CN112557820A - 一种隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆定位检测技术领域，且公开了一种隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法，包括测试系统，所述测试系统包括测试系统终端、震荡波测试模块、盲区测试模块、定位光标确定模块、放源点确认模块和测试结果输出模块，所述测试系统终端的输出端与定位光标确定模块的输入端连接。本发明中，在利用震荡波测试模块进行低压电缆故障定点时，将高压线和地线接在坏相与金属屏蔽或铠装之间时，由于二者绝缘电阻呈现低阻金属性连接状态，声音较小，无法利用探头进行侦听定点，通过多次现场实际听侧，确定将放电球隙之间的距离适当加大，同时将高压和接地线改接在发生故障的两相之间，放电声会变大，达到快速确定故障点的效果。
Description
技术领域
本发明涉及电缆定位检测技术领域，尤其涉及一种隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法。
背景技术
阻尼振荡波检测技术是近年来国内外密切关注的一种用于电力电缆现场状态检测及诊断的一种新技术，具有与工频电压等效性好、作用时间短、无损测试、易于携带等优点，随着电力系统的发展和用户对供电可靠性要求的提高，阻尼振荡波技术在电力电缆尤其是配网电力电缆的状态检测领域得到广泛应用。国内针对阻尼振荡波在配网电力电缆上的应用已有相应的电力行业标准。
目前应用于配网电力电缆敷设定位检测重要的考察指标之一为电缆和附件的局放，电缆行业标准详细规定了35kV及以下电压等级的配网电力电缆本体、中间接头以及终端的局放合格标准。现场实际应用表明：应用于配网电力电缆试验的阻尼振荡波设备可有效对被测的配网电力电缆本体和中间接头的局放准确检出和定位；而由于应用于配网电力电缆的阻尼振荡波设备对局放的定位采用行波定位法，电缆测试端终端和远端终端的行波波形一致，因而现有的单端采样的阻尼振荡波设备对于配网电力电缆终端处的局放存在定位盲区，仅可在终端处检出局放，而无法有效的分辨和定位局部放电位于近端(测试端)终端还是远端终端。为此，我们提出一种隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种隧道内电缆敷设的定位检测系统，包括测试系统，所述测试系统包括测试系统终端、震荡波测试模块、盲区测试模块、定位光标确定模块、放源点确认模块和测试结果输出模块，所述测试系统终端的输出端与定位光标确定模块的输入端连接，所述定位光标确定模块的输出端与放源点确认模块的输入端连接，所述放源点确认模块的输出端与测试结果输出模块的输入端连接，所述测试系统的输入端设置有被测试端，所述被测试端的输出端与测试系统的输入端连接，所述震荡波测试模块的输入端以及输出端分别与测试系统终端的输出端以及输入端连接，所述盲区测试模块的输入端以及输出端分别与测试系统终端的输出端以及输入端连接。
作为优选，所述震荡波测试模块包括高压电源模块、产生阻尼振荡波的电路模块以及局部放电分析的数据处理模块，数据处理模块含有局放脉冲分析软件。
作为优选，所述震荡波测试模块主要把电缆作为传输线，利用其上的驻波谐振现象，对电缆的相对电阻值较低的一类故障或断线故障进行测量。
作为优选，所述震荡波测试模块在进行低压电缆故障定点时，将高压线和地线接在坏相与金属屏蔽或铠装之间时，由于二者绝缘电阻呈现低阻金属性连接状态，声音较小，无法利用探头进行侦听定点，通过多次现场实际听侧，确定将放电球隙之间的距离适当加大，同时将高压和接地线改接在发生故障的两相之间，放电声会变大。
作为优选，所述盲区测试模块是利用四臂电桥对电缆芯线的交流电容或实际电阻进行测量，然后对电缆的实际长度准确的测出，根据比例关系，计算得出故障点，分布参数计算高阻故障发，主要是在分布参数线路理论的基础上，通过故障距离方程的推导得出故障的距离。
作为优选，所述盲区测试模块的测试原理为对高阻故障电缆施加高压信号，使故障点出现闪络，故障点高阻故障转变为电弧电阻，通过故障点的电流与电压同相位，然后对线路首段的电流和电压进行采集，最后通过计算确定故障点。
一种隧道内电缆敷设定位检测系统的检测方法，包括以下步骤：
S1：对被测电缆进行局放测试，试验中检测到超过背景的疑似局放信号，如果局放信号位于定位盲区，无法定位属于被测电缆的近端终端还是远端终端，则进入下一步骤；
S2：通过阻尼振荡波设备中的局放脉冲分析软件对疑似局放信号进行波形展开分析，判断波形特征是否符合近端局放特征或者远端局放特征；
S3：确定直达波形定位光标和反射波形定位光标的标定位置；
S4：根据直达波形定位光标和反射波形定位光标之间的时间差计算出定位距离：X＝LC+L0-(vXΔt/2)
其中，Lc为被测电缆全长，L0为延长电缆全长，v为电缆中的波速度，Δt 为S3中定位的直达波形定位光标和反射波形定位光标之间的时间差。
所述S3中所述确定直达波形定位光标和反射波形定位光标的标定位置的方法如下：
当判断波形特征符合近端局放特征时，直达波形定位光标标定在直达脉冲的谷值处，反射波形定位光标标定在前至反射脉冲的谷值处；
当判断波形特征符合远端局放特征时，直达波形定位光标标定在直达脉冲的谷值处，反射波形定位光标标定在后至反射脉冲的谷值处。
有益效果
本发明提供了一种隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法。具备以下有益效果：
(1)、该隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法，在利用震荡波测试模块进行低压电缆故障定点时，将高压线和地线接在坏相与金属屏蔽或铠装之间时，由于二者绝缘电阻呈现低阻金属性连接状态，声音较小，无法利用探头进行侦听定点，通过多次现场实际听侧，确定将放电球隙之间的距离适当加大，同时将高压和接地线改接在发生故障的两相之间，放电声会变大，达到快速确定故障点的效果。
(2)、该隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法，在低电压电缆检测中，低压电力电缆一般为多芯电缆，敷设后连续使用中出现故障后，一般都呈现两芯及多芯相间或相对地短路故障，有时在检测到某一芯采集到的故障波形不理想时，可考虑将接线转换到其他故障线芯上进行故障波形检测，往往会出现意想不到的效果，采集和检测到的波形，会变得比较典型和规则，于是就能很快确定电缆故障点的具体位置。
(3)、该隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法，在小截面铜芯直埋电力电缆(35mm2及以下)及铝芯电缆发生故障后，可能同时伴随短路及断线故障，现场检测时，根据各故障芯故障性质的不同将短路故障转换为断线故障测量。
(4)、该隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法，对于断线故障和低阻故障，利用低压脉冲反射法可以测得行波在电缆中传播的速度，还可以对电缆的长度进行测量，低压脉冲反射法主要是向故障电缆注入低压脉冲，记录其在电缆中传播时的各种参数，通过记录的参数进行计算，得出故障点的距离。
(5)、该隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法，盲区测试模块是利用四臂电桥对电缆芯线的交流电容或实际电阻进行测量，然后对电缆的实际长度准确的测出，根据比例关系，计算得出故障点，分布参数计算高阻故障发，主要是在分布参数线路理论的基础上，通过故障距离方程的推导得出故障的距离，原理为对高阻故障电缆施加高压信号，使故障点出现闪络，故障点高阻故障转变为电弧电阻，通过故障点的电流与电压同相位，然后对线路首段的电流和电压进行采集，最后通过计算确定故障点.
(6)、该隧道内电缆敷设的定位检测系统以及检测方法，当精确定位与预定位相对应，精确定位是对故障电力电缆线路施加高压脉冲，然后根据故障点所产生的电磁信号机声音信号，在地面上配合振动传感器获取的电缆声音信号，一般在声音信号最大的地方就是故障点的准确位置。
附图说明
图1为本发明的系统流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例：一种隧道内电缆敷设的定位检测系统，如图1所示，包括测试系统，所述测试系统的输入端设置有被测试端，所述被测试端的输出端与测试系统的输入端连接，所述被测试端可以为电力电缆、控制电缆、补偿电缆、屏蔽电缆、高温电缆、计算机电缆、信号电缆、同轴电缆、耐火电缆、船用电缆、矿用电缆、铝合金电缆等等，本方案中采用信号电缆。
所述测试系统包括测试系统终端、震荡波测试模块、盲区测试模块、定位光标确定模块、放源点确认模块和测试结果输出模块，所述震荡波测试模块的输入端以及输出端分别与测试系统终端的输出端以及输入端连接，所述盲区测试模块的输入端以及输出端分别与测试系统终端的输出端以及输入端连接，所述测试系统终端的输出端与定位光标确定模块的输入端连接，所述定位光标确定模块的输出端与放源点确认模块的输入端连接，所述放源点确认模块的输出端与测试结果输出模块的输入端连接。
震荡波测试模块包括高压电源模块、产生阻尼振荡波的电路模块以及局部放电分析的数据处理模块，数据处理模块含有局放脉冲分析软件。
在利用震荡波测试模块进行电缆故障定位时，通过转移故障相，接线方式，往往会将复杂的故障转变为简单的故障，快速确定故障位置。
低压电力电缆一般为多芯电缆，敷设后连续使用中出现故障后，一般都呈现两芯及多芯相间或相对地短路故障。有时在检测到某一芯采集到的故障波形不理想时，可考虑将接线转换到其他故障线芯上进行故障波形检测，往往会出现意想不到的效果，采集和检测到的波形，会变得比较典型和规则，于是就能很快确定电缆故障点的具体位置。
小截面铜芯直埋电力电缆(35mm2及以下)及铝芯电缆发生故障后，可能同时伴随短路及断线故障，现场检测时，根据各故障芯故障性质的不同将短路故障转换为断线故障测量。
对于内衬层采用挤包铠装的中压直埋电力电缆，故障原因大多为外部机械损伤所致，在绝缘线芯发生故障的同时，内衬层可能已经破损。在遇到电缆绝缘故障比较特殊，利用专业电缆故障仪采集波形困难时。可考虑利用声测法，将高压脉冲直接施加在电缆的钢带和铜屏蔽层之间，能实现高效定点。
在利用震荡波测试模块进行低压电缆故障定点时，将高压线和地线接在坏相与金属屏蔽或铠装之间时，由于二者绝缘电阻呈现低阻金属性连接状态，声音较小，无法利用探头进行侦听定点，通过多次现场实际听侧，确定将放电球隙之间的距离适当加大，同时将高压和接地线改接在发生故障的两相之间，放电声会变大，达到快速确定故障点的效果。
震荡波测试模块主要把电缆作为传输线，利用其上的驻波谐振现象，对电缆的相对电阻值较低的一类故障或断线故障进行测量。
对于断线故障和低阻故障，利用低压脉冲反射法可以测得行波在电缆中传播的速度，还可以对电缆的长度进行测量，低压脉冲反射法主要是向故障电缆注入低压脉冲，记录其在电缆中传播时的各种参数，通过记录的参数进行计算，得出故障点的距离。
当电缆故障相间绝缘电阻或相对地绝缘电阻在0.00-10.00欧姆之间时，电缆专业人员称之为“死接地故障”，也叫“零电阻接地故障”或“永久性接地故障”。由于死接地故障点的绝缘电阻很低甚至接近于零，即使采用再大的冲击能量和冲击电压，故障点的放电声音也很微弱或无法放电，精确定位故障点非常困难，解决死接地故障的方法是采用音频法，包括音频绞合法和较小扭曲法。即用大功率音频发生器FLG200与电缆连接，发出音频信号，然后使用音频接收机FLE10在故障点附近精确定点。(1)音频绞合法判断的方法是故障点正上方的信号较强，而两边的信号较弱，特别是故障点至电缆末端一侧的信号很弱。(2)较小扭曲法判断的方法是赛巴SebaKMT独有技术，在赛巴FLE10接收机的显示器上会自动显示泄漏电流与距离的曲线，斜率较大的两点之间就是电缆死接地故障点。
假设电缆不存在中断，端接的是理想的50Ω负载，在输入端测得的反射是电缆两端的连接器与连接器到电缆接口的反射的组合。由于输入连接器靠近VNA 测试端口，它给这个反射信号带来细微的相移，即角度等于零的向量“1”。通过电缆的这部分信号包括由电缆长度引起的“φ”度相移。如果使用前面提到过的1.2米长电缆，在频率为1GHz时相移将是2,200度。当发射的信号到达输出连接器时，一部分会被反射回VNA源。如果两个连接器的类型相同，可以假定输出连接器的反射与输入连接器的反射大小相同。输出的反射信号通过电缆传回后，在1GHz的频率下总相移为两个“φ”或4,400度。这两个反射信号，每个都具有相等的幅度，但相对相位差为两个“φ”，会添加到单个向量作为 S11。由于频率为大范围的扫频，二次反射将在对应输入反射的周围扫描。应当注意，和以前一样，相位“φ”实际上是一个负值，因为通过电缆传输代表着滞后或相应的负相移。
盲区测试模块是利用四臂电桥对电缆芯线的交流电容或实际电阻进行测量，然后对电缆的实际长度准确的测出，根据比例关系，计算得出故障点，分布参数计算高阻故障发，主要是在分布参数线路理论的基础上，通过故障距离方程的推导得出故障的距离，原理为对高阻故障电缆施加高压信号，使故障点出现闪络，故障点高阻故障转变为电弧电阻，通过故障点的电流与电压同相位，然后对线路首段的电流和电压进行采集，最后通过计算确定故障点。
当精确定位与预定位相对应，精确定位是对故障电力电缆线路施加高压脉冲，然后根据故障点所产生的电磁信号机声音信号，在地面上配合振动传感器获取的电缆声音信号，一般在声音信号最大的地方就是故障点的准确位置。
一种隧道内电缆敷设定位检测系统的检测方法，包括以下步骤：
S1：对被测电缆进行局放测试，试验中检测到超过背景的疑似局放信号，如果局放信号位于定位盲区，无法定位属于被测电缆的近端终端还是远端终端，则进入下一步骤；
S2：通过阻尼振荡波设备中的局放脉冲分析软件对疑似局放信号进行波形展开分析，判断波形特征是否符合近端局放特征或者远端局放特征；
S3：确定直达波形定位光标和反射波形定位光标的标定位置；
S4：根据直达波形定位光标和反射波形定位光标之间的时间差计算出定位距离：X＝LC+L0-(vXΔt/2)
其中，Lc为被测电缆全长，L0为延长电缆全长，v为电缆中的波速度，Δt 为S3中定位的直达波形定位光标和反射波形定位光标之间的时间差。
所述S3中所述确定直达波形定位光标和反射波形定位光标的标定位置的方法如下：
当判断波形特征符合近端局放特征时，直达波形定位光标标定在直达脉冲的谷值处，反射波形定位光标标定在前至反射脉冲的谷值处；
当判断波形特征符合远端局放特征时，直达波形定位光标标定在直达脉冲的谷值处，反射波形定位光标标定在后至反射脉冲的谷值处。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种隧道内电缆敷设的定位检测系统，包括测试系统，其特征在于：所述测试系统包括测试系统终端、震荡波测试模块、盲区测试模块、定位光标确定模块、放源点确认模块和测试结果输出模块，所述测试系统终端的输出端与定位光标确定模块的输入端连接，所述定位光标确定模块的输出端与放源点确认模块的输入端连接，所述放源点确认模块的输出端与测试结果输出模块的输入端连接，所述测试系统的输入端设置有被测试端，所述被测试端的输出端与测试系统的输入端连接，所述震荡波测试模块的输入端以及输出端分别与测试系统终端的输出端以及输入端连接，所述盲区测试模块的输入端以及输出端分别与测试系统终端的输出端以及输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种隧道内电缆敷设的定位检测系统，其特征在于：所述震荡波测试模块包括高压电源模块、产生阻尼振荡波的电路模块以及局部放电分析的数据处理模块，数据处理模块含有局放脉冲分析软件。
3.根据权利要求1所述的一种隧道内电缆敷设的定位检测系统，其特征在于：所述震荡波测试模块主要把电缆作为传输线，利用其上的驻波谐振现象，对电缆的相对电阻值较低的一类故障或断线故障进行测量。
4.根据权利要求1所述的一种隧道内电缆敷设的定位检测系统，其特征在于：所述震荡波测试模块在进行低压电缆故障定点时，将高压线和地线接在坏相与金属屏蔽或铠装之间时，由于二者绝缘电阻呈现低阻金属性连接状态，声音较小，无法利用探头进行侦听定点，通过多次现场实际听侧，确定将放电球隙之间的距离适当加大，同时将高压和接地线改接在发生故障的两相之间，放电声会变大。
5.根据权利要求1所述的一种隧道内电缆敷设的定位检测系统，其特征在于：所述盲区测试模块是利用四臂电桥对电缆芯线的交流电容或实际电阻进行测量，然后对电缆的实际长度准确的测出，根据比例关系，计算得出故障点，分布参数计算高阻故障发，主要是在分布参数线路理论的基础上，通过故障距离方程的推导得出故障的距离。
6.根据权利要求5所述的一种隧道内电缆敷设的定位检测系统，其特征在于：所述盲区测试模块的测试原理为对高阻故障电缆施加高压信号，使故障点出现闪络，故障点高阻故障转变为电弧电阻，通过故障点的电流与电压同相位，然后对线路首段的电流和电压进行采集，最后通过计算确定故障点。
7.一种隧道内电缆敷设定位检测系统的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：对被测电缆进行局放测试，试验中检测到超过背景的疑似局放信号，如果局放信号位于定位盲区，无法定位属于被测电缆的近端终端还是远端终端，则进入下一步骤；
S2：通过阻尼振荡波设备中的局放脉冲分析软件对疑似局放信号进行波形展开分析，判断波形特征是否符合近端局放特征或者远端局放特征；
S3：确定直达波形定位光标和反射波形定位光标的标定位置；
S4：根据直达波形定位光标和反射波形定位光标之间的时间差计算出定位距离：X＝LC+L0-(vXΔt/2)
其中，Lc为被测电缆全长，L0为延长电缆全长，v为电缆中的波速度，Δt为S3中定位的直达波形定位光标和反射波形定位光标之间的时间差。
8.根据权利要求7所述的一种隧道内电缆敷设定位检测系统的检测方法，其特征在于：所述S3中所述确定直达波形定位光标和反射波形定位光标的标定位置的方法如下：
当判断波形特征符合近端局放特征时，直达波形定位光标标定在直达脉冲的谷值处，反射波形定位光标标定在前至反射脉冲的谷值处；
当判断波形特征符合远端局放特征时，直达波形定位光标标定在直达脉冲的谷值处，反射波形定位光标标定在后至反射脉冲的谷值处。
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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| Title |
|---|
| 思想者: "浅析电力电缆故障定位技术", pages 3, Retrieved from the Internet <URL:https://zhuanlan.zhihu.com/p/114327736> * |
| 科讯线缆: "电缆故障定位的一些小技巧", pages 6, Retrieved from the Internet <URL:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1595509555754386400&wfr=spider&for=pc> * |
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