CN105911376B - 主动激励式多频感应电流电缆识别方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于主动激励式多频感应电流的电缆识别方法及装置，其方法包括将电缆铠甲层、接地线和大地形成的回路作为次级线圈，通过激励源产生编码交流信号驱动初级线圈，进而在所述次级线圈中产生特定曲线的感应电压，并在高压电缆铠甲与两端接地线以及大地形成的回路中感应产生相应特性的编码回路电流，同时通过高精度电流互感器采集感应回路电流，获取电缆接地阻抗，实现本条电缆的状态和特性监测；本发明可以通过高压以及特高压电缆上主动激励产生的编码感应电流自主通信完成现场多点组网后，实现电缆全线路识别和循迹。

Description

主动激励式多频感应电流电缆识别方法及装置

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种主动激励式多频感应电流电缆识别方法及装置。

背景技术

电线电缆是用于传输电(磁)能，信息和实现电磁能转换的线材产品。广义的电线电缆亦简称为电缆.狭义的电缆是指绝缘电缆。其中1KV及以下为低压电缆；1KV～10KV为中压电缆；10KV～35KV为高压电缆；35～220KV为特高压电缆；特高压电缆是随着电缆技术的不断发展而出现的一种电力电缆，特高压电缆一般作为大型输电系统中的中枢纽带，属于技术含量较高的一种高压电缆，主要用于远距离的电力传输，高压线缆是电力电缆的一种，是指用于传输10KV-35KV(1KV＝1000V)之间的电力电缆，多应用于电力传输的主干道，高压电缆从内到外的组成部分包括：导体、绝缘、内护层、填充料(铠装)、外绝缘。铠装高压电缆主要用于地埋，可以抵抗地面上高强度的压迫，同时可防止其他外力损坏。如图1所示的高压电缆分层结构，其中的铜带屏蔽与钢带铠装用于漏电防护，在安装过程中需要严格完成接地操作，以保证电缆安全可靠运行，且接地电阻需要尽量小。在长时间运行后因为安装方式或安装工艺等因素个别节点会产生电阻值增大的现象，严重影响电缆的安全运行。

在电缆工程中，如何快速准确的识别出目标电缆非常重要，目前的识别方法需要在电缆识别之前，将目标电缆处于断电状态，这样做的缺点是不仅大大降低了电缆识别的效率，而且需要接触电缆的金属部分，操作复杂，安全性低，并且带来了经济上的损失。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种主动激励式多频感应电流电缆识别方法及装置。

本发明提供的主动激励式多频感应电流电缆识别方法，包括将电缆铠甲层、接地线和大地形成的回路作为次级线圈，通过激励源产生交流信号驱动初级线圈，在所述次级线圈中产生的感应电压，进而在电缆铠甲层、接地线以及大地形成回路中产生感应回路电流，通过检测所述感应回路电流，获取电缆铠甲层回路阻抗。

进一步，对所述回路中的频谱进行扫描，获取无干扰信道并控制激励源产生与所述无干扰信道相对应的频率信号，加载所述频率信号的电压到电缆。

进一步，对电缆的传输数据信息进行编码并通过激励源发送携带有编码信息的频率特征电流，通过对所述频率特征电流进行相应的解码，从而获取电缆的传输数据信息，所述传输数据信息包括电缆身份标识信息和/或数字信号信息。

进一步，设置现场能量采集器，所述现场能量采集器包括开口式能量互感器、电场感应装置、用于跟踪母线电流负荷变化的能量协调模块和用于采集现场参数数据的现场参数采集模块，所述开口式能量互感器和电场感应装置分别与供电电缆连接，用于获取电缆的辐射电能。

进一步，设置用于进行电缆远距离传输数据信息的中继单元和用于为所述中继单元进行独立供电的独立供电单元，所述独立供电单元通过现场母线电流激发的电磁场或母线电压电场自行发电。

本发明还提供了一种主动激励式多频感应电流电缆识别装置，包括激励源、与激励源连接的激励磁芯、用于采集感应回路电流的采集单元和用于根据采集单元的采集电流计算电缆接地阻抗的处理单元；

将电缆铠甲层、接地线和大地形成的回路作为次级线圈，通过激励源加载交流信号使所述次级线圈产生感应电压，并通过电缆铠甲层、接地线以及大地形成回路，产生感应回路电流，所述采集单元将采集的感应回路电流传递至处理单元，通过处理单元获取电缆接地阻抗。

进一步，还包括激励源控制器和用于对电缆中的频谱进行扫描的信道扫描单元，通过信道扫描单元获取无干扰信道，激励源控制器控制激励源产生与所述无干扰信道相对应的频率信号，加载所述频率信号的电压到电缆，同时通过多进制数字频率调制方式进行数据的传输，在过零点时磁性材料内部磁通量复位归零，通过跟踪磁性材料未饱和的频率电流，取其周期过零点与过零点前后磁性材料未饱和时间完成数据传送。

进一步，还包括编码单元和解码单元，所述编码单元用于对电缆的传输数据信息进行编码，通过激励源发送携带有编码信息的频率特征电流，所述解码单元对所述频率特征电流进行相应的解码，获取电缆的传输数据信息，所述传输数据信息包括电缆身份标识信息和/或数字信号信息。

进一步，还包括现场能量采集器，所述现场能量采集器包括开口式能量互感器、电场感应装置、用于跟踪母线电流负荷变化的能量协调模块和用于采集现场参数数据的现场参数采集模块，所述开口式能量互感器和电场感应装置与供电电缆连接，用于获取电能。

进一步，还包括用于进行电缆远距离传输数据信息的中继单元和用于为中继单元进行独立供电的独立供电单元，所述独立供电单元通过现场母线电流激发的电磁场或母线电压电场发电。

本发明的有益效果：本发明可以在电缆在线运行的情况下精确的完成目标电缆的名称以及编号等相关信息的获取。从而非常简单的分辨电缆沟内所有电缆的归属以及相关数据。为电缆的检修以及施工带来非常便捷的识别方法；

本发明可以通过高压电缆传输数据，从而使得电缆沟中的高压电缆在线状态监测系统的低成本部署成为可能；

本发明可以通过高压以及特高压电缆上自主通信完成现场多点组网后完成本条电缆的状态以及特性监测，实现电缆追踪，并通过现场能量采集器可以在现场自行取能，与外部环境分离，可以直接应用于高压及特高压系统中，本发明在安装以及使用过程中无需改动任何电缆状态，且无需接触电缆金属部分，操作简单，安全性高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的原理示意图。

图2是本发明电缆结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明的原理示意图，图2是本发明电缆结构示意图。

如图1、2所示，本实施例中的主动激励式多频感应电流电缆识别方法，包括将电缆铠甲层、接地线和大地形成的回路作为次级线圈，通过激励源产生交流信号驱动初级线圈，在所述次级线圈中产生的感应电压，进而在电缆铠甲层、接地线以及大地形成回路中产生感应回路电流，通过检测所述感应回路电流，获取电缆铠甲层回路阻抗。如图2所示，根据高压电缆的分层结构，其中的铜带屏蔽与钢带铠装用于漏电防护，在安装过程中需要严格完成接地操作，以保证电缆安全可靠运行，且接地电阻需要尽量小。在长时间运行后因为安装方式或安装工艺等因素个别节点会产生电阻值增大的现象，严重影响电缆的安全运行，本实施例采用激励磁芯通过变压器原理，将接地线作为次级线圈(1匝)，在源级加以激励源加载交流信号，那么次级线圈(1匝)上就会感应出相应的电压与能量，感应出的电压(矢量)通过高压电缆铠甲与两端接地线与大地形成回路，从而产生电流，采用电流互感器采集电流量，以激励电压为基准相位0，则采集的电流相对基准有一个相位偏差，则该电流也是矢量，通过I＝U/Z；推算出电缆的接地阻抗，从而间接完成环路电缆阻抗测量。

在本实施例中，对接点电缆中的频谱进行扫描，获取无干扰信道并控制激励源产生与所述无干扰信道相对应的频率信号，加载所述频率信号的电压到电缆，并通过多进制数字频率调制方式进行数据的传输，由于激励磁芯上所加载的为交流信号，因电缆运行时其上有50Hz高压交流电，所以接地电缆上会产生以50Hz交流电流为主的干扰电流，加上ABC三相，其次为150Hz交流电流，加上每相相线上的谐波电流，所以地电缆上的干扰电流相当复杂，本实施例通过连续扫描接地电缆中1Hz至20KHz频谱，寻找无干扰的信道，由激励源生成此信道对应频率信号(激励源可输出1Hz至20KHz任意单点或多点复合频谱)，加载此频率的电压到电缆上，完成无干扰准确的电缆电阻值测试。同时采用多进制数字频率调制(MFSK)方式，同时完成数据的传输：用于接地阻抗测试的频点之间间隔，以及频点数目由用户在使用前通过设置通信策略确定；发射端将相应激励信号加载到激励磁芯，进而加载到电缆上发送到远端；远端接收系统采用与发送端一致且同步的信道跳转方式，准确获取1Hz至20KHz的频谱信息，从而提取有效频点中的有用信息。

在本实施例中，对电缆的传输数据信息进行编码并通过激励源发送携带有编码信息的频率特征电流，通过对所述频率特征电流进行相应的解码，获取电缆的传输数据信息，所述传输数据信息包括电缆身份标识信息和/或数字信号信息。激励磁芯上所加载的为正弦交流电信号,接地线感应出的电压通过高压电缆形成回路，从而产生电流，此电流的频率变化特性与电流大小在近端与远端是相一致的，所以在远端添加电流互感器2则可同时采集到流过被测电缆的电流大小与电流中所包含的频率成分。频率特征电流是一个含有特定的带有特殊意义的电流信号，其电流频率按特定规律交替变化，同时其电流幅值、相位也按设定规律变化，将频率特征电流由激励源加载到电缆上，在远端通过电流互感器2采集电流，通过相应的算法以及预定义的、与发送端同步变化的信号模型，根据接收到的电流波形特征解析出变化电流内所包含的数字信息，从而实现数数据的发送与接收。采用发送装置产生携带特殊信息的电流环路后通过特殊的接收方式完成数据的发送与接收，这种方式与现有技术中的射频，以及现在流行的电压型电力载波通信等通信方式具有明显的不同，并且在安装以及使用过程中无需改动任何电缆状态。且无需接触电缆金属部分。

在本实施例中，由于现场具有母线50Hz几十安培的高压大电流电流通过，使数据接收端的微电流互感器的磁性材料过早饱和，从而无法连续长时间的接收数据，本实施例加入了母线电流同步功能，在母线传输电能的整个过程中，其零序电流要么为零，要么仍为一同频合成非零电流矢量，具有周期过零的特性，在过零点时磁性材料内部磁通量复位归零，在零点附近因母线电流小磁性材料未饱和，通过跟踪该频率特征电流，取其周期过零点与过零点前后一小段时间完成数据传送，从而极大的拓展了主动激励式感应电流数据传送的应用领域，以及适用范围。

在本实施例中，将每根电缆的名称或其他身份识别信息编译到激励源控制器上，当远端收到带有数据的特殊电流后按照事先约定的解码协议解码后，显示出电缆名称，成电缆电子标签的读取。本实施例将数据完成128位软件加密后送入后一级64位的硬件加密器，完成128位软件与64位硬件加密后才将数据加载到电缆线上,最大限度的保证了数据传输的安全性。同时，采用全球唯一标识码(如MAXIM等的安全认证IC)，保证了电缆标签的唯一性，进而解决了多股电缆同时识别时，由于编码的汉明距过小，而产生相互干扰的问题。除电缆电子标签的加载之外，也可传输其它任何数字信号，通过同时加载发送和接收单元，可实现数据中继功能，从而使得设备的数据通信打破了单机距离的限制从而形成电缆网络化拓扑结构。在完成现场中继功能的过程中，通过现场母线电流激发的电磁场或母线电压电场发电的装置。当高压母线中有较大电流(如：20A)的时候，可为所有设备供电；当母线电流较小时，可利用电磁场和电场同时为设备维持待机能量，如数据中继器的正常工作，并为部分传感器提供工作电流。

在本实施例中，设置了现场能量采集器，现场能量采集器包括开口式能量互感器、电场感应装置、用于跟踪母线电流负荷变化的能量协调模块和用于采集现场参数数据的现场参数采集模块，所述开口式能量互感器和电场感应装置与供电电缆连接，用于获取电能。本实施例中的开口式能量互感器和电场感应装置，直接卡夹于供电电缆上，完成电能获取，也可以采用其他的连接方式，通过与开口式能量互感器配套的能量协调模块，跟踪母线电流负荷(包括大小和相位)的变化，通过专用电路以及智能型能量收集算法，最大限度的获取电缆上的不稳定能量，从而维持系统正常运行。优选地，可以通过添加不同的单元模块，则可自主的完成现场相关数据的收集功能，例如现场温湿度，电缆温度，电缆震动，电缆电流等参数。设置用于进行电缆远距离传输数据信息的中继单元和用于为中继单元进行独立供电的独立供电单元，所述独立供电单元通过现场母线电流激发的电磁场或母线电压电场发电，通过独立供电单元可以现场自行取能，可以与外部环境分离而独立运行，直接应用于高压以及特高压系统中。通过配备相应的扩展模块通过高压以及特高压电缆上自主通信完成现场多点组网后完成本条电缆的状态以及特性监测，直接通过GPRS等第三方无线传输链路完成数据上报。

在本实施例中，通过一个大于电缆外径的开口互感器，直接卡于电缆上，就可实现电缆追踪，在远端完成对电缆电子标签的读取，从而实现在线直接读取此电缆中传输的加密数据，通过解密过程直接定位被追踪电缆。优选地，在开口互感器内部集成高能可充电电池,短程高速无线通信模块与高速高分辨率AD转换模块，短程高速无线通信模块将AD转换模块采集到的数据传送到现场终端以完成后期的数据处理以及显示工作。从而大幅度的缩小了互感器的体积便于现场应用。

相应地，本实施例还提供了一种主动激励式多频感应电流电缆识别装置，包括激励源、与激励源连接的激励磁芯、用于采集感应回路电流的采集单元和用于根据采集单元的采集电流计算电缆接地阻抗的处理单元；

将接地线作为次级线圈，通过激励源加载交流信号使所述次级线圈产生感应电压，并通过高压电缆铠甲与两端接地线以及大地形成回路，产生感应回路电流，所述采集单元将采集的感应回路电流传递至处理单元，通过处理单元获取电缆接地阻抗。

还包括激励源控制器和用于接点电缆中的频谱进行扫描的信道扫描单元，通过信道扫描单元获取无干扰信道，激励源控制器控制激励源产生与所述无干扰信道相对应的频率信号，加载所述频率信号的电压到电缆，并通过多进制数字频率调制方式进行数据的传输。

还包括编码单元和解码单元，所述编码单元用于对电缆的传输数据信息进行编码，通过激励源发送携带有编码信息的特征电流，通过所述解码单元对所述特征电流进行相应的解码，获取电缆的传输数据信息，所述传输数据信息包括电缆身份标识信息和/或数字信号信息。

还包括现场能量采集器，所述现场能量采集器包括开口式能量互感器、电场感应装置、用于跟踪母线电流负荷变化的能量协调模块和用于采集现场参数数据的现场参数采集模块，所述开口式能量互感器和电场感应装置与供电电缆连接，用于获取电能。

还包括用于进行电缆远距离传输数据信息的中继单元和用于为中继单元进行独立供电的独立供电单元，所述独立供电单元通过现场母线电流激发的电磁场或母线电压电场发电。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种主动激励式多频感应电流电缆识别方法，其特征在于：包括将电缆铠甲层、接地线和大地形成的回路作为次级线圈，通过激励源产生交流信号驱动初级线圈，在所述次级线圈中产生的感应电压，进而在电缆铠甲层、接地线以及大地形成回路中产生感应回路电流，通过检测所述感应回路电流，获取电缆接地阻抗；

对所述回路中的频谱进行扫描，获取无干扰信道并控制激励源产生与所述无干扰信道相对应的频率信号，加载所述频率信号的电压到电缆；其中，频谱扫描范围为1Hz至20KHz；

对电缆的传输数据信息进行编码并通过激励源发送携带有编码信息的频率特征电流，其中，频率特征电流的幅值、相位以及频率按照设定规则变化；通过对所述频率特征电流进行相应的解码，从而获取电缆的传输数据信息，所述传输数据信息包括电缆身份标识信息和/或数字信号信息；其中，电缆的传输数据信息在加载到电缆之前：先通过128位软件加密后送入64位的硬件加密器中进行硬件加密；

在过零点时磁性材料内部磁通量复位归零，通过跟踪磁性材料未饱和的频率电流，取其周期过零点与过零点前后磁性材料未饱和时间完成数据传送；

设置用于进行电缆远距离传输数据信息的中继单元和用于为所述中继单元进行独立供电的独立供电单元，所述独立供电单元通过现场母线电流激发的电磁场或母线电压电场自行发电。

2.根据权利要求1所述的主动激励式多频感应电流电缆识别方法，其特征在于：设置现场能量采集器，所述现场能量采集器包括开口式能量互感器、电场感应装置、用于跟踪母线电流负荷变化的能量协调模块和用于采集现场参数数据的现场参数采集模块，所述开口式能量互感器和电场感应装置分别与供电电缆连接，用于获取电缆的辐射电能。

3.一种主动激励式多频感应电流电缆识别装置，其特征在于：包括激励源、与激励源连接的激励磁芯、用于采集感应回路电流的采集单元和用于根据采集单元的采集电流计算电缆接地阻抗的处理单元；

将电缆铠甲层、接地线和大地形成的回路作为次级线圈，通过激励源加载交流信号使所述次级线圈产生感应电压，并通过电缆铠甲层、接地线以及大地形成回路，产生感应回路电流，所述采集单元将采集的感应回路电流传递至处理单元，通过处理单元获取电缆接地阻抗；

还包括激励源控制器和用于对电缆中的频谱进行扫描的信道扫描单元，通过信道扫描单元获取无干扰信道，激励源控制器控制激励源产生与所述无干扰信道相对应的频率信号，加载所述频率信号的电压到电缆，同时通过多进制数字频率调制方式进行数据的传输，在过零点时磁性材料内部磁通量复位归零，通过跟踪磁性材料未饱和的频率电流，取其周期过零点与过零点前后磁性材料未饱和时间完成数据传送；

还包括编码单元和解码单元，所述编码单元用于对电缆的传输数据信息进行编码，通过激励源发送携带有编码信息的频率特征电流，所述解码单元对所述频率特征电流进行相应的解码，获取电缆的传输数据信息，所述传输数据信息包括电缆身份标识信息和/或数字信号信息；还包括用于进行电缆远距离传输数据信息的中继单元和用于为中继单元进行独立供电的独立供电单元，所述独立供电单元通过现场母线电流激发的电磁场或母线电压电场发电。

4.根据权利要求3所述的主动激励式多频感应电流电缆识别装置，其特征在于：还包括现场能量采集器，所述现场能量采集器包括开口式能量互感器、电场感应装置、用于跟踪母线电流负荷变化的能量协调模块和用于采集现场参数数据的现场参数采集模块，所述开口式能量互感器和电场感应装置与供电电缆连接，用于获取电能。

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