CN104167138B - 一种电力电缆故障模拟及故障定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力电缆故障模拟及故障定位系统，包括：电缆故障模拟箱、设于电缆故障模拟箱内的电极安装板、三个进线电极和三个出线电极；三个进线电极分别与进线电缆中的三相线芯相连，三个出线电极分别与出线电缆中的三相线芯相连；电缆故障模拟箱内设有用于在进线电极和出线电极之间模拟断线、低阻、高阻和闪络故障的电阻箱，与出线电极相连的出线电缆的末端设有高压电缆终端；高压电缆终端用于连接电缆故障定位检测仪。该电缆故障定位检测仪包括：中央控制单元、用于向被测电缆发射脉冲信号的脉冲发射电路、用于接收来自被测电缆的反射信号的反射接收电路和高速数据采集电路；反射接收电路的输出端与高速数据采集电路的输入端相连。

Description

一种电力电缆故障模拟及故障定位系统

本申请是申请号为：200910309789.8，发明创造名称为《电缆故障模拟及故障定位系统》，申请日为：2009年11月16日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及人员培训用电缆故障模拟设备的技术领域，具体是一种人员培训用电力电缆故障模拟及故障定位系统。

背景技术

电力电缆（以下简称电缆）多埋于地下，一旦发生故障，寻找起来十分困难，往往要花费数小时，甚至几天的时间，不仅浪费了大量的人力、物力，而且会造成大量的电量损失和较坏的社会影响。如何准确、迅速、经济地查寻电缆故障点便成了供电部门日益关注的问题。电缆故障情况及埋设环境比较复杂，变化多，测试人员应熟悉电缆的埋设走向与环境，确切地判断出电缆故障性质，选择合适的仪器与测量方法，按照一定的程序工作，才能顺利地测出电缆故障点。

近年来，电力电缆故障的测试技术有了较大的发展，如出现了故障测距的脉冲时域反射法、路径探测的脉冲磁场法以及利用磁场与声音信号时间差寻找故障点位置的方法等。计算机技术的应用，更使得电缆故障探测技术面貌一新，进入了智能化阶段。

电力电缆故障探测是一项技术性比较强的工作，测试人员应掌握所使用仪器的工作原理并要有一定的工作经验。要做好电缆故障的探测工作，除了购买先进的仪器设备以外，还要做好测试人员的培训工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种人员培训用电力电缆故障模拟及故障定位系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种电力电缆故障模拟及故障定位系统，包括:电缆故障模拟箱、设于电缆故障模拟箱内的电极安装板、以及设于电极安装板上的三个进线电极和三个出线电极；三个进线电极分别与进线电缆中的三相线芯相连，三个出线电极分别与出线电缆中的三相线芯相连；所述电缆故障模拟箱内设有用于在进线电极和出线电极之间模拟断线故障、低阻故障、高阻故障和闪络故障的电阻箱，与所述出线电极相连的出线电缆的末端设有高压电缆终端；高压电缆终端用于连接电缆故障定位检测仪。该电缆故障定位检测仪包括：中央控制单元、与中央控制单元相连的用于向被测电缆发射脉冲信号的脉冲发射电路、用于接收来自所述被测电缆的反射信号的反射接收电路、以及与中央控制单元的数据采集输入端相连的高速数据采集电路；反射接收电路的输出端与高速数据采集电路的输入端相连。

进一步，为方便故障模拟的设定，所述电缆故障模拟箱内设有与各进线电极和各出线电极上的绝缘体相连的用于监测各进线电极和各出线电极的电压状态的监视器。

进一步，为方便采用电阻箱直接在进线电极和出线电极之间设置各类故障并确保操作安全，所述进线电极和出线电极为绝缘圆锥体，其内设有末端穿过电极安装板上的安装孔的电极棒；电极棒的末端用于连接电缆芯线并用绝缘材料包裹，绝缘圆锥体的底部延伸入所述电极安装板上的安装孔，电极棒的前端延伸出绝缘圆锥体的顶部，电极棒的前端连接有螺栓。

进一步，所述脉冲发射电路包括：与中央控制单元的预置和启动信号输出端相连的定时器、与定时器的输出端相连的放大电路、与放大电路的输出端相连的脉冲变压器、与脉冲变压器相耦合的耦合变压器、以及内部阻抗平衡电路；脉冲变压器的第一次级线圈、耦合变压器的第一初级线圈和内部阻抗平衡电路构成回路；脉冲变压器的第二次级线圈、耦合变压器的第二初级线圈和被测电缆构成回路；耦合变压器的次级线圈与反射接收电路相连。

所述绝缘材料连接有接地线。

本发明的积极效果：（1）本发明将三个进线电极和三个出线电极设于电缆故障模拟箱内，通过电阻箱对进线电极和进线电极之间、进线电极和出线电极之间的阻值变化，以及相线与地的连接变化，模拟各类电缆故障，然后采用电缆故障检测仪进行检测，从而满足人员培训的要求。（2）监视器用于电压状态的监视，以方便调试。（3）电缆故障检测仪采用脉冲信号发射与接收的方法检测电缆故障类型，并实现故障测距或定位，结构简单、使用方便。（4）本发明具有以下特点：1).智能化程度高。能自动判断故障点是否放电，计算并显示故障距离；有波形存储、比较、放大及操作提示等功能；并可根据不同的电缆绝缘介质整定波速度；提供两个可移动光标，可测量波形上任意两点之间的距离。2).采用线性电流耦合器测量流过地线的脉冲电流信号，与传统的闪测仪利用电阻电容分压器测量脉冲电压信号的方法相比，接线简单、方便；把仪器与高压回路从电气上隔离开来，安全性特别好。3）.采用可充电电池供电，体积小、重量轻、携带方便。避免了传统的闪测仪中存在的因与高压回路共用交流电源造成的干扰问题，保证了仪器在强电磁干扰环境下，在高压回路的球间隙击穿或故障点放电时可靠地工作。4）.采用大屏幕点阵式液晶显示器，显示出的波形及故障距离等信息稳定清晰，可调节对比度，并具有背光功能，以在不同的外部光线条件下，获得最佳显示效果。5）.测量精度高，在被测电缆长度小于1000m时绝对误差小于±1m；在电缆长度大于1000m时，相对误差小于0.5％。6）.测量盲区小，能测定出电缆出头10m处的故障。7）.配有微型打印机接口，可以方便地打印出屏幕显示的波形、数据等信息，便于保存资料。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为实施例中的一种电力电缆故障模拟及故障定位系统的主视图；

图2为图1的侧视图；

图3为实施例中的一种电力电缆故障模拟及故障定位系统底部的结构示意图；

图4为实施例中的一种电力电缆故障模拟及故障定位系统内的电极安装板、进线电极和出线电极的装配结构示意图；

图5为实施例中的出线电缆和高压电缆终端的结构示意图；

图6为实施例中的进线电极和出线电极的结构示意图；

图7为图6的B-B剖面视图；

图8为实施例中的电缆故障定位检测仪的电路框图；

图9为图8中的脉冲发射电路的电路框图。

具体实施方式

见图1-9，本实施例的一种电力电缆故障模拟及故障定位系统包括：设于混凝土基础2上的电缆故障模拟箱1、设于电缆故障模拟箱1内的电极安装板5、以及设于电极安装板5上的三个进线电极6和三个出线电极7；三个进线电极6分别与进线电缆8中的三相线芯相连，三个出线电极7分别与出线电缆9中的三相线芯相连。所述钢筋混凝土基础2与电缆故障模拟箱1之间通过地脚和膨胀螺栓固定相连。所述电缆故障模拟箱1底部两侧设有穿线管3，电缆故障模拟箱1底部中央具有开孔4，电缆故障模拟箱1的前端面上设有双开门14。

所述进线电缆8和出线电缆9的绝缘体外屏蔽接地。电缆故障模拟箱1内设有用于在进线电极6和出线电极7之间模拟断线故障、低阻故障、高阻故障和闪络故障的电阻箱10。

所述电缆故障模拟箱1内设有与各进线电极6和各出线电极7上的绝缘体相连的用于监测各进线电极6和各出线电极7的电压状态的监视器11。

与所述出线电极7相连的出线电缆13的末端设有高压电缆终端12。

在电力电缆故障模拟及故障定位系统内设置好某一故障后，通过连接在高压电缆终端12上的电缆故障检测定位仪进行故障检测，使用方便安全，实战性好。

所述进线电极6和出线电极7为绝缘圆锥体，其内设有末端穿过电极安装板5上的安装孔的电极棒b；电极棒b的末端用于连接电缆芯线d并用绝缘材料e包裹。所述绝缘圆锥体的底部延伸入所述电极安装板5上的安装孔。所述电极棒b的前端延伸出绝缘圆锥体a的顶部，电极棒b的前端连接有螺栓c。绝缘材料e连接有接地线。

电缆故障定位检测仪包括：中央控制单元30、与中央控制单元30相连的用于向被测电缆发射脉冲信号的脉冲发射电路31、用于接收来自所述被测电缆的反射信号的反射接收电路32、以及与中央控制单元30的数据采集输入端相连的高速数据采集电路33；反射接收电路32的输出端与高速数据采集电路33的输入端相连。

所述中央控制单元30还连接有打印机34、LCD35和键盘36。

所述脉冲发射电路31包括：与中央控制单元30的预置和启动信号输出端相连的定时器21、与定时器21的输出端相连的放大电路22、与放大电路22的输出端相连的脉冲变压器T1、与脉冲变压器T1相耦合的耦合变压器T2、以及内部阻抗平衡电路23；脉冲变压器T1的第一次级线圈L3、耦合变压器T2的第一初级线圈L5和内部阻抗平衡电路23构成回路；脉冲变压器T1的第二次级线圈L2、耦合变压器T2的第二初级线圈L4和被测电缆构成回路；耦合变压器T2的次级线圈L6与反射接收电路32相连。

所述电缆故障定位检测仪具有低压脉冲反射和脉冲电流两种工作方式。低压脉冲反射工作方式用于检测电缆的低电阻与断线故障，以及测量各种电缆的长度或波速度。脉冲电流工作方式用于电缆的高阻与闪络型故障测距。

中央控制单元30的作用是：接收按键输入指令，执行相应的操作；从高速数据采集电路33取出记录的脉冲反射波形或故障点放电的脉冲电流数据进行处理；把操作提示、判断结果与故障距离等信息，送到LCD35上显示；对整个系统自检、监控。

LCD35是波形、运算结果或操作信息的输出口。

打印机34用于将液晶LCD35上的信息打印出来。

脉冲发射电路31用于产生一个预定宽度的30V矩形脉冲，并通过耦合变压器T2发送到电缆上去。定时器21为一可预置数的减法计数器。按要中央控制单元30向定时器预先置一个数，脉冲发射电路31接收到中央控制单元30发出启动发射的命令后，输出一个5V的电平，此时定时器21在时钟信号控制下进行减法计数，即每来一个时钟脉冲，定时计数器减1，经过几个脉冲后，计数器减到0，定时器21输出一个0V的电平，这样就形成了具有一定宽度的5V矩形脉冲。根据测量范围的不同改变预置的数值，定时器就输出不同宽度的脉冲。

定时器21输出的5V的矩形脉冲，经过放大电路22放大为30V的电压脉冲，施加到脉冲变压器T1的初级线圈L1上去，在脉冲变压器T1的所述线圈L2、L3上产生大小相同极性相反的电压脉冲，分别加到被测线路和内部阻抗平衡电路23，如内部平衡电路阻抗与被测电路波阻抗相近，则在发射脉冲的作用下，在耦合变压器T2的所述线圈L4、L5上产生一个大小相近，极性相反的电流信号，L6收到的信号极弱，达到了压缩发射脉冲的目的。而当被测电缆上反射脉冲到来时，在所述线圈L3与L5上产生的电压大小相等，方向相反，回路电压代数和为0，内部平衡电路不起作用，反射脉冲电压通过耦合变压器T2的第二初级线圈L4全部变换到所述次级线圈L6上，加到信号接收电路上。

反射接收电路32用于接收并放大来自耦合变压器的次级线圈L6上的信号，放大增益可调整。在脉冲电流工作方式下，来自线性电流耦合器的脉冲电流信号通过耦合变压器T2的L4全部变换到所述次级线圈L6上；加到反射接收电路32。

高速数据采集电路33按照一定的频率对模拟信号进行取点抽样并将抽取的幅值转换成数字量存贮，记录脉冲反射或脉冲电流波形。如果要实现1m的测距分辨率，要求波形抽样的时间分辨率约为10ns，对应的数据采集频率达100MHz。一般中央控制单元30的时钟频率只不过是十几兆赫兹，很难直接控制信号的A/D（模拟量/数字量）转换与存贮。本装置设计了独特的超高速100MHz数据采集电路，它不用中央控制单元30的干涉，自动完成脉冲反射波形的抽样、转换并暂存在一数据缓冲区内。在一次波形记录完成后，中央控制单元30通过接口电路取出数据缓冲区内的脉冲反射或脉冲电流波形的数据，进行处理。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。

Claims (1)

1.一种电力电缆故障模拟及故障定位系统，其特征在于包括：电缆故障模拟箱（1）、设于电缆故障模拟箱（1）内的电极安装板（5）、以及设于电极安装板（5）上的三个进线电极（6）和三个出线电极（7）；三个进线电极（6）分别与进线电缆（8）中的三相线芯相连，三个出线电极（7）分别与出线电缆中的三相线芯相连；所述电缆故障模拟箱（1）内设有用于在进线电极（6）和出线电极（7）之间模拟断线故障、低阻故障、高阻故障和闪络故障的电阻箱（10），与所述出线电极（7）相连的出线电缆的末端设有高压电缆终端（12）；高压电缆终端（12）用于连接电缆故障定位检测仪；

该电缆故障定位检测仪包括：中央控制单元（30）、与中央控制单元（30）相连的用于向被测电缆发射脉冲信号的脉冲发射电路（31）、用于接收来自所述被测电缆的反射信号的反射接收电路（32）、以及与中央控制单元（30）的数据采集输入端相连的高速数据采集电路（33）；反射接收电路（32）的输出端与高速数据采集电路（33）的输入端相连；

所述电缆故障模拟箱（1）内设有与各进线电极（6）和各出线电极（7）上的绝缘体相连的用于监测各进线电极（6）和各出线电极（7）的电压状态的监视器（11）；

所述进线电极（6）和出线电极（7）为绝缘圆锥体（a），其内设有末端穿过电极安装板（5）上的安装孔的电极棒（b）；电极棒（b）的末端用于连接电缆芯线（d）并用绝缘材料（e）包裹，绝缘圆锥体的底部延伸入所述电极安装板（5）上的安装孔，电极棒（b）的前端延伸出绝缘圆锥体（a）的顶部，电极棒（b）的前端连接有螺栓（c）；

所述脉冲发射电路（31）包括：与中央控制单元（30）的预置和启动信号输出端相连的定时器（21）、与定时器（21）的输出端相连的放大电路（22）、与放大电路（22）的输出端相连的脉冲变压器（T1）、与脉冲变压器（T1）相耦合的耦合变压器（T2）、以及内部阻抗平衡电路（23）；脉冲变压器（T1）的第一次级线圈（L3）、耦合变压器（T2）的第一初级线圈（L5）和内部阻抗平衡电路（23）构成回路；脉冲变压器（T1）的第二次级线圈（L2）、耦合变压器（T2）的第二初级线圈（L4）和被测电缆构成回路；耦合变压器（T2）的次级线圈（L6）与反射接收电路（32）相连；

所述绝缘材料（e）连接有接地线。