CN114966303A - 基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测装置和方法，其中，装置包括：第一检测模块、第二检测模块和数据处理器；所述第一检测模块包括：第一开口电流互感器，用于检测位于第一开口电流互感器所处位置的电缆的第一电流值；第一数据传输模块，用于将所述第一电流值传输至所述数据处理器；所述第二检测模块包括：第二开口电流互感器，用于检测位于第二开口电流互感器所处位置的电缆的第二电流值；第二数据传输模块，用于将所述第二电流值传输至所述数据处理器；所述数据处理器，用于根据所述第一电流值与所述第二电流值确定所述电缆的故障点。本发明能够在不破坏电缆外绝缘、不提升导体通电电压情况下直接测定电气参数确定故障点。

Description

基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测装置及方法
技术领域
本发明涉及电缆故障检测技术领域，特别是涉及一种基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测装置及方法。
背景技术
在电缆的使用中因为绝缘下降会导致电缆剩余电流超过正常值，这种电缆故障的初期由于剩余电流较小，电缆没有明显的短路点，不产生声、光、热信号，再加上受到到周围导线的电磁场的干扰，难以通过巡线方式发现故障点。常规的测量绝缘的仪器只能判断绝缘的好坏，无法确定故障点的准确位置，导致确定和查找这类故障点非常困难。
由于电缆的绝缘电阻和电缆导体的电压在运行中都不是固定不变的，且波动的频率和幅度都比较大，同时还接地处的电场的频繁的波动，这种波动会对地线电流产出干扰，常规装置测量的电气参数是很不稳定且误差较大，很难判断故障点，不便于电缆的维修。
当传统的继电保护装置(如线路保护、漏电保护器)检测出电缆有故障并测量出故障电流的大小后，再配合人工进行巡线探测故障点，巡线采用从头到尾翻看电缆是否完好、是否有放电点来判断，对疑似故障点需要剖开电缆原有绝缘层进行判定，如果判断错误还需要重新补救，处理故障非常缓慢。虽然也可以借用行波测距、高频无线电巡线和局部放电检测，这些装置都笨重，且价格比较昂贵，且需要操作人员操作经验较高，局部放电检测时还对电缆产生额外的破坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测装置及方法，能够在不破坏电缆外绝缘、不提升导体通电电压情况下直接测定电气参数确定故障点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测装置，包括：第一检测模块、第二检测模块和数据处理器；
所述第一检测模块包括：第一开口电流互感器，用于检测位于第一开口电流互感器所处位置的电缆的第一电流值；第一数据传输模块，用于将所述第一电流值传输至所述数据处理器；
所述第二检测模块包括：第二开口电流互感器，用于检测位于第二开口电流互感器所处位置的电缆的第二电流值；第二数据传输模块，用于将所述第二电流值传输至所述数据处理器；
所述数据处理器，用于根据所述第一电流值与所述第二电流值确定所述电缆的故障点。
所述第一数据传输模块和第二数据传输模块均为无线传输模块。
所述第一检测模块还包括第一模数转换器，所述第一模数转换器位于所述第一开口电流互感器和第一数据传输模块之间，用于将所述第一电流值转换为数字信号；所述第二检测模块还包括第二模数转换器，所述第二模数转换器位于所述第二开口电流互感器和第二数据传输模块之间，用于将所述第二电流值转换为数字信号。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测方法，采用上述的电缆故障点检测装置，在进行单相对地漏点检测时，包括以下步骤：
(A)在所述电缆的电源侧安装所述第一开口电流互感器，在所述电缆的除电源侧外的任意一处安装所述第二开口电流互感器；
(B)电缆不带负荷进行通电，通过与所述数据处理器相连的显示器观察第一电流值与所述第二电流值的差值，如果所述差值出现突变或者所述差值小于故障阈值时，则确定为故障点。
所述步骤(A)中将所述第二开口电流互感器设置在所述电缆的负荷侧，所述步骤(B)中还包括：将所述第二开口电流互感器从所述电缆的负荷侧向所述电缆的电源侧移动。
采用分段排除法进行检测，具体为，在所述步骤(A)中将所述第二开口电流互感器设置在所述电缆的中部位置；再通过步骤(B)判断是否有故障点，若有故障点，则在所述中部位置到电源侧的中间以及所述中部位置到负荷侧的中间各测量一次，若都存在故障则故障点在所述中部位置和负荷侧的中间；若没有故障点，则故障点在所述中部位置靠负荷侧。
所述的基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测方法还包括以下步骤：当所述电缆超过1km时，判断所述第一电流值与所述第二电流值的差值是否超过绝缘阈值，若超过则表示所述电缆绝缘不合格。
在进行相间绝缘导致的漏电检测时，包括以下步骤：
(a)任选一根相线，在其两侧连接一条测试电线，在连接处分别安装第一开口电流互感器和第二开口电流互感器，并任选一侧接地；
(b)在另一根相线上通电，所述数据处理器得到第一电流值与所述第二电流值，并通过
Figure BDA0003572731030000031
计算得到故障点到所述一根相线一侧的电阻R1和故障点到所述一根相线另一侧的电阻R2，再根据电缆的长度与电缆的电阻成正比确定所述故障点的位置，其中，m为所述电缆线的整体电阻值，I1为第一电流值，I2为第二电流值，r为测试电线的电阻值。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明的装置组装便捷，不需要高频信号发生器和示波器等昂贵的频率响应较高的材料和仪器；本发明使用开口电流互感器，可以在线监测，不需要另外拆卸电缆和破坏电缆外绝缘，可以快速安装和拆除传感器，并且在测量中不需要提高电缆的测试的电压，检测也不会对电缆绝缘不产生额外的伤害，也保障检测人员安全。本发明装置使用弱电系统，便携且小巧，适合野外和环境恶劣地方，适合桥架和电缆沟内查线检测，本发明采用数字通信和差动算法，系统抗干扰强，可以实时跟踪。
附图说明
图1是本发明实施方式中在进行单相对地漏电检测时的示意图；
图2是本发明实施方式中在进行相间绝缘导致的漏电检测时的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测装置，其特征在于，包括：第一检测模块、第二检测模块和数据处理器；所述第一检测模块包括：第一开口电流互感器，用于检测位于第一开口电流互感器所处位置的电缆的第一电流值；第一数据传输模块，用于将所述第一电流值传输至所述数据处理器；所述第二检测模块包括：第二开口电流互感器，用于检测位于第二开口电流互感器所处位置的电缆的第二电流值；第二数据传输模块，用于将所述第二电流值传输至所述数据处理器；所述数据处理器，用于根据所述第一电流值与所述第二电流值确定所述电缆的故障点。
本实施方式中采用开口电流互感器检测电流，其可以在不破坏电缆情况下快速安装到电缆上，同时测量电缆时候，可根据电缆的粗细，选择不同的孔径的电流互感器。对于三相五线的电缆，可以带地线一起测量，因为最终测量值要相减，同一根电缆内的地线上的电流带来的干扰可抵消。
模数转换器主要目的是将电流互感器检测到的电流值转换为数字信号，本实施方式中模数转换器设置在开口电流互感器与数据传输模块之间。在长距离传输信号时，如果使用模拟量传输，周围的干扰信号和传输线路的损耗会带来较大的误差。因此通过增设模数转换器可以提高后续数据传输的准确率。
本实施方式中的数据传输模块采用无线传输器，其主要的功能是将电流的数字信号实时传送到数据处理器侧的接收器上，因为受到用电环境的影响，剩余电流值的波动较大，常规测量如果频率响应较慢就导致测量误差大。交流电的频率是50赫兹，周期为20毫秒，所以如果是毫秒级传输可以躲开波动信号的影响。另外电力电缆距离较长，有时会超过485、232、RJ45等端口的最大传输距离，而无线传输器的覆盖范围可以达到6～8km。
本实施方式还包括输出触摸屏，其连接数据处理器，并可以将计算和测量结果进行显示。
本实施方式的检测方法如下：
在进行检测时，可以配合绝缘电阻表(兆欧)判断哪根导线或哪几根导线的绝缘不合格；
如果单相对地漏电检测时，在电缆的电源侧安装第一开口电流互感器，在电缆的负荷侧安装第二开口电流互感器(见图1)，在电缆不带负荷通电后，将第二开口电流互感器从负荷侧向电源侧移动，通过输出触摸屏观察两个电流互感器检测到的电流的差值，如果电流差值出线突变或者小于故障阈值时，就可以判断出一个故障点，在移动的过程中可能会出现多个故障点，均可以采用该方法进行判断。
值得一提的是，为了提高检测效率，可以采用分断排除的方法进行测量，即在电缆中部测量一次，判断故障点存在，如果存在，就在电缆中部到电源侧的中间以及电缆中部到负荷侧中间各测量一次，如果两点都存在故障，那么故障点就在电缆中部和负荷侧的中间；如果电缆中部没有故障点，说明故障点靠负荷侧，再重复上述的方法，缩小故障范围。
因同一导体在6～8km内相位差可以忽略不计，可以认为两个电流互感器检测到的电流值不存在相角差，在三相五线系统中，地线电流对系统的干扰幅度会同时反映到两个电流互感器上，通过两个电流互感器检测到的电流的差值即可抵消地线和周围电磁场的干扰电流的影响。
需要说明的是，当电缆在1km以上时，线路的自身的漏电值就不能忽略，漏电均匀分布在整个线路上，因此在测量时需要用绝缘正常的电缆测量漏电分布值来确定绝缘阈值，当两个电流互感器检测到的电流的差值高于阈值的即判断绝缘不合格，其测量可以用同类规格电缆做测量获得分布值。
在三相五线制的系统中，如果是零线对地的绝缘下降，只有带不平衡负荷时零线才会出线不平和电压，此时需要将零线接到一相上进行测试，重复上述测量过程，就可以判断故障点。
如果判断相间绝缘导致的漏电时，可以任选一根相线，在其两侧之间连接一条测试电线(见图2)，该测试电线的电阻事先已经测量确定过(假设设为r)，在连接处分别安装第一开口电流互感器和第二开口电流互感器，并任选一侧进行接地。在另一根有问题的电缆上通电，分别测量两侧的电流值。
在某一时刻相间的产生两个剩余电流I1和I2(即第一开口电流互感器检测到的电流值和第二开口电流互感器检测到的电流值)，均是由于相间的电压导致，而相间电压是随着导体绝缘情况、导体内电源的相位差、外界电源电压、接地电阻的波动等诸多因数影响而跳动，导致其产生剩余电流同步无规律的跳动，但在同一个导体内，通过本装置可以实时获得波动的电流信号。考虑到这些由于电压影响产生的响应结果是相同的，设故障点到连接测试电线的电缆的一侧的线路电阻为R1，故障点到连接测试电线的电缆的另一侧的线路电阻为R2，则：
Figure BDA0003572731030000051
Figure BDA0003572731030000052
K就是一个与u(t)无关的量，而
Figure BDA0003572731030000053
而R1+R2即为导体的全线路电阻值m，该m可以在电缆敷设后测量，因此测量到两个剩余电流I1和I2后，即可以根据
Figure BDA0003572731030000061
获得R1、R2，因同规格的电缆的电阻与长度成正比，因此可以根据比例关系算出故障点的位置。
不难发现，本发明的装置组装便捷，不需要高频信号发生器和示波器等昂贵的频率响应较高的材料和仪器；本发明使用开口电流互感器，可以在线监测，不需要另外拆卸电缆和破坏电缆外绝缘，可以快速安装和拆除传感器，并且在测量中不需要提高电缆的测试的电压，检测也不会对电缆绝缘不产生额外的伤害，也保障检测人员安全。本发明装置使用弱电系统，便携且小巧，适合野外和环境恶劣地方，适合桥架和电缆沟内查线检测，本发明采用数字通信和差动算法，系统抗干扰强，可以实时跟踪。

Claims (8)

1.一种基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测装置，其特征在于，包括：第一检测模块、第二检测模块和数据处理器；
所述第一检测模块包括：第一开口电流互感器，用于检测位于第一开口电流互感器所处位置的电缆的第一电流值；第一数据传输模块，用于将所述第一电流值传输至所述数据处理器；
所述第二检测模块包括：第二开口电流互感器，用于检测位于第二开口电流互感器所处位置的电缆的第二电流值；第二数据传输模块，用于将所述第二电流值传输至所述数据处理器；
所述数据处理器，用于根据所述第一电流值与所述第二电流值确定所述电缆的故障点。
2.根据权利要求1所述的基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测装置，其特征在于，所述第一数据传输模块和第二数据传输模块均为无线传输模块。
3.根据权利要求1所述的基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测装置，其特征在于，所述第一检测模块还包括第一模数转换器，所述第一模数转换器位于所述第一开口电流互感器和第一数据传输模块之间，用于将所述第一电流值转换为数字信号；所述第二检测模块还包括第二模数转换器，所述第二模数转换器位于所述第二开口电流互感器和第二数据传输模块之间，用于将所述第二电流值转换为数字信号。
4.一种基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-3中任一所述的电缆故障点检测装置，在进行单相对地漏点检测时，包括以下步骤：
(A)在所述电缆的电源侧安装所述第一开口电流互感器，在所述电缆的除电源侧外的任意一处安装所述第二开口电流互感器；
(B)电缆不带负荷进行通电，通过与所述数据处理器相连的显示器观察第一电流值与所述第二电流值的差值，如果所述差值出现突变或者所述差值小于故障阈值时，则确定为故障点。
5.根据权利要求4所述的基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测方法，其特征在于，所述步骤(A)中将所述第二开口电流互感器设置在所述电缆的负荷侧，所述步骤(B)中还包括：将所述第二开口电流互感器从所述电缆的负荷侧向所述电缆的电源侧移动。
6.根据权利要求4所述的基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测方法，其特征在于，采用分段排除法进行检测，具体为，在所述步骤(A)中将所述第二开口电流互感器设置在所述电缆的中部位置；再通过步骤(B)判断是否有故障点，若有故障点，则在所述中部位置到电源侧的中间以及所述中部位置到负荷侧的中间各测量一次，若都存在故障则故障点在所述中部位置和负荷侧的中间；若没有故障点，则故障点在所述中部位置靠负荷侧。
7.根据权利要求4所述的基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：当所述电缆超过1km时，判断所述第一电流值与所述第二电流值的差值是否超过绝缘阈值，若超过则表示所述电缆绝缘不合格。
8.根据权利要求4所述的基于无线传输电流差动信号的电缆故障点检测方法，其特征在于，在进行相间绝缘导致的漏电检测时，包括以下步骤：
(a)任选一根相线，在其两侧连接一条测试电线，在连接处分别安装第一开口电流互感器和第二开口电流互感器，并任选一侧接地；
(b)在另一根相线上通电，所述数据处理器得到第一电流值与所述第二电流值，并通过
Figure FDA0003572731020000021
计算得到故障点到所述一根相线一侧的电阻R1和故障点到所述一根相线另一侧的电阻R2，再根据电缆的长度与电缆的电阻成正比确定所述故障点的位置，其中，m为所述电缆线的整体电阻值，I1为第一电流值，I2为第二电流值，r为测试电线的电阻值。
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