CN103675594A - 动力电源线路故障检测仪 - Google Patents

Abstract

一种动力电源线路故障检测仪，属交流输电线故障监测装置。本仪器采用场效应管从输电线缆上间接取出电压信号，该电压信号经由集成运放块组成的电压放大电路放大，再经复合三极管功率放大电路放大后推动发光二极管发光以及音乐集成块发声报警。当正常段有电时，则有感应而发出声光信号；当断线后，无火线即无感应，故不再发声光信号。本检测仪正是据按声光信号由启动到停止而找到线路断点。本仪器具有制作成本低，故障检测方便的特点。

Description

动力电源线路故障检测仪

技术领域

本发明涉及交流输电线路故障检测装置，特别是动力电源线路断线故障检测仪。

背景技术

以380V为代表的三相电力电源，在电力、机械、矿山等被广泛应用，使用对象又以电动机为主，图1、图2，分别示出了电动机刀闸分线连接式和空气开关电缆连接式的电路结构图。两图大同小异，在图1中，1是电源线，2是刀闸开关，3是负载线，4是刀闸进出电源线压接螺丝，5为电动机电源线压接螺丝，6是电动机。在图2中与图1大同小异，只是2为空气开关，3是电缆线，其它都一样。

以上电动机结构，尤其是车站码头的龙门吊、生产检修车间的行车等，其电缆线是拖拽移动的，在长期拉伸、弯曲、折叠中，常会失灵，发生异响，转速变慢，线圈发热等，不能正常工作，这是缺相故障现象，需要马上停机检查、维修，否则，因振动、过热，绝缘层会很快被破坏，乃至造成电机烧损等。

但是，对异常情况用表计检查，只能在接线端头或有裸露的地方进行，中间则因多为塑料橡胶包裹与屏蔽，故无法检测问题出在哪一段、哪一处，全面更换，工作量大，投资高昂，但靠现有人工，基本一筹莫展，并阻碍生产，延误工期。

为解决上述问题，我们进行了测试分析，在首端接上电源，尾端却无电量正常工作，这样一般是中途脱线或断线，而试电笔和万用表等仪器均为接触式测量器件，在绝缘层隔离后，固然无法直接使用。那么，有无方法在没有裸露点，又不损伤绝缘层的情况下，检查到故障点呢？对此，我们决定从感应探测入手，进行仪器电路设计、制作，成功后投入使用，能够快速、准确地探测，找到故障断点，进行修复处理，使之能很快恢复工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种以感应方式取出交流电压信号，快速检测断线故障的动力电源线路故障检测仪。

本发明的目的是这样实现的：一种动力电源线路故障检测仪，场效应管VT1栅极G上连接有一金属探头，二极管D1负极接于场效应管VT1栅极G，二极管D1正极接于9V电池EC负极，场效应管VT1源极S串接电阻R2后接于9V电池EC负极，场效应管VT1的B级串接电容C1后接于9V电池EC负极，场效应管VT1漏极D串接电阻R1后接于集成运放块IC1的7脚，场效应管VT1漏极D接于电解电容C2正极，电解电容C2负极串接电阻R3后接于集成运放块IC1反相输入端，集成运放块IC1的正相输入端串接电阻R4后接于9V电池负极，集成运放块IC1的4脚接于9V电池负极，集成运放块IC1的2脚与6脚之间串接有电阻R5，集成运放块IC1的6脚接于三极管VT2基极，集成运放块IC1的7脚接于开关K1一端，开关K1另一端接于9V电池正极，三极管VT2发射极接于三极管VT3基极，三极管VT3发射极接于9V电池负极，三极管VT2、VT3二者的集电极接于电阻R6一端，电阻R6另一端串接发光二极管Fg1后接于开关K1一端，且音乐集成块IC2和压电陶瓷片与发光二极管Fg1并联；上述集成运放块IC1型号为LS741。

所述电阻R3为10KΩ，电阻R5为100KΩ。

本仪器的有益效果是：

1、采用感应方式从输电线缆上取出电压信号来进行断线故障检测，而不需剥开电缆绝缘层，再用电笔或万用表接触检测。具有取样、检测方便快速的特点。

2、本仪器线路设计简单、制作成本低。

3、实用性强，可结合现有电笔、万用表等快速检出故障相线以及断点位置。

当正常段有电时，则有感应而发出声光信号；当断线后，无火线即无感应，故不再发声光信号。本检测仪正是据按声光信号由启动到停止而找到线路断点。

本仪器的特点和优点将在后续具体使用方法中加以进一步描述。

附图说明

图1是电源线与电动机的刀闸连接示意图。

图2是电源线与电动机的空气开关连接示意图。

图3是本仪器的电路图。

图4是对应于图1的单相查找故障示意图。

图5是对应于图2的电缆断点故障查找示意图。

图6是电磁场分布示意图。

图7是带零线电磁场限制示意图。

具体实施方式

电路设计

根据故障查找要求，我们设计了检测仪实用电路，请见图1。

在图3中，我们选用的是输入电阻大，灵敏度高的MOS式结构的场效应管VT1作为采样器，VT1的漏极D和源极S分别接上电阻R1和R2，衬底B（即B极）接电容C1，都是为了确定工作点，增强稳定性，并在栅极信号到来时，产生近10倍的放大作用。栅极G引出，作为信号探头，将其靠近输电线，在交变电场中，可以得到感应，即采集到电信号；反之，若没能采集到电信号，则说明电力传输中断。在测试中进行两三次比较，便可确定出故障点。这就是本测试检测仪采样原理。

图2的中部以LS741型集成运放电路IC1为中心，构成电压放大器，这是因为感应到的信号很弱，无法推动后面报警电路，所以做此设计。为提高输入信号量，故将电阻R3取为10KΩ，反馈电阻R5取为100KΩ，故放大倍数：A=R5/R3=100÷10=10； 场效应管和运放放大总倍数为：10х10 =100；可见，前后电路将信号提升了100倍左右，故对于场效应管栅极感应到仅毫伏级的信号，也会放大到数百毫伏，足以推动后续电路工作。

经过IC1的翻转，从6脚输出高电平，便推动复合功放电路VT2和VT3导通。VT2和VT3导通导通后，经串联电阻R6分压，当上端得到3V电压时，使发光管Fg1被点亮，音乐集成块IC2导电，（或采用压电陶瓷片HTD）发出报警声音，表示该处有交变电信号，由此，可沿线继续往后查，至到声光信号消失，则说明该处断线。

因本仪器是手持式移动工作，不宜采用交流电，所以，我们设计了干电池工作方式，如图1中右侧Ec，Ec是9V方块电池，既保证集成块等工作电压所需，又便于更换。

图中二极管D1反向相接，是因为BG1探头线采集到的是交变信号，而交变信号的正半波是复合管工作所需要的，不能削减，由此D1反向相接，正好阻挡正半波通过；在负半波，反向二极管D1导通，将负半波信号引向电源负极，这样，被采集到的电信号和工作电路中的电源恰好形成公共地，使之达到融为一体的效果，故可正常稳定的工作。

使用方法

本专利针对的是三相动力电源，当发生断线故障后，如何迅速查明断点在哪一段，哪一点的确切位置，以利迅速排出；但测试又需有正确的方法，第一确定故障相线，第二测试断点，其中又分别有各自方法。

3.1 故障相线检查法

3.1.1 试电笔法  

首先用试电笔在电源侧的压线螺丝上进行点击A、B、C各相，都能发光，则表示电源侧正常；然后转到电机侧点击压线螺丝，发光者为正常，反之有问题。

3.1.2 万用表法  

仍首先在电源侧测试线间电压，若都为380V，表示电源侧输入正常；再转到电机侧测试线间电压，同样为380V的表示两线正常，再将两线分别转到与第三线配合测试，其反应不论是0伏还是其它数据（如几十伏），都可验证第三线有问题。

3.2故障断点测试法

在确定相线以后，我们将利用研制的检测器进一步寻找造成缺相的断点。根据测量和分析得知，测试方法并非想象的那么简单，比如：

3.2.1单相通电法  

经相序检查，例如确定是B相断线，那么是否只需在B相加接火线电源，就能查找到断点呢？因为理论上，接通电源后，断点前应该有感应电，断点后却应失电，从而确认故障点。

但实际并非如此，当我们如图4所示，手持检测器沿线行走，来回走遍全线，若干次，检测器中声光信号均不消失，故没能找到断线点。

3.2.2  双线加电法  

同样已确定是B相断线，单独B相加压不行，那么改用A-B两相或C-B两相加压测试呢？理论也是在断点前有感应电，断点后就应该失电，从而找到断点，然而，也是非也！同样走遍全线若干次，检测器声光信号都不消失，故仍没能找到断点。

这是为什么呢？其实质检测效果与理论完全不相符合呢？

疑问待我们做完试验后，再来综合分析解答。

3.2.3  单相测试法  

在上述利用单线或双线加接火线，都不能测试到断点，为此，我们寻求新的方法，如图4，在有零线的地方，取单一火线，此即为有问题的B相，对零线，转为220V单相测试。我们同样如图4所示，手持检测器沿线行走，尚未走完线路，检测器中声光信号便停止，再来回两三次，在同一地方发生同样结果，由此，便判定声光消失处为断线点。

3.2.4  工频源测试法  

由于三相电动机独立工作，加上现场应用设计不周，故，有的地方可能没有配套安装零线，便不能就近做单相转换连接。对此，可采用工频振荡器等，提供220V交流电源，进行3.2.3所述相同的测试，一样能够查找到故障线路中的断点。   

3.3  故障断点修复法

在测试到断点处后，请见图4，我们便有的放矢的剥开该输电线外皮，果然，如解剖线内部所示，断点显露出来。

找到了断点，毫无疑问，我们便可进行连接修复。修复好后，需重新包装好外部绝缘层，同时重新恢复所有连线，在确保安全无误下，再进行合闸，接通380V动力电源，所带电动机照额定值运转，恢复正常工作。

在现场，有可能在查找和排解掉某个断线点后，故障仍未消除，则说明有两个以上断点，对此，我们只需要重复上述检查方法和步骤，亦能找出更多的故障点。直至排解完毕，恢复工作。

上述方法是以图4刀闸连接法为重点介绍的，对于空气开关、电缆线传输的图5仍然实用，并方法、步骤基本一致。最后如图5解剖线中所示，同样找到断点。

本专利仪器和方法还可延伸到220V等更多电压等级的负载线断点查找，故，实用范围宽阔，有很好的推广前景。

火线不能测试断点的原因分析

最后，我们要揭示为什么单一火线或双条火线接入故障线路时，却测不到断点的原因。

经分析与测试得知，纯火线，电磁场因无金属阻挡，如图6所示，其遮挡是有一定距离的大地，并电磁场呈椭圆形，所以电磁场分布宽，也就电磁场强度大，故可以覆盖、甚至接通断点，由此，便产生声光信号遮不断的情况。

而有零线相配置，如图6，金属遮断距离压近，可以遮断火线电磁场，所以线路断开点可起断电作用，故能够使检测仪感应不到电场，从而终止发出声光信号，我们也由此找到断线点。

综上所述，我们便找到了纯火线测不到断点，而带有零线的单相电源则能测试出断点的答案。

Claims (2)

1.一种动力电源线路故障检测仪，其特征是，场效应管VT1栅极G上连接有一金属探头，二极管D1负极接于场效应管VT1栅极G，二极管D1正极接于9V电池EC负极，场效应管VT1源极S串接电阻R2后接于9V电池EC负极，场效应管VT1的B级串接电容C1后接于9V电池EC负极，场效应管VT1漏极D串接电阻R1后接于集成运放块IC1的7脚，场效应管VT1漏极D接于电解电容C2正极，电解电容C2负极串接电阻R3后接于集成运放块IC1反相输入端，集成运放块IC1的正相输入端串接电阻R4后接于9V电池负极，集成运放块IC1的4脚接于9V电池负极，集成运放块IC1的2脚与6脚之间串接有电阻R5，集成运放块IC1的6脚接于三极管VT2基极，集成运放块IC1的7脚接于开关K1一端，开关K1另一端接于9V电池正极，三极管VT2发射极接于三极管VT3基极，三极管VT3发射极接于9V电池负极，三极管VT2、VT3二者的集电极接于电阻R6一端，电阻R6另一端串接发光二极管Fg1后接于开关K1一端，且音乐集成块IC2或压电陶瓷片与发光二极管Fg1并联；上述集成运放块IC1型号为LS741。

2.根据权利要求1所述的动力电源线路故障检测仪，其特征是，所述电阻R3为10KΩ，电阻R5为100KΩ。

Images