其供电环流在线监测技术的实际应用。

【关键词】高压电缆；金属护层；在线监测0 引言我国110kV及以上交联聚乙烯电缆多采用带有金属护层的单芯电缆敷设方式。

电缆的接地方式是否安全与电力系统是否稳定运行密切相关。

通常情况下，110kv以上的交联聚乙烯电缆金属护层通常采用以下两种接地方式：第一种采用非闭合回路连接方式，将一端通过保护器接地，另一端直接接地，此时没有形成闭合的环路，因此此时的金属护层中不存在感应环流；另一种采用三相分段交叉互连的方式，将两端直接接地，中间采用换位连接的方式，用绝缘接头将两端交互层相串联，此时金属护层产生的感应电流按设计规程要求须小于运行电流的10%。

当电缆外护层因敷设时可能产生的机械损伤以及运行过程中可能出现的化学腐蚀、鼠害等问题，这些问题会在一定程度上损坏电缆外护套，导致金属互层内部在两点或多点接地时形成一定规模的环流，当金属互层环流增大到一定数值后，会进一步引起电缆发热、损耗剧增等问题，严重者可以直接影响电缆的载流能力，甚至威胁到我国整体电网环境的安全运行状况。

相反，如果电缆接地系统由于某种原因未能有效接地，金属护层上的感应电压就会急剧升高。

电缆的长度越长，电缆的感应电压越高，从而影响电缆寿命。

严重威胁运行检修人员的人身安全，过高的感应电压也会击穿电缆的绝缘外护套，并在击穿点持续放电可能会引起火灾发生，造成电网停电事故。

1系统监测原理电缆金属护层环流监测系统可以对电缆表面温度、金属互层环流情况、中间及终端接头进行全天候的在线监测，此外，电缆金属互层环流监测系统还可以将线芯计算温度与金属表面温度相比较，通过计算线芯温度与线芯电流的数值对应关系，对温度进行持续监测。

电力设备运行状态在线监测系统的设计和实现摘要：当前，在改革开放的历史进程中，城镇化的快速发展促进了电力体制的不断更新。

然而，随着现阶段电力需求的不断增长，对电网安全的稳定性提出了更高的要求。

电力设备承担着国家战略发展的重要任务，其稳定性和可靠性具有重要意义。

研究了电力设备运行状态在线监测系统的设计方案，为提高电网运行安全性提供参考。

关键词：电力设备；运行状态；在线监测系统；设计和实现引言输电过程需要根据电力设备的运行情况来完成。

作为智能电网的核心组成部分，电力设备的安全稳定运行将直接影响到整个电网。

电力系统规模和范围的不断扩大对电力设备运行状态监测提出了更高的要求，电力设备运行状态在线监测系统的设计与改进仍是当前研究的重点。

智能电网和动态增容技术的不断发展和完善，为实现电力设备运行状态的实时、高效监控过程提供了强有力的支持。

但由于技术和成本的限制，还存在一些问题，如单点监控、尚未联网形成监控系统等，交互水平有待提高，在实际使用过程中还需要进一步提高，以降低故障率、使用维护成本。

1电力设备运行状态在线监测系统的设计1.1在线监测系统的总体规划电力设备在线监测系统，首先要建立监测基站，选择发电站和发电厂配置相应监测子站。

在监测子站中，要采集每一个通过数据采集器收集到的数据，通过数据模块将数据进行转化处理，定时发送到监测子站，存入统一数据库。

再由监测子站将数据统一传输到中心站上，并入数据库中进行存储。

1.2无线传感器网络设计（1）支持远距离传输，电力设备运行中传送距离一般同电压等级成正比，220KV的输电线路较长，尤其是电力设备电线路可达到上千公里，可能穿越不同的区域，需以不同区域的实际情况为依据对相应监测设备进行部署，重点监测区域间的间隔可能较远，需网络支持远距离传输功能。

（2）灵活的拓扑结构，满足不同线路类型的监测需求，连接不同电力设备的输电线路通常呈线性排布，网络节点（安装于杆塔上）则呈线性拓扑结构，通过采用同塔多回（多回输电线路共用一个杆塔）的方式可节省占地资源，由三相导线和架空地线构成一回线路，在需同时监测多条输电线路的情况下，使局部呈网状网络拓扑结构。

㊀２０２１年㊀第３期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２１㊀Ｎｏ．３㊀基金项目：教育部产学合作协同育人项目（２０１９０１００９０３８）收稿日期：２０２０－０３－２７电网电缆绝缘在线监测系统设计罗㊀乐１，汪金刚２（１．成都工业学院电子工程学院，四川成都㊀６１１７３０；２．重庆大学电气工程学院，重庆㊀４０００４４）㊀㊀摘要：电缆由于长期暴露在环境中老化会存在重大安全隐患，开发一种在线绝缘监测系统㊂利用交流低频叠加作为测量激励信号，通过频率测量电路㊁信号源电路和５０Ｈｚ的带通电路搭建硬件平台，利用频率测量程序㊁绝缘电阻计算程序可以输出电缆的绝缘电阻值，并且降低终端和被检测电缆对测量精度的影响㊂最后利用实测标准线缆数据验证绝缘电阻监测值符合实际绝缘特性，并且绝缘电阻检测精度可以在５％以内㊂关键词：电缆；绝缘电阻；嵌入式；在线监测中图分类号：ＴＰ２１６㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２１）０３－００６３－０４Ｏｎ⁃ｌｉｎｅＩｎｓｕｌａｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＰｏｗｅｒＧｒｉｄＣａｂｌｅｓＬＵＯＬｅ１，ＷＡＮＧＪｉｎ⁃ｇａｎｇ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｅｎｇｄｕＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１１７３０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｂｌｅｓｃａｎｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｓａｆｅｔｙｈａｚａｒｄｓｄｕｅｔｏｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍｅｘｐｏｓｕｒｅｔｏｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｏｎｌｉｎｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｍｏ⁃ｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．ＵｓｉｎｇＡＣｌｏｗ⁃ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｓｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌ，ａｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｂｕｉｌｔｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ，ｓｉｇｎａｌｓｏｕｒｃｅｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ５０Ｈｚｂａｎｄ⁃ｐａｓｓｃｉｒｃｕｉｔ．Ｕｓｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓ⁃ｕｒｅｍｅｎｔｐｒｏｇｒａｍａｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍ，ｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｃａｂｌｅｗａｓｏｕｔｐｕｔ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌａｎｄｄｅｔｅｃｔｅｄｉｍｐａｃｔｏｆｃａｂｌｅｓｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｓｔａｎｄａｒｄｃａｂｌｅｄａｔａｗａｓｕｓｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈａｔｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｖａｌｕｅｉｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｃａｎｂｅｗｉｔｈｉｎ５％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅ；ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ；ｏｎ⁃ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ０㊀引言电网系统的线缆全部暴露在自然环境中，长时间的暴晒和雨淋等环境因素会造成电缆腐蚀［１］，由于电网都为高压电，电缆内部会局部放电而击穿绝缘电缆㊂传统检测方式是停止供电，然后用绝缘表等仪器测量［２］，在线监测的方式可以避免供电站停止供电，也可以提前定位绝缘线缆的动态故障㊂１㊀信号叠加法目前电缆绝缘在线监测方式有局部放电法㊁电磁叠加㊁红外扫描㊁低频叠加法等㊂局部放电法可能会二次损坏导线［３］，使绝缘良好的导线漆皮出现隐藏故障，电磁叠加由于是连接在导线两端，只能定位整个导线的性能，当出现小缺陷时并不能定位故障位置㊂本监测系统叠加低频信号，三相电源中叠加低频信号不会对原系统造成影响，检测原理见图１，监测系统产生的低频信号通过绝缘电阻和寄生电容形成的回路产生电压向量［４］，通过分析电压向量计算出线缆的绝缘电阻㊂图１㊀叠加信号检测原理２㊀电网电缆的绝缘在线监测硬件电网电缆的绝缘在线监测系统如图２所示，包括信号输入㊁信号调理电路㊁ＤＳＰ信号处理㊁人机交互等部分，传感器读取的电压信号需要经过检测㊁调理和采集，在硬件检测部分比较重要的是信号调理电路，包括带阻电路㊁信号源电路和频率测量电路３部分，带㊀㊀㊀㊀㊀６４㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＭａｒ．２０２１㊀阻电路主要作用是滤除工频５０Ｈｚ的无效信号，信号源电路用于产生低频信号并叠加到三相电缆中［５］，频率测量电路用于分析电压向量㊂图２㊀电网电缆的绝缘在线监测系统２．１㊀带阻电路由于在电网的三相电缆中５０Ｈｚ的交流电源信号最多，工频信号对低频有效信号造成的干扰最严重，为了抑制噪声信号需要设计带阻滤波电路［６］，具体电路见图３㊂输入信号ＩＮ后面连接了一个二阶带阻滤波电路，其中Ｒ４７８㊁Ｒ４７９㊁Ｒ４８０㊁Ｃ３８５㊁Ｃ３８６㊁Ｃ３８７６个器件可以计算出滤波器的截止频率，Ｒ４８０可以等效为２个３３ｋΩ的电阻并联，Ｃ３８７等效为两个１００ｎＦ的电容并联，因此滤波器可以等效为对称式［７］，电路的截止频率为２πＲＣ，计算结果为５０Ｈｚ，后面的运算放大器为２倍的差分放大电路㊂图３㊀带阻电路２．２㊀信号源电路信号源电路主要用于产生１０Ｈｚ的低频脉冲电压信号，信号的输入为工频交流信号，产生的低频信号源叠加到电缆后用于检测绝缘电阻［８］，具体电路如图４所示㊂Ｓ＿Ｌ和Ｓ＿Ｎ为交流电压的输入信号，先经过整流桥电路Ｄ５５ Ｄ５８，整流后输出为直流信号，并联一个Ｃ３８８的电容可以平滑直流电压纹波，ＩＧＢＴ用于逆变输出一个频率可调的交流电路，由于开关频率和输出电压都不是很高，在栅极和射极之间的寄生电容可以忽略不计，为保证低频信号的有效，在逆变电路上并联一个ＬＣ低通滤波器㊂逆变电路后面连接了一个隔离变压器，隔离变压器后面连接一个光耦驱动电路，驱动电路的输出为＋５Ｖ脉冲电压㊂图４㊀信号源电路２．３㊀频率测量电路绝缘在线监测系统中，靠硬件采集电路采样输入高速信号［９］，单纯靠信号调理电路和高速Ｉ／Ｏ口采集的信号会出现延时和丢脉冲，因此加入频率测量电路，主要功能是保证测量精度和过零点的起始点检测，具体电路如图５所示㊂当低频信号和工频都进入ＩＮ引脚时，有信号噪声峰值时在经过零点时会转变为电平信号，通过检测电平信号脉冲频率就可以测量出信号周期，ＩＮＡ－输入低电平参考信号，ＩＮＡ＋为线缆输出的混合信号㊂３㊀软件绝缘在线监测系统的软件系统包括频率测量程序和绝缘电阻计算程序，频率测量是为了识别采集的有效电压向量，绝缘电阻计算是对提取的特定频率信号计算转化为绝缘电阻值㊂图５㊀频率测量电路３．１㊀频率测量程序在信号源中只有工频和注入１０Ｈｚ２种频率，硬件电路滤除工频信号后只剩有效信号，但是信号源在逆变过程中及采集过程中频率不会做到绝对精准［１０］，如果直接由采用的频率计算必然会造成频率误差，因此对采集的电压向量信号先要进行频率转化，具体程序见图６，系统上电后先要初始化和启动定时器１和２，开始捕获单元１即第１个脉冲上升沿，定时器开始㊀㊀㊀㊀㊀第３期罗乐等：电网电缆绝缘在线监测系统设计６５㊀㊀捕捉第２个上升沿并比较，如果确认是１个脉冲后把中断标志位置位，同时对定时器２加１个脉冲数量，同理补充多个脉冲后判断是否结束１个周期，根据采集的脉冲数就可以计算出信号的周期和频率㊂图６㊀频率测量程序３．２㊀绝缘电阻计算程序绝缘电阻计算程序的作用是对采样数据进行计算，先对数据进行转化分解，再根据转化的数据计算线缆绝缘电阻［１１］，具体流程见图７㊂系统上电后先要初始化，再利用均方根法去除异常的采样数据，删除的数据用插值法补齐，对电压信号进行傅里叶变换后分离出实部和虚部，根据两个值计算出电缆的绝缘电阻值，为提高计算效率，数据处理程序放在主程序中，傅里叶变换程序为系统库函数㊂图７㊀缘电阻计算程序将三相电缆分别简化为单相电缆模型，计算模型需要按照图８分解，Ｌｄ为电抗器等效电感模型，Ｌｘ为电缆等效阻抗模型，Ｃ为线缆对地线的分布电容㊂按照等效电路将电缆阻抗用计算模型等效为Ｚ＝ｊωＬ＋Ｒʊ（１ｊωＣ）（１）式中：ω为信号发生电路产生的频率，ω＝１０Ｈｚ，Ｌ为电缆的等效感抗；Ｒ为电缆２０ħ的单位铜线阻值；Ｃ为三根电缆对地分布电容㊂图８㊀电网电缆等效电路图４㊀绝缘在线监测系统的试验验证电网电缆的绝缘在线监测系统需要在２个重要的方面进行验证，一是要抑制工频干扰信号，二是要验证不同电缆绝缘电阻的精度㊂前期均在实验室环境中完成绝缘在线检测系统的验证，如图９所示，采用８ｋＶ三相动力线缆，该线缆长度为５ｍ，用示波器采集线缆中信号同步验证硬件信号采集部分，设定在线监测系统信号源工作电压为１５Ｖ，三相线缆连接到三相程控电源上㊂图９㊀实验室测试环境４．１㊀频率波特图采集带阻电路后的电压信号，为了区分电压信号是否抑制工频干扰信号，用工频信号源验证系统［１２］，先对信号进行傅里叶变换，得到频率波特图，如图７所示㊂衰减频率可以准确地落到５０Ｈｚ内，由于元器件的精度和温度漂移等原因造成在４０ ６０Ｈｚ会有不同程度的衰减，衰减幅值可以达到６５ｄＢ，但此电路在１０Ｈｚ没有衰减，也可以满足系统设计要求㊂图１０㊀频率波特图４．２㊀绝缘电阻误差分析由于电网电缆电磁干扰和地线之间的分布电容等原因，造成干扰信号导致测量误差，用系列标准线缆来验证电缆的绝缘电阻，可以更加准确地验证系统精度，具体结果见图１１㊂标准线缆绝缘电阻在０ １６０ｋΩ㊀㊀㊀㊀㊀６６㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＭａｒ．２０２１㊀之间，电阻值比较小时测量的相对误差比较大可以达到５％，随着阻值增加误差减小并趋于平稳在２．５％左右，而实际电网线缆的绝缘电阻值在几十ＭΩ左右，监测系统精度可以满足要求㊂图１１㊀绝缘电阻误差结果数据结果传递到信号上位机中显示，人机交互界面如图１２所示㊂本系统可以同时监测６条线缆，在绝缘电阻为９９９９ＭΩ时表示系统绝缘状态良好，历史查询界面可以读取所有的绝缘电阻数据㊂图１２㊀电缆绝缘的人机交互界面５㊀结论本文设计了一种电网电缆的绝缘在线监测系统，采用叠加低频信号测试电缆绝缘电阻，首先分析叠加信号检测原理，然后对频率测量电路㊁信号源电路和５０Ｈｚ的带通电路搭建硬件设计，开发频率测量程序㊁绝缘电阻计算程序，最后利用现场实测数据验证测量的绝缘电阻符合实际绝缘特性，并且绝缘电阻检测精度可以达到５％以内㊂参考文献：［１］㊀王宏伟，张利民，姜建平，等．特高压站避雷器泄漏电流在线监测和分析系统［Ｊ］．电瓷避雷器，２０１９（６）：６７－７２．［２］㊀郑文迪，周腾龙，邵振国，等．模块化多电平换流器ＩＧＢＴ状态参数在线监测方法［Ｊ］．电测与仪表，２０２０，５７（２２）：１２０－１２５．［３］㊀张兴刚，闫秋羽，陈鹏，等．基于振动法的建筑墙体装饰抗震裂综合设计研究［Ｊ］．地震工程学报，２０１９，４１（６）：１４９９－１５０５．［４］㊀杨微．断裂带首波研究进展［Ｊ］．地震工程学报，２０１９，４１（６）：１４０７－１４１８．［５］㊀李嘉明，陈曦，郝一帆，等．电缆线路中操作过电压主导频率的确定方法研究［Ｊ］．电网技术，２０１９，４４（７）：２７８５－２７９３．［６］㊀张超，杜博超，崔淑梅，等．电动汽车高压系统绝缘状态在线监测方法［Ｊ］．电工技术学报，２０１９，３４（１２）：２６５７－２６６３．［７］㊀郭金明，覃秀君，李婧．探究酸碱性环境对电缆绝缘老化的影响［Ｊ］．绝缘材料，２０１９，５２（５）：５０－５３．［８］㊀赵世林，周凯，何珉，等．冲击电压下电缆的介电响应特性与绝缘状态评估［Ｊ］．高电压技术，２０１９，４５（４）：１２９７－１３０４．［９］㊀邱日强，朱峰，高晨轩．铁氧体磁环对场线耦合感应电流的抑制效果［Ｊ］．高电压技术，２０１８，４４（８）：２７３２－２７３７．［１０］㊀汪颖，卢宏，杨晓梅，等．堆叠自动编码器与Ｓ变换相结合的电缆早期故障识别方法［Ｊ］．电力自动化设备，２０１８，３８（８）：１１７－１２４．［１１］㊀刘益军，欧晓妹，李恒真，等．变压器油纸绝缘的回复电压法测试结果对比分析［Ｊ］．绝缘材料，２０１７，５０（１１）：５９－６２．［１２］㊀程运安，吴永忠，魏臻，等．电桥法电缆绝缘测试仪的设计及精度分析［Ｊ］．合肥工业大学学报（自然科学版），２００７（９）：１１１０－１１１２．作者简介：罗乐（１９７４ ），硕士，副教授，主要研究方向为电子技术与计算机应用㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｕｏｌｅ９１５＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ汪金刚（１９７９ ），博士，教授，主要研究方向为电磁测量与计算㊂（上接第５７页）［４］㊀ＶＡＬＬＥＲＹＨ，ＥＫＫＥＬＥＮＫＡＭＰＲ，ＶＡＮＤＥＲＫＯＯＩＪＨ，ｅｔａｌ．Ｐａｓｓｉｖｅａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｅｒｉｅｓｅｌａｓｔｉｃａｃｔｕａ⁃ｔｏｒｓ［Ｃ］／／２００７ＩＥＥＥ／ＲＳＪＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎ⁃ｔｅｌｌｉｇｅｎｔＲｏｂｏｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ．ＩＥＥＥ，２００７：３５３４－３５３８．［５］㊀ＺＩＮＮＭ，ＲＯＴＨＢ，ＫＨＡＴＩＢＯ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｗａｃｔｕａｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｈｕｍａｎｆｒｉｅｎｄｌｙｒｏｂｏｔｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．ＴｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００４，２３（４／５）：３７９－３９８．［６］㊀ＢＩＣＣＨＩＡ，ＲＩＺＺＩＮＩＳＬ，ＴＯＮＩＥＴＴＩＧ．Ｃｏｍｐｌｉａｎｔｄｅｓｉｇｎｆｏｒｉｎｔｒｉｎｓｉｃｓａｆｅｔｙ：ｇｅｎｅｒａｌｉｓｓｕｅｓａｎｄｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｄｅｓｉｇｎ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ２００１ＩＥＥＥ／ＲＳＪＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎ⁃ｔｅｌｌｉｇｅｎｔＲｏｂｏｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ．ＥｘｐａｎｄｉｎｇｔｈｅＳｏｃｉｅｔａｌＲｏｌｅｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓｉｎｔｈｅｔｈｅＮｅｘｔＭｉｌｌｅｎｎｉｕｍ（Ｃａｔ．Ｎｏ．０１ＣＨ３７１８０）．ＩＥＥＥ，２００１：１８６４－１８６９．［７］㊀ＢＩＣＣＨＩＡ，ＴＯＮＩＥＴＴＩＧ．Ｆａｓｔａｎｄ ｓｏｆｔ－ａｒｍ ｔａｃｔｉｃｓ［ｒｏｂｏｔａｒｍｄｅｓｉｇｎ］［Ｊ］．ＩＥＥＥＲｏｂｏｔｉｃｓ＆ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＭａｇａｚｉｎｅ，２００４，１１（２）：２２－３３．［８］㊀朱辉杰．优傲机器人：协作机器人市场已进入爆发期［Ｊ］．智能制造，２０１９（１０）：１３－１５．［９］㊀ＩＳＯＩＳＯ．ｒｏｂｏｔｓａｎｄｒｏｂｏｔｉｃｄｅｖｉｃｅｓ⁃ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｒｏｂｏｔｓ：ＴＳ１５０６６（２０１６）［Ｓ］．［１０］㊀刘洋，孙恺．协作机器人的研究现状与与技术发展分析［Ｊ］．北方工业大学学报，２０１７，２９（２）：７６－８５．［１１］㊀田志伟．协作机器人无传感器碰撞检测方法研究［Ｄ］．天津：天津大学，２０１８．［１２］㊀郑海峰．协作机器人安全测试方法研究［Ｊ］．电器与能效管理技术，２０１７（２４）：１６－１９．作者简介：靳励行（１９９３ ），博士研究生，主要研究方向为机械工程㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｉｎｌｉｘｉｎｇ１９９３＠１６３．ｃｏｍ通信作者：田野（１９８３ ），博士，讲师，主要研究方向为人机交互㊁智能机器人㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｔｉａｎｙｅ７２４８＠ｂｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。