CN111381135B - 一种电缆外护套绝缘老化检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本公开揭示了一种电缆外护套绝缘老化检测装置，包括：信号检测模块、信号处理和存储模块，其中，所述信号检测模块包括激光器、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、光纤和光谱仪；所述激光器与所述第一聚焦透镜、第二聚焦透镜位于同一光路；所述第一聚焦透镜的焦点位于待测电缆外护套表面；所述第二聚焦透镜的焦点位于所述光纤的输入端；所述光纤的输出端连接至所述光谱仪的输入端；所述信号处理和存储模块包括模数转换器、处理单元和存储单元。本公开通过在待测电缆外护套表面产生等离子体获得待测电缆外护套表面的可溶性盐含量，并通过比较可溶性盐含量与可溶性性盐含量和电缆老化程度之间的对应关系对电缆检测，能够提高检测精度。
Description
技术领域
本公开属于电力设备技术领域，具体涉及一种电缆外护套绝缘老化检测装置及检测方法。
背景技术
随着国民经济的高速发展，社会对电力的需求越来越大，电力电缆在发、配、供电中发挥着越来越重要的作用。电缆外护套位于电缆最外层，主要起到保护和绝缘作用，是保护电缆的第一道防线，其完好与否严重影响电缆的使用寿命。
在我国东南沿海地区以及东海、南海等海洋环境下，电缆常年处于湿热、高温、震动甚至充满盐雾的恶劣环境，其电气绝缘性能受到严重的影响，容易老化断裂，导体外露，极易造成短路起火，损坏电气设备。目前，针对电缆外护套绝缘老化的检测方法主要包括：直流冲击法、跨步电压法以及音频定位法。以上方法能够实现对电缆外护套绝缘老化的测量，但也存在很多不足：直流冲击法一般不适用于已投入使用的电缆；跨步电压法容易对电缆外护套绝缘产生损伤，其检测和修复都需要花费大量的人工及时间；音频定位法无法直观判断故障点位置，需要靠人工去判断，并且容易受到金属管道干扰。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种电缆外护套绝缘老化检测装置，通过检测可溶性盐对电缆外护套绝缘材料的腐蚀程度来实现对电缆外护套绝缘老化的检测。
为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
一种电缆外护套绝缘老化检测装置，包括：
信号检测模块，用于在待测电缆外护套表面激发等离子体并对所接收的等离子光谱信号进行检测，以获得待测电缆外护套的元素特征谱线；
信号处理和存储模块，用于根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量，并根据可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间的对应关系对待测电缆外护套绝缘老化进行判断；
其中，
所述信号检测模块包括激光器、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、光纤和光谱仪；
所述激光器与所述第一聚焦透镜、第二聚焦透镜位于同一光路；
所述第一聚焦透镜的焦点位于待测电缆外护套表面；
所述第二聚焦透镜的焦点位于所述光纤的输入端；
所述光纤的输出端连接至所述光谱仪的输入端。
优选的，所述信号处理和存储模块包括模数转换器、处理单元和存储单元；
所述模数转换器的输入端与所述光谱仪的第一输出端相连，所述模数转换器的输出端与所述处理单元的第一输入端相连；
所述存储单元的输入端与所述光谱仪的第二输出端相连，所述存储单元的输出端与所述处理单元的第二输入端相连，用于存储可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间对应关系的历史数据；
所述处理单元的输出端与所述激光器相连，用于接收所述元素特征谱线并根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量。
优选的，所述处理单元包括如下任一：数字信号处理器、专用集成电路ASIC和现场可编程门阵列FPGA。
优选的，所述存储单元包括如下任一：只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器和电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
优选的，所述装置还包括电源和显示器，所述电源和显示器分别连接至所述信号处理和存储模块。
优选的，所述模数转换器、存储单元与所述光谱仪通过电缆连接。
本公开还提供一种电缆外护套绝缘老化检测方法，包括如下步骤：
S100：激光器激发激光脉冲经第一聚焦透镜聚焦在待测电缆外护套表面激发等离子，并形成等离子体光谱信号；
S200：第二聚焦透镜将所述等离子体光谱信号进行二次聚焦并通过光纤输送至光谱仪；
S300：所述光谱仪对所接收的等离子体光谱信号检测获得待测电缆外护套的元素特征谱线；
S400：信号处理和存储单元根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量，并根据可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间的对应关系对待测电缆外护套绝缘老化进行判断。
优选的，步骤S400中，根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量通过如下表达式：
其中，Iki表示元素特征谱线强度，h表示普朗克常数，e表示自然常数，vki表示谱线频率，N表示激发粒子数，gk表示k能级统计权重，Aki表示原子从k能级到i能级跃迁概率，Us(T)表示温度T下元素的配分函数，Ek表示k能级电位能，k表示波尔兹曼常数，T表示烧灼样品的温度，C表示可溶性盐含量，a表示常数，b表示自吸收效应系数。
优选的，步骤S400中，所述可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间的对应关系包括：
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
1、通过在待测电缆外护套表面产生等离子体获得待测电缆外护套表面的可溶性盐含量，并通过比较可溶性盐含量与可溶性性盐含量和电缆老化程度之间的对应关系对电缆检测，能够提高检测精度；
2、能够对一条电缆进行多点测量从而完成对整体的检测，提高了检测效率以及降低了检测成本；
3、不需要人工干涉，节省检测时间，提高检测效能。
附图说明
图1是本公开一个实施例提供一种电缆外护套绝缘老化检测装置的结构示意图；
图2是本公开另一个实施例提供的一种电缆外护套绝缘老化检测方法流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图1至附图2详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。
一个实施例中，本公开提供一种电缆外护套绝缘老化检测装置，包括：
信号检测模块2，用于在待测电缆外护套1表面激发等离子体并对所接收的等离子光谱信号进行检测，以获得待测电缆外护套1的元素特征谱线；
信号处理和存储模块3，用于根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量，并根据可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间的对应关系对待测电缆外护套绝缘老化进行判断；
其中，
所述信号检测模块包括激光器4、第一聚焦透镜5、第二聚焦透镜6、光纤7和光谱仪8；
所述激光器4与所述第一聚焦透镜5、第二聚焦透镜6位于同一光路；
所述第一聚焦透镜5的焦点位于待测电缆外护套表面；
所述第二聚焦透镜6的焦点位于所述光纤7的输入端；
所述光纤7的输出端连接至所述光谱仪8的输入端。
本实施例中，处理单元9发出开启信号到所述激光器4，使得激光器4产生脉冲激光，脉冲激光通过第一聚焦透镜5聚焦在待测电缆外护套1表面产生等离子体并形成等离子体光谱信号，等离子体光谱信号通过第二聚焦透镜6聚焦并通过光纤7传输到光谱仪8，光谱仪8对该等离子体光谱信号检测获得待测电缆外护套的元素特征谱线，处理单元9发出关闭信号对激光器4进行关闭，并从光谱仪8提取待测电缆外护套的元素特征谱线，并根据该元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量，根据该可溶性盐含量与预先存储于存储单元10的可溶性盐含量与电缆老化程度之间对应关系的历史数据进行比对，从而能够对待测电缆外护套的老化程度进行判断。本实施例通过在待测电缆外护套表面激发等离子体获得待测电缆外护套表面的可溶性盐含量数据，并通过将计算所得可溶性盐含量与历史数据进行比对实现电缆外护套绝缘老化检测，相比现有检测方法，能够大幅度提高检测精度；此外，激光器产生的脉冲信号可在电缆的任意一点激发等离子体，通过多点测量对电缆实施全面检测，而且能够对故障点进行直观判断，提高了检测效率，降低了检测成本；本实施例能够全自动实施检测，不需要人工干涉，节省了检测时间，提高了检测效能。
示例性的，如图1所示，激光器与第一聚焦透镜、第二聚焦透镜依次排列，激光器发射的激光由第一聚焦透镜聚焦在电缆表面产生等离子体，等离子体由第二聚焦透镜聚焦并经光纤输入光谱仪，上述实施方式仅是示例性的，目的在于说明本实施例的工作原理，因此，其他能够实现与本实施例相同技术效果，解决技术问题的装置均属于本公开的保护范围。
另一个实施例中，所述信号处理和存储模块包括模数转换器11、处理单元9和存储单元10；
所述模数转换器11的输入端与所述光谱仪8的第一输出端相连，所述模数转换器11的输出端与所述处理单元9的第一输入端相连；
所述存储单元10的输入端与所述光谱仪8的第二输出端相连，所述存储单元10的输出端与所述处理单元9的第二输入端相连，用于存储可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间对应关系的历史数据；
所述处理单元9的输出端与所述激光器4相连，用于接收所述元素特征谱线并根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量。
另一个实施例中，所述处理单元9包括如下任一：数字信号处理器、专用集成电路ASIC和现场可编程门阵列FPGA。
本实施例中，当光谱仪8接收等离子体形成等离子体光谱信号后，处理单元9从光谱仪8中提取该等离子体光谱信号并进行检测，通过数字信号处理器、专用集成电路ASIC和现场可编程门阵列FPGA中的任何一种均可以对该等离子体光谱信号进行检测并获得待测电缆外护套的元素特征谱线，并根据该元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量。
另一个实施例中，所述存储单元10包括如下任一：只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器和电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
本实施例中，可选用只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器和电子可擦除可编程只读存储器EEPROM对可溶性盐含量与电缆老化程度对应关系的历史数据进行预先存储，当处理单元9计算获得待测电缆外护套的可溶性盐含量数据后，通过将该历史数据与计算所得的待测电缆外护套的可溶性盐含量进行比对，就能够对待测电缆外护套的老化程度作出判断，进而为后续处理提供相应的依据。
另一个实施例中，所述装置还包括电源12和显示器13，所述电源12和显示器13分别连接至所述信号处理和存储模块3。
另一个实施例中，所述模数转换器、存储单元与所述光谱仪通过电缆连接。
该实施例中，模数转换器、存储单元与光谱仪除了通过电缆相连外，还可以通过无线方式进行连接，例如通过2G、3G、4G、5G等移动通信相连，还可以通过蓝牙、ZigBee和Wi-Fi等无线局域网相连，但鉴于无线方式可能会导致的数据不稳定性，本实施例优选采用电缆连接的方式。
另一个实施例中，如图2所示，本公开还提供一种电缆外护套绝缘老化检测方法，包括如下步骤：
S100：激光器激发激光脉冲经第一聚焦透镜聚焦在待测电缆外护套表面激发等离子，并形成等离子体光谱信号；
S200：第二聚焦透镜将所述等离子体光谱信号进行二次聚焦并通过光纤输送至光谱仪；
S300：所述光谱仪对所接收的等离子体光谱信号检测获得待测电缆外护套的元素特征谱线；
S400：信号处理和存储单元根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量，并根据可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间的对应关系对待测电缆外护套绝缘老化进行判断。
该步骤中，根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量通过如下表达式：
其中，Iki表示元素特征谱线强度，h表示普朗克常数，e表示自然常数，vki表示谱线频率，N表示激发粒子数，gk表示k能级统计权重，Aki表示原子从k能级到i能级跃迁概率，Us(T)表示温度T下元素的配分函数，Ek表示k能级电位能，k表示波尔兹曼常数，T表示烧灼样品的温度，C表示可溶性盐含量，a表示常数，b表示自吸收效应系数。
需要了解的是，本实施例根据多次检测实验可获得可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间的对应关系，具体如表1所示：
表1
本实施例通过比较可溶性盐含量与可溶性性盐含量和电缆外护套绝缘老化之间的对应关系对电缆外护套绝缘老化进行检测，能够提高检测精度；另外，还能够对电缆外护套进行多点检测，提高检测效率，降低人工成本。
尽管以上结合附图对本公开的实施方案进行了描述，但本公开并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本公开权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本公开保护之列。
Claims (9)
1.一种电缆外护套绝缘老化检测装置，包括：
信号检测模块，用于在待测电缆外护套表面激发等离子体并对所接收的等离子光谱信号进行检测，以获得待测电缆外护套的元素特征谱线；
信号处理和存储模块，用于根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量，并根据可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间的对应关系对待测电缆外护套绝缘老化进行判断；
其中，
所述信号检测模块包括激光器、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、光纤和光谱仪；
所述激光器与所述第一聚焦透镜、第二聚焦透镜位于同一光路；
所述第一聚焦透镜的焦点位于待测电缆外护套表面；
所述第二聚焦透镜的焦点位于所述光纤的输入端；
所述光纤的输出端连接至所述光谱仪的输入端。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号处理和存储模块包括模数转换器、处理单元和存储单元；
所述模数转换器的输入端与所述光谱仪的第一输出端相连，所述模数转换器的输出端与所述处理单元的第一输入端相连；
所述存储单元的输入端与所述光谱仪的第二输出端相连，所述存储单元的输出端与所述处理单元的第二输入端相连，用于存储可溶性盐含量与电缆外护套老化程度之间对应关系的历史数据；
所述处理单元的输出端与所述激光器相连，用于接收所述元素特征谱线并根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述处理单元包括如下任一：数字信号处理器、专用集成电路ASIC和现场可编程门阵列FPGA。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述存储单元包括如下任一：只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器和电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括电源和显示器，所述电源和显示器分别连接至所述信号处理和存储模块。
6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述模数转换器、存储单元与所述光谱仪通过电缆连接。
7.一种采用权利要求1所述装置的检测方法，包括如下步骤：
S100：激光器激发激光脉冲经第一聚焦透镜聚焦在待测电缆外护套表面激发等离子，并形成等离子体光谱信号；
S200：第二聚焦透镜将所述等离子体光谱信号进行二次聚焦并通过光纤输送至光谱仪；
S300：所述光谱仪对所接收的等离子体光谱信号检测获得待测电缆外护套的元素特征谱线；
S400：信号处理和存储单元根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量，并根据可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间的对应关系对待测电缆外护套绝缘老化进行判断。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤S400中，根据所述元素特征谱线计算待测电缆外护套的可溶性盐含量通过如下表达式：
其中，Iki表示元素特征谱线强度，h表示普朗克常数，e表示自然常数，Vki表示谱线频率，N表示激发粒子数，gk表示k能级统计权重，Aki表示原子从k能级到i能级跃迁概率，Us(T)表示温度T下元素的配分函数，Ek表示k能级电位能，k表示波尔兹曼常数，T表示烧灼样品的温度，C表示可溶性盐含量，a表示常数，b表示自吸收效应系数。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤S400中，所述可溶性盐含量与电缆外护套绝缘老化之间的对应关系包括：
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