CN108918768A - 电缆大分子气体检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电缆大分子气体检测系统，包括气体采样模块及数据处理模块；气体采样模块包括抽气泵、气罐、特征气体传感器、采样气管及电磁阀，所述气罐具有气体输入端和气体排出端，所述采样气管一端设置于被测电缆的电缆沟内，另一端经抽气泵连接所述气罐的气体输入端；所述电磁阀的受控端连接数据处理模块的控制信号输出端，操作端打开或关闭采样气管与气罐气体输入端的连接通路；特征气体传感器设置于所述气罐内，特征气体传感器的传感信号输出端连接数据处理模块的传感信号输入端。本发明现场检测时将采样气管探入电缆沟内对气体采样，采样得到的气体在抽气泵的作用下进入气罐，在气罐内进行特征气体的传感检测，减小环境因素的扰动。

Description

电缆大分子气体检测系统

技术领域

本发明涉及电力设备绝缘检测技术及其应用领域，具体涉及电缆主绝缘在高温下大分子挥发性气体的检测技术。

背景技术

以聚氯乙烯(PVC)为例，其电缆是变电站二次设备中用量最广泛的电缆，具有安装空间狭小、走线回路与支路多、多组走线共槽等问题。由于二次电缆的绝缘状态长期不被重视，在使用过程中随着电缆绝缘老化，绝缘水平逐步降低，若得不到及时处理，最终将导致相间短路、相对地短路，造成供电中断。目前对低压电缆开路、短路故障的检测多采用传统的低压脉冲法、脉冲电流法和直流闪络法，都属于故障后检测范畴。那么，采用何种手段实现低压二次电缆的绝缘状态检测，达到电缆绝缘早期预警的目的，是目前工业界和学术界面临的共同难题。对配电电缆或输电电缆，还可通过局部放电、电缆测温、红外成像等方法辅助检测。但对于低压二次电缆，则要么由于空间限制、要么由于条件限制，上述手段基本无能为力。

公开号为CN106771857A的中国发明专利公开了一种交联聚乙烯电力电缆绝缘缺陷特征气体检测系统，包括特征气体传感器、蛇形软管、监测主机；特征气体传感器通过蛇形软管与监测主机相连；所述特征气体传感器用于检测电缆绝缘有缺陷时产生的特征气体；所述监测主机包括密封圈接口、主机外壳、特征气体放大电路、采集板卡、处理器；所述密封圈接口安装在主机外壳上；所述特征气体放大电路、采集板卡、处理器设置在主机外壳内；所述蛇形软管通过密封圈接口与特征气体放大电路连接；所述特征气体放大电路通过采集板卡与处理器连接。该系统旨在通过特征气体传感器检测故障电缆产生的特征气体，当检测到特征气体且气体浓度高于预警值时进行报警。

上述专利技术中记载的蛇形软管的作用不清楚，一般认为，软管用于传导气体或液体，并不具备传导电信号的功能，即该蛇形软管并不能将所述特征气体传感器输出的电信号传输给所述气体放大电路。即使勉强认为所述蛇形软管可以传导电信号，上述专利技术也存在以下缺陷：其将特征气体传感器直接置于电缆沟内进行气体检测的方式，存在很多干扰因素；一方面，特征气体传感器输出的电压信号仅为毫伏级，处于电缆沟空间中，易受噪声和电磁干扰的影响；另一方面，电缆沟容易淤积赃物、积水等，使得检测过程中特征气体传感器会因作业环境不佳而无法保证检测的准确性，也容易损坏特征气体传感器或者缩短其使用寿命；再者，气体采样时间不易控制，容易受到干扰。

发明内容

本发明旨在提供一种采样时间可控、检测精度高、安全可靠的电缆大分子气体检测系统。本发明由以下技术方案实现：

一种电缆大分子气体检测系统，包括气体采样模块及数据处理模块；其特征在于，所述气体采样模块包括抽气泵、气罐、特征气体传感器、采样气管及电磁阀，所述气罐具有气体输入端和气体排出端，所述采样气管一端设置于被测电缆的电缆沟内，另一端经抽气泵连接所述气罐的气体输入端；所述电磁阀的受控端连接数据处理模块的控制信号输出端，操作端打开或关闭采样气管与气罐气体输入端的连接通路；特征气体传感器设置于所述气罐内，特征气体传感器的传感信号输出端连接数据处理模块的传感信号输入端。

作为具体的技术方案，所述数据处理模块包括电源、单片机、传感信号处理电路及控制电路；传感信号处理电路的数目与所述检测传感头的数目匹配，传感信号处理电路的输入端连接特征气体传感器的传感信号输出端，传感信号处理电路的输出端连接单片机的输入引脚；控制电路的输入端连接单片机的控制信号输出端，输出端连接所述电磁阀的受控端。

作为具体的技术方案，所述传感信号处理电路包括滤波电路、放大电路及模数转换电路；所述滤波电路的输入端作为所述传感信号输入端，所述滤波电路的输出端连接放大电路的输入端；所述放大电路电路的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端连接单片机的输入引脚。

作为具体的技术方案，所述传感信号处理电路还包括差分电路，该差分电路设置于所述放大电路与模数转换电路之间。

作为具体的技术方案，所述特征气体传感器为复合型气体传感器，包括检测至少两种特征气体的至少两个相应的检测传感头；所述传感信号处理电路的数目与所述检测传感头的数目匹配，各传感信号处理电路的输入端连接相应检测传感头的传感信号输出端，输出端连接单片机的相应输入引脚。

作为具体的技术方案，所述特征气体包括乙烷气体、乙酸乙酯气体、2-苯基-1-丙烯气体、苯乙酮气体和邻苯二甲酸二丁酯气体。

作为具体的技术方案，所述采样气管为至少两根，所述电磁阀及控制电路的数目与采样气管的数目匹配。

作为具体的技术方案，所述数据处理模块还包括人机交互模块，该人机交互模块包括报警单元、显示单元及按键单元，分别与所述单片机连接。

作为具体的技术方案，所述报警单元包括一个五段发光二极管和一个蜂鸣器。

作为具体的技术方案，所述单片机采用STM32F103RBT6型单片机。

本发明的有益效果在于：现场检测时将采样气管探入电缆沟内对气体采样，采样得到的气体在抽气泵的作用下进入气罐，在气罐内进行特征气体的传感检测，减小环境因素的扰动。通过设置多根采样气管并分别由电磁阀控制其与气罐的通断，这种方式可以检测电缆沟的不同的检测点，实现对采样点及采样时间的具体控制。气罐中的特征气体传感器将感应得到的结果以电压信号的形式传输至数据处理模块，数据处理模块通过内置的检测电路检测并判断电缆沟内是否存在特征气体及其浓度。所述数据处理模块通过气体传感器检测到的信号，分析判断后提供检测结果，可以显示气体成分和气体浓度，当检测到的特征气体浓度超过预定报警浓度时，可以通过声、光等方式进行报警；所述数据处理模块还可以通过按键对预定报警浓度进行修改。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电缆大分子气体检测系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的电缆大分子气体检测系统中气体采样模块的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的电缆大分子气体检测系统中数据处理模块的结构示意图。

附图标号说明：气体采样模块1、数据处理模块2、人机交互模块3、采样气管11、电磁阀12、抽气泵13、气罐14、特征气体传感器15、传感信号处理电路21、单片机22、控制电路23、电源24。

具体实施方式

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，本实施例以针对200V低压PVC交直流电缆大分子气体检测为例，结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本实施例提供的电缆大分子气体检测系统包括气体采样模块1、数据处理模块2、人机交互模块3。结合图2所示，气体采样模块1具体包括采样气管11、电磁阀12、抽气泵13、气罐14、特征气体传感器15，其中，采样气管11为四根，电磁阀12为四个。结合图3所示，数据处理模块2包括传感信号处理电路21、单片机22、控制电路23、电源24。

气罐14具有气体输入端和气体排出端，抽气泵12通过管路连接气罐的气体输入端。采样气管11是为直径为4mm的硅胶软管，长度为5m。采样气管11一端设置于被测电缆的电缆沟内，另一端通过抽气泵12连接。四根采样气管11用于采样电缆沟内不同的采样点的气体，每根采样气管11与气罐14气体输入端的连接通路由电磁阀12控制通断，电磁阀12的型号为不锈钢2W(08-50)，结构为先导式。抽气泵12用于将被测电缆所处电缆沟内的气体导入气罐14内，供检测。特征气体传感器15设置于气罐14内，用于检测电缆绝缘高温时产生的气体成分，特征气体传感器15的传感信号输出端连接数据处理模块3的传感信号输入端。特征气体传感器15TGS3048型气体传感器，为复合型气体传感器，包括检测五种特征气体的五个相应的检测传感头；五种特征气体分别为乙烷气体、乙酸乙酯气体、2-苯基-1-丙烯气体、苯乙酮气体和邻苯二甲酸二丁酯气体。检测传感头由加热器和金属氧化物半导体组成，可识别低压交直流PVC电缆高温分解时产生的气体，气体浓度越高，传感器电导率越高，和气体浓度对应的电压输出也越高。

数据处理模块2中的电源24包括一个24V10Ah的锂电池和电源转换芯片，可以将电压转换为其他单元工作需要的3.3V和5V。单片机22采用一款低功耗单片机，该款单片机集实时功能和低功耗运算于一身，具体采用STM32F103RBT6型单片机。控制电路23的输入端连接单片机22的控制信号输出端，输出端连接电磁阀的受控端。控制电路23的数目与采样气管11及电磁阀12的数目相同，用于响应单片机生成的控制指令，从而选择性地将某根或某几根采样气管与气罐14接通。

传感信号处理电路21的输入端连接特征气体传感器的传感信号输出端，传感信号处理电路的输出端连接单片机的输入引脚。传感信号处理电路21用于对特征气体传感器15输出的信号进行滤波放大、A/D转换后转化为单片机22能识别的电压信号，从而实现对低压PVC电缆特征气体浓度、种类的测量。传感信号处理电路21的数目与所述检测传感头的数目匹配，各传感信号处理电路21的输入端连接相应检测传感头的传感信号输出端，输出端连接单片机22的相应输入引脚。具体地，传感信号处理电路21包括滤波电路、放大电路及模数转换电路；滤波电路的输入端作为传感信号输入端，滤波电路的输出端连接放大电路的输入端；放大电路电路的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端连接单片机的输入引脚。为了提高信号抗干扰能力，传感信号处理电路21还包括差分电路，该差分电路设置于放大电路与模数转换电路之间。

人机交互模块3包括报警单元、显示单元及按键单元，分别与单片机22连接。其中，显示模块为液晶显示屏，显示分辨率为800*480，可显示特征气体浓度、气体种类和绝缘故障严重程度等级。表1为电缆绝缘故障严重程度等级评价表，若特征气体传感器检测到乙烷气体浓度对应的电压值超过63mV、乙酸乙酯气体浓度对应的电压值超过59mV、2-苯基-1-丙烯气体浓度对应的电压值超过67mV、苯乙酮气体浓度对应的电压值超过50mV或邻苯二甲酸二丁酯气体浓度对应的电压值超过79mV，则认为其发生绝缘故障，故障等级如表1所示；若仅检测到特征气体而其浓度值未超过预定值，则认为其未发生绝缘故障。

表1绝缘故障严重程度等级评价表

报警单元包括包括一个五段发光二极管和一个压电蜂鸣器，五段发光二级管可以根据绝缘故障严重程度显示不同的颜色，若故障严重程度>1，则蜂鸣器报警。按键单元用于执行人机交互的相关操作或参数的设置等。

上述电缆大分子气体检测系统的工作原理及过程如下：

200V低压PVC交直流电缆线路发生绝缘缺陷时会产生高温，PVC电缆在高温下会产生特征气体，通过检测电缆线路的特征气体可以判断被测点是否有绝缘缺陷。现场检测时将四根采样气管11分别放入低压PVC电缆沟的被测点处，相应电磁阀12的开关决定哪根采样气管中的气体可以进入气罐14内。抽气泵13将气体抽入气罐14内，特征气体传感器15对气体进行检测识别，并将特征气体浓度以电压信号形式传送给数据处理模块2。数据处理模块2对传感信号进行滤波放大、A/D转换后供单片机22分析处理，并在显示单元上显示被测点特征气体种类、浓度信息和故障严重程度等级，报警单元按照被测点故障严重程度等级进行声光报警。通过上述过程，达到快速检测低压PVC电缆绝缘缺陷的目的。

以下给出一个具体检测实例供参考：

将一根10mm²PVC电缆通电流(600A)，使电缆温度从25℃升到85℃，检测到的特征气体浓度和温度如表2所示。

表2气体传感器特性表

与现有技术相比，本发明具有可靠、安全、检测准确率高等优点，且采样点和采样时间具体可控。本实施例中设置多根采样气管的目的是为了提高工作效率，单根气管完成一次测量需要关抽气泵，移动采样气管，重新开抽气泵；多根采样软管不用频繁移动采样气管和开关抽气泵，具体不一定是四根，三根两根也可以，根据现场需求调整。本发明在现场检测时能有效排除测试环境扰动的影响，保证测量的可靠性，且检测效率很高。

以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、无需经过创造性劳动即可等到的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。

Claims (10)

1.一种电缆大分子气体检测系统，包括气体采样模块及数据处理模块；其特征在于，所述气体采样模块包括抽气泵、气罐、特征气体传感器、采样气管及电磁阀，所述气罐具有气体输入端和气体排出端，所述采样气管一端设置于被测电缆的电缆沟内，另一端经抽气泵连接所述气罐的气体输入端；所述电磁阀的受控端连接数据处理模块的控制信号输出端，操作端打开或关闭采样气管与气罐气体输入端的连接通路；特征气体传感器设置于所述气罐内，特征气体传感器的传感信号输出端连接数据处理模块的传感信号输入端。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括电源、单片机、传感信号处理电路及控制电路；传感信号处理电路的数目与所述检测传感头的数目匹配，传感信号处理电路的输入端连接特征气体传感器的传感信号输出端，传感信号处理电路的输出端连接单片机的输入引脚；控制电路的输入端连接单片机的控制信号输出端，输出端连接所述电磁阀的受控端。

3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述传感信号处理电路包括滤波电路、放大电路及模数转换电路；所述滤波电路的输入端作为所述传感信号输入端，所述滤波电路的输出端连接放大电路的输入端；所述放大电路电路的输出端连接模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端连接单片机的输入引脚。

4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述传感信号处理电路还包括差分电路，该差分电路设置于所述放大电路与模数转换电路之间。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的检测系统，其特征在于，所述特征气体传感器为复合型气体传感器，包括检测至少两种特征气体的至少两个相应的检测传感头；所述传感信号处理电路的数目与所述检测传感头的数目匹配，各传感信号处理电路的输入端连接相应检测传感头的传感信号输出端，输出端连接单片机的相应输入引脚。

6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述特征气体包括乙烷气体、乙酸乙酯气体、2-苯基-1-丙烯气体、苯乙酮气体和邻苯二甲酸二丁酯气体。

7.根据权利要求2至4任意一项所述的检测系统，其特征在于，所述采样气管为至少两根，所述电磁阀及控制电路的数目与采样气管的数目匹配。

8.根据权利要求2至4任意一项所述的检测系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括人机交互模块，该人机交互模块包括报警单元、显示单元及按键单元，分别与所述单片机连接。

9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述报警单元包括一个五段发光二极管和一个蜂鸣器。

10.根据权利要求2至4任意一项所述的检测系统，其特征在于，所述单片机采用STM32F103RBT6型单片机。