CN203405509U - 利用罗氏线圈设计的高压电缆瞬间短路故障电流检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用罗氏线圈设计的高压电缆瞬间短路故障电流检测装置，主要由罗氏线圈、数据采集模块和数据处理模块三部分组成；数据采集模块包括依次连接积分器、三级抗电磁干扰吸波电路、滤波电路、放大电路、A/D采样触发电路、A/D采样电路，积分器输入端连接罗氏线圈的输出端，积分器的输出端经三级抗电磁干扰吸波电路与后续滤波电路相连；数据处理模块的核心是一个嵌入式单片机。本实用新型能检测短路故障电流信号的幅值与极性，判断短路故障发生高压电缆的哪一个金属护层分隔区间段；对于高压电缆-架空混合线路可以判断短路故障位置是在高压电缆线路上还是在架空线路上。
Description
技术领域
本实用新型属于高压电缆故障检测技术领域，尤其涉及一种利用罗氏线圈设计的高压电缆瞬间短路故障电流检测装置。
背景技术
随着我国大中型城市建设的飞速发展和城市规划的要求，电力系统输变电网络的规模也越来越大，尤其是110kV及以上等级的高压输变电网络。高压电缆以其占地少、敷设方便、人身安全保障、供电可靠性高、维护工作量少等优点在高压输变电网络中得到了广泛应用，现在在原有单一的高压电缆线路、架空线路基础上已经发展了高压电缆-架空线混合线路，而且应用越来越广泛。输电线路瞬间短路故障是电力系统最常见也是危害最大的故障类型之一，对于110kV及以上等级的单芯高压电缆而言，这种短路故障通常发生在电缆线芯导体与金属护层之间，故障发生后，如何快速的确定故障区间，即确定高压电缆发生故障还是架空线路发生故障，可以缩短故障排查时间，加快恢复供电，对电力系统的安全和经济运行具有重要的意义。
高压输电线路主要有3种：一种是最常见的架空线路，它一般使用无绝缘的裸导线，通过立于地面的杆塔作为支持物，将裸导线用绝缘子悬架于杆塔上传输电能，整个线路由导线、架空地线、绝缘子串、杆塔、接地装置等组成，多用于数十公里、甚至数百公里以上长距离输电；另一种是高压电缆线路，高压电缆一般是由线芯导线、主绝缘层、金属护层和外护套绝缘层等组成的单芯电缆，它是采用特殊加工制造而成的电缆线，埋设于地下或敷设在电缆隧道中，通常用于架空线路敷设困难的地区，如城市或特殊跨越地段输电，一般距离不长，短的几百米，长的几公里。还有一种就是高压电缆-架空线混合线路，线路中高压远距离输电采用架空线路，线路进入市区或地面无法架设架空线的区域时接入高压电缆输电。
根据电力工程电缆设计规范，高压电缆线路的金属护层有2种接地方式：一种是短电缆，通常只有几百米，金属护层采用一端直接接地和另一端经间隙或避雷保护器接地的方式，金属护层结构从电缆的始端到终端是完整的；另外一种是长电缆，通常有数公里，线路敷设时金属护层要划分成适当的单元，且在每个单元按3个长度尽可能均等区段，应设置绝缘接头或实施金属层的绝缘分隔，以交叉互联方式接地。
目前检测高压输电线路短路故障的装置主要是故障录波装置，它是利用现代电力电子技术、计算机技术设计的一种在线检测装置。其原理是输电线路发生瞬间短路故障时，会产生一个暂态故障电流信号，该信号从故障点沿线路向两端传输，装置利用安装在线路两端的电流互感器测量这个暂态故障信号，并将该信号波形记录下来，然后分析波形特征，确定故障线路、线路的故障相及故障电流大小等信息，该装置结合GRS同步对时装置，可以对线路故障位置进行定位，方便排除线路故障。
尽管上述故障录波装置在电力系统中应用广泛，特别是在远距离架空输电线路中，但是在短距离高压电缆输电线路上很少应用，主要是因为：1、该装置测量精度一般在1km以上，对于很多长度仅为几百米的高压电缆而言无法使用；2、该装置是通过安装在输电线路2个终端位置的电流互感器测量线路短路故障电流信号，对于单一长距离架空线路而言效果较好，但是对于高压电缆-架空混合线路效果不理想，这是由于故障电流信号在电缆与架空线路的连接处反射系数不同，波形形状会发生畸变，造成较大测量误差，因此对于高压电缆-架空混合线路很难判断短路故障位置是在高压电缆线路上还是在架空线路上，从而无法有效地进行下一步故障排除。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、安装方便、操作容易的利用罗氏线圈设计的高压电缆瞬间短路故障电流检测装置，以快速判断高压电缆线路或高压电缆-架空混合线路的故障点位置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：利用罗氏线圈设计的高压电缆瞬间短路故障电流检测装置，主要由罗氏线圈、数据采集模块和数据处理模块三部分组成；数据采集模块包括依次连接积分器、三级抗电磁干扰吸波电路、滤波电路、放大电路、A/D采样触发电路、A/D采样电路，积分器输入端连接罗氏线圈的输出端，积分器的输出端经三级抗电磁干扰吸波电路与后续滤波电路相连；数据处理模块的核心是一个嵌入式单片机。
罗氏线圈为开合式结构，由2个半圆形、横截面为矩形的尼龙材料骨架组成，骨架上绕有测量用的线圈。
针对现有检测装置难以快速判断高压电缆线路或高压电缆-架空混合线路的故障点位置的问题，发明人设计了一种利用罗氏线圈设计的高压电缆瞬间短路故障电流检测装置，其工作原理是：当单芯高压电缆的线芯导体与金属护层之间主绝缘击穿，发生短路故障时，故障点处产生一个持续时间约数十毫秒、幅值高达数千安甚至数十千安的瞬间短路故障电流，根据电路理论，故障电流会通过电缆金属护层流回高压电缆的始端（电源侧），因此只要在电缆金属护层上安装本实用新型的电流检测装置即可测量到该信号的幅值和极性，判断短路故障发生高压电缆的哪一个金属护层分隔区间段；对于高压电缆-架空混合线路可以判断短路故障位置是在高压电缆线路上还是在架空线路上。同时，本实用新型安装和拆卸十分方便，使用时无需拆解高压电缆的金属护层引出电缆，适合在已经敷设好或已经投入运行的高压电缆线路上使用。
附图说明
图1是本实用新型利用罗氏线圈设计的高压电缆瞬间短路故障电流检测装置的使用状态图。
图2是本实用新型电流检测装置中罗氏线圈的结构示意图。
图3是图2中罗氏线圈的左视图。
图中：1罗氏线圈，2数据采集模块，3数据处理模块，4积分器，5三级抗电磁干扰吸波电路，6滤波电路，7放大电路，8A/D采样触发电路，9A/D采样电路，10嵌入式单片机，11监控中心，12高压电缆金属护层引出电缆。
具体实施方式
如图1至3所示，本实用新型利用罗氏线圈设计的高压电缆瞬间短路故障电流检测装置，主要由罗氏线圈1、数据采集模块2和数据处理模块3三部分组成。罗氏线圈为开合式结构，由2个半圆形、横截面为矩形的尼龙材料骨架组成，骨架上绕有测量用的线圈，每个半圆形骨架的2端有螺丝孔，使用螺丝可以把2个半圆形骨架连接起来，构成一个整体。数据采集模块包括依次连接积分器4、三级抗电磁干扰吸波电路5、滤波电路6、放大电路7、A/D采样触发电路8、A/D采样电路9，积分器输入端连接罗氏线圈的输出端，积分器的输出端经三级抗电磁干扰吸波电路与后续滤波电路相连；数据处理模块的核心是一个嵌入式单片机10。
需要说明的是，高压电缆周边环境通常较为恶劣，存在很强的电磁干扰，空气潮湿，环境温度有时会高达50度左右，为了确保装置能在恶劣环境下稳定可靠的工作，所用的电子元器件、集成电路均按工业级别选择，满足温度范围在-25度～85度的使用环境，并在信号和电源的输入、输出接口上至少采用3级抗电磁干扰吸波电路；同时所述各模块电路板使用具有绝缘、防潮、防漏电、防震、防尘、防腐蚀、防老化、耐电晕的涂料涂覆。
使用时，本实用新型电流检测装置的罗氏线圈安装在高压电缆终端头或绝缘接头部位的金属护层引出电缆上，引出电缆从罗氏线圈中心穿过，罗氏线圈用于测量高压电缆发生短路故障时流过金属护层的瞬间短路故障电流信号。该装置采用罗氏线圈电流互感器测量高达数十千安的瞬间短路故障电流信号，不会出现传统铁芯电流互感器由于饱和特性导致无法测量大电流的情况，罗氏线圈电流互感器设计成开合式结构，测量时只需要将2个半圆形骨架扣合在高压电缆金属护层引出电缆12上，使引出电缆从2个半圆形骨架扣合形成的圆心穿过，然后使用螺丝将2个半圆形骨架紧固成一个整体，安装和拆卸十分方便，使用时无需拆解高压电缆的金属护层引出电缆，适合在已经敷设好或已经投入运行的高压电缆线路上使用。此外，罗氏线圈的骨架应用时使用专用密封胶密封，可以长期浸泡在水中使用，环境适应性很强。
数据采集模块的积分器用于积分还原测量到的短路故障电流信号，以得到与短路故障电流信号成线性比例且远远小于原始信号的模拟信号(通常只有数十mV)，即幅值与极性。由于高压电缆周边敷设环境存在较大的电磁干扰，会叠加到短路故障电流信号中一起被罗氏线圈采集，抗电磁干扰吸波电路和滤波电路可以将叠加在短路故障电流信号的干扰杂波滤掉，然后通过放大电路按比例线性放大测量到的短路故障电流，这样既提高了数据准确性，又避免了后续A/D采样触发电路误动作。当输入A/D采样触发电路的故障电流信号幅值到达该电路规定的触发阈值时，就触发后续A/D采样电路，启动采样过程，将短路故障电流信号转换成数字信号，传输给后续数据处理模块。
数据处理模块接收数据采样模块传来的短路故障电流信号数据，通过软件算法计算出短路故障电流信号的幅值和极性，然后根据需要上报给高压电缆运行状态监控中心11。
Claims (2)
1.一种利用罗氏线圈设计的高压电缆瞬间短路故障电流检测装置，其特征在于主要由罗氏线圈、数据采集模块和数据处理模块三部分组成；所述数据采集模块包括依次连接积分器、三级抗电磁干扰吸波电路、滤波电路、放大电路、A/D采样触发电路、A/D采样电路，积分器输入端连接罗氏线圈的输出端，积分器的输出端经三级抗电磁干扰吸波电路与后续滤波电路相连；所述数据处理模块的核心是一个嵌入式单片机。
2.根据权利要求1所述的利用罗氏线圈设计的高压电缆瞬间短路故障电流检测装置，其特征在于：所述罗氏线圈为开合式结构，由2个半圆形、横截面为矩形的尼龙材料骨架组成，骨架上绕有测量用的线圈。
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