CN114184898A - 一种便携式多功能人工电缆巡检装置及其电缆巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式多功能人工电缆巡检装置及其电缆巡检方法，装置包括传感器模块、信号调理模块、处理器、输出模块、手持终端，所述传感器模块包含光电传感器、红外传感器、超声波传感器、特高频传感器、高频电流传感器五种传感器；所述传感器模块传输信号经信号调理模块调理后输出给处理器；所述处理器和信号调理模块设置在巡检装置手持终端内；所述处理器与输出模块相连；所述输出模块包含无线通信模块、数据存储模块、人机交互模块、GPS定位模块。该装置小巧便携、使用灵活、安全可靠，附带故障定位、数据存储和自动报表生成功能，可提高巡检作业专业水平，提升现场作业效率，降低人力物力和时间成本。

Description

一种便携式多功能人工电缆巡检装置及其电缆巡检方法

技术领域

本发明涉及高电压技术领域，具体涉及一种便携式多功能人工电缆巡检装置及其电缆巡检方法。

背景技术

人工电缆巡检需要对电缆温度和局部放电情况进行检测。温度检测用于保证电缆在安全运行范围内，其一定程度上反应电缆过载和短路现象。局部放电检测用于检测电缆是否存在局部放电现象，并且通过检测的放电量来反应电缆的绝缘状态，以避免局部放电不断发展导致的绝缘击穿发生。当前电缆主要使用交联聚乙烯(XLPE)电缆，通常通过高频电流法，震荡波法对其进行局部放电检测。老式高频电流检测装置体积较大，检测操作不便；震荡波法检测装置需要在断电条件下使用，增加了巡检人员的工作量。

目前无人电缆巡检装置主要有电缆在线检测和巡检机器人，但是远程在线检测技术在检测到故障之后还是需要人工巡检进行确认。巡检机器人成本高昂，且实际使用中由于输电管廊环境恶劣，巡检机器人经常损坏。由于检测装备的可靠性、准确性和场景适应性不足，现有的智能化设备无法完全替代人工巡检。

红外测温用于确认电缆是否过热运行，也可以发现电缆外层破损和较为严重的局部放电。巡检过程需要对温度和局部放电进行检测，但是红外测温与局部放电检测使用不同的装置，需要多人操作，单个装置功能单一。

发明内容

本发明目的在于提供一种便携式多功能人工电缆巡检装置及其电缆巡检方法。其采用高频电流法、超声波法和特高频法进行局部放电检测与定位，同时可以对电缆进行红外测温。其考虑了多种检测方法的互补关系，还提供智能辅助服务与可扩展功能。

本发明的技术解决方案如下：

本发明提供了一种便携式多功能人工电缆巡检装置，巡检装置分为硬件部分与软件部分，硬件部分分为外接传感器、信号调理模块和手持终端，外接传感器包括高频电流传感器、特高频传感器、超声波传感器，手持终端包括红外传感器、光电传感器、人机交互模块与嵌入式CPU。软件部分考虑了软件架构与多数据显示。

进一步的，所述高频电流传感器主要通过高频磁芯来检测局部放电，高频磁芯耦合局部放电发生时产生的局放电流，在线圈二次侧产生感应电压，感应电压作用在电阻上转化成用于检测的感应电流，检测频带为3MHz～50MHz。高频电流传感器在使用的过程中可直接钳在电缆中间接头、本体或者终端上，不需要改变电缆的运行状态。

进一步的，所述特高频传感器由信号检测天线与信号放大电路组成，用于感应局部放电所激发出的特高频电磁波，其采用微带天线结构，检测频带为300MHz～1500MHz。UHF传感器在使用过程中放置在电缆终端环氧套管处或者电缆外部屏蔽层，同时可通过放置多个UHF传感器，根据时差定位原理x＝(L-v·Δt)/2计算出故障源位置，用于局放故障定位。

进一步的，所述超声波检测方法可以避免受到电信号的干扰通过检测局部放电发生时产生的超声波信号，将其转换成电信号通过图像显示和音频输出等方式供巡检人员分析。超声波传感器在使用过程中可直接贴在电气设备表面。

进一步的，所述信号调理模块将传感器所检测的信号需要对信号进行放大、调制解调、电信号转化为数字信号、滤波、A/D转化等步骤以便于信号的传输与处理。

进一步的，所述红外传感器可以检测到物体的热辐射，将检测到的信号通过数模转换使信号转变成可识别的图像信号，结合光电传感器接收的可见光图像通过双视融合技术融合，呈现出物体表面的温度分布图像，使巡检人员可以更加直观的发现异常热源位置。其测量温度范围在-20～1500℃，温度校准范围为5-90。

进一步的，所述人机交互模块将设备信息与检测信息直观的显示在界面方便巡检人员查看，其通过小窗口使红外监测和任意一种局部放电测量可以同时显示以达到温度局放同时检测的目的，巡检人员可以直接在人机交互界面进行检测方式的替换、测量量程的更改、数据的存储与发送等行为。

进一步的，所述处理器采用高工作稳定性，功耗小，环境适应度较强的嵌入式CPU，具备数据存储与保护、多任务处理、多通道信号采集等功能，并能根据需求对CPU进行更新和扩展。该设计可有效降低设备体积，减少测量过程中的人工操作，以提高其在现场使用的实用性。

进一步的，所述软件架构采用MVC架构。

进一步的，所述多数据显示将超声波信号图像以合成图像的方法通过小窗口的形式显示在红外图像角落，使得巡检人员可以在检测线缆温度的同时定位局部放电位置，靠近局放源时，音频输出模块通过耳机提醒巡检人员，巡检人员通过合成图像观察数据，实现了一个界面两种检测功能的同时使用。

本发明还提供了一种电缆巡检方法，包括局放检测流程和智能辅助服务。

进一步的，所述局放检测流程分为检测电缆中间接头和检测电缆两种情况。在检测电缆中间接头时，由于没有铠装层和屏蔽层的信号屏蔽，可调整到手动模式使用装置外接超声波传感器，对中间接头进行局部放电检测。对于电缆，巡检开始时首先使用装置外接高频电流传感器对电缆进行局部放电检测，若未检测到局部放电，切换至红外测温模式对电缆进行温度检测；若检测到局部放电，切换至特高频检测模式对局放进行定位，由于特高频检测的距离较短，所以要对电缆进行多段检测，每段距离为特高频最远检测范围。在每一次特高频检测之间，依然使用装置对电缆进行测温，使得检测人员可以一轮完成电缆测温和局放检测两个巡检目标，避免对电缆全程进行局放后再原路返回对电缆全程进行测温。特高频检测到局放信号后，根据特高频的故障定位位置，将装置切换至超声波检测模式，将超声波检测图像以小窗口的形式显示在红外测温图像角落，此时检测人员一手持手持终端对电缆进行红外测温，另一手持外接的超声波探测器，对局放进行精确定位。

进一步的，所述智能辅助服务使得巡检人员通过取证标识识别来确定电缆信息，确认电缆型号后从云端下载电缆终端技术规范与电缆历史检测数据，辅助判断电缆巡检状态。通过巡检装置进行巡检后，故障位置、检测图像与检测数据会通过无线网络上传到云端进行数据处理与数据管理，自动生成检测报表并归档保存。

本发明的有益效果是：

本发明一方面可以单机实现电缆的局部放电和温度检测，满足电缆巡检要求，装置简单便携，可单人完成巡检全流程。另一方面，考虑了各传感器的互补特性，设计了巡检装置使用流程，该流程可有效节约巡检人员巡检时间。装置智能辅助功能可辅助巡检人员，减少巡检人员培训时间，避免复杂的巡检报表制作。

附图说明

图1为一种便携式多功能人工电缆巡检装置硬件总体设计图；

图2为检测信号耦合处理图；

图3为智能辅助服务流程图；

图4为不同巡检装置巡检流程对比图。

具体实施方式

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

如图1所示，整个装置主要由传感器模块(光电、红外、超声波、特高频、高频电流)，信号调理模块、处理器和输出模块(无线通信、数据存储、人机交互、GPS定位)组成，其中红外传感器和光电传感器安装在手持终端，其余传感器通过外接端口使用连接线与手持终端连接，根据具体的使用需求选择合适的传感器。传感器模块将所检测的信号发送给信号调理模块，信号调理模块将所接收的信号转换成能被处理器接收的电信号，信号在经过处理器处理后发送给输出模块，其中人机交互模块用于方便巡检人员获得相关信息，GPS定位模块用于确认故障位置，存储模块用于临时存储检测数据。

如图2所示，由于该装置拥有五种传感器，而只有一个人机交互界面，由于需要对电缆全程进行红外测温，若在红外测温的同时可以进行局放检测，可以大幅度缩短检测模式切换和线缆重复巡检的时间，为此需要根据数据之间的联系合理的安排各种数据的显示。将超声波信号图像以合成图像的方法通过小窗口的形式显示在红外图像角落，使得巡检人员可以在检测线缆温度的同时定位局部放电位置，靠近局放源时，音频输出模块通过耳机提醒巡检人员，巡检人员通过合成图像观察数据，实现了一个界面两种检测功能的同时使用。

如图3所示，巡检人员通过取证标识识别来确定电缆信息，确认电缆型号后从云端下载电缆终端技术规范与电缆历史检测数据，辅助判断电缆巡检状态。通过检测装置进行巡检后，故障位置、检测图像与检测数据会通过无线网络上传到云端进行数据处理与数据管理，自动生成检测报表并归档保存。

如图4所示，模式一是常规巡检装置检测，模式二是本发明的巡检装置不考虑红外局放集成化应用，模式三为考虑了集成化应用的本发明装置。该装置与常规检测相比，由于加入了特高频检测与超声波检测，可以定位局放点故障位置，为之后的电缆检修提供了帮助。但是由于没有考虑红外局放检测集成化应用，在定位局放故障点后再进行红外测温，需要对之前局放检测的电缆再进行检测，导致巡检路程的增加。在考虑了集成化应用后，在特高频检测之间进行红外测温，当特高频检测检测到局放信号后，使用红外-超声波检测对故障进行定位，可有效减小人工巡检时间，提高巡检效率。

以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围。

Claims (10)

1.一种便携式多功能人工电缆巡检装置，其特征在于，包括传感器模块、信号调理模块、处理器、输出模块、手持终端，所述传感器模块包含光电传感器、红外传感器、超声波传感器、特高频传感器、高频电流传感器五种传感器；所述传感器模块传输信号经信号调理模块调理后输出给处理器；所述处理器和信号调理模块设置在巡检装置手持终端内；所述处理器与输出模块相连；所述输出模块包含无线通信模块、数据存储模块、人机交互模块、GPS定位模块。

2.根据权利要求1所述的一种便携式多功能人工电缆巡检装置，其特征在于，所述巡检装置为满足巡检流程需要，超声波传感器、特高频传感器、高频电流传感器为外接式传感器，通过数据传输线与巡检装置手持终端上的外接端口相连，光电传感器、红外传感器直接安装在巡检装置主机上。

3.根据权利要求1所述的一种便携式多功能人工电缆巡检装置，其特征在于，所述巡检装置设计了智能辅助服务，巡检人员通过所述光电传感器识别电缆取证标识来确定电缆信息，确认电缆型号后通过所述无线通信模块发送给云端并从云端下载电缆终端技术规范与电缆历史检测数据，辅助判断电缆巡检状态；通过巡检装置进行巡检后，故障位置、检测图像与检测数据会通过所述无线通信模块上传到云端进行数据处理与数据管理，自动生成检测报表并归档保存。

4.根据权利要求1所述的一种便携式多功能人工电缆巡检装置，其特征在于，所述光电传感器和红外传感器检测信号通过双视融合方法融合，呈现出物体表面的温度分布图像，使巡检人员更加直观的发现异常热源位置。

5.根据权利要求1所述的一种便携式多功能人工电缆巡检装置，其特征在于，所述特高频传感器采用微带天线结构，检测频带为300MHz～1500MHz。

6.根据权利要求1所述的一种便携式多功能人工电缆巡检装置，其特征在于，所述高频电流传感器采用高频磁芯耦合局部放电发生时产生的局放电流，检测频带为3MHz～50MHz。

7.根据权利要求1所述的一种便携式多功能人工电缆巡检装置，其特征在于，所述处理器采用嵌入式CPU。

8.根据权利要求1所述的一种便携式多功能人工电缆巡检装置，其特征在于，所述人机交互模块与手持终端上的显示屏和按钮相连，实现检测方式的替换、测量量程的更改、数据的存储与发送。

9.根据权利要求8所述的一种便携式多功能人工电缆巡检装置，其特征在于，所述手持终端上的显示屏将局放检测图像以小窗口的形式显示在装置下方，实现局放温度同时检测。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的一种便携式多功能人工电缆巡检装置的电缆巡检方法，其特征在于，包括局放检测流程和智能辅助服务；

所述局放检测流程分为检测电缆中间接头和检测电缆两种情况；在检测电缆中间接头时，调整到手动模式使用装置外接超声波传感器，对中间接头进行局部放电检测；对于电缆，巡检开始时首先使用装置外接高频电流传感器对电缆进行局部放电检测，若未检测到局部放电，切换至红外测温模式对电缆进行温度检测；若检测到局部放电，切换至特高频检测模式对局放进行定位，由于特高频检测的距离较短，所以要对电缆进行多段检测，每段距离为特高频最远检测范围；在每一次特高频检测之间，依然使用装置对电缆进行测温，使得检测人员一轮完成电缆测温和局放检测两个巡检目标；特高频检测到局放信号后，根据特高频的故障定位位置，将装置切换至超声波检测模式，将超声波检测图像以小窗口的形式显示在红外测温图像角落，此时检测人员一手持手持终端对电缆进行红外测温，另一手持外接的超声波探测器，对局放进行精确定位；

所述智能辅助服务使得巡检人员通过取证标识识别来确定电缆信息，确认电缆型号后从云端下载电缆终端技术规范与电缆历史检测数据，辅助判断电缆巡检状态；通过巡检装置进行巡检后，故障位置、检测图像与检测数据会通过无线网络上传到云端进行数据处理与数据管理，自动生成检测报表并归档保存。

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