CN112730952B - 一种高压电缆护层接地箱检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压电缆护层接地箱检测装置，包括圆筒状的测量模块，测量模块套接在被测导线外部获取被测导线的电位信号，通过采集传输模块传递给上位机；测量模块与被测导线同轴设置，内层为感应电极，中间层为有源屏蔽层，最外层为接地屏蔽层。利用获取到的电位信号以非接触的方式实现护层接地线电压的检测和保护器放电次数的监测，能够提供足够高的绝缘强度，实现电气隔离，并能实现远程监控。

Description

一种高压电缆护层接地箱检测装置
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体为一种高压电缆护层接地箱检测装置。
背景技术
高压电力电缆护层接地保护箱是电缆线路运行中极为重要的设备，同时也是一个线路中最好的监测点，可实现护层电压的监控和护层保护器放电次数的监测。
传统式的电磁感应式电压传感器由于和护层存在电气连接，存在绝缘强度问题，而常见的护层放电次数监测也需要与保护器串联并且使用物理方式的累加计数器，无法实现远程监控，另外这种直连方式有一定的风险，当保护器放电时，残压等级高达10KV，测压装置老化或者失灵的时会有击穿短路的风险。
发明内容
一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种高压电缆护层接地箱检测装置，包括圆筒状的测量模块，测量模块套接在被测导线外部获取被测导线的电位信号，通过采集传输模块传递给上位机；
测量模块与被测导线同轴设置，内层为感应电极，中间层为有源屏蔽层，最外层为接地屏蔽层。
测量模块的内直径大于被测导线的外直径，被测导线的绝缘外层靠近测量模块的感应电极。
采集传输模块接收测量模块获取的被测导线的电位信号，传递给单片机计算得出被测导线的电压信号。
采集传输模块包括依次连接的放大模块，信号处理模块，放电检测模块和通讯模块。
放大模块通过测量模块的感应电极上获取的浮动电位，获取位移电流在放大器输入阻抗上的电压，采用双运放反相输入的差分方式放大信号。
放电检测模块捕捉保护器放电后的残压状态，通过通讯模块传输到单片机。
单片机采集到电压信息和放电状态后，通过以太网接口上传到上位机端的服务器进行记录，监测保护器的放电次数。
单片机接收测量模块获取的电位信号，基于电场耦合原理和高斯定理计算得到被测导线的电压信号。
被测导线为电缆护层的接地线。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
1、利用获取到的电位信号以非接触的方式实现护层接地线电压的检测和保护器放电次数的监测，能够提供足够高的绝缘强度，实现电气隔离，并能实现远程监控。
2、被测导线的绝缘外层和测量模块的绝缘外层将待测导线和感应电极完全隔离，对待测电路的电气性能无任何影响，同时杜绝因接触测量造成的短路隐患。
3、安装方便，不需要对待测电缆做任何额外的操作。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明一个或多个实施例提供的信号耦合原理示意图；
图2是本发明一个或多个实施例提供的耦合等效电路示意图；
图3是本发明一个或多个实施例提供的装置结构示意图。
具体实施方式
以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术中所描述的，利用高压电力电缆护层接地保护箱作为电缆线路运行中的监测点，能够实现护层电压的监测和护层保护器放电次数的监测，传统的电磁感应式电压传感器和护层之间存在接触的电气连接，需要考虑绝缘强度；同时护层放电次数的监测也需要护层与保护器串联的物理接触方式来实现，物理接触的方式在实现护层电压的监测和护层保护器放电次数的监测时容易受到线路和测量装置自身寿命的影响，存在击穿风险。
实施例一：
如图1-3所示，一种高压电缆护层接地箱检测装置，包括圆筒状的测量模块，测量模块获取被测导线的电位信号，通过采集传输模块传递给上位机。
测量模块包括由内而外依次同轴布置的感应电极、有源屏蔽层和接地屏蔽层。测量模块与被测导线同轴设置，内层为感应电极，中间层为有源屏蔽层，最外层为接地屏蔽层。
测量模块基于电场耦合的原理，通过等效电荷法可以证明，在一定的边界条件下，带电导体周围电场的与其电位成线性关系。
当测量用的感应电极放置于被测导体附近时，感应电极通过电场耦合产生感应电荷，变化的感应电荷形成位移电流，在负载电阻中产生压降，由高斯定理可以证明，电阻的压降与电极处电场的变化率成比例，由此可以推知，负载电阻压降与被测导体的电位成线性变化。
Ui为被测量电压，Cc为感应电极与被测导体之间的等效互电容，Cz为测量模块对地的杂散电容，R为采样电阻，可等效为构成的一阶电路，传递函数如下：
Figure BDA0002868123140000041
选择合适的采样电阻值使电路工作在微分模式，作为一个高通滤波器来使用，它具有较大的工作测量带宽，可以被用于测量冲击电压。
由于位移电流较小，所以采样电阻值应具有较大的阻值，才能转换成较大的电压信号，又因为检测模块需要一定的输入电流才能正常工作，所以采样电阻的最大阻值受到限制。选取时首先确定电缆常见绝缘材料的介电常数，以及常用电缆的外层绝缘厚度，通过计算确定电阻取值大小的范围区间。
测量模块获取被测导线的电位信号，通过采集采集传输模块传递给上位机后计算得出被测导线的电压信号。
安装时只需要将测量模块套在待测的导线的绝缘外层上，被测导线的绝缘外层靠近测量模块的感应电极而不接触，被测导线的绝缘外层和测量模块的绝缘外层将待测导线和感应电极完全隔离，对待测电路的电气性能无任何影响，同时杜绝因解除测量造成的短路隐患，测量模块和待测导线，高隔离耐压，同时安装方便，不需要对待测电缆做任何额外的操作。
采集传输模块包括依次连接的差分放大模块，信号处理，放电检测模块和通讯模块。
放大模块通过测量模块的感应电极上获取的浮动电位，获取位移电流在放大器输入阻抗上的电压，采用双运放反相输入的差分方式放大信号，有效去除测量环境中的共模干扰信号，并且提高了放大器的输入阻抗，有效的改善了信号的幅频和相频特性。
放电检测模块会捕捉到保护器放电后的残压状态，传输到单片机，单片机采集到电压信息和放电状态后，通过以太网接口上传到上位机端的服务器进行记录，以此来监测保护器的放电次数。
放电检测模块包括输入保护部分、高速比较器和单稳态触发器(信号仍然来源于测量模块)；保护器放电频率较高，且放电残压等级高，经输入保护部分按一定比例降压后进入高速比较器，超出阈值后，比较器反转，上升沿触发的单稳态触发器将脉冲展宽后，送入单片机的外部中断引脚，由单片机记录保护器完成了一次放电的计数过程。
利用与被测导线不接触的测量模块获取的电位信号，实现非接触测量电压的功能和保护器放电次数检测，检测装置与被测导线之间没有物理连接，进而能够提供足够高的绝缘强度，实现电气隔离，并能实现远程监控。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种高压电缆护层接地箱检测装置，其特征在于：包括圆筒状的测量模块，测量模块套接在被测导线外部获取被测导线的电位信号，通过采集传输模块传递给上位机；测量模块与被测导线同轴设置，内层为感应电极，中间层为有源屏蔽层，最外层为接地屏蔽层；
所述采集传输模块接收测量模块获取的被测导线的电位信号，传递给单片机计算得出被测导线的电压信号，单片机接收电位信号，基于电场耦合原理和高斯定理计算得到被测导线的电压信号，具体为：
Ui为被测量电压，Cc为感应电极与被测导体之间的等效互电容，Cz为测量模块对地的杂散电容，R为采样电阻，等效为构成的一阶电路，传递函数如下：
Figure FDA0003838724500000011
根据电缆绝缘材料的介电常数和电缆的外层绝缘厚度确定采样电阻R的取值范围，选择采样电阻R的值使电路工作在微分模式，作为高通滤波器使用；
采集传输模块中的放电检测模块包括输入保护部分、高速比较器和单稳态触发器；信号经输入保护部分按一定比例降压后进入高速比较器，超出阈值后，比较器反转，上升沿触发的单稳态触发器将脉冲展宽后，送入单片机的外部中断引脚，由单片机记录保护器完成了一次放电的计数过程。
2.如权利要求1所述的一种高压电缆护层接地箱检测装置，其特征在于：所述测量模块的内直径大于被测导线的外直径。
3.如权利要求1所述的一种高压电缆护层接地箱检测装置，其特征在于：所述被测导线的绝缘外层靠近测量模块的感应电极。
4.如权利要求1所述的一种高压电缆护层接地箱检测装置，其特征在于：所述采集传输模块包括依次连接的放大模块，信号处理模块，放电检测模块和通讯模块。
5.如权利要求4所述的一种高压电缆护层接地箱检测装置，其特征在于：所述放大模块通过测量模块的感应电极上获取的浮动电位，获取位移电流在放大器输入阻抗上的电压，采用双运放反相输入的差分方式放大信号。
6.如权利要求1所述的一种高压电缆护层接地箱检测装置，其特征在于：所述单片机采集到电压信息和放电状态后，通过以太网接口上传到上位机端的服务器进行记录，监测保护器的放电次数。
7.如权利要求1所述的一种高压电缆护层接地箱检测装置，其特征在于：所述被测导线为电缆护层的接地线。
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