CN111766193B - 一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置，包括行波发射模块、用于接入被测电缆的双线平衡模块、行波耦合模块、行波采样存储模块、行波处理模块、控制模块和人机界面，行波发射模块、双线平衡模块、行波耦合模块、行波采样存储模块、行波处理模块和人机界面依次顺序连接，所述行波发射模块和行波采样存储模块均与所述控制模块连接。本发明还提供一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测方法。本发明可以对电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷点进行精确地定位，解决电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测的问题。

Description

一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及电力电缆缺陷检测技术领域，更具体地，涉及一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置及其方法。

背景技术

电力电缆金属屏蔽层主要有两个作用：一是确保电缆的安全性，电缆在运行过程中如遇故障电流可通过接地的金属屏蔽层将电流导向大地，从而保护电缆线芯不受其影响；二是屏蔽电场，改善电场分布。电力电缆金属屏蔽层因被盗等原因缺失，已经有相应的手段进行在线或离线监测，而因电力电缆在敷设环境中自然条件下的锈蚀，目前还没有有效的检测手段。电力电缆金属屏蔽层锈蚀会逐渐让金属屏蔽层阻抗变大，使金属屏蔽层逐渐失去应有的作用，增加了电力电缆产生局部放电、击穿甚至失火的风险。

电力电缆金属屏蔽层锈蚀仅会引起金属屏蔽层锈蚀点阻抗的微小变化，采用行波反射方法时，行波在金属屏蔽层锈蚀处由于阻抗不匹配而产生的反射不明显，而且随着电缆长度的增加，在信号发射端检测到因金属屏蔽层锈蚀而产生的行波反射难度增大。通常的解决办法是增加发射行波的幅值和宽度，通过提高发射行波的幅值，增大行波在锈蚀点的反射幅值。因行波检测由同一套信号采集装置采集，发射行波幅值增大时，为清晰获取发射行波的波头，需要加大信号采集装置的量程，增大信号采集装置的量程必然损失对小信号的分辨率。因此常规的用于电力电缆的行波反射装置难以满足电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷的检测和定位。中国专利公开号CN107037310A，公开日期为2017年8月11日，该专利公开了可进行断点检测的电缆及其检测系统和检测方法，在发生短路故障时，大电流将内金属屏蔽层升温，高温使得细导线绝缘层被熔化，导体和内金属屏蔽层接触实现连通，实现对故障点的快速测量，但是该专利并不能检测到金属屏蔽层的锈蚀情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的行波反射装置并不能对金属屏蔽层的锈蚀缺陷进行检测和定位的缺点，提供一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置。本发明能够有效地发现并识别行波因电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷阻抗变化而产生的微弱行波反射信号，可以精确地对电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷点进行精确的定位，解决电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测的问题。

本发明还提供一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置，其中，包括行波发射模块、用于接入被测电缆的双线平衡模块、行波耦合模块、行波采样存储模块、行波处理模块、控制模块和人机界面，所述行波发射模块、双线平衡模块、行波耦合模块、行波采样存储模块、行波处理模块和人机界面依次顺序连接，所述行波发射模块、人机界面和行波采样存储模块均与所述控制模块连接。本技术方案中，行波发射模块发射出行波通过双线平衡模块接入被测电缆，被测电缆反射回来的行波通过双线平衡模块和行波耦合模块进入行波采样存储模块，行波处理模块对行波采样存储模块储存的信号进行分析，根据行波特征确定被测电缆的长度、中间接头的位置以及锈蚀缺陷的锈蚀程度和位置，人机界面完成检测前被测电缆的基本信息输入、采样率的输入以及行波检测结果显示，控制模块控制行波发射模块发出行波，还能控制行波采样存储模块进行数据采样。双线平衡模块放大了金属屏蔽层锈蚀部位点因阻抗不匹配而产生的波形反射，便于后面的行波处理模块进行处理，得到被测电缆的长度、中间接头的位置以及锈蚀缺陷的锈蚀程度和位置。

进一步的，所述行波发射模块发送行波的电压幅值大于等于50V，发送的高频行波信号的最小脉冲宽度小于等于10纳秒，行波方向为正/负。

进一步的，所述双线平衡模块上设有用于接入被测电缆的线芯连接器。

进一步的，所述双线平衡模块包括一个平衡电路、第一耦合电容C1和第二耦合电容C2，所述平衡电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一阻抗Z1和第二阻抗Z2，所述第一二极管D1的负极与所述第二二极管D2的负极连接形成第一接点a，所述第一二极管D1的正极与所述第一阻抗Z1一端连接，所述第一阻抗Z1的另一端与所述行波耦合模块的一端连接，所述行波耦合模块的另一端与所述第二阻抗Z2的一端连接，所述第二阻抗Z2的另一端与所述第二二极管D2的正极连接形成第二接点b，所述第一耦合电容C1的一端接入所述第一接点a，所述第一耦合电容C1的另一端与所述行波发射模块连接，所述第二耦合电容C2的一端接入第二接入点b，所述第二耦合电容C2的另一端通过所述线芯连接器接入所述被测电缆。本技术的方案中，行波发射模块通过第一耦合电容C1接入平衡电路，平衡电路对发射行波的脉冲幅值进行平衡调节，再从第二耦合电容C2耦合发射到被测电缆中，从被测电缆反射的行波经过第二阻抗Z2以及行波耦合模块进入行波采样存储模块，由于反射行波信号不会进入第一阻抗Z1，因而平衡电路对反射的行波信号不起作用。

进一步的，所述行波耦合模块采用的是耦合变压器T1，所述耦合变压器T1的一侧连接在所述第一阻抗Z1和第二阻抗Z2之间，所述耦合变压器T1的另一侧与所述行波采样存储模块连接。

进一步的，所述控制模块采用的是EPLD控制模块，所述EPLD控制模块发送Control信号给所述行波发射模块，所述EPLD控制模块发送Trigger信号给所述行波采样存储模块。EPLD控制模块发送Control信号给行波发射模块，主要控制将要发射行波脉冲的脉宽；在发送Control信号之前，EPLD控制模块给行波采样存储模块发射一个Trigger信号，以触发行波采样存储模块开始采样。

进一步的，所述行波采样存储模块的采样率大于等于100MS/s。

一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测方法，包括以下步骤：

S1.设备接线，将电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置的双线平衡模块通过线芯连接器与被测电缆的线芯连接；并屏蔽被测电缆的金属屏蔽层；

S2.基本信息设定，在电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置的人机界面中设定被测电缆的基本信息和行波采样存储模块的预设采集记录深度和预设采样率；

S3.控制模块根据步骤S2输入的基本信息、采集记录深度和预设采样率设定行波发射模块发射初始行波的幅值和宽度，并发出发送Trigger信号触发行波采样存储模块开始工作。

S4.行波发射模块向被测电缆中发射一个预设幅值和宽度的行波信号，控制模块根据终端反射波形和中间接头反射波形调整行波发射模块发射行波的幅值，行波耦合检测模块对经过双线平衡模块的发射行波和电缆上反射的行波进行耦合检测；

S5.行波采样存储模块对步骤S4中耦合进来的行波信号数字化采集，存储在临时存储器中，达到预设的采集深度后停止采集；

S6.行波处理模块开始对采集到的行波信号进行处理，识别发射行波和电缆全长反射波，并在这两个行波之间寻找异常的反射波形，并根据时间差计算出异常反射波形距离测试端的距离，分析结果显示在人机界面上。

进一步的，所述步骤S1中，被测电缆需要先脱落电网，放电并接地。

进一步的，所述步骤S2中行波采样存储模块的基本信息是采集记录深度和采样率。

进一步的，所述步骤S2中，被测电缆的基本信息是指被测电缆的行波速度和长度范围。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过双线平衡模块对能够有效地发现并识别行波因电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷阻抗变化而产生的微弱行波反射信号，通过行波处理模块计算发射行波和反射行波的时间差，可以精确地对电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷点进行精确的定位，解决电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测的问题。

附图说明

图1为本发明一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置的整体结构示意图。

图2为本发明一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置中双线平衡模块的电路示意图。

图3为本发明一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置中行波发射模块的电路示意图。

图4为第二实施例一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测方法的流程示意图。

图5为第三实施例一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测方法的行波检测结果示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

第一实施例

如图1至图3所示为本发明一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置的第一实施。一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置，包括行波发射模块、双线平衡模块、行波耦合模块、行波采样存储模块、行波处理模块、控制模块和人机界面，行波发射模块、双线平衡模块、行波耦合模块、行波采样存储模块、行波处理模块和人机界面依次顺序连接，控制模块对行波发射模块、人机界面和行波采样存储模块进行控制。

本实施例中，行波发射模块发送行波的电压幅值为50V，发送的高频行波信号的最小脉冲宽度为10纳秒即10ns，行波方向为负，行波发射模块通过控制模块控制发射行波，发射出的行波通过双线平衡模块进入被测电缆，被测电缆中反射出的行波再由双线平衡模块进入行波采样存储模块，行波处理模块对发射的行波进行处理得到被测电缆的长度、中间接头的位置以及锈蚀缺陷的锈蚀程度和位置，人机界面能够显示行波处理模块的处理结果。

本实施例中，控制模块采用的是EPLD控制模块，EPLD控制模块发送Control信号给行波发射模块，主要控制将要发射行波脉冲的脉宽，且在发送Control信号之前，EPLD控制模块给行波采样存储模块发射一个Trigger信号，以触发行波采样存储模块开始采样。

其中，双线平衡模块包括一个平衡电路、第一耦合电容C1和第二耦合电容C2，平衡电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一阻抗Z1和第二阻抗Z2，第一二极管D1的负极与第二二极管D2的负极连接形成第一接点a，第一二极管D1的正极与第一阻抗Z1一端连接，第一阻抗Z1的另一端与行波耦合模块的一端连接，行波耦合模块的另一端与第二阻抗Z2的一端连接，第二阻抗Z2的另一端与第二二极管D2的正极连接形成第二接点b，第一耦合电容C1的一端接入第一接点a，第一耦合电容C1的另一端与行波发射模块连接，第二耦合电容C2的一端接入第二接入点b，第二耦合电容C2的另一端通过线芯连接器接入被测电缆。

另外，行波耦合模块采用的是耦合变压器T1，耦合变压器T1的一侧连接在第一阻抗Z1和第二阻抗Z2之间，耦合变压器T1的另一侧与行波采样存储模块连接。本实施例中，行波发射模块产生的行波脉冲信号经过第一耦合电容C1进入有第一二极管D1、第二二极管D2、第一阻抗Z1以及第二阻抗Z2构成平衡电路，通过耦合变压器T1进入行波采样存储模块的发射脉冲信号为发射脉冲经过第一阻抗Z1和经过第二阻抗Z2的差值，因此调节第一阻抗Z1和第一阻抗Z2的增益，可以实现对发射脉冲幅值的平衡调节；发射脉冲经过第二耦合电容C2发射到被测电缆中，从被测缆中反射的脉冲经过第二阻抗Z2以及耦合变压器T1进入行波采样存储模块块，因为第二二极管的D2的存在，反射行波信号不会进入第一阻抗Z1，因而平衡电路对反射的行波信号不起作用。

其中，行波发射模块如图3所示，包括VDD、第一电阻R1、第二电阻R2、三极管Q1、第一电容C3、第三电阻R3和滤波保护电路。VCC为EPLD控制模块的工作电压，VDD为发射行波脉冲的电压，由于发射脉冲的幅值不能太大，所以需要通过驱动三极管Q1发送行波脉冲；当EPLD控制模块没有发送控制信号时，三极管Q1截止，VDD通过第二电阻R2，第三电阻R3形成的回路给第一容C3进行充电；当EPLD控制模块发送控制信号后，三极管Q1导通，第一电容C3通过三极管与GND形成回路，通过滤波保护电路之后，在OUTPUT产生负向脉冲，再进入双线平衡模块。使得行波处理模块能够有效地发现并识别行波因电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷阻抗变化而产生的微弱行波反射信号。

本实施例中，行波采样存储模块的采样率为200MS//s。

本实施例的工作原理如下文所示：在EPLD控制模块的控制下，行波发射模块发射出行波脉冲信号进入双线平衡模块的平衡电路中平衡调节后，再进入被测电缆和行波采样存储模块，被测电缆反射的行波信号从双线平衡模块通过行波耦合模块进入行波采样存储模块，行波处理模块根据行波采样存储模块中信息进行处理，确定被测电缆的长度、中间接头的位置以及锈蚀缺陷的锈蚀程度和位置。

第二实施例

如图4所示为一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测方法的实施例，包括以下步骤：

S1.设备接线，将电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置的双线平衡模块通过线芯连接器与被测电缆的线芯连接；并屏蔽被测电缆的金属屏蔽层；

S2.基本信息设定，在电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置的人机界面中设定被测电缆的基本信息和行波采样存储模块的预设采集记录深度和预设采样率；

S3.控制模块根据步骤S2输入的基本信息、采集记录深度和预设采样率设定行波发射模块发射初始行波的幅值和宽度，并发出发送Trigger信号触发行波采样存储模块开始工作。

S4.行波发射模块向被测电缆中发射一个预设幅值和宽度的行波信号，控制模块根据终端反射波形和中间接头反射波形调整行波发射模块发射行波的幅值，行波耦合检测模块对经过双线平衡模块的发射行波和电缆上反射的行波进行耦合检测；

S5.行波采样存储模块对步骤S4中耦合进来的行波信号数字化采集，存储在临时存储器中，达到预设的采集深度后停止采集；

S6.行波处理模块开始对采集到的行波信号进行处理，识别发射行波和电缆全长反射波，并在这两个行波之间寻找异常的反射波形，并根据时间差计算出异常反射波形距离测试端的距离，分析结果显示在人机界面上。

其中，步骤S1中，被测电缆需要脱离电网，并可靠放电并接地，将检测装置的线芯连接器同被测电缆的线芯连接好，屏蔽连接器同被测电缆的金属屏蔽连接好，连接过程要确保连接可靠；步骤S2中，需要在人机界面根据被测电缆的基本信息，设定被测电缆的行波速度和长度范围等被测电缆基本信息，EPLD控制模块根据所填的电缆基本信息、采集记录深度和采样率自动预设发射行波的幅值和宽度。

第三实施例

本实施例与第二实施例相似，如图5所示，为经过双线平衡电路的行波原始波形和平衡后的波形比对图。图5上部波形为原始波形，由行波发射模块发射行波A幅值约为100，被测电缆全长终端反射波形C的幅值约为20，而电力电缆金属屏蔽层锈蚀点因阻抗不匹配而产生的波形反射B的幅值约为5，因发射行波A的幅值过大，而金属屏蔽点反射的波形幅值仅为发射行波幅值的二十分之一，因此比较难以分辨。图5下部为经过双线平衡电路的行波示意图，由图中所知，经过双线平衡电路后，发射行波A的幅值降为20，而行波的形状和位置没有变化，金属屏蔽锈蚀处阻抗不平衡反射的行波B的幅值保持5不变，电缆全长反射波形C的幅值由20变为10。由此可见经过双线平衡电路后，金属屏蔽锈蚀处的波形幅值处理为发射波形的四分之一，大大提高缺陷点的识别灵敏度，解决了微小行波识别的关键技术问题。

显然，本发明的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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置，其特征在于：包括行波发射模块、用于接入被测电缆的双线平衡模块、行波耦合模块、行波采样存储模块、行波处理模块、控制模块和人机界面，所述行波发射模块、双线平衡模块、行波耦合模块、行波采样存储模块、行波处理模块和人机界面依次顺序连接，所述行波发射模块、人机界面和行波采样存储模块均与所述控制模块连接；

所述双线平衡模块上设有用于接入被测电缆的线芯连接器；

所述双线平衡模块包括一个平衡电路、第一耦合电容C1和第二耦合电容C2，所述平衡电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一阻抗Z1和第二阻抗Z2，所述第一二极管D1的负极与所述第二二极管D2的负极连接形成第一接点a，所述第一二极管D1的正极与所述第一阻抗Z1一端连接，所述第一阻抗Z1的另一端与所述行波耦合模块的一端连接，所述行波耦合模块的另一端与所述第二阻抗Z2的一端连接，所述第二阻抗Z2的另一端与所述第二二极管D2的正极连接形成第二接点b，所述第一耦合电容C1的一端接入所述第一接点a，所述第一耦合电容C1的另一端与所述行波发射模块连接，所述第二耦合电容C2的一端接入第二接入点b，所述第二耦合电容C2的另一端通过所述线芯连接器接入所述被测电缆；

所述行波耦合模块采用的是耦合变压器T1，所述耦合变压器T1的一侧连接在所述第一阻抗Z1和第二阻抗Z2之间，所述耦合变压器T1的另一侧与所述行波采样存储模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置，其特征在于：所述行波发射模块发送行波的电压幅值大于等于50V，发送的高频行波信号的最小脉冲宽度小于等于10纳秒，行波方向为正/负。

3.根据权利要求1所述的一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置，其特征在于：所述控制模块采用的是EPLD控制模块，所述EPLD控制模块发送Control信号给所述行波发射模块，所述EPLD控制模块发送Trigger信号给所述行波采样存储模块。

4.根据权利要求3所述的一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置，其特征在于：所述行波采样存储模块的采样率大于等于100MS/s。

5.一种基于权利要求1至4任一所述的电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置的电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.设备接线，将电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置的双线平衡模块通过线芯连接器与被测电缆的线芯连接；并屏蔽被测电缆的金属屏蔽层；

S2.基本信息设定，在电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置的人机界面中设定被测电缆的基本信息和行波采样存储模块的预设采集记录深度和预设采样率；

S3.控制模块根据步骤S2输入的基本信息、采集记录深度和预设采样率设定行波发射模块发射初始行波的幅值和宽度，并发出发送Trigger信号触发行波采样存储模块开始工作；

S4.行波发射模块向被测电缆中发射一个预设幅值和宽度的行波信号，控制模块根据终端反射波形和中间接头反射波形调整行波发射模块发射行波的幅值，行波耦合检测模块对经过双线平衡模块的发射行波和电缆上反射的行波进行耦合检测；

S5.行波采样存储模块对步骤S4中耦合进来的行波信号数字化采集，存储在临时存储器中，达到预设的采集深度后停止采集；

S6.行波处理模块开始对采集到的行波信号进行处理，识别发射行波和电缆全长反射波，并在这两个行波之间寻找异常的反射波形，并根据时间差计算出异常反射波形距离测试端的距离，分析结果显示在人机界面上。

6.根据权利要求5所述的电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤S1中，被测电缆需要先脱落电网，放电并接地。

7.根据权利要求5所述的电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，被测电缆的基本信息是指被测电缆的行波速度和长度范围。

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