CN111579851B - 一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统和方法，该系统包括：具有敏感轴的磁场传感元件、固定模块、磁屏蔽模块、信号传输模块、信号调理模块、信号接收模块及电源模块；本发明利用安培环路定理检测方向固定的磁场信号，在不改变电力电缆结构及运行状态条件下，实现带电测试，测试方法简单直观；本发明具有敏感轴的磁场传感元件具有高精度、宽范围的磁场检测能力，结合磁屏蔽模块对外界磁场干扰的屏蔽，使检测数据准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及电缆设计技术领域，更具体地说，涉及一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统和方法。
背景技术
我国电力电缆绝缘制造的工艺水平已达到世界先进水平，随着具有缓冲层结构的高压波纹铝护套高压电力电缆的广泛应用，故障次数呈现上升趋势，其中因缓冲层烧蚀而引起的绝缘击穿故障较为典型的故障之一，故障涉及不同厂家，在全国范围内均有发生。根据对北京、上海、江苏、湖南等地的十余起本体击穿故障及缺陷的分析，发现故障现象基本一致。电缆缓冲层放电烧蚀引发的绝缘击穿故障是除外力破坏之外的唯一因素，这严重影响了高压电缆的运行可靠性。故障原因主要是波纹铝护套与电缆缆身的结构存在一定间隙，引起电缆缆身与波纹铝护套仅存在局部接触，在运行电压下绝缘屏蔽层、缓冲层在两接触点之间产生感应电压，并通过接触区域形成电流，烧蚀电缆缓冲层并损伤绝缘屏蔽层、缓冲层和波纹铝护套。目前，电缆运维检修单位尚未提出有效评估方法对在运电缆的缓冲层烧蚀状态进行评估，导致管理单位无法采取措施防止缺陷蔓延和扩散，因此亟需拓展新型检测系统与评估方法，进而有效评估缓冲层烧蚀缺陷，避免引发电缆故障。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统和方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统，包括：
具有敏感轴的磁场传感元件、固定模块、磁屏蔽模块、信号传输模块、信号调理模块、信号接收模块及电源模块；其中，多个磁场传感元件固定于固定模块，磁屏蔽模块包覆于固定模块外部，以将多个磁场传感元件和固定模块包覆；磁场传感元件用于在电缆损坏时检测电缆损坏时工作时产生的磁场信号，通过信号传输模块传送到信号调理模块进行放大、滤波及模数转换，并发送至信号接收模块进行结果显示读数；电源模块连接磁场传感元件及信号传输模块、信号调理模块、信号接收模块以进行供电。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统中，固定模块及磁屏蔽模块设置为圆弧型，用于将电缆套置于圆弧型内。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统中，磁场传感元件的数量设置为2个，固定设置于固定模块的圆弧型向外延伸的两端，磁场传感元件连线经过固定模块圆弧的圆心。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统中，磁场传感元件设置敏感轴，在使用状态下，敏感轴平行于电缆本体设置。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统中，信号传输模块通过无线通信的方式连接信号调理模块，无线通信的方式为组网方式是蓝牙或zigbee的无线自组网。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测方法，采用如前述技术方案所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统进行检测，包括步骤：
设置磁场传感元件的敏感轴平行于电缆本体，利用磁场传感元件感应磁信号；
磁场传感元件检测到磁信号后，通过信号传输模块将磁信号传送到信号调理模块进行放大、滤波及模数转换，并发送至信号接收模块进行结果显示；
若信号接收模块显示数据，判定电缆损坏。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测方法中，磁场传感元件选用巨磁电阻传感器；当电流变化时，磁场随之变化，巨磁电阻传感器的电阻也发生变化，将电阻的变化输出为电压信号；由于巨磁电阻传感器电阻和磁场之间具有线性变化规律，输出的电压正比于被测电流，从而实现电流信号的测量功能。
实施本发明的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统，包括：具有敏感轴的磁场传感元件、固定模块、磁屏蔽模块、信号传输模块、信号调理模块、信号接收模块及电源模块；本发明利用安培环路定理检测方向固定的磁场信号，在不改变电力电缆结构及运行状态条件下，实现带电测试，测试方法简单直观；本发明具有敏感轴的磁场传感元件具有高精度、宽范围的磁场检测能力，结合磁屏蔽模块对外界磁场干扰的屏蔽，使检测数据准确可靠。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统的逻辑结构示意图。
图2是本发明提供的一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统的连接结构示意图。
图3是本发明提供的一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测方法的流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供了一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统，包括：具有敏感轴的磁场传感元件1、固定模块2、磁屏蔽模块3、信号传输模块4、信号调理模块5、信号接收模块6及电源模块7；其中，多个磁场传感元件1均匀地固定于固定模块2，磁屏蔽模块3包覆于固定模块2外部，以将多个磁场传感元件1和固定模块2包覆；将包覆多个磁场传感元件1和固定模块2的磁屏蔽模块3放置于靠近电缆8的位置，磁场传感元件1在电缆工作时产生的检测信号，通过信号传输模块4传送到信号调理模块5进行放大、滤波及模数转换，并发送至信号接收模块6进行显示读数；电源模块7连接磁场传感元件1及信号传输模块4、信号调理模块5、信号接收模块6以进行供电。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统中，固定模块2及磁屏蔽模块3设置为圆弧型，用于将电缆8套置于圆弧型内。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统中，磁场传感元件1的数量设置为2个，固定设置于固定模块2的圆弧型向外延伸的两端，如图2所示，固定模块2和磁屏蔽模块3设置为圆弧型，磁屏蔽模块3为中空管状，固定模块2套置于磁屏蔽模块3的内部，中空管状两端开口，固定模块2两端从管体两端伸出，两个磁场传感元件1分别设置于固定模块2的圆弧装两端，两个磁场传感元件1连线经过固定模块2圆弧的圆心。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统中，磁场传感元件1设置敏感轴，且敏感轴平行于电缆本体。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统中，信号传输模块4通过无线通信的方式连接信号调理模块5，无线通信的方式为组网方式是蓝牙或zigbee的无线自组网。
电缆内部的波纹铝护套与电缆缆身的结构存在一定间隙，引起电缆绝缘层与波纹铝护套脱离，在一定脱离长度的两端存在局部接触，电缆在运行电压下其绝缘层流过电容电流，电容电流在波纹铝护套、绝缘屏蔽层及两个局部接触区形成环形通路，根据安培环路定理，环形电流产生的磁场方向与电流符合右手螺旋定则。该磁场方向固定，且与通在电缆导体的电流产生的环形磁场方向垂直，因此可以利用具有敏感轴的磁场传感元件进行检测。检测方法是使磁场传感元件敏感轴方向与环形电流方向正交，环形电流产生的磁场方向与敏感轴方向平行。
本发明所述的具有敏感轴的磁场传感元件1磁场检测范围为10-9T～104T。典型地，可选用巨磁电阻传感器。当电流变化时，磁场随之变化，巨磁电阻传感器的电阻也发生变化，将电阻的变化输出为一个电压信号。由于巨磁电阻传感器电阻和磁场之间具有线性变化规律，输出的电压正比于被测电流，从而实现电流信号的测量功能。
此外，如图3所示，本发明还提供了一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测方法，采用如前述技术方案所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统进行检测，包括步骤：
S110：设置磁场传感元件的敏感轴平行于电缆本体，利用磁场传感元件感应磁信号。
S120：磁场传感元件检测到磁信号后，通过信号传输模块将磁信号传送到信号调理模块进行放大、滤波及模数转换，并发送至信号接收模块进行显示读数。
S130：若信号接收模块显示数据，电缆绝缘层与波纹铝护套脱离，判定电缆损坏。若信号接收模块显示数据，则说明磁场感应元件检测到磁信号，说明电缆内部局部接触区形成环形电流通路。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测方法中，设置磁场传感元件敏感轴方向与环形电流方向正交，环形电流产生的磁场方向与敏感轴方向平行。
在本发明所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统中，磁场传感元件选用巨磁电阻传感器；当电流变化时，磁场随之变化，巨磁电阻传感器的电阻也发生变化，将电阻的变化输出为电压信号；由于巨磁电阻传感器电阻和磁场之间具有线性变化规律，输出的电压正比于被测电流，从而实现电流信号的测量功能。
实施本发明的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统，包括：具有敏感轴的磁场传感元件、固定模块、磁屏蔽模块、信号传输模块、信号调理模块、信号接收模块及电源模块；本发明利用安培环路定理检测方向固定的磁场信号，在不改变电力电缆结构及运行状态条件下，实现带电测试，测试方法简单直观，检测数据准确可靠；本发明具有敏感轴的磁场传感元件具有高精度、宽范围的磁场检测能力，结合磁屏蔽模块对外界磁场干扰的屏蔽，使检测数据准确可靠。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统，其特征在于，包括：具有敏感轴的磁场传感元件、固定模块、磁屏蔽模块、信号传输模块、信号调理模块、信号接收模块及电源模块；其中，多个磁场传感元件固定于固定模块，磁屏蔽模块包覆于固定模块外部，以将多个磁场传感元件和固定模块包覆；磁场传感元件用于检测电缆工作时产生的磁场信号，通过信号传输模块传送到信号调理模块进行放大、滤波及模数转换，并发送至信号接收模块进行结果显示；电源模块连接磁场传感元件及信号传输模块、信号调理模块、信号接收模块以进行供电；
电缆内部的波纹铝护套与电缆缆身的结构存在一定间隙，引起电缆绝缘层与波纹铝护套脱离，在一定脱离长度的两端存在局部接触，电缆在运行电压下其绝缘层流过电容电流，电容电流在波纹铝护套、绝缘屏蔽层及两个局部接触区形成环形通路，使磁场传感元件敏感轴方向与环形电流方向正交，环形电流产生的磁场方向与敏感轴方向平行；磁场传感元件设置敏感轴，在使用状态下，敏感轴平行于电缆本体设置。
2.根据权利要求1所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统，其特征在于，固定模块及磁屏蔽模块设置为圆弧型，用于将电缆套置于圆弧型内。
3.根据权利要求2所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统，其特征在于，磁场传感元件的数量设置为2个，固定设置于固定模块的圆弧型向外延伸的两端，磁场传感元件连线经过固定模块圆弧的圆心。
4.根据权利要求1所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统，其特征在于，信号传输模块通过无线通信的方式连接信号调理模块，无线通信的方式为组网方式是蓝牙或zigbee的无线自组网。
5.一种基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测方法，通过如权利要求1-4中任意一项所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测系统进行检测，其特征在于，包括步骤：
设置磁场传感元件的敏感轴平行于电缆本体，利用磁场传感元件感应磁信号；
磁场传感元件检测到磁信号后，通过信号传输模块将磁信号传送到信号调理模块进行放大、滤波及模数转换，并发送至信号接收模块进行结果显示；
若信号接收模块显示数据，判定电缆损坏。
6.根据权利要求5所述的基于磁场效应的缓冲层烧蚀电流带电检测方法，其特征在于，磁场传感元件选用巨磁电阻传感器；当电流变化时，磁场随之变化，巨磁电阻传感器的电阻也发生变化，将电阻的变化输出为电压信号；由于巨磁电阻传感器电阻和磁场之间具有线性变化规律，输出的电压正比于被测电流，从而实现电流信号的测量功能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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