一种TMR磁平衡测量的电缆环流监测系统、方法及设备与流程

一种tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统、方法及设备
技术领域
1.本发明涉及电力设备状态监测技术领域，具体涉及一种tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统、方法及设备。


背景技术：

2.随着城市化进程的发展，输配电系统中使用的电力电缆所占的比例不断提高。因电缆故障导致的电缆灾害数量也随之增多，亟需开展电力电缆运行状态在线监测，实现对电缆故障的预防。电缆故障的发生一般是由电缆绝缘裂化，绝缘阻值降低，泄漏电流增大导致的，从而引发局部放电、接地环流增加及温度升高。电力电缆发生缺陷后，其护层接地电流会大幅增加，通过监测接地环流可辅助判断电缆运行状态。
3.目前接地电流在线监测使用的环流传感器的体积较大，在此基础上如果在接地箱中继续安装局部放电、温度传感器等装置，由于空间有限，存在难以加装的问题。即使能够加装，由于多种磁性材料共同存在于狭小的空间中，也会出现电磁兼容等问题。由于局部放电传感器通常情况下选用的都是带有高频磁芯的穿心式电流互感器，不可避免的存在漏磁，因此它与环流传感器之间会存在电磁干扰，影响测量精度，同时由于连接线过多，易于引入故障和造成运维人员操作不便。如果将局部放电、温度传感器等安装在电缆接头上，过多的传感器数量和连接线，也容易对电力长期稳定运行造成影响。因此，现有技术中存在电缆环流测量精度不高的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统、方法及设备，以解决电缆环流测量精度不高的问题。
5.第一方面，本发明提供了一种tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，包括：基于tmr磁敏传感芯片改进的a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器、数据传输处理单元以及监测平台；数据传输处理单元与a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器电连接，与监测平台信号连接；a相、b相或c相接地电缆环流数据采集器用于采集a相、b相或c相的接地电缆环流数据，将接地电缆环流数据转化为对应的电信号；数据传输处理单元用于接收电信号并将电信号发送至监测平台，监测平台用于存储电信号。
6.在本发明实施例中，基于高灵敏度的tmr磁敏传感芯片，采用磁动平衡设计原理设计电缆环流监测系统使用的tmr电流传感器，即a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器，达到了提高电缆护套环流监测精度的目的，从而解决了电缆环流测量精度不高的问题。
7.在一种可选的实施方式中，基于tmr磁敏传感芯片改进的a相、b相或c相接地电缆环流数据采集器采用磁隙对称式开环结构，磁隙数量为二的整数倍，任意两个磁隙组成一个信号通道，任意信号通道包含两个tmr磁敏传感芯片，两个tmr磁敏传感芯片分别位于任意信号通道对称的两个磁隙内。
8.在本发明实施例中，每个通道内的tmr磁敏传感芯片分别位于对称的磁隙内，磁隙
处外界磁场干扰相同，待测电流形成的磁信号相反，信号差分后可消除磁隙开口处的均匀外界磁场干扰，并使信号增强到原来的两倍，达到了消除外界磁场干扰和增大信噪比的效果，进一步提高了电缆环流的测量精度。
9.在一种可选的实施方式中，当磁隙数量为两个时，任一相接地电缆环流数据采集器包括：两个tmr磁敏传感芯片、第一差分放大电路、第二差分放大电路、第三差分放大电路、第一滤波电路、放大电路、第二滤波电路、adc电路、mcu、温湿度传感器以及通讯单元；两个tmr磁敏传感芯片的输出信号分别经过第一差分放大电路和第二差分放大电路输入至第三差分放大电路，第三差分放大电路的输出信号依次经过第一滤波电路、放大电路、第二滤波电路后输入adc电路，mcu接收adc电路的输出信号及温湿度传感器采集的环境参数，并将输出信号发送至通讯单元；第一差分放大电路、第二差分放大电路和第三差分放大电路用于将tmr磁敏传感芯片输出的信号进行放大并消除外界磁场信号的影响，第一滤波电路采用有源滤波，用于进行阻抗匹配，放大电路用于放大信号，第二滤波电路采用无源滤波，用于防止频率混叠，mcu用于根据环境参数调整信号通道增益以及对adc电路的输出信号进行数字相敏检波处理。
10.在本发明实施例中，通过第一差分放大电路和第二差分放大电路分别将tmr磁敏传感芯片感知到的磁场信号进行放大，然后第三差分放大电路将第一差分放大电路和第二差分放大电路输出的信号再进行差分放大，实现了消除外界磁场信号影响的目的。第一滤波电路和第二滤波电路可将带外噪声滤除，通过将滤波电路合理安排在各级放大电路之间，一方面实现了逐步提高信噪比以及滤除各单元电路引入干扰的目的；另一方面，避免了噪声放大后难以消除，导致信噪比降低、信号难以识别。采用低噪声运放搭建放大电路，根据实际的监测需求，将待测信号放大到合适的大小，以实现精度和动态测量范围的要求。mcu接收adc电路输出的信号，根据环境参数调整信号通道增益，将adc电路输出的信号进行数字相敏检波处理，达到了提高信噪比，继而提高电缆环流的测量精度的效果。
11.在一种可选的实施方式中，任一相接地电缆环流数据采集器还包括：电源模块以及双刀双掷模拟开关；电源模块用于为adc电路提供基准电压，电源模块还经过双刀双掷模拟开关为多个tmr磁敏传感芯片提供基准电压，双刀双掷模拟开关用于将基准电压进行翻转，辅助实现相敏检波功能以及减少噪声干扰。
12.在本发明实施例中，通过在测量直流或超低频信号时采用相敏检波，可实现提升信噪比、减少噪声干扰的目的。
13.在一种可选的实施方式中，系统还包括：采集盒、采集单元以及供电电源；a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器经过采集盒与采集单元电连接，采集单元与数据传输处理单元电连接，供电电源为tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统供电，采集盒用于降低接线复杂度及减少信号干扰。
14.在本发明实施例中，通过采集盒将三相电缆对应的数据采集器电路连接线连接到同一个物理介质上，达到了降低连接线复杂度以及降低信号干扰的目的。
15.在一种可选的实施方式中，采集单元包括：振动采集单元、环境采集单元以及视频采集单元；振动采集单元用于检测a相、b相和c相的接地电缆外破信号，接地电缆外破信号为接地电缆在外部环境中受到破坏后对应的环境变化信号；环境采集单元包括：微气象监测传感器以及温度传感器，微气象监测传感器用于检测a相、b相和c相的隧道环境信息；视
频采集单元用于采集视频和图像信息。
16.在本发明实施例中，通过振动采集单元、环境采集单元以及视频采集单元采集多种环境信息，为后续故障分析提供了条件。另外振动采集和环境采集单元可以对tmr传感器进行高精度补偿，利用环境采集单元采集的信息可更加精准覆盖电缆发生的所有故障。
17.在一种可选的实施方式中，数据传输处理单元包括：环流检测电路、微处理器以及无线通讯装置；a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器与环流检测电路电连接，环流检测电路与微处理器电连接，微处理器与无线通讯装置电连接，环流检测电路和微处理器用于对a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器输出的电信号进行转化和处理，无线通讯装置用于与监测平台进行通讯。
18.在一种可选的实施方式中，环流检测电路包括：电流感应线圈、电阻以及电压测量模块；a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器与电流感应线圈电连接，电流感应线圈与电阻并联，构成第一并联回路；电压测量模块与电阻并联，构成第二并联回路；第一并联回路与第二并联回路分别与微处理器电连接。
19.在本发明实施例中，通过数据传输处理单元实现了对采集数据的进一步处理以及传输，从而达到了对数据进行监测和分析的目的。
20.在一种可选的实施方式中，监测平台包括：用户终端设备以及服务器；服务器包括：接收模块、用户管理模块、监测数据管理模块、数据库、预警模块以及上报模块；接收模块用于接收用户终端设备的请求信息以及数据传输处理单元发送的电信号；用户管理模块用于接收用户终端设备发送的登录请求，管理用户信息及授权信息；监测数据管理模块用于对数据传输处理单元发送的电信号进行对比、统计及管理；数据库用于存储a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器采集的接地电缆环流数据对应的电信号、用户信息、授权信息以及监测对比数据；预警模块用于向用户终端设备发送预警信息；上报模块用于发送数据至目标用户。
21.在本发明实施例中，通过监测平台可实现对电信号即电缆环流数据进行存储、监测、分析、管理以及预警等多种目的，实现了保证电力长期稳定运行的目的。
22.在一种可选的实施方式中，监测数据管理模块包括：数据编辑单元、数据查询单元、数据展示单元以及数据下载单元；数据编辑单元用于判断是否对用户终端设备开放数据编辑功能；数据查询单元用于从数据库调取数据；数据展示单元用于对数据查询单元调取的数据进行可视化展示；数据下载单元用于发送下载地址给用户终端设备。
23.在本发明实施例中，用户终端设备可通过监测数据管理模块对数据进行多种操作，如查询、编辑、下载、可视化展示等等，达到了提高排查效率的目的。
24.第二方面，本发明提供了一种采用实施例第一方面任一项的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法，包括：获取a相、b相和c相的初始电信号；实时或定期采集a相、b相和c相的接地电缆环流数据；存储采集的a相、b相和c相的接地电缆环流数据对应的电信号；将a相、b相和c相的接地电缆环流数据对应的电信号与a相、b相和c相的初始电信号进行对比，生成监测结果。
25.在本发明实施例中，通过将tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统采集的电信号即电缆环流数据与初始电信号进行对比，达到了对环流数据和电缆状态进行实时监测的目的，达到了及时发现故障，从而提高电缆运行安全性的效果。
26.在一种可选的实施方式中，方法还包括：获取任一相的接地电缆环流数据对应的电信号与对应的初始电信号的对比结果；当对比结果异常时，向用户终端设备发送预警信息。
27.在本发明实施例中，通过及时向用户终端设备发送预警信息，实现了对异常的及时处理，提高了电力运行的可靠性。
28.在一种可选的实施方式中，方法还包括：获取a相、b相和c相的接地电缆外破信号以及隧道环境信息；根据对比结果、接地电缆外破信号以及隧道环境信息判断故障因素和故障范围。
29.在本发明实施例中，根据采集单元采集的相关信息，即接地电缆外破信号以及隧道环境信息，结合对比结果，达到了对故障因素和故障范围的判断，从而为电缆故障的处理提供了基础。
30.在一种可选的实施方式中，方法还包括：根据对比结果、故障因素和故障范围生成监测报告并发送至目标用户。
31.在本发明实施例中，通过生成监测报告并发送至目标用户，实现了将电缆运行状况推送至目标用户的目的，提高了电缆监控的实时性和便利性。
32.第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第二方面或其对应的任一实施方式的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法。
33.第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第二方面或其对应的任一实施方式的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
35.图1是根据本发明实施例的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统的示意图；
36.图2是根据本发明实施例的任一相接地电缆环流数据采集器的示意图；
37.图3是根据本发明实施例的任一相接地电缆环流数据采集器的整体示意图；
38.图4是根据本发明实施例的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统的整体示意图；
39.图5是根据本发明实施例的数据传输处理单元的示意图；
40.图6是根据本发明实施例的另一数据传输处理单元的示意图；
41.图7是根据本发明实施例的监测平台的服务器的结构示意图；
42.图8是根据本发明实施例的监测数据管理模块的结构示意图；
43.图9是根据本发明实施例的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法的流程示意图；
44.图10是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
45.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动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。
46.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.传统的环流监测手段主要是通过停电测量外护层绝缘电阻或带电用钳形电流表测量高压电缆金属护层环流。但近年来，为了提高输电线路的可靠性指标，高压电缆停电检修的机会越来越少。同时按照现有的电缆运行规程，采用传统的手工测量环流周期过长，难以及时发现和处理缺陷，而且手工检测不仅劳动强度大还存在安全威胁。因此，电缆护层接地电流在线监测越发重要。目前电缆接地环流监测系统使用的电缆接地电流探测器主要是ct电流互感器。电缆缺陷产生的接地环流一般在10安培量级、产生的温度变化一般在5℃以上。电力电缆发生缺陷后，其护层接地电流会大幅增加，可通过监测接地环流辅助判断电缆运行状态，但不同敷设和接地方式对电缆接地环流均有影响，且一般环流监测装置的灵敏度较低，难以识别较小的缺陷。
48.现有的环流传感器体积较大，在此基础上加装局部放电、温度等传感器，会导致一些问题。例如，安装在接地箱时受限于电缆接地箱的空间，难以加装局放传感器，即使能够加装，由于多种磁性材料共同存在于狭小的空间中，也会出现电磁兼容等问题。因为局部放电传感器通常情况下选用的都是带有高频磁芯的穿心式电流互感器，不可避免的存在漏磁，导致局部放电传感器与环流传感器之间存在电磁干扰，影响测量精度。同时由于连接线过多，易于引入故障和造成运维人员操作不便；如果安装在电缆接头上，过多的传感器数量和连接线，也容易对电力长期稳定运行造成影响。鉴于以上情况，亟需一种能够保证电力长期稳定运行、对电缆环流测量准确、电缆故障排查效率高的电缆护层接地电流监测系统。
49.根据本发明实施例，提供了一种tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，系统包括：基于tmr磁敏传感芯片改进的a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器、数据传输处理单元以及监测平台；数据传输处理单元与a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器电连接，与监测平台信号连接；a相、b相或c相接地电缆环流数据采集器用于采集a相、b相或c相的接地电缆环流数据，将接地电缆环流数据转化为对应的电信号；数据传输处理单元用于接收电信号并将电信号发送至监测平台，监测平台用于存储电信号。
50.可选地，图1是根据本发明实施例的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统的示意
图。如图1所示，a相接地电缆环流数据采集器、b相接地电缆环流数据采集器、c相接地电缆环流数据采集器是基于tmr磁敏传感芯片改进的tmr电流传感器。该电流传感器基于高灵敏度的tmr磁敏传感芯片，采用磁动平衡的设计原理，更适用于高精度、高线性和动态范围电缆护层接地电流监测场景下的测量要求。具体地，本实施例中tmr电流传感器的技术指标如下：测量范围：电流，0～200a；频率0～100khz信号可测；精确度≤5％，ma级电流测量灵敏度；工作温度范围：-25℃～60℃；通过工频磁场4级emc测试。
51.在本发明实施例中，基于高灵敏度的tmr磁敏传感芯片，采用磁动平衡设计原理设计电缆环流监测系统使用的tmr电流传感器，即a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器，达到了提高电缆护套环流监测精度的目的，从而解决了电缆环流测量精度不高的问题。
52.在一些可选的实施方式中，基于tmr磁敏传感芯片改进的a相、b相或c相接地电缆环流数据采集器采用磁隙对称式开环结构，磁隙数量为二的整数倍，任意两个磁隙组成一个信号通道，任意信号通道包含两个tmr磁敏传感芯片，两个tmr磁敏传感芯片分别位于任意信号通道对称的两个磁隙内。
53.可选地，tmr电流传感器即任一相接地电缆环流数据采集器实现的核心是通过tmr磁敏传感芯片将感知到的磁场信号转化为电阻信号，并在加电的情况下转化为电信号。传感器采用磁隙对称式开环结构，磁隙为2n个(n为正整数)，每两个磁隙组成一个信号通道。每个通道内的tmr磁敏传感芯片分别位于对称的磁隙内。因磁隙处外界磁场干扰相同，待测电流形成的磁信号相反，信号差分后可消除磁隙开口处的均匀外界磁场干扰，使增强信号到原来的两倍，极大增加了信噪比。其中，tmr磁敏传感芯片采用惠斯通全桥器件，可以实现温漂、抗干扰和降低噪声的需求。在低功耗要求下采用零磁高电阻器件；低噪声要求下采用零磁低电阻器件；优选地，本实施例采用1k电阻的tmr磁敏传感芯片。
54.在一些可选的实施方式中，当磁隙数量为两个时，任一相接地电缆环流数据采集器包括：两个tmr磁敏传感芯片、第一差分放大电路、第二差分放大电路、第三差分放大电路、第一滤波电路、放大电路、第二滤波电路、adc电路、mcu、温湿度传感器以及通讯单元；两个tmr磁敏传感芯片的输出信号分别经过第一差分放大电路和第二差分放大电路输入至第三差分放大电路，第三差分放大电路的输出信号依次经过第一滤波电路、放大电路、第二滤波电路后输入adc电路，mcu接收adc电路的输出信号及温湿度传感器采集的环境参数，并将输出信号发送至通讯单元；第一差分放大电路、第二差分放大电路和第三差分放大电路用于将tmr磁敏传感芯片输出的信号进行放大并消除外界磁场信号的影响，第一滤波电路采用有源滤波，用于进行阻抗匹配，放大电路用于放大信号，第二滤波电路采用无源滤波，用于防止频率混叠，mcu用于根据环境参数调整信号通道增益以及对adc电路的输出信号进行数字相敏检波处理。
55.可选地，图2是根据本发明实施例的任一相接地电缆环流数据采集器的示意图。如图2所示，当磁隙数量为两个时，通过第一差分放大电路和第二差分放大电路分别将tmr磁敏传感芯片输出的电信号进行差分放大，然后第三差分放大电路再将第一差分放大电路和第二差分放大电路输出的信号进行差分放大，从而消除外界磁场信号的影响。在测量动态范围较大以及低噪声的场合，采用超低噪声的仪表运放，在低1/f噪声要求的场合，采用相敏检波方法消除低频噪声。滤波可将带外噪声滤除，本实施例中将滤波电路合理安排在各级放大电路之间，一方面可逐步提高信噪比，滤除各单元电路引入的干扰；另一方面，避免
集中滤波、难以滤除后级电路引入的噪声或前级电路的噪声滤除不到位，导致噪声过度放大而限幅的问题，同时避免后级电路难以消除噪声，导致信噪比降低、信号难以识别的问题。其中，第一滤波电路采用有源滤波，在减小滤波器体积的同时，防止同下一级信号处理单元(第一放大电路)之间的阻抗不匹配。第二滤波电路采用无源滤波，主要起到adc电路采样的抗混叠作用。本实施例中，采用低噪声运放搭建放大电路，根据实际的监测需求，将待测信号放大到合适的大小，以实现精度和动态测量范围的要求。
56.adc电路将第二滤波电路输出的电信号数字化，在传输过程中可有效降低噪声影响，增强抗干扰能力。示例性地，当测量最大值为200a，ma级灵敏度，则令adc电路有效动态范围》100db，适配内部pga，以达到120db的动态范围，给测量预留余量。作为一种优选的方案，本实施例优先选24位adc，有效位数为18位，内带pga，测样速率20ksps以上。需要说明的是，如需要谐波测试功能，则adc可采用带谐波检测功能的器件，优选地，谐波测试功能也可放在mcu中实现，adc选择多通道adc。
57.在本发明实施例中，mcu接收adc电路输出的(采样)信号，根据温湿度传感器采样到的环境参数调整信号通道增益。mcu可将采样后的adc数据进行数字相敏检波处理，从而提高信噪比。mcu还可用于判别有用信号，执行边缘计算等功能。mcu将处理后的信号通过通讯单元传送给上位机如监测平台，mcu可采用stm32l4xx系列单片机。通讯单元执行mcu和上位机如监测平台之间的通讯功能，通讯单元可采取不同的通讯方式，其中，无线方式可采用蓝牙、zigbee、lora等，有线方式可采用rs485、光缆等。
58.在一些可选的实施方式中，任一相接地电缆环流数据采集器还包括：电源模块以及双刀双掷模拟开关；电源模块用于为adc电路提供基准电压，电源模块还经过双刀双掷模拟开关为多个tmr磁敏传感芯片提供基准电压，双刀双掷模拟开关用于将基准电压进行翻转，辅助实现相敏检波功能以及减少噪声干扰。
59.可选地，图3是根据本发明实施例的任一相接地电缆环流数据采集器的整体示意图。如图3所示，电源模块为adc电路提供基准电压，通过双刀双掷模拟开关为tmr磁敏传感芯片供电。双刀双掷模拟开关可以将基准电压或正负极翻转后传送给tmr磁敏传感芯片，结合mcu的数据处理可实现相敏检波功能，消除1/f噪声影响，在测量直流或超低频信号时采用可提升信噪比，减少噪声干扰。在本发明实施例中，虚线框内的功能单元实现一个信号通道的功能，如果采用其他磁隙的磁芯结构，则两个tmr磁敏传感芯片作为一个信号通讯通道进行信号预处理。
60.在一些可选的实施方式中，系统还包括：采集盒、采集单元以及供电电源；a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器经过采集盒与采集单元电连接，采集单元与数据传输处理单元电连接，供电电源为tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统供电，采集盒用于降低接线复杂度及减少信号干扰。
61.可选地，图4是根据本发明实施例的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统的整体示意图。如图4所示，a相接地电缆环流数据采集器、b相接地电缆环流数据采集器和c相接地电缆环流数据采集器经过采集盒与采集单元电连接，使用采集盒将三相电缆分开的数据采集器电路连接线连接到同一个物理介质上，有利于降低连接线复杂度，并降低信号干扰。采集单元可用于采集电缆的多种数据，采集单元与数据传输处理单元电连接，将采集的多种数据发送给数据传输处理单元进行处理。供电电源为tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，如
采集单元、数据传输处理单元供电。
62.在一些可选的实施方式中，采集单元包括：振动采集单元、环境采集单元以及视频采集单元；振动采集单元用于检测a相、b相和c相的接地电缆外破信号，接地电缆外破信号为接地电缆在外部环境中受到破坏后对应的环境变化信号；环境采集单元包括：微气象监测传感器以及温度传感器，微气象监测传感器用于检测a相、b相和c相的隧道环境信息；视频采集单元用于采集视频和图像信息。
63.可选地，振动采集单元用于检测a相接地电缆、b相接地电缆和c相接地电缆所在环境的外破信号；环境采集单元包括微气象监测传感器以及温度传感器，用于检测a相接地电缆、b相接地电缆和c相接地电缆所在隧道内氧气、有害气体(如co、co2、h2s、ch4)、烟雾、温湿度等隧道环境信息，从而实现判断故障因素以及故障范围；视频采集单元可采集视频和图像信息，如是否存在人为破坏、当前状况等信息。
64.在一些可选的实施方式中，数据传输处理单元包括：环流检测电路、微处理器以及无线通讯装置；a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器与环流检测电路电连接，环流检测电路与微处理器电连接，微处理器与无线通讯装置电连接，环流检测电路和微处理器用于对a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器输出的电信号进行转化和处理，无线通讯装置用于与监测平台进行通讯。
65.可选地，图5是根据本发明实施例的数据传输处理单元的示意图。如图5所示，数据处理传输单元包括环流检测电路、微处理器以及无线通讯装置，通过为数据处理传输单元设置机壳，可将环流检测电路、微处理器以及无线通讯装置封装于数据处理传输单元的机壳内。a相接地电缆环流数据采集器、b相接地电缆环流数据采集器、c相接地电缆环流数据采集器与环流检测电路电连接、环流检测电路依次与微处理器以及无线通讯装置电连接，从而实现接收a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器的数据进行处理以及发送至上位机等操作。
66.在一些可选的实施方式中，环流检测电路包括：电流感应线圈、电阻以及电压测量模块；a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器与电流感应线圈电连接，电流感应线圈与电阻并联，构成第一并联回路；电压测量模块与电阻并联，构成第二并联回路；第一并联回路与第二并联回路分别与微处理器电连接。
67.可选地，图6是根据本发明实施例的另一数据传输处理单元的示意图。如图6所示，环流检测电路由电流感应线圈、电阻以及电压测量模块按照图6连接组成。其中，电流感应线圈以及电压测量模块可实现将电信号转化为电流和电压等信号，将这些信号发送至微处理器进行数据处理，再通过无线通讯装置进行数据传输。
68.在一些可选的实施方式中，监测平台包括：用户终端设备以及服务器；服务器包括：接收模块、用户管理模块、监测数据管理模块、数据库、预警模块以及上报模块；接收模块用于接收用户终端设备的请求信息以及数据传输处理单元发送的电信号；用户管理模块用于接收用户终端设备发送的登录请求，管理用户信息及授权信息；监测数据管理模块用于对数据传输处理单元发送的电信号进行对比、统计及管理；数据库用于存储a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器采集的接地电缆环流数据对应的电信号、用户信息、授权信息以及监测对比数据；预警模块用于向用户终端设备发送预警信息；上报模块用于发送数据至目标用户。
69.可选地，监测平台包括用户终端设备与服务器，用户可通过用户终端设备进行注册登录、数据查询、数据编辑以及数据下载。图7是根据本发明实施例的监测平台的服务器的结构示意图。如图7所示，服务器包括：接收模块、用户管理模块、监测数据管理模块、数据库、预警模块以及上报模块。其中，接收模块用于接收用户终端设备发送的请求信息，还用于接收数据传输处理单元上传的数据；用户管理模块在用户终端设备发起登录请求时，对用户信息及授权信息进行管理；监测数据管理模块用于对数据传输处理单元上传的监测数据进行对比、统计及管理；数据库用于存储a相接地电缆环流数据采集器、b相接地电缆环流数据采集器以及c相接地电缆环流数据采集器采集的接地电缆环流数据对应的电信号、用户信息、授权信息和监测对比数据；预警模块在监测数据出现异常时，向用户终端设备推送预警信息；上报模块用于将数据发送至目标用户，如发送至相关电网管理部门的服务器。
70.在一些可选的实施方式中，监测数据管理模块包括：数据编辑单元、数据查询单元、数据展示单元以及数据下载单元；数据编辑单元用于判断是否对用户终端设备开放数据编辑功能；数据查询单元用于从数据库调取数据；数据展示单元用于对数据查询单元调取的数据进行可视化展示；数据下载单元用于发送下载地址给用户终端设备。
71.可选地，图8是根据本发明实施例的监测数据管理模块的结构示意图。如图8所示，监测数据管理模块包括：数据编辑单元、数据查询单元、数据展示单元以及数据下载单元。其中，数据编辑单元、数据查询单元以及数据下载单元均与数据库连接，可分别对数据库中的数据进行编辑、查询和下载。具体地，数据编辑单元在用户终端设备发起数据编辑请求后，判断请求用户是否授权，若请求用户已授权，则开放对应的数据编辑功能给该用户终端设备的请求用户；数据查询单元在用户终端设备发起数据查询请求后，从数据库中调取相关数据；数据展示单元可将数据查询单元调取的相关数据以可视化的形式，如表格或曲线的形式进行展示；数据下载单元在用户终端设备发起数据下载请求后从数据库中调取相关数据，并将下载地址反馈给用户终端设备。
72.根据本发明实施例，提供了一种采用本发明实施例第一方面任一项的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
73.在本实施例中提供了一种tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法，可用于上述的移动终端，如手机、中央处理单元等，图9是根据本发明实施例的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法的流程示意图，如图9所示，该流程包括如下步骤：
74.步骤s901，获取a相、b相和c相的初始电信号。可选地，首先搭建tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，即将a相接地电缆环流数据采集器、b相接地电缆环流数据采集器以及c相接地电缆环流数据采集器分别安装到电缆线上。获取a相、b相和c相的初始电信号即初始采集的a相、b相和c相正常工作的电信号。其中，a相、b相和c相的初始电信号也可以是多组预设值。
75.步骤s902，实时或定期采集a相、b相和c相的接地电缆环流数据。可选地，根据实际需求，定期或实时采集电缆线的a相、b相和c相接地电缆环流数据，采集方式与采集初始电信号的过程相同。
76.步骤s903，存储采集的a相、b相和c相的接地电缆环流数据对应的电信号。可选地，通过多次采集a相、b相和c相的初始电信号，可在监测平台建立电缆线的a相、b相和c相接地电缆环流的初始数据库。类似的，可将实时或定期采集a相、b相和c相的接地电缆环流数据也存储在监测平台的数据库中。
77.步骤s904，将a相、b相和c相的接地电缆环流数据对应的电信号与a相、b相和c相的初始电信号进行对比，生成监测结果。可选地，通过将任一相的接地电缆环流数据与对应的初始电信号进行对比，可得到任一相电缆的监测结果。
78.本实施例提供的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法，通过将tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统采集的电信号即电缆环流数据与初始电信号进行对比，达到了对环流数据和电缆状态进行实时监测的目的，达到了及时发现故障，从而提高电缆运行安全性的效果。本发明实施针对a相、b相和c相电缆分别进行检测，这种检测方式可以更加精确地检测到每相母线的工作状态，从而实现精准定位故障和分类，提高故障判断的准确率。
79.在一些可选的实施方式中，在上述步骤s904之后，方法还包括：
80.步骤a1，获取任一相的接地电缆环流数据对应的电信号与对应的初始电信号的对比结果。
81.步骤a2，当对比结果异常时，向用户终端设备发送预警信息。
82.本实施例通过获取步骤s904中任一相的接地电缆环流数据的对比结果，在对比结果异常时，发送预警信息给用户终端设备。实现了及时发现故障进行预警的目的，达到了对异常及时处理的效果，从而提高了电力运行的可靠性。
83.在一些可选的实施方式中，在上述步骤a2之后，方法还包括：
84.步骤b1，获取a相、b相和c相的接地电缆外破信号以及隧道环境信息。可选地，当对比结果异常时，除了发送预警信息，还可控制采集单元开始工作，对电缆可能发生的故障因素进行排查。
85.步骤b2，根据对比结果、接地电缆外破信号以及隧道环境信息判断故障因素和故障范围。示例性地，根据步骤s904中任一相的接地电缆环流数据的对比结果、接地电缆外破信号以及隧道环境信息如：隧道内氧气、有害气体(co、co2、h2s、ch4)、烟雾、温湿度等环境参量，实现判断故障因素以及故障范围。
86.在一些可选的实施方式中，在上述步骤b2之后，方法还包括：根据对比结果、故障因素和故障范围生成监测报告并发送至目标用户。可选地，通过向有关部门和/或上级领导发送电缆线监测报告，实现了将电缆运行实时状况推送至目标用户的目的，提高了电缆监控的实时性和便利性。另外，通过将数据整合生成电缆线监测报告，可方便用户终端设备通过数据下载单元下载相关数据。
87.本发明实施例还提供一种计算机设备，图10是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图，如图10所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示gui的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个
计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图10中以一个处理器10为例。
88.处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。
89.其中，存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。
90.存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
91.存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。
92.该计算机设备还包括输入装置30和输出装置40。处理器10、存储器20、输入装置30和输出装置20可以通过总线或者其他方式连接，图10中以通过总线连接为例。
93.输入装置30可接收输入的数字或字符信息，以及产生与该计算机设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入，例如触摸屏、触摸板、指示杆、一个或者多个鼠标按钮等。输出装置40可以包括显示设备、辅助照明装置等。上述显示设备包括但不限于液晶显示器，发光二极管，显示器和等离子体显示器。
94.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。
95.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：
1.一种tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，其特征在于，所述系统包括：基于tmr磁敏传感芯片改进的a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器、数据传输处理单元以及监测平台；所述数据传输处理单元与所述a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器电连接，与所述监测平台信号连接；所述a相、b相或c相接地电缆环流数据采集器用于采集a相、b相或c相的接地电缆环流数据，将所述接地电缆环流数据转化为对应的电信号；所述数据传输处理单元用于接收所述电信号并将所述电信号发送至所述监测平台，所述监测平台用于存储所述电信号。2.根据权利要求1所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，其特征在于，基于tmr磁敏传感芯片改进的a相、b相或c相接地电缆环流数据采集器采用磁隙对称式开环结构，磁隙数量为二的整数倍，任意两个磁隙组成一个信号通道，任意信号通道包含两个tmr磁敏传感芯片，所述两个tmr磁敏传感芯片分别位于所述任意信号通道对称的两个磁隙内。3.根据权利要求2所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，其特征在于，当磁隙数量为两个时，任一相接地电缆环流数据采集器包括：两个tmr磁敏传感芯片、第一差分放大电路、第二差分放大电路、第三差分放大电路、第一滤波电路、放大电路、第二滤波电路、adc电路、mcu、温湿度传感器以及通讯单元；所述两个tmr磁敏传感芯片的输出信号分别经过所述第一差分放大电路和所述第二差分放大电路输入至所述第三差分放大电路，所述第三差分放大电路的输出信号依次经过所述第一滤波电路、所述放大电路、所述第二滤波电路后输入所述adc电路，所述mcu接收所述adc电路的输出信号及所述温湿度传感器采集的环境参数，并将输出信号发送至所述通讯单元；所述第一差分放大电路、第二差分放大电路和第三差分放大电路用于将tmr磁敏传感芯片输出的信号进行放大并消除外界磁场信号的影响，所述第一滤波电路采用有源滤波，用于进行阻抗匹配，所述放大电路用于放大信号，所述第二滤波电路采用无源滤波，用于防止频率混叠，所述mcu用于根据所述环境参数调整信号通道增益以及对adc电路的输出信号进行数字相敏检波处理。4.根据权利要求3所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，其特征在于，任一相接地电缆环流数据采集器还包括：电源模块以及双刀双掷模拟开关；所述电源模块用于为adc电路提供基准电压，所述电源模块还经过双刀双掷模拟开关为多个tmr磁敏传感芯片提供基准电压，所述双刀双掷模拟开关用于将所述基准电压进行翻转，辅助实现相敏检波功能以及减少噪声干扰。5.根据权利要求1所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，其特征在于，所述系统还包括：采集盒、采集单元以及供电电源；a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器经过所述采集盒与所述采集单元电连接，所述采集单元与数据传输处理单元电连接，所述供电电源为tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统供电，所述采集盒用于降低接线复杂度及减少信号干扰。6.根据权利要求5所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，其特征在于，所述采集单元包括：振动采集单元、环境采集单元以及视频采集单元；所述振动采集单元用于检测a相、b相和c相的接地电缆外破信号，所述接地电缆外破信号为接地电缆在外部环境中受到破坏后对应的环境变化信号；所述环境采集单元包括：微气象监测传感器以及温度传感器，
所述微气象监测传感器用于检测a相、b相和c相的隧道环境信息；所述视频采集单元用于采集视频和图像信息。7.根据权利要求1所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，其特征在于，所述数据传输处理单元包括：环流检测电路、微处理器以及无线通讯装置；a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器与所述环流检测电路电连接，所述环流检测电路与所述微处理器电连接，所述微处理器与所述无线通讯装置电连接，所述环流检测电路和微处理器用于对a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器输出的电信号进行转化和处理，所述无线通讯装置用于与监测平台进行通讯。8.根据权利要求7所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，其特征在于，所述环流检测电路包括：电流感应线圈、电阻以及电压测量模块；a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器与所述电流感应线圈电连接，所述电流感应线圈与所述电阻并联，构成第一并联回路；所述电压测量模块与所述电阻并联，构成第二并联回路；所述第一并联回路与所述第二并联回路分别与微处理器电连接。9.根据权利要求1所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，其特征在于，所述监测平台包括：用户终端设备以及服务器；所述服务器包括：接收模块、用户管理模块、监测数据管理模块、数据库、预警模块以及上报模块；所述接收模块用于接收所述用户终端设备的请求信息以及数据传输处理单元发送的电信号；所述用户管理模块用于接收所述用户终端设备发送的登录请求，管理用户信息及授权信息；所述监测数据管理模块用于对数据传输处理单元发送的电信号进行对比、统计及管理；所述数据库用于存储a相、b相和c相接地电缆环流数据采集器采集的接地电缆环流数据对应的电信号、用户信息、授权信息以及监测对比数据；所述预警模块用于向所述用户终端设备发送预警信息；所述上报模块用于发送数据至目标用户。10.根据权利要求9所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统，其特征在于，所述监测数据管理模块包括：数据编辑单元、数据查询单元、数据展示单元以及数据下载单元；所述数据编辑单元用于判断是否对用户终端设备开放数据编辑功能；所述数据查询单元用于从数据库调取数据；所述数据展示单元用于对所述数据查询单元调取的数据进行可视化展示；所述数据下载单元用于发送下载地址给用户终端设备。11.一种采用权利要求1至10任一项所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测系统的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法，其特征在于，所述方法包括：获取a相、b相和c相的初始电信号；实时或定期采集a相、b相和c相的接地电缆环流数据；存储采集的a相、b相和c相的接地电缆环流数据对应的电信号；将a相、b相和c相的接地电缆环流数据对应的电信号与所述a相、b相和c相的初始电信号进行对比，生成监测结果。12.根据权利要求11所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法，其特征在于，所述方法还包括：获取任一相的接地电缆环流数据对应的电信号与对应的初始电信号的对比结果；当所述对比结果异常时，向用户终端设备发送预警信息。13.根据权利要求12所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法，其特征在于，所述方
法还包括：获取a相、b相和c相的接地电缆外破信号以及隧道环境信息；根据对比结果、所述接地电缆外破信号以及隧道环境信息判断故障因素和故障范围。14.根据权利要求13所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法，其特征在于，所述方法还包括：根据对比结果、故障因素和故障范围生成监测报告并发送至目标用户。15.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求11至14中任一项所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法。16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求11至14中任一项所述的tmr磁平衡测量的电缆环流监测方法。

技术总结
本发明涉及电力设备状态监测技术领域，公开了一种TMR磁平衡测量的电缆环流监测系统、方法及设备，该系统包括：基于TMR磁敏传感芯片改进的A相、B相和C相接地电缆环流数据采集器、数据传输处理单元以及监测平台；数据传输处理单元与A相、B相和C相接地电缆环流数据采集器电连接，与监测平台信号连接；任一相接地电缆环流数据采集器用于采集任一相的接地电缆环流数据，转化为对应的电信号；数据传输处理单元接收电信号并将电信号发送至监测平台，监测平台用于存储电信号。在本发明实施例中，基于高灵敏度的TMR磁敏传感芯片，采用磁动平衡设计原理设计电缆环流监测系统使用的TMR电流传感器，解决了电缆环流测量精度不高的问题。解决了电缆环流测量精度不高的问题。解决了电缆环流测量精度不高的问题。


技术研发人员：邓辉 黄辉 黄凤 郭经红 梁云 钱森 田文锋
受保护的技术使用者：国网智能电网研究院有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/15