CN204302421U - 一种电缆识别仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电缆识别仪，包括功率信号发生器、信号发射端装置、信号接收端装置以及数字信号处理器，在电缆的一端设置信号发射端装置，所述信号发射端装置为一个设置在目标电缆上的钳式电流互感器，功率信号发生器连接该钳式电流互感器的输入；在电缆的另一端设置信号接收端装置，所述信号接收端装置包括在每根电缆上分别设置一个钳式电流互感器，所有钳式电流互感器的输出连接数字信号处理器；所有电缆的外层为导体，所有电缆的外层两端接地。本实用新型使用简单，同时可省去GPS同步装置，降低了设备成本投资。

Description

一种电缆识别仪

技术领域

本实用新型涉及电缆识别设备技术领域，尤其涉及一种电缆识别仪。

背景技术

在电缆检修工作中，常常会遇到需要将电缆沟内电缆进行识别标记的情形，有些电缆管道杂乱，管线不规范，电缆沟过长，导致难以简单地用眼睛观测识别。电缆识别仪可以在电缆带电运行的情形下在并行层叠的电缆中对目标电缆进行识别。电缆管理人员和施工作业人员据此可以实时掌握最新、真实、全面的地下电缆及管沟、管孔信息及其精确的地理位置，对电缆的日常管理、安全运行、巡检抢修、工程设计施工、事故预防起到了巨大的积极作用。

城市中，电力电缆几乎都是铺设在地下管道中，很多电缆在建设初期由于没有沿途设置标记，或者时间久远标记无法辨认，或者由于缆线过长标记有误，使得地下电缆信息残缺有误，这对于电缆的检修维护、城市建设施工等工作具有极大的安全隐患。目前大部分的电缆识别仪具有GPS同步接收装置，可以通过对检测信号相位的甄别准确地区分出目标电缆，但是这种电缆识别仪在使用时两端始终都需要使用GPS信号接收器接收同步信号，对第三方信号的依耐性强，接收和处理的时间也较长，加之在城市高层建筑和树木的遮挡下，在信号不稳定时容易出现误判。

实用新型内容

针对现有电缆识别仪的缺陷，本实用新型提出一种新的电缆识别仪。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种电缆识别仪，包括功率信号发生器、信号发射端装置、信号接收端装置以及数字信号处理器，

在电缆的一端设置信号发射端装置，所述信号发射端装置为一个设置在目标电缆上的钳式电流互感器，功率信号发生器连接该钳式电流互感器的输入；

在电缆的另一端设置信号接收端装置，所述信号接收端装置包括在每根电缆上分别设置一个钳式电流互感器，所有钳式电流互感器的输出连接数字信号处理器；

所有电缆的外层为导体，所有电缆的外层两端接地。

而且，所述功率信号发生器，包括第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和单相全桥逆变电路、电感L₂、反向关断二极管D₂、反向关断二极管D₃，

所述第一支路包括电池DC和电感L₁，电池DC和电感L₁串联，第一支路与第二支路相 联；

所述第二支路包括反向关断二极管D₁和储能电容C₁，反向关断二极管D₁和储能电容C₁串联；

所述第三支路包括绝缘栅双极型晶体管V₁；

所述第四支路包括储能电容C₂，第四支路与单相全桥逆变电路并联；

所述单相全桥逆变电路包括带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₁、S₂、S₃、S₄和电感L，带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₁、S₂串联，带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₃、S₄串联，电感L连接于带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₁、S₂中点和带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₃、S₄中点之间；

绝缘栅双极型晶体管V₁的集电极连接电感L₂的一端、反向关断二极管D₂的正极、反向关断二极管D₃的负极，电感L₂的另一端连接于反向关断二极管D₁的负极与储能电容C₁之间，反向关断二极管D₂的负极与储能电容C₂的正极相连，反向关断二极管D₃的正极与反向关断二极管D₁的正极相连。 

本实用新型提出的电缆识别仪可以产生变幅值的谐波电流信号，使用简单，同时可省去GPS同步装置，降低了设备成本投资。使用本实用新型能进一步提高电缆识别工作的准确性，同时还能减小设备的硬件投资，对于提高电缆识别仪的工程实用化程度具有重要的现实意义，具有良好的应用价值和广阔的市场推广前景。

附图说明

图1是本实用新型实施例的系统结构图；

图2是本实用新型实施例的功率信号发生器电路结构图；

图3是本实用新型实施例的等效电路图；

图4是本实用新型实施例的目标电缆L1内在相邻两周期内幅值分别为8A和4A的800Hz谐波电流信号的波形示意图；

图5是本实用新型实施例的电缆L2、L3内相邻两周期内幅值分别为4A和2A的800Hz谐波电流信号的波形示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型实施例的电缆识别仪的具体设计如下：电缆识别仪包括功率信号发生器、信号发射端装置、信号接收端装置、数字信号处理器，信号发射端与接收端装置可采用钳式电流互感器，钳式电流互感器实质上是一种感应线圈，可以将功率信号发生器产生的电流信号 耦合进电缆，或将被测电缆上的电流信号耦合输出；通常有若干根电缆同时布设，可取其中任一根为待识别的目标电缆，在电缆的一端(近端)设置信号发射端装置，所述信号发射端装置为一个设置在目标电缆上的钳式电流互感器，功率信号发生器连接该钳式电流互感器的输入；在电缆的另一端(远端)设置信号接收端装置，所述信号接收端装置包括在每根电缆上分别设置一个钳式电流互感器，因此信号接收端装置的钳式电流互感器数目与具体电缆数目相应，信号接收端装置的所有钳式电流互感器的输出连接数字信号处理器。

参见图1，以同时布设的3根电缆L1、L2、L3为例，将其中电缆L1作为识别的目标电缆。电缆外层的钢铠本身是接地的导体，电缆的一端在目标电缆上设置钳式电流互感器，功率信号发生器连接该钳式电流互感器，功率信号发生器通过钳式电流互感器A1将谐波电流信号耦合到目标电缆L1上，电缆L1的钢铠上会产生感应电流，规定电流方向向右(即向检测端)流动为正；电缆的另一端在所有电缆上分别设置钳式电流互感器，各钳式电流互感器分别连接到数字信号处理器。由于所有电缆的钢铠两端接地，电缆L1的钢铠可经过大地与电缆L2、L3的钢铠构成并联的电流回路，利用钳式电流互感器A2、A3、A4分别检测电缆L1、L2、L3的末端电流I₁、I₂、I₃，数字信号处理器根据对采样的电流信号I₁、I₂、I₃的波形即可对当前测试的目标电缆进行识别。具体识别实现为现有技术，本实用新型仅提供仪器结构设计技术方案。

优选地，功率信号发生器可以产生变幅值的谐波电流信号，作为目标电缆识别的信号。本实用新型实施例进一步设计了功率信号发生器的具体电路，以便产生变幅值的谐波电流信号，参见图2，功率信号发生器由两级boost升压电路和单相全桥逆变电路构成。boost升压电路是一种开关直流升压电路，可以使输出电压比输入电压高。DC为电池(可采用铅蓄电池)，V_dc为电池DC的直流电压，V₁为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，S₁～S₄为带反并联二极管的IGBT。V₁开通期间，电感L₁、反向关断二极管D₃、V₁构成了第一级boost升压电路的电感充电储能回路，C₁为第一级boost升压电路的储能电容，电感L₂、V₁构成第二级boost升压电路的电感充电储能回路，C₂为第二级boost升压电路的储能电容，U_dc为第二级boost升压电路的输出电压，也即单相全桥逆变电路的直流母线电压。V1关断期间，电感L₁、L₂释放能量，D₃阻止了L₂的无效能量释放回路。D₁为确保C₁始终向L2支路放电的反向关断二极管，D₂为确保C₂始终向逆变器侧放电的反向关断二极管。如图2中电路，所述功率信号发生器，包括第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和单相全桥逆变电路、电感L₂、反向关断二极管D₂、反向关断二极管D₃，

所述第一支路包括电池DC和电感L₁，电池DC和电感L₁串联，第一支路与第二支路相联；

所述第二支路包括反向关断二极管D₁和储能电容C₁，反向关断二极管D₁和储能电容C₁串联；

所述第三支路包括绝缘栅双极型晶体管V₁；

所述第四支路包括储能电容C₂，第四支路与单相全桥逆变电路并联；

所述单相全桥逆变电路包括带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₁、S₂、S₃、S₄和电感L，带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₁、S₂串联，带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₃、S₄串联，电感L连接于带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₁、S₂中点和带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₃、S₄中点之间；

绝缘栅双极型晶体管V₁的集电极连接电感L₂的一端、反向关断二极管D₂的正极、反向关断二极管D₃的负极，电感L₂的另一端连接于反向关断二极管D₁的负极与储能电容C₁之间，反向关断二极管D₂的负极与储能电容C₂的正极相连，反向关断二极管D₃的正极与反向关断二极管D₁的正极相连。 

设V₁开通占空比为D，由电感能量平衡可得出:U_dc/V_dc＝1/(1-D)²。单相全桥逆变电路对变幅值的谐波电流进行比例谐振控制，比例谐振控制对指定次谐波可以实现无静差控制，是现有的成熟控制技术。然后利用钳式电流互感器A1在目标电缆耦合进变幅值的谐波电流信号，作为目标电缆识别的信号。

附图3是本实用新型实施例的等效电路图。U为功率信号发生器的等效谐波电压源，Z1、Z2、Z3为电缆L1、L2、L3钢铠的等效阻抗，功率信号发生器通过钳式电流互感器A1将谐波电压信号U耦合到目标电缆L1上，则有I₁＝I₂+I₃，即流过Z1的电流与流过Z2、Z3的电流之和相等，方向相反。所以被直接耦合施加谐波信号的电缆钢铠上流过的电流幅值最大，与其它电缆钢铠上流过的电流方向也相反。但是当只有两根并排电缆时，末端电流信号I₁、I₂是等幅值反相的，在没有GPS同步信号情况下无法区分两电流波形。为了便于简单有效地区分反相的信号，同时为防止电缆传输工频信号的干扰，具体实施时可以采用800Hz的变幅值正弦波功率信号源。

附图4是目标电缆L1内在相邻两周期内幅值分别为8A和4A的800Hz谐波电流信号的波形示意图，图5是在电缆L2、L3内相邻两周期内幅值分别为4A和2A的800Hz谐波电流信号的波形示意图，横坐标为时间t(单位为s)。由图中可见目标电缆L1与电缆L2、L3中 的变幅值谐波电流信号波形的幅值和相位均可准确读出，所以电缆末端目标信号波形的相位无需通过GPS同步装置即可进行有效区分，可以方便地进行目标电缆的识别。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种电缆识别仪，其特征在于：包括功率信号发生器、信号发射端装置、信号接收端装置以及数字信号处理器，

在电缆的一端设置信号发射端装置，所述信号发射端装置为一个设置在目标电缆上的钳式电流互感器，功率信号发生器连接该钳式电流互感器的输入；

在电缆的另一端设置信号接收端装置，所述信号接收端装置包括在每根电缆上分别设置一个钳式电流互感器，所有钳式电流互感器的输出连接数字信号处理器；

所有电缆的外层为导体，所有电缆的外层两端接地。

2.如权利要求1所述电缆识别仪，其特征在于：所述功率信号发生器，包括第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和单相全桥逆变电路、电感L₂、反向关断二极管D₂、反向关断二极管D₃，

所述第一支路包括电池DC和电感L₁，电池DC和电感L₁串联，第一支路与第二支路相联；

所述第二支路包括反向关断二极管D₁和储能电容C₁，反向关断二极管D₁和储能电容C₁串联；

所述第三支路包括绝缘栅双极型晶体管V₁；

所述第四支路包括储能电容C₂，第四支路与单相全桥逆变电路并联；

所述单相全桥逆变电路包括带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₁、S₂、S₃、S₄和电感L，带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₁、S₂串联，带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₃、S₄串联，电感L连接于带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₁、S₂中点和带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管S₃、S₄中点之间；

绝缘栅双极型晶体管V₁的集电极连接电感L₂的一端、反向关断二极管D₂的正极、反向关断二极管D₃的负极，电感L₂的另一端连接于反向关断二极管D₁的负极与储能电容C₁之间，反向关断二极管D₂的负极与储能电容C₂的正极相连，反向关断二极管D₃的正极与反向关断二极管D₁的正极相连。