CN113267116A - 一种盘装电缆长度测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘装电缆长度测量系统及方法，该系统包括：用于在盘装电缆的缆芯中施加电流的电流源；用于测量盘装电缆截面电流的检测线圈；用于测量检测线圈中电流的测量终端；用于计算盘装电缆总长度的计算模块；该方法包括：将电流源的两个接线端子分别与盘装电缆首端的缆芯和末端的缆芯相连接；将检测线圈绕过装线盘镂空中心后连接至测量终端；电流源输出电流有效值I₀，测量终端获得检测线圈中的电缆截面电流有效值I_s；根据电缆截面电流有效值I_s与电流源输出的电流有效值I₀的比值k估算电缆匝数n；计算总长度。本发明应用范围广，适用于有金属护套以及无金属护套的盘装电缆，简单方便，准确高效，显著地降低了盘装电缆长度的计算复杂度。

Description

一种盘装电缆长度测量系统及方法

技术领域

本发明属于电力电缆检测，尤其涉及一种盘装电缆长度测量系统及方法。

背景技术

电力电缆是电力系统中承担电力传输的核心设备之一，具有空间占用少、受环境影响小、可靠性高等一系列优点，是目前城市供电的主要输电途径。目前在电力电缆施工过程中，由于电缆实际长度小于标称长度导致的成本增加、工期延误等问题时有发生。因此，在电缆敷设之前进行长度检测十分必要。

目前常用的电缆测长技术包括计米器测量、直流电阻法测量、电容法测量以及时频域反射法测量等。其中：计米器的核心部分由测量轮和光电计米器两部分组成。电缆长度的计量，是由电缆直接或间接与固定直径的计米轮接触，两者同步运动，由计米轮带动计数器运行，来确定电缆的长度。然而，计米器测量时需要对电缆进行复绕，费时费力，且操作过程中可能对电缆绝缘外观造成破坏。

直流电阻法是利用电桥等小电阻测量装置测量整段电缆的直流电阻率，以及单位长度电缆的直流电阻，二者相除即为整段电缆的长度。然而，直流电阻测量受温度影响较大，此外电缆材质以次充好、截面不足等质量问题也会直接影响测量结果。

对于尺寸均匀，带有金属护套的电缆，缆芯和护套可以看作同轴圆柱电容。电缆整体电容与单位长度的电容之比即为电缆的长度。然而，对于电容法，一方面电缆端部电容存在边缘效应会导致测量误差，另一方面电容值还会受到电缆弯曲状态影响。

时频域反射法是利用电缆中的波反射进行长度检测，测量时向电缆一端注入脉冲或扫频信号，根据末端反射回的信号提取信号传播时间，在此基础上结合行波波速计算电缆长度。然而，对于时频域反射法，主要采用的是上升沿为ns级的信号，对信号发生和测量装置要求比较高，此外无法适用于没有金属护套的盘装电缆。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于电磁感应的盘装电缆长度测量系统，适用于多种类型盘装电缆的总长度核验；本发明的另一个目的是提供一种适用于盘装电缆长度测量系统的测量方法，简单高效地计算盘装电缆匝数以及电缆总长度。

技术方案：本发明提供了一种盘装电缆长度测量系统，包括用于在盘装电缆的缆芯中施加电流的电流源；用于测量盘装电缆截面电流的检测线圈；用于测量检测线圈中电流的测量终端；用于计算盘装电缆总长度的计算模块；电流源的两个接线端子分别与盘装电缆首端的缆芯和末端的缆芯相连接，检测线圈穿过装线盘镂空中心后连接至测量终端。

进一步地，待测的盘装电缆位于检测线圈中心位置，检测线圈所在平面与盘装电缆末端平齐，且与电缆绕向垂直，以保证盘装电缆中交流电产生交变磁场与检测线圈充分作用，在检测线圈中感应出最大的电流有效值I_s，长度测试精度更高。

进一步地，检测线圈为Rogowski线圈。

进一步地，检测线圈周长大于4米，以适用于不同规格的盘装电缆。

进一步地，电流源为交流电源。

一种适用于上述的盘装电缆长度测量系统的测量方法，包括如下步骤：

步骤1：将电流源的两个接线端子分别与盘装电缆首端的缆芯和末端的缆芯相连接；将已知匝数的检测线圈绕过装线盘镂空中心后连接至测量终端；

步骤2：电流源输出电流有效值I₀，测量终端获得检测线圈中的电缆截面电流有效值I_s；

步骤3：根据电缆截面电流有效值I_s与电流源输出的电流有效值I₀的比值k估算电缆匝数n；

步骤4：计算盘装电缆总长度。

进一步地，电流源多次输出相同或不同的电流，对应多个k值取平均后进行四舍五入得到最终k值。

进一步地，电流源输出的不同电流包括：不同有效值的电流、不同频率的电流、或有效值和频率均不同的电流。

进一步地，步骤3中，电缆匝数估算的表达式为：

式中：

n表示盘装电缆匝数，

k表示电缆截面电流有效值I_s与电流源输出电流有效值I₀的比值，

表示向上取整符号。

进一步地，步骤4中，盘装电缆长度计算的表达式为：

式中：

L表示盘装电缆长度，

n表示检测线圈所环绕的电缆匝数，

d₁表示绕线盘直径，

d₂表示装线盘直径，

t表示装盘余量，

L₀表示盘装电缆首端到检测线圈所在平面的电缆长度。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：通过在电缆中施加固定的交流电流，采用Rogowski线圈测量装线盘中电缆的总截面电流，根据总截面电流与单匝电缆电流之比计算电缆装盘匝数，并结合绕线盘及电缆几何尺寸，计算盘装电缆总长度。该方法测量简单方便，应用范围广，可适用于有金属护套以及无金属护套的盘装电缆。

附图说明

图1是本发明的系统接线图；

图2是本发明的方法流程图；

图3是本发明中尺寸参数示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，一种基于电磁感应的盘装电缆长度测量系统，包括电源及电流测量模块、尺寸测量模块、匝数及长度计算模块。

电源及电流测量模块，用于在电缆中施加某一数值的电流，并测量绕线盘中电缆的总截面电流；包括：用于施加固定电流激励的正弦交流电源、用于测量绕线盘中电缆的总截面电流的已知匝数的检测线圈及其测量终端。

其中，已知匝数的检测线圈为Rogowski线圈。正弦交流电源，其输出的电流频率应该位于Rogowski线圈的最佳测量频率范围内。Rogowski线圈周长不小于4米，确保其可以穿过绕线盘后闭合。

尺寸测量模块，用于测量电缆总长度计算所需的绕线盘及电缆的相关几何尺寸；采用卷尺长度测量工具，对绕线盘直径、绕线架直径、装盘余量进行测量。采用计米器、钢卷尺等工具测量电缆首端到Rogowski线圈在平面的电缆长度。

匝数及长度计算模块，用于根据电流及几何尺寸测量结果计算盘装电缆的总长度。包括：匝数估算单元和长度计算单元。

匝数估算单元，通过测得的绕线盘中电缆截面电流I_s，与电流源输出电流I₀之比向上取整，估算绕线盘中电缆匝数n。

长度计算单元，根据电缆匝数计算n、绕线盘直径d₁、绕线架直径d₂、装盘余量t、电缆首端到Rogowski线圈所在平面的电缆长度L₀，通过如下公式计算电缆长度L：

如图2所示，一种基于电磁感应的盘装电缆测长方法，包括测量装置的接线、施加与测量交流电流、电缆匝数估算、测量绕线盘尺寸和盘装电缆长度计算等步骤。具体的盘装电缆测长方法包括：

步骤1：测量装置的接线。将交流电源1的两个端子分别与盘装电缆首端2的缆芯和电缆末端3的缆芯相连接；将Rogowski线圈作为已知匝数的检测线圈绕过装线盘中心后连接至配套的测量终端6，其中，测量终端6包括示波器、交流电压表等。

Rogowski线圈在绕过装线盘中心时需要注意：Rogowski线圈周长进行适当地选择，用于确保其可以穿过绕线盘后闭合，同时尽量使Rogowski线圈所环绕的待测电缆位于线圈中心区域。Rogowski线圈周长不小于4米，所在平面与电缆末端3平齐，且与电缆绕向垂直，以保证测量精度。

步骤2：施加与测量交流电流。调节交流电源1输出的电流有效值I₀，测量终端6检测Rogowski线圈所环绕的电缆截面电流有效值I_s。

为减小测量误差，交流电源1可分多次输出相同或不同的电流进行检测。交流电源1输出的电流和Rogowski线圈测得的电流须同时符合交流电源1和Rogowski线圈的工作区间。

交流电源1输出的电流值既可以相同，也可以不同。例如，每次均输出有效值为5A的电流，也可以是按照设定规律分布的电流。以三次测量次数为例，交流电源有效值以5A为基准，分别以

5A，和5jA，施加三次电流，其中j为比例系数。还可以在交流电源1和Rogowski线圈的工作区间之内随机地设定交流电源1输出的电流值。

另外，在多次测量中还可以调节交流电源1测量频率，测量频率根据变频电源输出频率和罗氏线圈测量频率的重叠范围综合确定，也可在二者频率重叠范围内选择多个频率点进行测量。

步骤3：电缆匝数估算。电缆截面电流有效值I_s与交流电源1输出电流有效值I₀的比值k表达式为，

圈所环绕的匝数一定是整数，小数部位对应的步分是由于测量误差引起的，因此计算匝数的时候作取整操作。

使用比值k可以使用至少两种方法对电缆匝数进行估算，其中，第一种方式为，将k值向上取整估算得Rogowski线圈所环绕的电缆匝数n。结合施加与测量交流电流步骤中，当奇数次使用交流电源1输出的电流时，若向上取整时出现两个值，例如，三次检测，k的结果是分比为99.8，99.9和100.1，向上取整后为100和101，以向上取整后次数多的结果为准，即取匝数为100匝。值得注意的是，由于线圈平面与中心导体不垂直等因素，一般测量结果偏小，因此可以采用向上取整的方式。

第二种方式为，结合施加与测量交流电流步骤中，当奇数次使用交流电源1输出的电流时，获得多个k值，取平均值后进行四舍五入，获得匝数。例如，例如，三次检测，k的结果是分比为99.8，99.9和100.1，平均值为99.9，四舍五入取整为100匝。

步骤4：测量绕线盘尺寸。用钢卷尺等工具测量绕线盘直径d₁、绕线架直径d₂、装盘余量t。尺寸参数如图3所示。用计米器、钢卷尺等工具测量电缆首端2到Rogowski线圈所在平面的电缆长度L₀。测量尺寸时也可以使用其它多种工具并进行多次测量取平均值，提高测量精度。

步骤5：盘装电缆长度计算。以如下公式计算盘装电缆长度，

式中：

L表示盘装电缆长度，

n表示Rogowski线圈所环绕的电缆匝数，

d₁表示绕线盘直径，

d₂表示绕线架直径，

t表示装盘余量，

L₀表示电缆首端2到Rogowski线圈所在平面的电缆长度。

本发明有助于在盘装电缆验收时准确获取电缆实际长度，一方面可以及时发现供货商是否存在偷工减料，避免不必要的经济损失；另一方面也可避免因标称长度与实际长度不一致带来的施工不便。

Claims (10)

1.一种盘装电缆长度测量系统，其特征在于，包括用于在盘装电缆的缆芯中施加电流的电流源(1)；用于测量盘装电缆截面电流的检测线圈(4)；用于测量检测线圈中电流的测量终端(6)；用于计算盘装电缆总长度的计算模块；所述电流源(1)的两个接线端子分别与盘装电缆首端(2)的缆芯和末端(3)的缆芯相连接，所述检测线圈(4)穿过装线盘(5)镂空中心后连接至测量终端(6)。

2.根据权利要求1所述的盘装电缆长度测量系统，其特征在于，待测的盘装电缆位于检测线圈(4)中心位置，检测线圈(4)所在平面与盘装电缆末端(3)平齐，且与电缆绕向垂直。

3.根据权利要求1所述的盘装电缆长度测量系统，其特征在于，所述的检测线圈(4)为Rogowski线圈。

4.根据权利要求1所述的盘装电缆长度测量系统，其特征在于，所述的检测线圈(4)周长大于4米。

5.根据权利要求1所述的盘装电缆长度测量系统，其特征在于，所述的电流源(1)为交流电源。

6.一种适用于权利要求1所述的盘装电缆长度测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将电流源(1)的两个接线端子分别与盘装电缆首端(2)的缆芯和末端(3)的缆芯相连接；将已知匝数的检测线圈(4)绕过装线盘(5)镂空中心后连接至测量终端(6)；

步骤2：电流源输出电流有效值I₀，测量终端(6)获得检测线圈(4)中的电缆截面电流有效值I_s；

步骤3：根据电缆截面电流有效值I_s与电流源(1)输出的电流有效值I₀的比值k估算电缆匝数n；

步骤4：计算盘装电缆总长度。

7.根据权利要求6所述的盘装电缆长度测量方法，其特征在于，所述电流源(1)多次输出相同或不同的电流，对应多个k值取平均后进行四舍五入得到最终k值。

8.根据权利要求6所述的盘装电缆长度测量方法，其特征在于，所述电流源(1)输出的不同电流包括：不同有效值的电流、不同频率的电流、或有效值和频率均不同的电流。

9.根据权利要求6所述的盘装电缆长度测量方法，其特征在于，所述步骤3中，电缆匝数估算的表达式为：

式中：

n表示盘装电缆匝数，

k表示电缆截面电流有效值I_s与电流源输出电流有效值I₀的比值，

表示向上取整符号。

10.根据权利要求6所述的盘装电缆长度测量方法，其特征在于，所述步骤4中，盘装电缆长度计算的表达式为：

式中：

L表示盘装电缆长度，

n表示检测线圈所环绕的电缆匝数，

d₁表示绕线盘直径，

d₂表示装线盘(5)直径，

t表示装盘余量，

L₀表示盘装电缆首端(2)到检测线圈(4)所在平面的电缆长度。

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