CN112684285A - 电缆故障智能定位装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆故障智能定位装置及方法，其结构包括主机、声磁同步传感器及抗噪耳机，声磁同步传感器分别与主机和抗噪耳机电连接；所述的主机包括工作模式模块、滤波设置模块及降噪模式设置模块，所述的工作模式模块包括声磁定点模块、声测定点模块及路径指示模块，所述的滤波设置模块包括无滤波模块、低通滤波模块、高通滤波模块及带通滤波模块；所述的降噪模式设置模块包括哑音功能模块和背景数字降噪功能模块。本发明使用简单方便，安全性高，通过计算出声磁延时值，智能定点，降低对测试人员的要求，提高工作效率，解决了电缆故障查找的难题。

Description

电缆故障智能定位装置及定位方法

技术领域

本发明涉及一种电缆故障定位方法，尤其涉及一种电缆故障智能定位装置及定位方法，属于电力应用领域。

背景技术

电缆故障精确定位是电缆故障查找最重要的一项工作，实际的故障定位因受到电缆故障类型、电缆敷设环境、自然环境等影响变得十分困难，有时想要准确地找到故障点需要使用多种方法来验证，甚至要测试几天的时间，有时在大风、暴雨、强磁等环境下无法测试，电缆故障查找需要定位人员拥有极其丰富的定位经验，是一件非常有难度和挑战的工作。

传统的电缆故障查找方法大都使用声测法定点，其原理是高压发生器对故障电缆进行直流高压冲击，使故障点击穿放电，放电产生的机械振动传到地面，振动信号被高灵敏度的传感器拾取，经放大后用耳机监听或辅以表头指针摆动来分辨故障点放电声音，通常可以听到“啪”的声音，但由于放电声一瞬即逝，而且和环境噪声区别不大，往往给经验不是十分丰富的操作者带来很大困难。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种电缆故障智能定位装置，解决了现有技术中故障定位不准确且定位难度大的问题。

本发明的另一目的在于提供一种电缆故障智能定位方法。

本发明的技术方案如下：

一种电缆故障智能定位装置，包括主机、声磁同步传感器及抗噪耳机，声磁同步传感器分别与主机和抗噪耳机电连接；所述的主机包括工作模式模块、滤波设置模块及降噪模式设置模块，所述的工作模式模块包括声磁定点模块、声测定点模块及路径指示模块，所述的滤波设置模块包括无滤波模块、低通滤波模块、高通滤波模块及带通滤波模块；所述的降噪模式设置模块包括哑音功能模块和背景数字降噪功能模块。

所述的声磁定点模块绘制声音和磁场信号波形，计算声磁信号时间差。

所述的声测定点模块通过监听声音大小进行比较来完成定点。

所述的路径指示模块对多个点的磁信号比较分析，给出远离或者靠近电缆

路径的提示信息。

所述的无滤波模块，频率100Hz～1500Hz，提供最大的工作频带，适用于在尽可能小的干扰下听到冲击放电声音。

所述的低通滤波模块，频率100Hz～400Hz，适用于当测量点距故障点比较远时，或者覆土物是松软的土壤或沙子情况下。

所述的高通滤波模块，频率150Hz～1500Hz，适用于坚硬路面，靠近故障点的情况。

所述的带通滤波模块，频率200Hz～600Hz，带通滤波是在低通滤波设定和高通滤波设定之间做出的折中平衡，适用低通滤波时测量声磁时间差。

所述的哑音功能模块具有开启/关闭哑音功能；所述的背景数字降噪功能模块具有启动/关闭背景数字降噪功能。

一种电缆故障智能定位方法，包括下述步骤：

明确电缆路径，在选定的区域，将声磁同步传感器平放于电缆正上方的地面，方向指向电缆铺设方向，配合高压信号发生器使用，当高压信号发生器开始对故障电缆周期放电后，调整磁场增益使磁场信号能稳定触发，当磁场增益正常同步后，再调整声音增益，使声音波形足够大且不失真；然后以0.5～2m的间隔移动声磁同步传感器，如果连续几次放电，均没有看到典型声音波形，则应继续向前移动，直至多次放电的声音波形都与典型波形非常相似且稳定，说明已经到了故障点的附近，采集到了真正的故障点放电声音信号；这时用耳机监听，并通过检测电磁信号和声音信号之间的时间差，判断故障点的远近，不断移动传感器，找到声磁时间差最小的点，其正下方即为故障点，误差在0.2m的范围之内。

本发明的优点效果如下：

本发明集声磁时差定位技术、降噪技术、路径辅助测试等技术于一体。

采用声磁同步定位技术，自动计算声磁时间差，降低对声音监测的依赖。背景降噪技术，有效滤除环境干扰噪声，凸显故障位置放电声音。 结合声测法和声磁法，操作者根据使用习惯自由选择。声信号和磁信号的增益值和触发值可调节，更加方便定点。具备路径辅助指示功能，避免定点时偏移路径。参数可调，选择合适的滤波器参数，抑制环境噪音。操作方便，使用简单。

附图说明

图1为本发明的结构原理框图。

图2为本发明应用实施例示意图。

具体实施方式

实施例

如图所示，一种电缆故障智能定位装置，包括主机、声磁同步传感器及抗噪耳机，声磁同步传感器分别与主机和抗噪耳机电连接；所述的主机包括工作模式模块、滤波设置模块及降噪模式设置模块，所述的工作模式模块包括声磁定点模块、声测定点模块及路径指示模块，所述的滤波设置模块包括无滤波模块、低通滤波模块、高通滤波模块及带通滤波模块；所述的降噪模式设置模块包括哑音功能模块和背景数字降噪功能模块；所述的主机除了上述功能模块外，还包括 CPU、内存、主板、光驱、电源以及其他输入输出控制器和接口的硬件设备。

工作模式模块包括声磁定点模块、声测定点模块、路径指示模块，声磁定点模块绘制声音和磁场信号波形，计算声磁信号时间差，方便快捷。声测定点模块仅通过监听声音大小进行比较来完成精确定点。路径指示模块可以经过对多个点的磁信号比较分析，给出远离或者靠近电缆路径的提示信息，比如两个箭头指向外侧，表示使用者在远离电缆，若箭头指向内侧，表示使用者在靠近电缆，但仅在声磁模式下有效。

本发明利用磁场传播速度远远高于声音传播速度的原理，高压冲击放电的瞬间同时产生强大电磁场信号和放电声音信号，通过检测电磁信号和声音信号之间的时间差，判断故障点的远近。不断移动传感器，找到声磁时间差最小的点，其正下方就是故障点，本申请能够计算出声磁延时值，降低对测试人员的要求。

滤波设置模块包括无滤波模块、低通滤波（LPF）模块、高通滤波（HPF）模块、带通滤波（BPF）模块。故障点冲击放电的声音频率，受声波传播介质和传播距离的影响非常大，声波传播速度越快，距离声源的距离越小，声波的高频衰减就越少。在实际现场中，坚硬覆土物（比如水泥、石板下）的声波传播速度快，声波高频成分多，而在沙滩或泥土的覆土物上，放电声音的高频成分被大大的衰减，声波低频成分居多。在实际使用的过程中可以根据不同的现场选择合适的滤波参数，有以下几种调节方式：

（1）无滤波，频率100Hz～1500Hz，无滤波模块提供最大的工作频带，适合在尽可能小的干扰下听到冲击放电声音。但是在这种滤波设定下，高音量的低频干扰常常导致测量时间差更困难。

（2）低通滤波，频率100Hz～400Hz，低通滤波模块适合当测量点距故障点还比较远时，或者覆土物是松软的土壤或沙子情况下。但是这种滤波设定不能降低低频干扰信号，常常发生低频信号的噪音音量较高的现象，导致测量时间差更困难。降低高频信号也带来不利的结果，特别是在坚硬路面情况下，非常接近故障点的时候，会对冲击放电声音音质造成不利影响。

（3）高通滤波，频率150Hz～1500Hz，高通滤波模块适合坚硬路面，靠近真正故障点的情况。高频信号在这种设定下完全通过，高频的冲击放电声音特性保留得最好，几乎不发生改变。

（4）带通滤波，频率200Hz～600Hz，带通滤波模块是在低通滤波设定和高通滤波设定之间做出的折中平衡，带通滤波模块适合低通滤波时测量声磁时间差。降低高频信号也带来不利的结果，特别是在坚硬路面情况下，非常接近真正故障点的时候，会对冲击放电声音音质造成不利影响。

本发明可以通过选择合适的滤波参数，有效滤除环境干扰噪声，凸显故障位置放电声音，快速有效定点。

降噪模式设置模块可以开启或关闭，打开降噪模式，使用者只能听到放电瞬间的声音，最大程度保护使用者听力安全。哑音功能模块具有开启/关闭哑音功能，避免噪音损伤耳朵；背景数字降噪功能模块具有启动/关闭背景数字降噪功能，NR数字降噪，启动/关闭背景数字降噪功能 (BNR)，背景数字降噪BNR应对周围环境里有大量噪音时，使精确定点更简单。如果没有BNR数字降噪，通常不能在背景噪音里辨认出冲击放电的目标声音信号，如在火车经过的地方，或者在汽车经过的地方精确定点，类似的声音干扰会使精确定点变得非常困难。

本发明电缆故障智能定位方法，包括下述步骤：在定点之前，连接声磁同步传感器和抗噪耳机，然后明确电缆路径，若无法明确，则进行路径探测，并做好标志。根据测距结果，考虑电缆头盘余量、地形因素，粗略确定故障点位置，由于不可避免的因素，存在估算误差，一般应在测距值 ± 50m之间定点。在选定的区域，将声磁同步传感器平放于电缆正上方的地面，方向指向电缆铺设方向，配合高压信号发生器使用，利用磁场传播速度远远高于声音传播速度的原理，高压冲击放电的瞬间同时产生强大电磁场信号和放电声音信号。当高压发生器开始对故障电缆周期放电后，调整磁场增益使磁场信号能稳定触发，当磁场增益正常同步后，再调整声音增益，使声音波形足够大且不失真。然后再以大约0.5～2m的间隔移动传感器，如果连续几次放电，均没有看到典型声音波形，则应继续向前移动，直至多次放电的声音波形都与典型波形非常相似,而且稳定（除非当时有很大的噪声出现），说明已经到了故障点的附近，采集到了真正的故障点放电声音信号。这时用耳机监听，可以听到一声“啪”。但此时，靠观察声音波形得到的响应范围大于听声的响应范围，因此通过检测电磁信号和声音信号之间的时间差，可以判断故障点的远近，不断移动传感器，找到声磁时间差最小的点，其正下方就是故障点，并且误差在0.2m的范围之内。

试验实施例一

本发明于某市消防局旁的0.4kV供电电缆故障测试中进行试验，试验测试过程如下：电缆全长350米，预定位在110米处，测试人员到达110米处之后，运用传统的电缆故障定点方法进行精确定位，但此处是集贸市场，车流人流非常密集，外界环境嘈杂，测试人员无法辨别是故障点放电声音还是外界的干扰声音，1小时之后，仍然没有找到故障点。随后使用本发明设备及方法，并且打开降噪模式，设备自动屏蔽外界干扰声音，5分钟后，确定故障点范围，随后运用路径辅助功能，进一步缩小误差，最后垂直开挖，找到故障点，测量发现精确度为0.1米，此设备的运用缩短了电缆故障定位时间，提高了故障测试的工作效率，得到一线工人的一致好评。

试验实施例二

某商场地埋电缆突发故障，导致商场大面积停电，已经组织人员进项故障排查，但直到拨打求助电话时依然没有找到故障点，只能依靠自备发电机临时供电。测试现场临近街道，且正属于交通枢纽处，给测量带来了极大困难。利用本发明设备及方法，迅速锁定了故障区域，配合高压发生器的使用，对故障电缆周期放电后，调整仪器的磁场增益，使磁场信号稳定触发，当磁场增益正常同步后，再调整声音增益，使声音波形足够大且不失真，有效的滤掉了外界的各项干扰，再以较小的间隔不断改变传感器的位置，逐渐逼近故障点，直到显示器上出现延时值最小的点，对其正下方垂直开挖，迅速准确地找到了故障位置，全程用时不超过2个小时，经过修复，商场恢复了正常供电。

本发明设备参数如下：

1、主机体积为250mm×160mm×160mm。

2、主机质量为0.6kg，传感器质量为1.4kg。

3、主机前面板为7寸彩色液晶显示屏，1024*600分辨率，带触摸功能。

4、声磁同步定点功能中的声音通道，带宽分为全通：100Hz～1500Hz；低通：100Hz～400Hz；高通：150Hz～1500Hz；带通：200Hz～600Hz。信号最大增益：≥100dB。定点精度：0.1m。

5、声磁同步定点功能中的磁场通道，信号最大增益：≥100dB。

6、声磁同步背景降噪模式（BNR）。

7、声音信号强度条形图指示，声音触发门限可调，

8、电磁信号强度条形图指示，磁场触发门限可调，具备磁场触发提示功能。

9、声磁时差法定位模式：波形显示，声磁时差最大80ms，可计算和手动分析，具备记录上一次声磁时间差功能。

10、路径辅助测试功能中，可通过左右箭头指示路径方向，若两个箭头指向外侧，表示使用者在远离电缆，若箭头指向内侧，表示使用者在靠近电缆。

11、电源为内置锂离子电池组，电压8.4V，容量4.4Ah，可连续使用时间8小时以上。使用充电器充电，输入AC220V±10%，50Hz；标称输出8.4V，1A，充电时间<6小时。

12、使用环境温度为-10℃～55℃，湿度5-90％RH，海拔<4500m。

Claims (10)

1.一种电缆故障智能定位装置，其特征在于包括主机、声磁同步传感器及抗噪耳机，声磁同步传感器分别与主机和抗噪耳机电连接；所述的主机包括工作模式模块、滤波设置模块及降噪模式设置模块，所述的工作模式模块包括声磁定点模块、声测定点模块及路径指示模块，所述的滤波设置模块包括无滤波模块、低通滤波模块、高通滤波模块及带通滤波模块；所述的降噪模式设置模块包括哑音功能模块和背景数字降噪功能模块。

2.根据权利要求1所述的一种电缆故障智能定位装置，其特征在于所述的

声磁定点模块绘制声音和磁场信号波形，计算声磁信号时间差。

3.根据权利要求1所述的一种电缆故障智能定位装置，其特征在于所述的

声测定点模块通过监听声音大小进行比较来完成定点。

4.根据权利要求1所述的一种电缆故障智能定位装置，其特征在于所述的

路径指示模块对多个点的磁信号比较分析，给出远离或者靠近电缆路径的提示信息。

5.根据权利要求1所述的一种电缆故障智能定位装置，其特征在于所述的无滤波模块，频率100Hz～1500Hz，提供最大的工作频带，适用于在尽可能小的干扰下听到冲击放电声音。

6.根据权利要求1所述的一种电缆故障智能定位装置，其特征在于所述的低通滤波模块，频率100Hz～400Hz，适用于当测量点距故障点比较远时，或者覆土物是松软的土壤或沙子情况下。

7.根据权利要求1所述的一种电缆故障智能定位装置，其特征在于所述的高通滤波模块，频率150Hz～1500Hz，适用于坚硬路面，靠近故障点的情况。

8.根据权利要求1所述的一种电缆故障智能定位装置，其特征在于所述的带通滤波模块，频率200Hz～600Hz，带通滤波是在低通滤波设定和高通滤波设定之间做出的折中平衡，适用低通滤波时测量声磁时间差。

9.根据权利要求1所述的一种电缆故障智能定位装置，其特征在于所述的

哑音功能模块具有开启/关闭哑音功能；所述的背景数字降噪功能模块具有启动/关闭背景数字降噪功能。

10.根据权利要求1所述的一种电缆故障智能定位装置的定位方法，其特征在包括下述步骤：

明确电缆路径，在选定的区域，将声磁同步传感器平放于电缆正上方的地面，方向指向电缆铺设方向，配合高压信号发生器使用，当高压信号发生器开始对故障电缆周期放电后，调整磁场增益使磁场信号能稳定触发，当磁场增益正常同步后，再调整声音增益，使声音波形足够大且不失真；然后以0.5～2m的间隔移动声磁同步传感器，如果连续几次放电，均没有看到典型声音波形，则应继续向前移动，直至多次放电的声音波形都与典型波形非常相似且稳定，说明已经到了故障点的附近，采集到了真正的故障点放电声音信号；这时用耳机监听，并通过检测电磁信号和声音信号之间的时间差，判断故障点的远近，不断移动传感器，找到声磁时间差最小的点，其正下方即为故障点，误差在0.2m的范围之内。

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