CN112781715B - 电缆振动监测装置和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电缆振动监测装置和系统，该电缆振动监测装置通过设置有绝缘壳体、弹性组件、电容组件、电容检测组件和控制组件，在电缆振动时，通过弹性组件推动电容组件的第二极板相对于第一极板运动，从而改变第一极板和第二极板之间的距离，则该电容组件的电容值发生变化。该控制组件通过该电容值的改变量即可计算得到第一基本和第二极板之间的移动距离，即得到振动电缆的振幅。本申请实施例提供的电缆振动监测装置解决了现有技术中存在的振动电缆探测器只能检测振动电缆的振动频率，无法确定振动电缆的振幅的技术问题，达到了可以有效检测振动电缆振幅的技术效果。

Description

电缆振动监测装置和系统

技术领域

本申请涉及电力监控技术领域，特别是涉及一种电缆振动监测装置和系统。

背景技术

电缆通常设置于户外，在户外由于风、各电缆之间的电磁作用等使得电缆长期处于振动状态。电缆是电力系统中的重要设备之一，其振动特性是影响电力系统稳定运行的关键因素，因此，需要对电缆的振动特性进行实时监测。

目前对于电缆振动特性的监测主要采用电磁感应式的振动电缆探测器，在使用时，将振动电缆探测器的线圈套设于振动电缆的外周，线圈通电，产生电磁场，振动电缆与线圈发生相对运动切割磁感线，从而产生电动势，振动电缆探测器通过该电动势即可计算得出振动电缆的振动频率。

但是，振动电缆探测器只能检测振动电缆的振动频率，无法确定振动电缆的振幅。

发明内容

基于此，有必要针对目前振动电缆探测器只能检测振动电缆的振动频率，无法确定振动电缆的振幅的问题，提供一种电缆振动监测装置和系统。

一种电缆振动监测装置，应用于振动电缆，所述电缆振动监测装置包括：

绝缘壳体，所述绝缘壳体内部具有一第一容置腔；

弹性组件，设置于所述第一容置腔，所述弹性组件的第一端用于连接所述振动电缆；

电容组件，设置于所述第一容置腔，所述电容组件包括相对设置的第一极板和第二极板，所述第一极板设置于所述绝缘壳体远离所述弹性组件的内表面，所述第二极板设置于所述弹性组件的第二端；

电容检测组件，所述电容检测组件的输入端与所述第二极板电连接，所述电容检测组件用于检测所述第一极板和所述第二极板之间的电容值；

控制组件，所述控制组件与所述电容检测组件的输出端信号连接，所述控制组件用于根据所述电容检测组件输出的所述电容值确定所述振动电缆的振幅。

在本申请的一个可选实施例中，电缆振动监测装置还包括：

绝缘组件，所述绝缘组件夹设于所述第一极板和所述第二极板之间，所述绝缘组件由弹性材料制成。

在本申请的一个可选实施例中，所述绝缘组件为多孔结构。

在本申请的一个可选实施例中，所述绝缘组件由聚酰亚胺材料制成。

在本申请的一个可选实施例中，电缆振动监测装置还包括：

防水膜层，设置于所述第一容置腔，所述防水膜层具有一第二容置腔，所述第一极板、所述第二极板与所述绝缘组件均设置于所述第二容置腔。

在本申请的一个可选实施例中，所述防水膜层由聚四氟乙烯材料制成。

在本申请的一个可选实施例中，所述第二极板的厚度小于所述第一极板的厚度。

在本申请的一个可选实施例中，所述绝缘壳体为半封闭壳体，所述绝缘壳体靠近所述弹性组件的一端开设有一开口，所述弹性组件的第一端穿设于所述开口用于连接所述振动电缆。

一种电缆振动监测系统，包括：

如上所述的电缆振动监测装置；

交流电源，所述交流电源的输入端与所述第一极板电连接，所述交流电源的控制端与所述控制组件信号连接，所述控制组件用于控制所述交流电源输出不同大小的电压。

在本申请的一个可选实施例中，电缆振动监测系统还包括：

振动电缆，贴合设置于所述弹性组件的第一端。

本申请实施例提供的电缆振动检测装置通过设置有绝缘壳体、弹性组件、电容组件、电容检测组件和控制组件，在电缆振动时，通过弹性组件推动电容组件的第二极板相对于第一极板运动，从而改变第一极板和第二极板之间的距离，则该电容组件的电容值发生变化。该控制组件通过该电容值的改变量即可计算得到第一基本和第二极板之间的移动距离，即得到振动电缆的振幅。本申请实施例提供的电缆振动监测装置解决了现有技术中存在的振动电缆探测器只能检测振动电缆的振动频率，无法确定振动电缆的振幅的技术问题，达到了可以有效检测振动电缆振幅的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例提供的电缆振动监测装置及其应用环境结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的电缆振动监测装置结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的电缆振动监测装置结构示意图；

图4为本申请一个实施例提供的电缆振动监测装置及其应用环境结构示意图；

图5为本申请一个实施例提供的电缆振动监测系统结构示意图。

附图标记说明：

10、电缆振动监测装置；100、绝缘壳体；110、第一容置腔；120、开口；200、弹性组件；300、电容组件；310、第一极板；320、第二极板；400、电容检测组件；500、控制组件；600、绝缘组件；610、通孔；700、防水膜层；20、电缆振动监测系统；21、交流电源；22、振动电缆。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的一种电缆振动监测装置进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

电缆通常设置于户外，在户外由于风、各电缆之间的电磁作用等使得电缆长期处于振动状态。电缆是电力系统中的重要设备之一，其振动特性是影响电力系统稳定运行的关键因素，因此，需要对电缆的振动特性进行实时监测。目前对于电缆振动特性的监测主要采用电磁感应式的振动电缆探测器，在使用时，将振动电缆探测器的线圈套设于振动电缆的外周，线圈通电，产生电磁场，振动电缆与线圈发生相对运动切割磁感线，从而产生电动势，振动电缆探测器通过该电动势即可计算得出振动电缆的振动频率。但是，振动电缆探测器只能检测振动电缆的振动频率，无法确定振动电缆的振幅。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种电缆振动检测装置，设置有绝缘壳体、弹性组件、电容组件、电容检测组件和控制组件，在电缆振动时，通过弹性组件推动电容组件的第二极板相对于第一极板运动，从而改变第一极板和第二极板之间的距离，则该电容组件的电容值发生变化。该控制组件通过该电容值的改变量即可计算得到第一基本和第二极板之间的移动距离，即得到振动电缆的振幅。本申请实施例提供的电缆振动监测装置解决了现有技术中存在的振动电缆探测器只能检测振动电缆的振动频率，无法确定振动电缆的振幅的技术问题，达到了可以有效检测振动电缆振幅的技术效果。

请参见图1，以下实施例以该电缆振动监测装置10应用于振动电缆22，对该振动电缆22的进行振动监测为例进行详细说明：

请一并参见图2，本申请实施例提供了一种电缆振动监测装置10，包括：绝缘壳体100、弹性组件200、电容组件300、电容检测组件400和控制组件500。

该绝缘壳体100内部具有一第一容置腔110，用于为其他部件，例如弹性组件200、电容组件300等提供容置空间，该绝缘壳体100由绝缘材料制成，例如硬质塑料、木材等。该绝缘壳体100可以为圆柱状、棱柱状等其他柱状结构，以方便为其他部件提供容置腔。该绝缘壳体100与振动电缆22贴合的边缘沿口可以为弧形，弧形的弧度与振动电缆22外表面的弧度相同，以方便该绝缘壳体100与振动电缆22最大程度上贴合，提高本申请实施例电缆振动监测装置10对于振动监测的灵敏度，进而提高本申请实施例提供的电缆振动监测装置10的监测效果。需要指出的是，在使用时，该绝缘壳体100的一端与振动电缆22贴合，另一端固定于杆塔等固定物，以提供一定点，防止绝缘壳体100随振动电缆22的振动而发生晃动。

该弹性组件200设置于第一容置腔110，该弹性组件200包括相对的第一端和第二端，弹性组件200的第一端用于连接振动电缆22，该弹性组件200的第二端固定于电容组件300的第二极板320。在使用时，弹性组件200的第一端与振动电缆22的表面贴合，当振动电缆22发生振动时，弹性组件200随着振动电缆22的振动而发生压缩或拉伸，将振动电缆22的振动能转换为弹性组件200的弹力。在本实施例中，弹性组件200的第一端可以穿过绝缘壳体100与振动电缆22直接接触，也可以在第一端设置一硬质介质，通过该硬质介质与振动电缆22接触，以通过该硬质介质将该振动电缆22的振动能传递至弹性组件200。

该电容组件300设置于第一容置腔110，电容组件300包括相对设置的第一极板310和第二极板320，第一极板310设置于绝缘壳体100远离弹性组件200的内表面，第二极板320设置于弹性组件200的第二端。该第一极板310和该第二极板320中任一个极板作为高压电极，用于连接外电源，以施加电压，另一个极板作为测量电极，和电容检测组件400电连接，用以检测该电容组件300的电容。在给电容组件300施加有电压时，在外电压的作用下，第一极板310和第二极板320之间便会产生电场，且该电场的大小随外加电压的变化而变化。该第一极板310和第二极板320可以由铜、铂等金属材料制成，本实施例对于该电容组件300的材料类型和电容值等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择或者设定。

电容检测组件400的输入端与第二极板320电连接，电容检测组件400用于检测第一极板310和第二极板320之间的电容值。在电容组件300的第一极板310上加载有交流电时，电容组件300的第一极板310和第二极板320之间便会有电场产生，第一极板310和第二极板320之间便会有压差和电流产生，电容检测组件400通过检测第一极板310和第二极板320之间的压差或者电流来实现对于电容组件300电容值的检测。本实施例中的电容检测组件400可以为电容测试仪、电容电感测试仪、电容容量测试仪等，本实施例对于电容检测组件400不作任何限定，可根据实际情况具体选择，只需要满足可以实现检测第一极板310和第二极板320之间的电容值的功能即可。

控制组件500与电容检测组件400的输出端信号连接，控制组件500用于根据电容检测组件400输出的电容值确定振动电缆22的振幅。控制组件500在接收到电容检测组件400检测得到的电容组件300不同时刻的电容值，然后根据该电容值计算得到电容组件300第一极板310和第二极板320之间距离的变化量，也就得到了振动电缆22的振动幅值。本申请实施例中的控制组件500可以但不限于是计算机、PLC芯片、平板电脑、手机等，本实施例对于该控制组件500的具体类型不作任何限定，可根据实际情况具体选择，只需要满足可以根据电容检测组件400输出的电容值确定振动电缆22的振幅的功能即可。

本申请实施例提供的电缆振动监测装置10的工作原理如下：

在工作中时，给电容组件300的第一极板310上施加交流电，第一极板310和第二极板320之间便会产生有电场和压差，电容检测组件400实时检测第一极板310和第二极板320之间的电容值，并将该电容值实时发送至控制组件500。电容组件300的电容值随着第一极板310与第二极板320之间距离的改变而变化，当振动电缆22发生振动时，振动电缆22的振动推动弹性组件200沿远离振动电缆22的方向拉伸，从而推动第二极板320靠近第一极板310，则第一极板310和第二极板320之间的距离减小。随着第一极板310和第二极板320之间的距离减小，电容组件300的电容值也会发生变化，控制组件500根据电容检测组件400输出的电容值计算得到电容变化量，然后根据该电容变化量计算得到第一极板310和第二极板320之间的距离变化量，也就得到了振动电缆22的振动幅度。其中，第一极板310和第二极板320之间的距离与电容值之间的变化可以通过如下公式(1)计算得到：

(1)式中，C为电容组件300的电容值，ε_r为第一极板310和第二极板320之间的相对介电常数，ε₀为真空介电常数，d为材料体整体厚度，S为第一极板310和第二极板320之间的相对面积。

上述电缆振动检测装置设置有绝缘壳体100、弹性组件200、电容组件300、电容检测组件400和控制组件500，电缆振动时，通过弹性组件200推动电容组件300的第二极板320相对于第一极板310运动，从而改变第一极板310和第二极板320之间的距离，则该电容组件300的电容值发生变化。该控制组件500通过该电容值的改变量即可计算得到第一基本和第二极板320之间的移动距离，即得到振动电缆22的振幅。本申请实施例提供的电缆振动监测装置10解决了现有技术中存在的振动电缆探测器只能检测振动电缆22的振动频率，无法确定振动电缆的振幅的技术问题，达到了可以有效检测振动电缆振幅的技术效果。

请参见图3，在本申请一个可选的实施例中，该电缆振动监测装置10还包括：绝缘组件600。

该绝缘组件600夹设于第一极板310和第二极板320之间，绝缘组件600由弹性材料制成，弹性材料在受到第二极板320的挤压时，发生形变，体积缩小，其介电常数也会随之改变，从而改变电容组件300的电容值。当振动电缆22振动时，通过弹性组件200推动第二极板320沿远离振动电缆22的方向移动，从而推动绝缘组件600发生形变，也就改变了绝缘组件600的介电常数，同时，第一极板310和第二极板320之间的距离也发生了变化。也就是说，当绝缘组件600由弹性材料制成时，本申请实施例可以从第一极板310和第二极板320之间的距离，以及第一极板310和第二极板320之间的介电常数两个维度改变电容组件300的电容值，从而大大提高本申请实施例提供的电缆振动监测装置10的监测灵敏度。

在本申请一个可选的实施例中，弹性材料可以为聚酰亚胺材料、橡胶材料等，本实施例不作任何限定，可根据实际情况具体选择或者设定。在本实施例中，弹性材料优选为聚酰亚胺材料，聚酰亚胺材料具有良好的绝缘性和弹性系数，可以检测振动电缆22的微小形变，从而提高本申请实施例提供的电缆振动监测装置10的监测灵敏度。

在本申请一个可选的实施例中，绝缘组件600为多孔结构，在绝缘组件600内开设有多个通孔610，多个通孔610为绝缘组件600的提供形变空间，以最大程度提高该绝缘组件600的形变容量，从而增大振动电缆22的振动检测范围。绝缘组件600内开设的通孔610的孔径大小可以相同，也可以不同，本实施例对于通孔610的数量及大小不作任何限定，可根据实际情况具体设定。

在本申请一个可选的实施例中，该电缆振动监测装置10还包括：防水膜层700。

该防水膜层700设置于第一容置腔110，防水膜层700具有一第二容置腔，第一极板310、第二极板320与绝缘组件600均设置于第二容置腔。该防水膜层700贴覆于绝缘壳体100的内表面，且将第一极板310、第二极板320与绝缘组件600包覆于其中。第一极板310和第二极板320一般为金属材料，金属材料长期处于户外环境中容易被雨水或者空气中的水分腐蚀，本申请通过设置防水膜层700可以有效防止第一极板310和第二极板320被破坏，避免因第一极板310和第二极板320被腐蚀而影响电缆振动监测装置10的监测性能，从而延长第一极板310和第二极板320的使用寿命，进一步提高本申请实施例提供的电缆振动监测装置10的使用寿命及监测性能。在本实施例中，防水膜层700可以包括一层或多层防水膜，该防水膜的材料可以为三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯、SBS橡胶等，本实施例不作具体限定，可根据实际情况具体选择，只需要满足可以实现防水的功能即可。

在本申请一个可选的实施例中，防水膜层700的材料可以优选为聚四氟乙烯材料，聚四氟乙烯是一种良好的工程塑料，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力，性能优异，且价廉易得，可以在保证本申请实施例电缆振动监测装置10性能优良的前提下降低成本。

在本申请一个可选的实施例中，第二极板320的厚度小于第一极板310的厚度。

第二极板320与弹性组件200连接，弹性组件200在振动电缆22的振动下带动第二极板320沿远离振动电缆22的方向移动，也就是向上移动，本实施例中第二极板320的厚度小于第一极板310的厚度，以减小第二极板320的厚度，使得第二极板320在弹性组件200的推动下更易移动，从而提高本申请实施例提供的电缆振动监测装置10的监测精度。

请参见图4，在本申请一个可选的实施例中，电缆振动监测装置10的绝缘壳体100为半封闭壳体，绝缘壳体100靠近弹性组件200的一端开设有一开口120，弹性组件200的第一端穿设于开口120用于连接振动电缆22。该绝缘壳体100为半封闭状，将第一极板310、第二极板320、绝缘组件600和弹性组件200部分容纳在器第一容置腔110内，以保护第一极板310、第二极板320和绝缘组件600不被外界环境所破坏。同时，弹性组件200的第一端通过该开口120暴露于绝缘壳体100的外部，在使用时，可方便的与振动电缆22进行连接安装，从而可以在提高本申请实施例电缆振动监测装置10的使用寿命以及保证监测性能稳定的前提下，大大提高本申请实施例电缆监测装置的安装便利性及灵活性。

请参见图5，本申请一个实施例提供了一种电缆振动监测系统20，包括：电缆振动监测装置10和交流电源21。

该电缆振动监测装置10在上述实施例中已经详细阐述，在此不再赘述。

该交流电源21的输入端与第一极板310电连接，交流电源21的控制端与控制组件500信号连接，该交流电源21用于为电容组件300供电，以使得电容组件300的第一极板310和第二极板320之间产生压差，控制组件500用于控制交流电源21输出不同大小的电压。本实施例中的交流电源21可以为三相电，也可以为两相电，本实施例不作任何限定，可根据实际情况具体选择。

在一个可选的实施例中，该电缆振动监测系统20还可以包括一电压调节组件，电压调节组件的输入端与交流电源21电连接，电压调节组件的输出端与第一极板310电连接，电压调节组件的控制端与控制组件500信号连接，控制组件500用于控制电压调节组件输出不同数值的电压。本实施例通过设置有电压调节组件，可以向第一极板310输出不同的电压，以调整电容组件300第一极板310和第二极板320之间的压差，即使振动电缆22发生微小的形变，该电容组件300也可以检测得到一个具体的电容值，进一步提高本申请实施例电缆振动监测系统20的监测灵敏度。

在一个可选的实施例中，该电缆振动监测系统20还包括：振动电缆22。

该振动电缆22贴合设置于弹性组件200的第一端，该振动电缆22是指在日常运行过程中会发生振动的电缆，可以为任意输电电缆，本实施例不作任何限定，可根据实际情况具体选择。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种电缆振动监测装置，其特征在于，应用于振动电缆，所述电缆振动监测装置包括：

绝缘壳体，所述绝缘壳体内部具有一第一容置腔；

弹性组件，设置于所述第一容置腔，所述弹性组件的第一端用于连接所述振动电缆，所述弹性组件的第二端固定于电容组件的第二极板；

电容组件，设置于所述第一容置腔，所述电容组件包括相对设置的第一极板和第二极板，所述第一极板设置于所述绝缘壳体远离所述弹性组件的内表面，所述第二极板设置于所述弹性组件的第二端；在使用时，所述弹性组件的第一端与所述振动电缆的表面贴合，当所述振动电缆发生振动时，弹性组件随着所述振动电缆的振动而发生压缩或拉伸，将所述振动电缆的振动能转化为所述弹性组件的弹力；

电容检测组件，所述电容检测组件的输入端与所述第二极板电连接，所述电容检测组件用于检测所述第一极板和所述第二极板之间的电容值；

控制组件，所述控制组件与所述电容检测组件的输出端信号连接，所述控制组件用于根据所述电容检测组件输出的所述电容值确定所述振动电缆的振幅；

所述绝缘壳体为半封闭壳体，所述绝缘壳体靠近所述弹性组件的一端开设有一开口，所述弹性组件的第一端穿设于所述开口用于连接所述振动电缆；在使用时，所述绝缘壳体的一端与振动电缆贴合，另一端固定于以提供定点的固定物。

2.根据权利要求1所述的电缆振动监测装置，其特征在于，还包括：

绝缘组件，所述绝缘组件夹设于所述第一极板和所述第二极板之间，所述绝缘组件由弹性材料制成。

3.根据权利要求2所述的电缆振动监测装置，其特征在于，所述绝缘组件为多孔结构。

4.根据权利要求2所述的电缆振动监测装置，其特征在于，所述绝缘组件由聚酰亚胺材料制成。

5.根据权利要求2所述的电缆振动监测装置，其特征在于，还包括：

防水膜层，设置于所述第一容置腔，所述防水膜层具有一第二容置腔，所述第一极板、所述第二极板与所述绝缘组件均设置于所述第二容置腔。

6.根据权利要求5所述的电缆振动监测装置，其特征在于，所述防水膜层由聚四氟乙烯材料制成。

7.根据权利要求1所述的电缆振动监测装置，其特征在于，所述第二极板的厚度小于所述第一极板的厚度。

8.一种电缆振动监测系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-7任一项所述的电缆振动监测装置；

交流电源，所述交流电源的输入端与所述第一极板电连接，所述交流电源的控制端与所述控制组件信号连接，所述控制组件用于控制所述交流电源输出不同大小的电压。

9.根据权利要求8所述的电缆振动监测系统，其特征在于，还包括：

振动电缆，贴合设置于所述弹性组件的第一端。