电缆绝缘在线监测及故障定位 系统

上海蓝瑞电气有限公司

CIM-II电缆绝缘监测及故障定位系统

目录

一、概述 (1)

二、装置介绍 (1)

1、工作原理 (1)

2、功能介绍 (2)

3、优势介绍 (3)

4、技术指标 (4)

5、配置介绍 (4)

一、概述

电线电缆是最常用的电力设备，同时也是出现绝缘故障概率最高的设备，由于电缆绝缘损坏直接导致线路相间短路、单相接地等重大事故，严重影响供电可靠性。当电缆发生故障时，人工寻找故障点比较困难。因此，对电缆绝缘状态进行在线监测及故障定位意义重大。

CIM-II电缆绝缘监测及故障定位系统是上海蓝瑞电气有限公司依托上海交通大学联合研制的，该系统由电缆绝缘在线监测装置和电缆故障智能测试仪组成。电缆绝缘在线监测装置以改进的介损因数法+直流分量法为主，对电缆的绝缘情况给出预警，以便及时更换电缆，当电缆线路发生故障时，装置可在线辨识故障支路。确定故障支路后，再通过电缆故障测试仪离线方式下精确定位故障点。

二、装置介绍

1、工作原理

1.1电缆绝缘在线监测装置（图1）

根据国内外大量研究表明，电缆的绝缘老化过程是一个渐变的过程，通过绘制电缆介质因数的历史变化曲线，可以看出电缆绝缘老化趋势。

其基本方法是直接测量电缆护套接地电流和电缆对地电压，通过数字信号频谱分析方法分别计算出电缆的容性阻抗和阻性阻抗的大小，以改进的介损因数法+直流分量法分析绝缘状况，对于绝缘老化超限报警，绝缘故障线路选择。因正常时容性电流远大于阻性电流，所以测量精度要求高，为保证监测的准确性，装置采用了以相对偏差和阻抗变化斜率为比较对象的方法，可有效屏蔽测量误差。

图1.电缆绝缘在线监测装置系统图

1.2电缆故障智能测试仪（图2）

电缆故障智能测试仪采用时域反射法，它可测试电力电缆的开路、短路、接地、低阻故障、高阻闪络、泄漏性故障以及电缆长度、埋地深度及走向。

图2. 电缆故障智能测试仪示意图

2、功能介绍

2.1电缆绝缘在线监测装置

1)实时在线测量

?对电缆护套接地电流和相电压实时测量，通过数字信号频谱分析方法分别计算出电缆的容性阻抗和阻性阻抗。

?以长期测量计算的平均值作为基准值，设定预警阀值，实时测量结果与基准值相比较，得出相对偏差，以该偏差与预警阀值比较。

2)绝缘故障预警

?当绝缘老化程度超过设定预警阀值时，装置给出预警;

?根据电缆绝缘变化趋势曲线的当前斜率，装置给出预警。

?实时监测电缆瞬间接地现象，统计分析电缆瞬间接地概率，给出预警。

?根据装置预警，及时检修和更换电缆，避免因电缆绝缘老化带来的突发事故;

3)故障线路选择

?当发生短路、接地等稳定性故障时，装置能准确选线。

4)通讯

?控制器有RS-232、RS-422、RS-485 串行接口、以太网口，支持多种电力通讯规约，可作为一个子站接入各种综合自动化系统。

2.2电缆故障智能测试仪

可测试开路、短路、接地、低阻故障、高阻闪络、泄漏性故障，测试步骤如下：

a)主机测试电缆故障点大致距离。

b)路径仪测试停电电缆地下走向。

c)在前两步的基础上对故障电缆加高压脉冲信号，用定位仪精确定位故障点。

3、优势介绍

3.1电缆绝缘在线监测装置

1)高性能

?采用高端32位150MHZ DSP（数字信号处理）技术，具有强大的高速运算能力，支持144路

信号的实时录波，每路信号采样率5kB/s。

2)高精度

?采用16位高速A/D转换芯片，数据采集速度快、精度高；

?装置电流输入精度0.1%，能对泄露电流进行真实录波。

3)高可靠性

?采用双CPU设计，人机界面和检测诊断逻辑分属上下位机，互相监测，互不影响；

?采用欧式标准插框结构，强弱电隔离、硬件看门狗、光电隔离和无触点设计，确保系统安全

可靠。

4)大容量

?最大可支持4台装置，每台装置最大36条单芯或三芯电缆；

?可记忆2年的数据，每次录波时间5分钟、15分钟、30分钟、60分钟可选。

5)友好的人机界面

?“8.4寸”彩色液晶显示屏，多级菜单人机交互界面，操作简捷，使用方便；

?运行界面结构清晰，波形一目了然；支持历史数据的查询和分析，支持录波数据的波形显示。

6)完善的自检能力

?能够在线进行装置自检从而确认装置运行状态。

7)灵活的通讯方式

?控制器有RS-232、RS-422、RS-485 串行接口及通讯组件，可作为一个子站接入各种综合自

动化系统。

8)平滑升级

?监控单元和一台或多台控制单元之间采用CAN总线通信方式进行连接，完全支持控制系统的

平滑升级

3.2电缆故障智能测试仪

1)精确度高、范围广

?检测故障成功率、测试精度及测试方便程度优于国内任何一种检测设备。

?可测35KV以下等级所有电缆的高、低阻故障。

?无测试盲区

2)友好人机界面

?具有方便用户的软件和全中文菜单，按键定义简单明了。

?8寸彩色液晶触摸屏作为显示终端，仪器具有强大的数据处理能力和友好的显示界面。

3)具有计算机通讯接口，可方便将数据及图形保存在计算机内。

4)内置电源，可在无电源环境测试电缆的开路及低阻短路故障。

4、技术指标

4.1电缆绝缘在线监测装置

1)适用中、高各电压等级；

2)监测支路：1～180路；

3)波形记录：2年录波数据；

4)电压测量精度：0.1%（相对引用误差）；

5)电流测量精度：0.1%（相对引用误差）；

6)通讯接口：RS232、RS422、RS485、以太网口；支持多种电力通讯规约；

7)PT输入：额定电压100V，功耗：≤0.5VA；

8)工作电源：

?AC220V±10% 50Hz或DC220V±10%、DC110V±10%；

9)电源容量： 118W。

4.2电缆故障智能测试仪

1)测试方法：低压脉冲法、高压闪络法；

2)冲击高压：低于35KV电力电缆；

3)数据采样速率：100MHz、50 MHz、25MHz、12.5 MHz；

4)测试距离：＞30Km；

5)读数分辨率：小于1m；

6)系统测试精度：小于50cm；

7)测试电缆脉宽设有：“0.05”、“0.1”、“0.2”、“0.5”、“1”、“2”、“8”微秒；

8)具有测试波形储存功能：能将现场测试到的波形按规定顺序方便地储存于仪器内，供随时调用

观察。可以储存大量的现场测试波形；

9)能将测得的故障点波形与好相的全长开路波形同时显示在屏幕上进行同屏对比和叠加对比，可

自动判断故障距离；

10)内置电源：充满电后仪器可连续工作3小时以上，亦可外接交流电源工作；

11)工作条件：温度-10℃～+45℃，相对湿度 90%。

5、配置介绍

5.1电缆绝缘在线监测装置

电缆绝缘监测装置由监控单元（上位机）、控制器单元（下位机）以及终端采集器组成；上位机和下位机通过CAN总线连接，上下位机和终端采集器的功能如下：

1)监控单元（上位机）

规格：机身为标准19”×4U 机箱（详见图1）。

配置：前板配有 8.4"TFT-LCD屏幕显示、功能按键、USB口、告警指示及电源指示灯；

后板配有网口、串口、VGA等通讯端口；

监控单元内置的主板、硬盘及电源采用适用于工业环境的设计，低功耗，可靠性高。

功能：人机界面交互、录波数据存储管理、综合自动化系统通信等。

图2. 监控单元（上位机）

2)控制单元（下位机）

规格：机身为标准19”×4U 机箱（详见图2）。

配置：本装置由底板、DSP主板、母段调理板、绝缘监测板、电源板等组成；

前板配有各母段运行指示灯、各母段故障指示灯及电源指示灯；

板卡采用插拔式即插即用型设计，整套设备集中、紧凑、密封性好、扩展性强、便于维护；

控制器单元具有看门狗电路，确保装置连续稳定运行。

功能：信号采集等。

图3. 控制单元（下位机）

3)终端采集器

以高精度霍尔传感器为核心部件，采集电缆护套接地电流。

5.2电缆故障智能测试仪

全套设备包括：测距主机一台、路径仪一套、定点仪一套、电流取样盒一个、球间隙一个、组合接地线一组，放电棒一根等。

1)故障测距单元：智能测距主机

采用了8寸彩色液晶触摸屏，操作简单，波形易判读。同时测距系统可自动定位故障点距离，故障测距简单而轻松。

2)寻踪及识别单元：智能路径仪

路径寻测采用了全数字电磁感应技术，可轻松解决运行或非运行电缆的走向以及识别问题、特别是解决了过去无法解决的金属性死接地故障的难题。

3)故障定点单元：智能定位仪

系统所配精确定位仪具有声波、电磁波大小指示、故障点距离指示以及寻径等多项功能。

4)高压信号单元：超轻型高频高压信号发生器

是该套电缆故障预定位的能量提供部分，向外提供高压高能的电压脉冲。接线简单、体积小重量轻等优点。