CN113281552B - 一种零接触式线缆电压测量方法 - Google Patents

一种零接触式线缆电压测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种零接触式线缆电压测量方法，具体包括以下步骤：S1、获取三相电缆的外层绝缘胶体的等效电容；S2、判断三相电缆是否存在地线连接，若是转至步骤S3，否则转至步骤S4；S3、在每相电缆的地线上分别加设附加电容器，计算附加电容器与等效电容的电位以及流经附加电容器的电流，根据电位和电流计算得到三相电缆的对地电压，根据对地电压计算得到三相电缆的电压值；S4、在三相电缆之间分别加设附加电容器和附加开关，通过闭合相应的开关计算得到三相电缆之间的回路电流，根据回路电流、等效电容和附加电容器的电容计算得到三相电缆的电压值。与现有技术相比，本发明具有安全可靠、提高测量结果的准确性等优点。

Description

一种零接触式线缆电压测量方法
技术领域
本发明涉及线路电压监测技术领域，尤其是涉及一种零接触式线缆电压测量方法。
背景技术
目前线缆电压采集技术多为事先在线缆的端子侧安装好电压互感器进行电压数据采集；另一种方式是在线缆待测处进行微孔技术，将测量设备通过小孔放进去进行测量；还有一种方式是通过两个金属极板产生电场通过线圈感应测量线缆的电压参数。
但是，在端子侧的测量的方式的不足在于测量点固定，对于非端子侧的线路故障不方便检测；使用针扎式的线缆电压检测技术，会对线缆绝缘层进行一定的破坏，对线缆绝缘性造成无法恢复的伤害；通过电极板获得电压参数时波形受干扰严重，获得的参数不一定属于电压信号，准确性太低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种零接触式线缆电压测量方法，不对线缆造成伤害，且在不影响线缆工作状态的情况下准确测量线缆电压，方便在线缆的任何位置进行电压测量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种零接触式线缆电压测量方法，具体包括以下步骤：
S1、获取三相电缆的外层绝缘胶体的等效电容；
S2、判断三相电缆是否存在地线连接，若是转至步骤S3，否则转至步骤S4；
S3、在每相电缆的地线上分别加设附加电容器，计算附加电容器与等效电容的电位以及流经附加电容器的电流，根据所述电位和电流计算得到三相电缆的对地电压，根据所述对地电压计算得到三相电缆的电压值；
S4、在三相电缆之间分别加设附加电容器和附加开关，通过闭合相应的开关计算得到三相电缆之间的回路电流，根据所述回路电流、等效电容和附加电容器的电容计算得到三相电缆的电压值。
所述步骤S1中通过采用顺序投切的方式，将电压源投入测量回路电流，从而得出测量点的等效电容，用于线缆的电压测量，过程具体如下：
S101、在单相电缆中分别设置第一观测点、第二观测点和第三观测点；
S102、在三个观测点之间分别额外加设连接支路，所述连接支路上分别设有第一外接电压源、第二外接电压源、第三外接电压源及相应的开关；
S103、通过分别闭合所述第一外接电压源、第二外接电压源和第三外接电压源对应的开关，计算得到第一外接电压源、第二外接电压源和第三外接电压源的电压值，从而计算得到单相电缆的等效电容容抗。
进一步地，所述第一外接电压源、第二外接电压源和第三外接电压源的电压值的计算公式如下所示：
UT1＝(XEC1+XEC2)·IT1
UT2＝(XEC2+XEC3)·IT2
UT3＝(XEC3+XEC1)·IT3
其中，UT1为第一外接电压源的电压值，UT2为第二外接电压源的电压值，UT3为第三外接电压源的电压值，XEC1为第一观测点的等效电容容抗，XEC2为第二观测点的等效电容容抗，XEC3为第三观测点的等效电容容抗，IT1为第一观测点和第二观测点间的电流值，IT2为第二观测点和第三观测点间的电流值，IT3为第一观测点和第三观测点间的电流值。
进一步地，所述单相电缆的等效电容容抗的计算公式具体如下：
Figure GDA0003894633420000021
其中，XEC为单相电缆的等效电容容抗。
所述步骤S3中三相电缆对应的A相电缆、B相电缆和C相电缆上分别加设第一附加电容器、第二附加电容器和第三附加电容器。
进一步地，所述三相电缆的对地电压的计算公式如下所示：
Figure GDA0003894633420000031
其中，UA0为A相电缆的对地电压，UB0为B相电缆的对地电压，UC0为C相电缆的对地电压，UA·M为第一附加电容器与A相电缆的等效电容的电位，UB·M为第二附加电容器与B相电缆的等效电容的电位，UC·M为第三附加电容器与C相电缆的等效电容的电位，IA·M为流经第一附加电容器的电流，IB·M为流经第二附加电容器的电流，IC·M为流经第三附加电容器的电流，XA·E为A相电缆的等效电容容抗，XB·E为B相电缆的等效电容容抗，XC·E为C相电缆的等效电容容抗。
进一步地，所述步骤S3中存在地线连接时三相电缆的电压值的计算公式如下所示：
Figure GDA0003894633420000032
其中，UAB为A相电缆的电压值，UBC为B相电缆的电压值，UCA为C相电缆的电压值。
所述步骤S4中三相电缆对应的A相电缆、B相电缆和C相电缆中，A相电缆与B相电缆之间加设第一附加电容器，B相电缆与C相电缆之间加设第二附加电容器，A相电缆与C相电缆之间加设第三附加电容器。
进一步地，所述A相电缆与B相电缆之间还设有第一开关控制通断，B相电缆与C相电缆之间还设有第二开关控制通断，A相电缆与C相电缆之间还设有第三开关控制通断。
进一步地，所述第一开关闭合后计算得到A相电缆与B相电缆之间的第一回路电流，根据第一回路电流计算A相电缆的电压值的公式如下所示：
UAB＝-(XA·E+XB·E+XC·AT)·IA·N
其中，UAB为A相电缆的电压值，XA·E为A相电缆的等效电容容抗，XB·E为B相电缆的等效电容容抗，XC·AT为第一附加电容器的容抗，IA·N为第一回路电流；
所述第二开关闭合后计算得到B相电缆与C相电缆之间的第二回路电流，根据第二回路电流计算B相电缆的电压值的公式如下所示：
UBC＝-(XB·E+XC·E+XC·BT)·IB·N
其中，UBC为B相电缆的电压值，XB·E为B相电缆的等效电容容抗，XC·E为C相电缆的等效电容容抗，XC·BT为第二附加电容器的容抗，IB·N为第二回路电流；
所述第三开关闭合后计算得到A相电缆与C相电缆之间的第三回路电流，根据第三回路电流计算C相电缆的电压值的公式如下所示：
UCA＝-(XA·E+XC·E+XC·CT)·IC·N
其中，UCA为C相电缆的电压值，XA·E为A相电缆的等效电容容抗，XC·E为C相电缆的等效电容容抗，XC·CT为第三附加电容器的容抗，IC·N为第三回路电流。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明与电缆本身无接触，而是通过加设已知电容值的电容器测量电流和电压从而得出线缆的等效电容值，相比于针扎式电压信号采集设备更加方便，无需对线缆的绝缘层造成破坏，提高了测量过程中的安全性。
2.本发明具有较强的抗干扰能力，环境或者线缆自身的波动不会对测量结果造成干扰，提高了测量结果的准确性。
3.本发明在测量过程中未使用任何产生磁场影响电缆自身工作状态的设备，因此对线缆的影响很小，保证了测量过程的稳定性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明实施例中A相电缆测量等效电容的示意图；
图3为本发明实施例中A相电缆测量绝缘等效电容的示意图；
图4为本发明存在地线连接时进行测量的结构示意图；
图5为本发明不存在地线连接时进行测量的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种零接触式线缆电压测量方法，具体包括以下步骤：
S1、获取三相电缆的外层绝缘胶体的等效电容；
S2、判断三相电缆是否存在地线连接，若是转至步骤S3，否则转至步骤S4；
S3、在每相电缆的地线上分别加设附加电容器，计算附加电容器与等效电容的电位以及流经附加电容器的电流，根据电位和电流计算得到三相电缆的对地电压，根据对地电压计算得到三相电缆的电压值；
S4、在三相电缆之间分别加设附加电容器和附加开关，通过闭合相应的开关计算得到三相电缆之间的回路电流，根据回路电流、等效电容和附加电容器的电容计算得到三相电缆的电压值。
电缆外层绝缘胶体可以等效为电容，本实施例中，以A相电缆为例，具体测量时的电路结构如图2和图3所示。
步骤S1中通过采用顺序投切的方式，将电压源投入测量回路电流，从而得出测量点的等效电容，用于线缆的电压测量，过程具体如下：
S101、在单相电缆中分别设置第一观测点、第二观测点和第三观测点；
S102、在三个观测点之间分别额外加设连接支路，连接支路上分别设有第一外接电压源、第二外接电压源、第三外接电压源及相应的开关；
S103、通过分别闭合第一外接电压源、第二外接电压源和第三外接电压源对应的开关，计算得到第一外接电压源、第二外接电压源和第三外接电压源的电压值，从而计算得到单相电缆的等效电容容抗。
第一外接电压源、第二外接电压源和第三外接电压源的电压值的计算公式如下所示：
UT1＝(XEC1+XEC2)·IT1
UT2＝(XEC2+XEC3)·IT2
UT3＝(XEC3+XEC1)·IT3
其中，UT1为第一外接电压源的电压值，UT2为第二外接电压源的电压值，UT3为第三外接电压源的电压值，XEC1为第一观测点的等效电容容抗，XEC2为第二观测点的等效电容容抗，XEC3为第三观测点的等效电容容抗，IT1为第一观测点和第二观测点间的电流值，IT2为第二观测点和第三观测点间的电流值，IT3为第一观测点和第三观测点间的电流值。
单相电缆的等效电容容抗的计算公式具体如下：
Figure GDA0003894633420000061
其中，XEC为单相电缆的等效电容容抗。
如图4所示，步骤S3中三相电缆对应的A相电缆、B相电缆和C相电缆上分别加设第一附加电容器、第二附加电容器和第三附加电容器。
三相电缆的对地电压的计算公式如下所示：
Figure GDA0003894633420000062
其中，UA0为A相电缆的对地电压，UB0为B相电缆的对地电压，UC0为C相电缆的对地电压，UA·M为第一附加电容器与A相电缆的等效电容的电位，UB·M为第二附加电容器与B相电缆的等效电容的电位，UC·M为第三附加电容器与C相电缆的等效电容的电位，IA·M为流经第一附加电容器的电流，IB·M为流经第二附加电容器的电流，IC·M为流经第三附加电容器的电流，XA·E为A相电缆的等效电容容抗，XB·E为B相电缆的等效电容容抗，XC·E为C相电缆的等效电容容抗。
步骤S3中存在地线连接时三相电缆的电压值的计算公式如下所示：
Figure GDA0003894633420000063
其中，UAB为A相电缆的电压值，UBC为B相电缆的电压值，UCA为C相电缆的电压值。
如图5所示，步骤S4中三相电缆对应的A相电缆、B相电缆和C相电缆中，A相电缆与B相电缆之间加设第一附加电容器，B相电缆与C相电缆之间加设第二附加电容器，A相电缆与C相电缆之间加设第三附加电容器。
A相电缆与B相电缆之间还设有第一开关控制通断，B相电缆与C相电缆之间还设有第二开关控制通断，A相电缆与C相电缆之间还设有第三开关控制通断。
第一开关闭合后计算得到A相电缆与B相电缆之间的第一回路电流，根据第一回路电流计算A相电缆的电压值的公式如下所示：
UAB＝-(XA·E+XB·E+XC·AT)·IA·N
其中，UAB为A相电缆的电压值，XA·E为A相电缆的等效电容容抗，XB·E为B相电缆的等效电容容抗，XC·AT为第一附加电容器的容抗，IA·N为第一回路电流；
第二开关闭合后计算得到B相电缆与C相电缆之间的第二回路电流，根据第二回路电流计算B相电缆的电压值的公式如下所示：
UBC＝-(XB·E+XC·E+XC·BT)·IB·N
其中，UBC为B相电缆的电压值，XB·E为B相电缆的等效电容容抗，XC·E为C相电缆的等效电容容抗，XC·BT为第二附加电容器的容抗，IB·N为第二回路电流；
第三开关闭合后计算得到A相电缆与C相电缆之间的第三回路电流，根据第三回路电流计算C相电缆的电压值的公式如下所示：
UCA＝-(XA·E+XC·E+XC·CT)·IC·N
其中，UCA为C相电缆的电压值，XA·E为A相电缆的等效电容容抗，XC·E为C相电缆的等效电容容抗，XC·CT为第三附加电容器的容抗，IC·N为第三回路电流。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种零接触式线缆电压测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、获取三相电缆的外层绝缘胶体的等效电容；
S2、判断三相电缆是否存在地线连接，若是转至步骤S3，否则转至步骤S4；
S3、在每相电缆的地线上分别加设附加电容器，计算附加电容器与等效电容的电位以及流经附加电容器的电流，根据所述电位和电流计算得到三相电缆的对地电压，根据所述对地电压计算得到三相电缆的电压值；
S4、在三相电缆之间分别加设附加电容器和附加开关，通过闭合相应的开关计算得到三相电缆之间的回路电流，根据所述回路电流、等效电容和附加电容器的电容计算得到三相电缆的电压值；
所述步骤S1中获取等效电容的过程具体如下：
S101、在单相电缆中分别设置第一观测点、第二观测点和第三观测点；
S102、在三个观测点之间分别额外加设连接支路，所述连接支路上分别设有第一外接电压源、第二外接电压源、第三外接电压源及相应的开关；
S103、通过分别闭合所述第一外接电压源、第二外接电压源和第三外接电压源对应的开关，计算得到第一外接电压源、第二外接电压源和第三外接电压源的电压值，从而计算得到单相电缆的等效电容容抗；
所述第一外接电压源、第二外接电压源和第三外接电压源的电压值的计算公式如下所示：
UT1＝(XEC1+XEC2)·IT1
UT2＝(XEC2+XEC3)·IT2
UT3＝(XEC3+XEC1)·IT3
其中，UT1为第一外接电压源的电压值，UT2为第二外接电压源的电压值，UT3为第三外接电压源的电压值，XEC1为第一观测点的等效电容容抗，XEC2为第二观测点的等效电容容抗，XEC3为第三观测点的等效电容容抗，IT1为第一观测点和第二观测点间的电流值，IT2为第二观测点和第三观测点间的电流值，IT3为第一观测点和第三观测点间的电流值；
所述单相电缆的等效电容容抗的计算公式具体如下：
Figure FDA0003894633410000021
其中，XEC为单相电缆的等效电容容抗；
所述步骤S4中三相电缆对应的A相电缆、B相电缆和C相电缆中，A相电缆与B相电缆之间加设第一附加电容器，B相电缆与C相电缆之间加设第二附加电容器，A相电缆与C相电缆之间加设第三附加电容器；
所述A相电缆与B相电缆之间还设有第一开关控制通断，B相电缆与C相电缆之间还设有第二开关控制通断，A相电缆与C相电缆之间还设有第三开关控制通断；
所述第一开关闭合后计算得到A相电缆与B相电缆之间的第一回路电流，根据第一回路电流计算A相电缆的电压值的公式如下所示：
UAB＝-(XA·E+XB·E+XC·AT)·IA·N
其中，UAB为A相电缆的电压值，XA·E为A相电缆的等效电容容抗，XB·E为B相电缆的等效电容容抗，XC·AT为第一附加电容器的容抗，IA·N为第一回路电流；
所述第二开关闭合后计算得到B相电缆与C相电缆之间的第二回路电流，根据第二回路电流计算B相电缆的电压值的公式如下所示：
UBC＝-(XB·E+XC·E+XC·BT)·IB·N
其中，UBC为B相电缆的电压值，XB·E为B相电缆的等效电容容抗，XC·E为C相电缆的等效电容容抗，XC·BT为第二附加电容器的容抗，IB·N为第二回路电流；
所述第三开关闭合后计算得到A相电缆与C相电缆之间的第三回路电流，根据第三回路电流计算C相电缆的电压值的公式如下所示：
UCA＝-(XA·E+XC·E+XC·CT)·IC·N
其中，UCA为C相电缆的电压值，XA·E为A相电缆的等效电容容抗，XC·E为C相电缆的等效电容容抗，XC·CT为第三附加电容器的容抗，IC·N为第三回路电流。
2.根据权利要求1所述的一种零接触式线缆电压测量方法，其特征在于，所述步骤S3中三相电缆对应的A相电缆、B相电缆和C相电缆上分别加设第一附加电容器、第二附加电容器和第三附加电容器。
3.根据权利要求2所述的一种零接触式线缆电压测量方法，其特征在于，所述三相电缆的对地电压的计算公式如下所示：
Figure FDA0003894633410000031
其中，UA0为A相电缆的对地电压，UB0为B相电缆的对地电压，UC0为C相电缆的对地电压，UA·M为第一附加电容器与A相电缆的等效电容的电位，UB·M为第二附加电容器与B相电缆的等效电容的电位，UC·M为第三附加电容器与C相电缆的等效电容的电位，IA·M为流经第一附加电容器的电流，IB·M为流经第二附加电容器的电流，IC·M为流经第三附加电容器的电流，XA·E为A相电缆的等效电容容抗，XB·E为B相电缆的等效电容容抗，XC·E为C相电缆的等效电容容抗。
4.根据权利要求3所述的一种零接触式线缆电压测量方法，其特征在于，所述步骤S3中存在地线连接时三相电缆的电压值的计算公式如下所示：
Figure FDA0003894633410000032
其中，UAB为A相电缆的电压值，UBC为B相电缆的电压值，UCA为C相电缆的电压值。
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