CN202583390U - 一种查找电缆或管道故障点的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种查找电缆或管道故障点的装置，由发射机和接收机构成，发射机由控制系统、信号产生电路、信号放大电路、交流或直流输出的档位切换电路或限压电路、功率检测电路、功率调节电路、阻抗测量电路、A/D采样电路、键盘和显示装置组成。该查找电缆或管道故障点的装置，包含四种测试方式的电路和方法，即低频交流测试法、高频交流测试法、脉冲测试法、阻抗测试法，采用多种测试方法和互相印证，达到可靠地确定故障点的目的。测量时，根据测试电缆或管道条件的变化、电缆断线故障情况、电缆对大地绝缘情况等为测试提供依据，进而查找出故障点。

Description

一种查找电缆或管道故障点的装置

技术领域

本实用新型涉及一种查找电缆或管道故障点的装置。 

背景技术

传统查找电缆故障的方法及装置有以下几种： 

第一种——脉冲反射回波法，此方法只适用于查找电缆故障。查找仪向被查芯线发送一脉冲信号，此信号波沿芯线向终端传输，若中途遇到阻抗突变(如断线、短路、混线、接地等情况时)，将会产生发射回波信号，根据此反射信号返回的时间，再结合信号波在芯线中的传播速度(即波速)，就可计算出故障的距离，其计算方法是：故障点距离等于回波反射时间乘以波速再除以二。但此方法只适用于少数的低阻接地及混线故障，对于大部分的高阻接地及混线，由于线条阻抗变化不大，回波反射信号太小，故无法辨别而难以定位。另外，即便是少数可测的低阻接地或混线，此方法也只是粗测，它所计算出的距离为电缆的长度，与地面上的实际长度存在较大的误差，这是由电缆敷设因素及备用量等因素造成的，所以此方法难以准确的定位故障点。 

第二种——电桥法或参数值法，此方法也只适应于查找电缆故障。用电桥或参数表测出芯线至故障点的阻值或参数，再根据电缆参数换算为距离。此方法也只适用于少数接地及混线阻值稳定且无其它电源干扰的情况下使用，而对于多数高阻接地及混线阻值极其不稳定且大地有干扰电流存在的情况下，往往导致无法完成测量。另外，即使是对于少数稳定接地及混线能测量计算出距离，也只是电缆长度，即所谓的粗测，与地面上的实际距离有较大的误差，这是由电缆敷设因素及备用量等因素造成的，所以此方法难以准确的定位故障点。 

第三种——高压放电听音法，此法也只适用于查找电缆故障。由高压发生器向被测芯线内发送高压脉冲，此高压经线条绝缘不良处击穿放电，会发出强烈的放电声，用听声器接收测放电声波，由于电波速度远远大于声波，这样接收到声波和电波之间存在一定的时间差，就可判断出故障点，声波与电波时间越近，就说明距离故障点越近。此方法只适用于高压电力电缆的接地及混线的查找，对于低压电缆无法使用，可能造成电缆的损坏，即便是对于高压电缆，由于外界噪声的干扰及查找经验的限制，也难以准确定位故障点。 

第四种——地面插测法，此法适用于查找地埋电缆或管道的故障点。因为绝缘层破损而导致的其内部金属部分对大地绝缘不良，由发送器向绝缘不良的金属线芯发送一查找信号，使其与大地经破损点泄漏构成回路，则在破损点周围大地中，以破损点为中心向外扩散电磁场。查找时，沿电缆或管道路径，用两根导电棒逐段插入大地，当进入泄漏电场区域时，可接收到泄漏的查找信号，将此信号送人接收机进行处理，则可判断出泄漏点所在。此法虽然能准确定位故障点，但必须沿电缆整条路径不断插测，耗时、费力、效率低。 

第五种——跟踪信号强度法。由发送器向被测线条发射交变的查找信号，然后沿线条由接收器跟踪此信号，通过比较信号强度的变化而判定故障点。例如：发送器至故障点间信号较强，越过故障点后强度骤减。但由于大部分的发射器均只有一个或两个频率，而且发射电压较低，发射功率较小，且只能与电缆或管道直接连接才能将信号有效的发送出去，有时由于电缆地埋深，影响接收强度，难以准确定位故障点。 

上述各种查找电线、电缆、管道的故障点的方法都较为单一，尤其当故障点是高阻接地，或是混线及接地阻值不稳定的故障，或有较大外界干扰的故障点的情况下，单靠一种方法是难以有效定位故障点的。 

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术之不足，提供一种查找电缆、管道故障点的新装置，该装置具有低频交流、高频交流、脉冲、阻抗测量四种测试方式，可以有效地对低阻接地及混线故障准确定位、对高阻接地及混线阻值不稳定或有较大外界干扰的故障点进行准确定位，并能测量电缆的绝缘阻抗和分布电容等参数，为测试提供依据。 

本实用新型是这样实现的： 

该故障点查找装置，主要由发射机和接收机组成，当发射机在电缆或管道端头发送一信号时，用接收机沿着电缆或管道的走向接收信号。 

发射机主要由控制系统、信号产生电路、信号放大电路、交流或直流输出的档位切换电路或限压电路、功率检测电路、功率调节电路、阻抗测量电路、A/D采样电路、键盘和显示装置组成。其中，显示装置和键盘分别与控制系统电连接；控制系统和信号产生电路电连接；信号产生电路和信号放大电路电连接；信号放大电路和档位切换电路电连接；档位切换电路与阻抗测量电路电连接(或限压电路与阻抗测量电路电连接)；阻抗测量电路、A/D采样电路、控制系统之间依次电连接；A/D采样电路和功率检测电路电连接；功率检测电路和功率调节电路电连接；功率调节电路和控制系统电连接。 

所说控制系统，是单片机或ARM、FPGA控制器。主要进行采样数据的处理、显示装置的驱动，键盘的扫描和功率、档位等相关参数的显示处理和信号产生的控制、功率调节电路的控制及A/D采样电路中数据的处理。 

所说信号产生电路和信号放大电路，由可编程的数字电源、信号产生器、运算放大器组成。信号产生电路，可以是控制系统产生的高频信号，经过放大之后输出，也可以是由专用的频率产生器产生后，经放大整形后输出；信号放大电路由运算放大器和高频变压器组成，信号通过运算放大器之后，再经过高频变压器进行放大，得到峰值55V的电压施加到电缆或管道上。 

所述整流倍压电路，由电容与二极管组成，当控制系统检测到当前输出为直流模式，继电器切换到限压电路。 

所述功率检测电路，是通过检测电压和电流，根据P＝VI算出当前系统的功率值是否满足要求。 

所述功率调节电路，当控制系统检测到当前的功率超出范围或小于额定功率时，便通过控制可调电压来控制运算放大器电压，从而调整输出电压，改变输出功率大小。 

所述档位切换电路，当控制系统检测到当前设定的输出交流或直流命令时，控制继电器切换相应的输出模式； 

所述阻抗测量电路，是通过电阻分压检测输出电压，检测输出电流，根据R＝U/I计算出被测电缆或管道的阻值。 

所述A/D采样电路，采用14位或16位A/D转化器件，主要用来采集电压值、电流值，从而计算出当前的功率和电缆或管道的阻抗。 

所述显示装置，是由液晶显示器显示当前的工作状态，功率大小，阻抗大小，或LED指示灯指示当前的状态和功率大小，表头指示阻抗大小。 

所述键盘，主要包括开关按键、频率切换按键、档位切换按键，可采样薄膜按键或机械式按键。 

本实用新型具有小于1kHz的低频交流测试模式、大于10kHz的高频交流测试模式、脉冲测量模式、阻抗测量模式四种测试方式： 

在选择低频交流测试模式时，产生频率小于1kHz的正弦信号； 

在选择高频交流测试模式时，产生频率大于10kHz的正弦信号； 

在选择脉冲测量模式时，交流电压由电容和二极管整流成直流，继电器在控制器的控制下按一定时常断续输出信号，形成脉冲输出波形： 

在选择阻抗测量模式时，继电器切换为直流输出方式，运算放大器提供一个可调幅度的电压信号，通过电阻分压得到一个采样电压，根据比值关系可测试出输出的电压值。在变压器的次级侧，串接一特定值的采样电阻，测试此电阻上的压降，就可测到输出端流过的电流值，计算出外接电缆或管道的阻抗值，从而达到测试阻抗的功能。这四种测试方式，可以有效地对低阻接地及混线故障准确定位，能对高阻接地及混线阻值不稳定或有较大外界干扰的故障点进行准确定位，并能测量电缆的绝缘阻抗和分布电容等参数，为测试提供依据。 

当用本装置查找电缆或管道故障点时，该仪器置于直流脉冲档，升高电压使输出电流经电缆护套故障点入地，在故障点周围产生一个直流电压场即跨步电压，通过接收机的两根探测钎沿电缆路径测量电位的变化情况。当靠近故障点时，电位差将迅速增加，并在故障点前、后点测量时，电位差达到最大值；当两电极位于故障点正上方而且距故障点前后距离相等时，电位差为零，表针指示为零；当两电极越过故障点后，测量电位由大逐步减小且极性相反。 

本装置的工作原理： 

由于电缆或管道的电阻是均匀分布的，所以在电缆或管道上施加一测试信号时，此故障点查找装置可以自动测试电缆或管道的阻抗，提供给用户，同时调整输出电压和输出阻抗，使输出阻抗和电缆或管道的阻抗接近或相等，这样被测电缆或管道上可以得到最佳的信号传输效果。 

本实用新型之故障点查找装置，包含有四种测试方式的电路和方法，即低频交流测试法、高频交流测试法、脉冲测试法、阻抗测试法，采用多种测试方法和互相印证，达到可靠地确定故障点的目的。测量时，根据测试电缆或管道条件的变化，选择四种测试方式中的一种或几种方式：当电缆是断线故障时，优先采用低频交流或高频交流模式，按照前述传统技术的第五种测试法(跟踪信号强度法)查找故障点。当电缆是对大地绝缘不良时，优先采用脉冲输出模式，按照前述传统技术的第四种测试法(地面插测法)查找故障点。采用阻抗测量模式，可对电缆的参数进行测量，为测试提供依据。 

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。 

附图说明

图1是本实施例之发射机的整体结构框图； 

图2是本实施例之信号产生、放大及处理的电路图； 

图3是本实施例之测试信号时序波形示意图； 

图4是本实施例之测试方法流程图。 

具体实施方式

本实施例由发射机和接收机组成，发射机在电缆或管道端头发送一信号，接收机沿着电缆或管道的走向接收信号。 

图1给出了本实施例之发射机的结构示意图。主要由控制系统(单片机)、信号产生电路、信号放大电路、档位切换电路(交流或直流输出)、功率检测电路、功率调节电路、阻抗测量电路、A/D采样电路、键盘、显示装置组成。其中，显示装置和单片机相连；键盘和控制系统相连；控制系统和信号产生电路相连；信号产生电路和信号放大电路相连；信号放大电路和档位切换电路相连；档位切换电路既直接与阻抗测量电路相连，又通过整流倍压电流后与阻抗测量电路相连；阻抗测量电路与A/D采样电路连接；A/D采样电路分别与控制系统和功率检测电路连接；功率检测电路和功率调节电路相连；功率调节电路和控制系统相连。 

所述功率检测电路，是通过检测电压和电流，根据P＝VI算出当前系统的功率值是否满足要求。 

所述功率调节电路，当控制系统检测到当前的功率超出范围或小于额定功率时，便通过控制可调电源电压来控制运算放大器电压，从而调整输出电压，改变输出功率大小。 

所述档位切换电路，当控制系统检测到当前设定的输出交流或直流命令，控制继电器切换响应的输出模式； 

所述阻抗测量电路，是通过电阻分压检测输出电压和输出电流，根据R＝U/I计算出被测电缆或管道的阻值。 

图2给出了本实施例之信号产生、放大及处理的示意图，其中U1为控制器，U2为可编程的数字电源，U3为信号产生器，U4为运算放大器。U1控制信号发生器产生特定的频率，在选择低频交流时，产生频率小于1kHz的正弦信号，参见图3中S1；在选择高频交流时，产生频率大于10kHz的正弦信号，参见图3中S2。U1调节可编程的数字电源U2给运算放大器U4提供一个可调幅度的电压信号。经过电容C2给变压器升压，由继电器K1切换输出；在脉冲模式，交流电压由电容C3和二极管D1、D2整流成直流，继电器K1在控制器U1的控制下按一定时常断续输出信号，参见图3中S3，形成脉冲输出波形。 

在阻抗测量模式时，继电器K1切换为直流输出方式，运算放大器U4提供一个可调幅度的电压信号，通过电阻R2、R3分压得到一个采样电压进ADC，根据比值关系可测试出输出的电压值。在变压器的次级侧，串接一特定值的采样电阻R4，测试此电阻上的压降，就可测到输出端流过的电流值，计算出外接电缆或管道的阻抗值，从而达到测试阻抗的功能。 

图3是本实施例之测试信号时序波形示意图。其中，图3中S1是低频交流测试模式的输出信号时序波形示意图，S2是高频交流测试模式的输出信号时序波形示意图，S3是脉冲测试模式的输出信号时序波形示意图，S4是阻抗测量模式的输出信号时序波形示意图。图中显示的测试信号时序波形原理在上述对图2的说明中已做陈述。 

图4是本实施之测试方法流程图。其中分手动与自动两种诊断模式，若使用者知道故障类型，最好选择手动模式——能够较快地将信号传输在电缆或管线上。在使用者并不清楚故障类型时，选择自动模式，仪器自动进入绝缘参数测量模式，最后确定故障是断线故障还是绝缘不良故障：当电缆是断线故障时，使用者优先采用低频交流或高频交流模式，按照前述传统技术的第五种测试法(跟踪信号强度法)查找故障点；当电缆若为对大地绝缘不良时，使用者优先选择脉冲电路测试法或者阻抗电路测试法。 

Claims (6)

1.一种查找电缆或管道故障点的装置，由发射机和接收机构成，接收机沿着电缆或管道的走向接收发射机的信号；其特征在于：发射机由控制系统、信号产生电路、信号放大电路、交流或直流输出的档位切换电路或限压电路、功率检测电路、功率调节电路、阻抗测量电路、A/D采样电路、键盘和显示装置组成；其中，显示装置和键盘分别与控制系统电连接；控制系统和信号产生电路电连接；信号产生电路和信号放大电路电连接；信号放大电路和档位切换电路电连接；档位切换电路或限压电路与阻抗测量电路电连接；阻抗测量电路、A/D采样电路、控制系统之间依次电连接；A/D采样电路和功率检测电路电连接；功率检测电路和功率调节电路电连接；功率调节电路和控制系统电连接。

2.根据权利要求1所述查找电缆或管道故障点的装置，其特征在于：所述控制系统是单片机或ARM、FPGA控制器。

3.根据权利要求1所述查找电缆或管道故障点的装置，其特征在于：所述信号产生电路和信号放大电路，由可编程的数字电源、信号产生器、运算放大器组成；信号产生电路，系控制系统产生的高频信号，经过放大之后输出，也可以是由专用的频率产生器产生后，经放大整形后输出；信号放大电路由运算放大器和高频变压器组成，信号通过运算放大器之后，再经过高频变压器进行放大，施加到电缆或管道上。

4.根据权利要求1所述查找电缆或管道故障点的装置，其特征在于：所述A/D采样电路，采用14位或16位A/D转化器件。

5.根据权利要求1所述查找电缆或管道故障点的装置，其特征在于：所述键盘，包括开关按键、频率切换按键、档位切换按键，采样薄膜按键或机械式按键。

6.根据权利要求1所述查找电缆或管道故障点的装置，其特征在于：所述显示装置可以由液晶显示器显示，或LED指示灯指示。 

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