CN116626391B - 一种封铅阻抗交流测量系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种封铅阻抗交流测量系统和方法，属于电力检测技术领域。该封铅阻抗交流测量系统包括：信号采集模块，信号采集模块用于采集待测回路的电压源，并对电压源进行滤波处理，获得交流隔离信号；信号传输模块，信号传输模块与信号采集模块电性连接，用于接收交流隔离信号并对交流隔离信号进行耦合处理，隔离采样获得第一电流信号和第二电流信号；控制模块，控制模块与信号传输模块电性连接，用于基于第一电流信号和第二电流信号确定待测回路的封铅阻抗。本发明可保证金属屏蔽层的绝缘耐压安全和测量设备的绝对安全，测量工作安全性好、可靠性高、且抗干扰能力强。
Description
技术领域
本申请涉及电力检测技术领域，特别是涉及一种封铅阻抗交流测量系统和方法。
背景技术
高压电缆上所设置的金属屏蔽层的作用相当重要，其主要是使得电容电流在电路正常使用的情况下能够正常地被运输至线路各个路段中。同样作为安全方面的预防措施，金属屏蔽层可以作为电路某处短路的极度变大的电流的一个安全通道，且起到屏蔽电场的作用。高压电缆金属屏蔽接地带电测试，较传统被动式的红外测温、环流等检测方法，可以带电检测高压电缆接地系统的电气连接性能，有效地排查封铅开裂、接地箱铜排锈蚀等潜伏性接地缺陷。
传统的直流耦合注入法是将电源直接注入在金属屏蔽层，激励源设备和测量回路直接连接在金属屏蔽层，但此方法难以彻底解决金属屏蔽层的绝缘耐压安全和测量设备绝对安全的要求，具有进一步改进的空间。
发明内容
本申请实施例提供了一种封铅阻抗交流测量系统和方法，以至少解决相关技术确定传统的高压电缆金属屏蔽接地带电测试方案具有局限性，难以彻底解决金属屏蔽层的绝缘耐压安全和测量设备绝对安全要求的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种封铅阻抗交流测量系统，该系统包括：信号采集模块，信号采集模块用于采集待测回路的电压源，并对电压源进行滤波处理，获得交流隔离信号；
信号传输模块，信号传输模块与信号采集模块电性连接，用于接收交流隔离信号并对交流隔离信号进行耦合处理，隔离采样获得第一电流信号和第二电流信号；
控制模块，控制模块与信号传输模块电性连接，用于基于第一电流信号和第二电流信号确定待测回路的封铅阻抗。
在其中一些实施例中，控制模块还用于依据电压源生成第一控制指令；测量系统还包括与控制模块电性连接的信号调制模块，信号调制模块用于接收第一控制指令并依据第一控制指令对电压源进行电压调节。
在其中一些实施例中，控制模块还用于依据第二电流信号生成第二控制指令；测量系统还包括与控制模块电性连接的信号调制模块，信号调制模块还与信号传输模块相连，信号调制模块用于接收控制模块的第二控制指令并依据第二控制指令对第二电流信号进行信号放大处理。
在其中一些实施例中，电压源包括直流电压源和交流电压源，信号采集模块还用于对直流电压源进行逆变处理，获得交流隔离信号。
在其中一些实施例中，测量系统还包括与控制模块电性连接的交互模块，交互模块包括触控显示屏，用于显示封铅阻抗的数据值，并获取用户操作指令以切换数据值的显示样式。
在其中一些实施例中，信号采集模块包括有：采集单元和滤波单元；
采集单元包括两个连接待测回路的接地端的输入端，用于采集待测回路的电压源；
滤波单元包括至少一个的滤波器，滤波器与采集单元电性连接，用于对电压源进行滤波处理，获得交流隔离信号。
在其中一些实施例中，信号传输模块包括有：耦合电感单元和采样单元；
耦合电感单元，与信号采集模块电性连接，且具有原边线圈和副边线圈；
采样单元，包括有两个分别连接原边线圈和副边线圈的采集端，用于对原边线圈和副边线圈的谐振电流进行隔离采样，获得第一电流信号和第二电流信号。
在其中一些实施例中，控制模块包括有：信号接收单元、第一数据处理单元和第二数据处理单元；
信号接收单元，与信号传输模块电性连接，用于接收第一电流信号和第二电流信号；
第一数据处理单元，与信号接收单元电性连接，用于构建以第一电流信号和第二电流信号为变量的预设模型，其中，预设模型用于依据第一电流信号和第二电流信号计算，获得综合回路阻抗；
第二数据处理单元，与第一数据处理单元电性连接，用于对综合回路阻抗去干扰处理，确定待测回路的封铅阻抗。
第二方面，本发明提供了一种封铅阻抗交流测量方法，该方法包括：
通过信号采集模块获得交流隔离信号；
通过信号传输模块获得第一电流信号和第二电流信号；
基于第一电流信号和第二电流信号确定待测回路的封铅阻抗。
在其中一些实施例中，基于第一电流信号和第二电流信号确定待测回路的封铅阻抗，包括：接收第一电流信号和第二电流信号；构建以第一电流信号和第二电流信号为变量的预设模型，并将第一电流信号和第二电流信号导入预设模型，计算获得综合回路阻抗；对综合回路阻抗数据去干扰处理，得到待测回路的封铅阻抗。
相比于相关技术，本申请实施例提供的一种封铅阻抗交流测量系统和方法，至少具有以下技术效果：
信号采集模块用于采集待测回路的电压源，并对电压源进行滤波处理，获得交流隔离信号；信号传输模块用于接收交流隔离信号并对交流隔离信号进行耦合处理，隔离采样获得第一电流信号和第二电流信号；控制模块用于基于第一电流信号和第二电流信号确定待测回路的封铅阻抗；有效的减少了测量信号在接地系统的趋肤效应，实现电缆护套阻抗精准测量，同时配合隔离采样可保证金属屏蔽层的绝缘耐压安全和测量设备的绝对安全，测量工作安全性好、可靠性高、且抗干扰能力强。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量系统的结构图。
图2是根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量系统的电路图。
图3是根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量方法的流程图。
图4是根据一示例性实施例示出的步骤S203的流程图。
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，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块（单元）的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
在相关技术中，高压电缆金属屏蔽接地带电测试采用传统的直流耦合注入法，方法为将电源直接注入在金属屏蔽层，激励源设备和测量回路直接连接在金属屏蔽层，该方法难以彻底解决金属屏蔽层的绝缘耐压安全和测量设备绝对安全的要求，具有进一步改进的空间。
基于上述情况，本发明实施例提供了一种封铅阻抗交流测量系统和方法，以下结合具体实施例和附图进行详细阐述。
实施例1
本发明实施例1提供了一种封铅阻抗交流测量系统。图1是根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量系统结构图。如图1所示，该系统包括：
信号采集模块101，信号采集模块101用于采集待测回路100的电压源，并对电压源进行滤波处理，获得交流隔离信号；具体的，待测回路100为高压电缆金属屏蔽层的接地端；参照附图1，Rx和Lx分别为待测回路100的电阻和电感，Ly和Cy分别为测量回路的电感和电容；
信号采集模块101包括有：采集单元和滤波单元；
采集单元包括两个连接待测回路100接地端的输入端，用于采集待测回路100的电压源；
滤波单元包括至少一个的滤波器，滤波器与采集单元电性连接，用于对电压源进行滤波处理，获得交流隔离信号；
在一个示例中，滤波器为LCL滤波器，多级LCL谐波可以在超过300V的接地感应电压下工作，同时，LCL谐波的补偿拓扑具有电流源特性，可以实现电压源向电流源的转换，经过多级LCL谐波，输出为正弦波；
且结合附图2，根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量系统的电路图，如图2所示，LCL滤波器的电感与电容分别为；
LCL滤波电路工作频率为。满足以下关系：/>
式中，为频率，/>为频率的平方；/>为一组谐振，/> 是电容。
其中，LCL滤波电路采用1kHz的工作频率，可以实现较好的滤除电网5次、7次谐波，从而减少测量信号在接地系统的趋肤效应，实现电缆护套阻抗精准测量。
信号传输模块102，信号传输模块102与信号采集模块101电性连接，用于接收交流隔离信号并对交流隔离信号进行耦合处理，隔离采样获得第一电流信号和第二电流信号；
信号传输模块102包括有：耦合电感单元和采样单元；
耦合电感单元，与信号采集模块101电性连接，且具有原边线圈和副边线圈；具体的，耦合电感单元为利用磁芯双绕组，可有效的隔离耦合电感原边线圈电源与耦合电感副边线圈电源，测量回路与被测信号回路隔离，可以实现较高的耐压性，测量工作安全性好，且耦合电感单元的副边采用多级串、并联补偿方案，并满足以下条件：
式中，为频率的平方； ；因此，/>的频率相等。
结合附图2，图2是根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量系统的电路图，耦合电感单元的原边绕组电感与谐振电容/>并联谐振等效为开路，耦合电感单元的副边隔离磁芯电感/>与谐振电容/>串联谐振等效为短路；图中，S1、S2、S3、S4均为MOS管，用于组成全桥电路，通过控制S1、S2、S3、S4此四个MOS管导通和关断，从而控制PWM相移实现电压调节。
通过原边绕组电感与谐振电容/>并联谐振等效为开路，抵消了一次隔离互感器电流的影响；通过副边隔离磁芯电感/>与谐振电容/>串联谐振等效为短路，抵消了二次隔离互感器电压的影响，最终实现了二次电压信号与一次电流信号等效关联，最终实现被测信号电流互感器的全隔离，施加信号互感器与电容耦合双隔离的安全测量方案，有效保证了安全性。
采样单元，包括有两个分别连接原边线圈和副边线圈的采集端，用于对原边线圈和副边线圈的谐振电流进行隔离采样，获得第一电流信号和第二电流信号。
具体的，采样单元对原边线圈和副边线圈的谐振电流进行隔离采样，采集获得原边线圈的第一电流信号和副边线圈的第二电流信号/>。
控制模块103，控制模块103与信号传输模块102电性连接，用于基于第一电流信号和第二电流信号确定待测回路100的封铅阻抗。
控制模块103包括有：信号接收单元、第一数据处理单元和第二数据处理单元；
信号接收单元，与信号传输模块102电性连接，用于接收第一电流信号和第二电流信号/>；
第一数据处理单元，与信号接收单元电性连接，用于构建以第一电流信号和第二电流信号/>为变量的预设模型，其中，预设模型用于依据第一电流信号/>和第二电流信号/>计算，获得综合回路阻抗/>；
具体的，预设模型的构建包括如下步骤：
A.依据公式（1）计算副边线圈的副边感应电压，则副边感应电压/>为： （1）
式中，为副边感应电压；j为虚数；/>为第一电流信号；/>为频率；M为系数。
B.结合公式，代入公式（1）后，获得预设模型（2）：/>（2）
式中，为阻抗，/>为电压，/>为电流，/>为第一电流信号，/>为第二电流信号，/>为副边感应电压。
C.将实时采集的第一电流信号和第二电流信号/>导入获得的预设模型（2）中，计算获得综合回路阻抗/>。
第二数据处理单元，与第一数据处理单元电性连接，用于对综合回路阻抗去干扰处理，确定待测回路的封铅阻抗。
具体的，由于综合回路阻抗包括有信号采集模块101、信号传输模块102以及待测回路100的整体回路阻抗，去干扰处理即去除综合回路阻抗/>中信号采集模块101和信号传输模块102的系统回路阻抗/>；其中，系统回路阻抗/>可通过采样单元的两个采集端短路测得；
依据公式（3），计算实际封铅阻抗为：/> （3）。
式中，为实际封铅阻抗，/>为综合回路阻抗，/>为系统回路阻抗。
在一个示例中，图1是根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量系统的结构图。结合图1所示，控制模块103还用于依据电压源生成第一控制指令；测量系统还包括与控制模块103电性连接的信号调制模块104，信号调制模块104用于接收第一控制指令并依据第一控制指令对电压源进行电压调节，其中，电压调节通过控制模块103控制PWM相移实现，保护测量系统，提升测量系统内的模块、单元和电路在恶劣条件下使用不被击穿的性能。
在一个示例中，图1是根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量系统的结构图。结合图1所示，控制模块103还用于依据第二电流信号生成第二控制指令；测量系统还包括与控制模块103电性连接的信号调制模块104，信号调制模块104还与信号传输模块102相连，信号调制模块104用于接收控制模块103的第二控制指令并依据第二控制指令对第二电流信号进行信号放大处理。
在一个示例中，图1是根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量系统的结构图。结合图1所示，由于目前我国的高压电力输送包括直流电压输送和交流电压输送，因此检测的电压源也分为直流电压源和交流电压源，信号采集模块还用于对直流电压源进行逆变处理，获得交流隔离信号；具体的，逆变处理通过逆变电路实现，直流电压源经过逆变电路后输出与逆变电路工作频率相同频率的方波；方波输入多级LCL滤波器后转变为正弦波，再将正弦波接入耦合电感单元的原边线圈，从而实现直流电压源输入到交流隔离信号的输出。
在一个示例中，结合图1所示，图1是根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量系统的结构图。测量系统还包括与控制模块电性连接的交互模块105，交互模块105包括触控显示屏，用于显示封铅阻抗的数据值，并获取用户操作指令以切换数据值的显示样式。
综上所述，本发明实施例提供的封铅阻抗交流测量系统，信号采集模块用于采集待测回路的电压源，并对电压源进行滤波处理，获得交流隔离信号；信号传输模块用于接收交流隔离信号并对交流隔离信号进行耦合处理，隔离采样获得第一电流信号和第二电流信号；控制模块用于基于第一电流信号和第二电流信号确定待测回路的封铅阻抗。以此方式，有效的减少了测量信号在接地系统的趋肤效应，实现电缆护套阻抗精准测量，同时配合隔离采样可保证被测金属屏蔽层的绝缘耐压安全和测量设备的绝对安全，测量工作安全性好、可靠性高、且抗干扰能力强。
实施例2
本发明实施例2提供了一种封铅阻抗交流测量方法。图3是根据一示例性实施例示出的封铅阻抗交流测量方法的流程图。如图3所示，该系统包括：
S201、通过信号采集模块获得交流隔离信号；
S202、通过信号传输模块获得第一电流信号和第二电流信号；
S203、基于第一电流信号和第二电流信号确定待测回路的封铅阻抗。
在一个示例中，图4是根据一示例性实施例示出的步骤S203的流程图。如图4所示，基于第一电流信号和第二电流信号确定待测回路的封铅阻抗，包括：
S2031、接收第一电流信号和第二电流信号/>；
S2032、构建以第一电流信号和第二电流信号/>为变量的预设模型，其中，预设模型用于依据第一电流信号/>和第二电流信号/>计算，获得综合回路阻抗/>；
具体的，预设模型的构建包括如下步骤：
A.依据公式（1）计算副边线圈的副边感应电压，则副边感应电压/>为： （1）
B.结合公式，代入公式（1）后，获得预设模型（2）：/>（2）
C.将实时采集的第一电流信号和第二电流信号/>导入获得的预设模型（2）中，计算获得综合回路阻抗/>。
S2033、对综合回路阻抗去干扰处理，确定待测回路的封铅阻抗。
具体的，由于综合回路阻抗包括有信号采集模块101、信号传输模块102以及待测回路100的整体回路阻抗，去干扰处理即去除综合回路阻抗/>中信号采集模块101和信号传输模块102的系统回路阻抗/>；其中，系统回路阻抗/>可通过采样单元的两个采集端短路测得；
依据公式（3），计算实际封铅阻抗为：/> （3）。
综上所述，本发明实施例提供的封铅阻抗交流测量方法，通过信号采集模块获得交流隔离信号；通过信号传输模块获得第一电流信号和第二电流信号；基于第一电流信号和第二电流信号确定待测回路的封铅阻抗。以此方式，有效的减少了测量信号在接地系统的趋肤效应，实现电缆护套阻抗精准测量，同时配合隔离采样可保证被测金属屏蔽层的绝缘耐压安全和测量设备的绝对安全，测量工作安全性好、可靠性高、且抗干扰能力强。
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发明专利范围的限制。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 (10)
1.一种封铅阻抗交流测量系统，其特征在于，包括：
信号采集模块，所述信号采集模块用于采集待测回路的电压源，并对所述电压源进行滤波处理，获得交流隔离信号；
信号传输模块，所述信号传输模块与所述信号采集模块电性连接，包括有：耦合电感单元和采样单元；其中，所述耦合电感单元，与所述信号采集模块电性连接，且具有原边线圈和副边线圈，用于接收所述交流隔离信号并对所述交流隔离信号进行耦合处理，采样单元，包括有两个分别连接所述原边线圈和所述副边线圈的采集端，用于对所述原边线圈和所述副边线圈的谐振电流进行隔离采样，采集获得所述原边线圈的第一电流信号和所述副边线圈的第二电流信号；
控制模块，所述控制模块与所述信号传输模块电性连接，用于基于所述第一电流信号和所述第二电流信号确定所述待测回路的封铅阻抗。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述控制模块还用于依据所述电压源生成第一控制指令；
所述测量系统还包括与所述控制模块电性连接的信号调制模块，所述信号调制模块用于接收所述第一控制指令并依据所述第一控制指令对所述电压源进行电压调节。
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述控制模块还用于依据所述第二电流信号生成第二控制指令；
所述测量系统还包括与所述控制模块电性连接的信号调制模块，所述信号调制模块还与所述信号传输模块相连，所述信号调制模块用于接收所述控制模块的第二控制指令并依据所述第二控制指令对所述第二电流信号进行信号放大处理。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述电压源包括直流电压源和交流电压源，所述信号采集模块还用于对所述直流电压源进行逆变处理，获得所述交流隔离信号。
5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括与所述控制模块电性连接的交互模块，所述交互模块包括触控显示屏，用于显示所述封铅阻抗的数据值，并获取用户操作指令以切换所述数据值的显示样式。
6.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述信号采集模块包括有：采集单元和滤波单元；
所述采集单元包括两个连接所述待测回路的接地端的输入端，用于采集所述待测回路的电压源；
所述滤波单元包括至少一个的滤波器，所述滤波器与所述采集单元电性连接，用于对所述电压源进行滤波处理，获得交流隔离信号。
7.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述信号传输模块包括有：耦合电感单元和采样单元；
所述耦合电感单元，与所述信号采集模块电性连接，且具有原边线圈和副边线圈；
所述采样单元，包括有两个分别连接所述原边线圈和所述副边线圈的采集端，用于对所述原边线圈和所述副边线圈的谐振电流进行隔离采样，获得所述第一电流信号和所述第二电流信号。
8.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述控制模块包括有：信号接收单元、第一数据处理单元和第二数据处理单元；
所述信号接收单元，与所述信号传输模块电性连接，用于接收所述第一电流信号和所述第二电流信号；
所述第一数据处理单元，与所述信号接收单元电性连接，用于构建以所述第一电流信号和所述第二电流信号为变量的预设模型，其中，所述预设模型用于依据所述第一电流信号和所述第二电流信号计算，获得综合回路阻抗；
所述第二数据处理单元，与所述第一数据处理单元电性连接，用于对所述综合回路阻抗去干扰处理，确定所述待测回路的封铅阻抗。
9.一种封铅阻抗交流测量方法，其特征在于，所述方法包括：
通过信号采集模块获得交流隔离信号；
通过信号传输模块获得第一电流信号和第二电流信号，信号传输模块包括有：耦合电感单元和采样单元；其中，所述耦合电感单元，与所述信号采集模块电性连接，且具有原边线圈和副边线圈，用于接收所述交流隔离信号并对所述交流隔离信号进行耦合处理，所述采样单元，包括有两个分别连接所述原边线圈和所述副边线圈的采集端，用于对所述原边线圈和所述副边线圈的谐振电流进行隔离采样，采集获得所述原边线圈的第一电流信号和所述副边线圈的第二电流信号；
基于所述第一电流信号和所述第二电流信号确定待测回路的封铅阻抗。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述基于所述第一电流信号和所述第二电流信号确定所述待测回路的封铅阻抗，包括：
接收所述第一电流信号和所述第二电流信号；
构建以所述第一电流信号和所述第二电流信号为变量的预设模型，并将所述第一电流信号和所述第二电流信号导入所述预设模型，计算获得综合回路阻抗；
对所述综合回路阻抗数据去干扰处理，得到所述待测回路的封铅阻抗。
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