CN207379983U - 一种电缆接头内部缺陷探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电缆接头内部缺陷探测系统，用于解决现有技术中检测电缆中间接头内部缺陷的带电局放测试方法检测精度不高，难以检测电缆中间接头内部的一些小缺陷的技术问题。本实用新型包括：超声波探头和数据采集处理模块；所述超声波探头紧贴于电缆接头的外表面，用于往所述电缆接头的内部发射超声波信号并接收返回的超声波反射信号；所述数据采集处理模块与所述超声波探头通过数据传输线连接，用于采集并计算所述超声波信号的发射时间与所述超声波反射信号返回之间的时间差，以便于通过对比所述时间差与预置时间差是否一致来判断电缆接头内部是否存在缺陷。

Description

一种电缆接头内部缺陷探测系统

技术领域

本实用新型涉及电缆检测技术领域，尤其涉及一种电缆接头内部缺陷探测系统。

背景技术

在电力系统中，通常需要铺设电缆进行电能的传输或实现对用户的供电。电缆铺设好后，为了使其成为一个连续的线路，各段电缆必须连接为一个整体，这些连接点就称为电缆接头。电缆线路中间部位的电缆接头称为电缆中间接头。电缆中间接头是用于各种电压等级的交联电缆或油浸电缆的中间连接的电缆附件，主要作用是使供电线路通畅，使电缆保持密封，并保证电缆接头处的绝缘等级，使其安全可靠地运行，起到防水、防尘和防震动的作用。

为了保证供电的可靠性，要求电缆中间接头中的橡胶应力锥及预制橡胶绝缘件应无气泡、焦烧物及其他有害杂质，内外表面光滑，绝缘与半导电界面应结合良好，半导电屏蔽内应无有害杂质。而根据现有电缆中间接头样品显微观测结果和电缆附件厂家调研情况得知，电缆中间接头上的微小的气泡和界面凸起不可避免，因此为确保供电的可靠性，保证所采用的电缆中间接头的质量，需要有相应的检测电缆中间接头的内部缺陷的方法。

目前，检测电缆中间接头内部缺陷的方法主要为带电局放测试。由于在绝缘结构中产生局部放电时，会伴随产生电脉冲、电磁辐射等信号，因此可以通过用信号接收探头直接接收局部放电时产生的异常信号并对异常信号进行分析以判断内部缺陷的发生位置。用带电局放测试方法判断内部缺陷的发生位置的原理为：通过安装好的信号接收探头根据所接收的电缆中间接头局部放电时产生的异常信号的强弱来判断确定电缆中间接收探头的内部缺陷位置，而实际上异常信号往往具有较强的衰减特性。因此，根据异常信号的强弱判断内部缺陷的发生位置要求信号接收探头的安装位置距离内部缺陷的发生位置较近，以及对信号接收探头的精度也有较高的要求，而由于内部缺陷的发生位置难以预测以及现有的信号接收探头精度有限，使得电缆中间接头内部的一些小缺陷难以被检测出来，导致带电局放测试方法检测电缆中间接头内部缺陷的精度不高。

实用新型内容

本实用新型公开了一种电缆接头内部缺陷探测系统，解决了现有技术中检测电缆中间接头内部缺陷的带电局放测试方法检测精度不高，难以检测电缆中间接头内部的一些小缺陷的技术问题。

本实用新型提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统，包括：

超声波探头和数据采集处理模块；

所述超声波探头紧贴于电缆接头的外表面，用于往所述电缆接头的内部发射超声波信号并接收返回的超声波反射信号；

所述数据采集处理模块与所述超声波探头通过数据传输线连接，用于采集并计算所述超声波信号的发射时间与所述超声波反射信号返回之间的时间差，以便于通过对比所述时间差与预置时间差是否一致来判断电缆接头内部是否存在缺陷，所述预置时间差为对内部无缺陷的电缆接头进行超声波发射和接收所获得的超声波信号的发射时间与返回时间的时间差。

本实用新型提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统，还包括：

探头固定杆，所述探头固定杆与所述超声波探头固定连接，用于固定所述超声波探头的位置。

本实用新型提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统，还包括：

第一竖直固定杆，所述探头固定杆可上下滑动的设置于所述第一竖直固定杆上。

本实用新型提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统，还包括：

第二竖直固定杆、第一支撑圆杆和第二支撑圆杆，所述第二竖直固定杆与所述第一竖直固定杆平行设置；

所述第一支撑圆杆和所述第二支撑圆杆平行安装于所述第一竖直固定杆和所述第二竖直固定杆之间，且所述第一支撑圆杆以及所述第二支撑圆杆的两端均分别固定于所述第一竖直固定杆和所述第二竖直固定杆上，所述第一支撑圆杆和所述第二支撑圆杆用于承托所述电缆接头。

本实用新型提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统，还包括：

旋转推进装置，所述旋转推进装置的一端与所述电缆接头固定连接，另一端与电机连接；

所述旋转推进装置具有螺纹结构的传动装置，用于旋转推进所述电缆接头，使得所述电缆接头沿径向旋转并沿所述第一支撑圆杆和所述第二支撑圆杆水平移动。

优选地，所述第一支撑圆杆和所述第二支撑圆杆上安装有滚珠或滚轴，用于降低与所述电缆接头之间的摩擦。

本实用新型提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统，还包括：

信号接收放大器，所述信号接收放大器连接于所述超声波探头和所述数据采集处理模块之间，用于放大所述超声波信号和所述超声波反射信号。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

本实用新型中基于超声波的传输和反射特性，通过将超声波探头紧贴于电缆接头外表面，并往电缆接头内部发射超声波信号并接收返回的超声波反射信号，并利用数据采集处理模块计算超声波探头发射超声波信号与接收到反射返回的超声波信号之间的时间差，可以判断电缆接头是否存在内部缺陷检测。由于超声波在电缆接头中会以一定的速度进行传输，当超声波在遇到电缆接头内部的缺陷的时候，会提前发射回来，形成缺陷波；而当电缆接头内部无缺陷的时候，超声波会一直在电缆接头中进行传输，直到传输至电缆接头与电缆主绝缘层的分界面后才反射回来，形成底波。因此，当电缆接头内部有缺陷的时候，由于超声波在电缆接头内部传输的时间较短，所接收到的缺陷波的时间与发射时间之间的时间差要小于正常的接收到底波的时间与发射时间之间的时间差。故本实用新型中通过计算并判断超声波探头发射超声波信号与接收到反射返回的超声波信号之间的时间差是否与正常的预置时间差一致，即可判断超声波探头进行探测的电缆接头的某一具体位置的内部是否存在缺陷，并且由于是基于对容易测量获得的时间差的大小进行电缆接头内部是否存在缺陷的判断，使得本实用新型的探测系统能够精准的检测电缆中间接头内部的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的超声波探测电缆接头内部缺陷原理示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统的一个实施例的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统的另一个实施例的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的超声波探头扫描路径及整体成像示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种电缆接头内部缺陷探测系统，用于解决现有技术中检测电缆中间接头内部缺陷的带电局放测试方法检测精度不高，难以检测电缆中间接头内部的一些小缺陷的技术问题。

经发明人研究发现，电缆和包裹于电缆外表面的电缆接头均为轴对称结构，并且有圆柱形的光滑界面，在等径部分各处的壁厚相等，并且由于超声波在相同的固体材料中的传输速度是一致的，因此，当利用超声波探头紧贴电缆接头的外表面进行移动扫描的时候，在移动扫描的位置等径时，理论上接收到的反射信号的传输时间应当是相等的。

然而，当电缆接头3内部存在缺陷时，例如气泡、焦烧物及其他有害杂质，超声波在遇到缺陷时会反射，形成缺陷波F；当电缆接头3内部不存在缺陷时，超声波则会一直传输至电缆接头和电缆主绝缘分界面后反射回来，即底波B。由于超声波是以固定的速度在电缆接头中传输，由缺陷反射回来的缺陷波与由底面反射回来的底波之间的传输时间是不一样的，因此，可以通过计算所获得的反射信号与发射信号之间的时间差即可判断电缆接头是否存在缺陷。请参阅图1，图1为超声波探测电缆接头内部缺陷原理示意图。超声波探头1从脉冲发生器a获得脉冲信号之后，发射超声波信号(发射波T)，并实时接收反射回来的超声波反射信号(如缺陷波F或底波B)，并且经过接收放大器b将超声波反射信号进行放大并在显示屏c上进行显示。如图1所示，缺陷波与发射波之间的时间差比底波与发射波之间的时间差要小。

此外，电缆接头通常由聚合物材料制成，当电缆接头内部的材料密度不均匀时，超声波在电缆接头中传输的声速也会发生变化，具体的，如公式(1)所示，纵波在介质中的声速为：

K为体积弹性模量，μ为剪切弹性模量，ρ为材料密度。通过对固体中超声波声速的变化进行分析，即可判断电缆接头中是否有材料固化不均匀的情况，即当所获得的时间差与预置的时间差不一致时，即可认为电缆接头内部存在缺陷，并可以进一步进行分析确定缺陷的类型为存在气泡、杂质或材料密度不均匀。

基于此，本实用新型实施例提供了一种电缆接头内部缺陷探测系统，用于基于超声波的传输和反射特性，进行电缆接头内部缺陷的检测。

请参阅图2，本实用新型实施例中提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统的一个实施例的结构示意图。

本实用新型实施例中提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统的一个实施例包括：

超声波探头1和数据采集处理模块2；所述超声波探头1紧贴于电缆接头3的外表面，用于往所述电缆接头3的内部发射超声波信号并接收返回的超声波反射信号；所述数据采集处理模块2与所述超声波探头1通过数据传输线连接，用于采集并计算所述超声波信号的发射时间与所述超声波反射信号返回之间的时间差，以便于通过对比所述时间差与预置时间差是否一致来判断电缆接头3内部是否存在缺陷，所述预置时间差为对内部无缺陷的电缆接头3进行超声波发射和接收所获得的超声波信号的发射时间与返回时间的时间差。

需要说明的是，本实用新型实施例中所述的超声波探头1具备发射超声波脉冲信号和接收超声波脉冲信号的功能，实际使用时可以根据电缆接头3样品的情况选择不同频率范围的超声波探头1。通常，超声波探头1分为高频超声波探头1与低频超声波探头1，高频超声波探头1的精度较高，可分辨细小物体(即可分辨较小的缺陷如电缆接头3内部的小气泡以及掺杂的小杂质等)，但探测深度较浅；低频超声波探头1探测物体的尺寸较大，深度较深。因此，可以根据待检测的电缆接头3的具体直径大小以及长度等情况决定所采取的超声波探头1，或者选用具有多频段的超声波探头1。

可以理解的是，由于超声波探头1的探头面积有限，当需要对整个电缆接头3进行检测的时候，可以通过移动紧贴于电缆接头3外表面的超声波探头1，使得超声波探头1可以持续的扫描整个电缆接头3的外表面。需要说明的是，在超声波探头1的移动过程中，超声波探头1始终紧贴于电缆接头3的外表面，并且超声波探头1的移动速度有一定的限制，使得超声波探头1在某一具体位置上停留的时间大于超声波探头1接收到的反射信号与发射的发射信号之间的时间差，以便于超声波探头1可以获得反射回来的反射信号。

此外，本实用新型实施例中的数据采集处理模块2可以包括数据采集卡和计算机，超声波探头1通过数据传输线与数据采集卡连接，数据采集卡通过数据线与计算机连接，用于通过数据传输线采集获得超声波探头1的发射信号以及反射信号，并将采集得到的信号传输至数据采集卡进行处理。

关于前述的预置时间差，可以理解的是，由于预置时间差为对内部无缺陷的电缆接头3进行超声波发射和接收所获得的超声波信号的发射时间与返回时间的时间差，因此判断时间差与预置时间差是否一致时，应当选用与探测的电缆接头3的直径、材质均一致的内部无缺陷的电缆接头3的超声波信号的发射时间与返回时间的时间差作为预置时间差，以便于时间差之间的对比。

本实用新型实施例中提供了一种电缆接头内部缺陷探测系统的一个实施例，在实际检测过程中，只需要将超声波探头1紧贴于电缆接头3的外表面，并且利用超声波探头1往电缆接头3内部发射超声波信号以及接收相应的反射信号，然后将所发射的超声波信号以及接收到的反射信号均通过数据传输线传输至数据采集处理模块2中进行分析处理，最后根据数据采集处理模块2获得的时间差对比结果，可以准确辨别电缆接头3内部是否存在缺陷。

以上为对本实用新型实施例提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统的一个实施例的详细描述，以下将对本实用新型实施例提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统的另一个实施例进行详细描述。

请参阅图3，图3为本实用新型实施例提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统的另一个实施例的结构示意图。

本实用新型实施例提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统的另一个实施例包括：

超声波探头1、数据采集处理模块2、探头固定杆4、第一竖直固定杆5A、第二竖直固定杆5B、第一支撑圆杆6A、第二支撑圆杆6B和旋转推进装置7。其中，超声波探头1紧贴于电缆接头3的外表面，用于往电缆接头3的内部发射超声波信号并接收返回的超声波反射信号；数据采集处理模块2与超声波探头1通过数据传输线连接，采集超声波探头1的发射信号与超声波探头1获取得到的反射信号，并且计算处理发射信号与发射信号之间的时间差。需要说明的是，为了便于采集超声波探头1的发射信号与超声波探头1获取得到的反射信号，还可以在超声波探头1和数据采集处理模块2之间连接一个信号接收放大器，用于放大超声波探头1的发射信号与超声波探头1获取得到的反射信号。

超声波探头1可拆卸的安装于探头固定杆4上，超声波探头1装上后可沿探头固定杆4左右移动，并固定至预定位置。探头固定杆4水平安装于垂直于地面安装的第一竖直固定杆5A或第二竖直固定杆5B上，并且探头固定杆4安装后可上下移动以调整安装高度。此外，第一支撑圆杆6A和第二支撑圆杆6B平行安装于第一竖直固定杆5A和第二竖直固定杆5B之间，且第一支撑圆杆6A以及第二支撑圆杆6B的两端均分别固定于第一竖直固定杆5A和第二竖直固定杆5B上，第一支撑圆杆6A和第二支撑圆杆6B用于承托所述电缆接头3，即第一支撑圆杆6A和第二支撑圆杆6B可以将电缆接头3托举至水平位置。在电缆接头3的一端连接有旋转推进装置7，其中，旋转推进装置7具有螺纹结构的传动装置，用于旋转推进电缆接头3，使得电缆接头3可以沿径向旋转并沿第一支撑圆杆6A和第二支撑圆杆6B水平移动。

进一步地，为了降低电缆接头3与第一支撑圆杆6A和第二支撑圆杆6B之间的摩擦力，便于电缆接头3在旋转推进装置7的作用下进行旋转前进，第一支撑圆杆6A和第二支撑圆杆6B与电缆接头3的接触面上可以有安装滚珠或滚轴，使得电缆接头3可以顺利旋转前进，在支撑电缆接头3的同时尽可能减少轴向转动和水平移动的阻力。

具体的，上述的电缆接头3内部缺陷探测系统的工作原理如下：

(1)将待测的电缆接头3放置在第一支撑圆杆6A和第二支撑圆杆6B上，且待测的电缆接头3一侧固定至旋转推进装置7。

(2)在电缆接头3的被测区域的表面均匀涂抹耦合剂(如凡士林)，调节探头固定杆4和探头位置，使得超声波探头1与电缆接头3表面紧密接触。

(3)启动超声波探头1的超声探测以及旋转推进装置7，则固定于探头固定杆4上的超声波探头1可以均匀地在旋转推进的电缆接头3表面形成螺旋形状的扫描路径，通过调节旋转方向和速度可以进行连续测试。

(4)将超声波探头1沿预定路线逐行扫描，并通过数据采集处理模块2采集超声波发射信号和反射信号，并对发射信号和反射信号进行处理。

进一步地，在对整个电缆接头进行检测时，为了便于快速找出电缆接头上有缺陷的位置，可以根据所述时间差的大小赋予与所述时间差对应的灰度值，并建立所述灰度值与所述旋转的角度和所述水平位移的距离之间的对应关系。可以理解的是，当超声波探头在对整个电缆接头进行扫描的时候，可以实时将超声波发射的超声波信号的发射时间与返回时间的时间差转换为对应的灰度值，即可以根据不同的时间差赋予不同的灰度值，并将灰度值与超声波探头进行扫描的位置对应起来，即可通过对比灰度值是否一致，快速找出电缆接头存在缺陷的位置。其中，超声波探头扫描的具体位置可以根据电缆接头旋转的角度和水平位移的距离进行确定。

进一步地，为了便于观察，可以根据对应关系，以水平位移的距离和旋转的角度分别为横坐标和纵坐标，将灰度值绘制于坐标轴上，获得整体扫描成像图。在获得整体扫描成像图之后，可以搜索整体扫描成像图上的灰度值异常点，并确认灰度值异常点对应的旋转的角度和水平位移的距离；然后，根据灰度值异常点对应的旋转的角度和水平位移的距离确定电缆接头的缺陷位置，并根据灰度值异常点对应的时间差计算确定电缆接头的缺陷深度。

具体的，可以参阅图4，图4为本实用新型实施例提供的超声波探头扫描路径及整体成像示意图。以水平位移为横坐标，旋转角度为纵坐标，超声波探头开始扫描的位置与坐标图中(0,0°)相对应，假定超声波探头或电缆接头旋转完整的一周时，超声波探头或电缆接头的水平位移固定为L，对应坐标为(L，360°)，每旋转完成360°时纵坐标归零，旋转推进过程中可形成图4所示的与扫描位置对应的坐标系。在每个扫描位置根据最先收到的超声波反射信号与超声波发射信号的时间差赋予相应的灰度值，并将灰度值逐个绘制于坐标轴，即可获得与电缆接头外形相对应的图像，一次整体扫描成像之后直观获得中间接头内部情况，并可以识别材料不均匀区域、局部缺陷的位置：

(1)若整个画面灰度值一致，说明接头内部无缺陷，在各个扫描位置最先收到的超声波反射信号为电缆接头内表面反射形成的底波，材料均匀时超声波在材料内的传播时间和反射时间相同。

(2)若最终成像存在明显异常点，说明内部存在局部缺陷，最先采集到的超声波反射信号为材料中传播时间较短的缺陷波。通过异常点在图像中的形态和位置可分析缺陷类型和对应位置。假设异常区域在坐标轴中对应坐标为(s，θ)，该缺陷所在位置距离扫描起始位置水平距离为s，沿扫描圆周方向偏转角度为θ。如图4中的中间圆点的坐标位置为(3.5L，180°)，则对应至电缆接头的缺陷位置在距离起始扫描位置水平方向3.5L处，沿扫描圆周方向偏转180°，正好位于正下方。

需要说明的是，上述过程可采用自动扫描模式，即螺旋前进的角速度固定为ω，从起始位置起扫描时间t为变量，此时绘制坐标系：

其中，θ＝ωt，可以通过程序设定每当θ达到360°时归零，之后继续随时间累计。

(3)若某个区域灰度存在渐变的情况，则说明对应扫描位置内部材料固化不均匀，通过异常区域在图像中的形态和位置可分析缺陷类型和对应位置，方法与异常点分析相同，此处不再赘述。

本实用新型实施例中结合了电缆接头本身近似均匀圆筒的结构特点进行设计扫描路径，在扫描时固定超声波探头的位置，仅通过一侧的旋转推进装置旋转推进电缆接头，即可实现整个电缆接头表面的全覆盖均匀扫描，并且可根据需要调整旋转推进装置的旋转推进方向和速度；然后，通过数据采集处理模块对所获得的扫描数据进行处理，即采用整体扫描成像方式：结合扫描路径特点设计坐标轴，最终成像和电缆接头结构相对应；根据超声波反射信号与发射信号的时间差赋予相应的灰度值，扫描过程中同步成像，便于直接识别出异常区域。

以上对本实用新型所提供的一种电缆接头内部缺陷探测系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种电缆接头内部缺陷探测系统，其特征在于，包括：

超声波探头和数据采集处理模块；

所述超声波探头紧贴于电缆接头的外表面，用于往所述电缆接头的内部发射超声波信号并接收返回的超声波反射信号；

所述数据采集处理模块与所述超声波探头通过数据传输线连接，用于采集并计算所述超声波信号的发射时间与所述超声波反射信号返回之间的时间差，以便于通过对比所述时间差与预置时间差是否一致来判断电缆接头内部是否存在缺陷，所述预置时间差为对内部无缺陷的电缆接头进行超声波发射和接收所获得的超声波信号的发射时间与返回时间的时间差。

2.根据权利要求1所述的电缆接头内部缺陷探测系统，其特征在于，还包括：

探头固定杆，所述探头固定杆与所述超声波探头固定连接，用于固定所述超声波探头的位置。

3.根据权利要求2所述的电缆接头内部缺陷探测系统，其特征在于，还包括：

第一竖直固定杆，所述探头固定杆可上下滑动的设置于所述第一竖直固定杆上。

4.根据权利要求3所述的电缆接头内部缺陷探测系统，其特征在于，还包括：

第二竖直固定杆、第一支撑圆杆和第二支撑圆杆，所述第二竖直固定杆与所述第一竖直固定杆平行设置；

所述第一支撑圆杆和所述第二支撑圆杆平行安装于所述第一竖直固定杆和所述第二竖直固定杆之间，且所述第一支撑圆杆以及所述第二支撑圆杆的两端均分别固定于所述第一竖直固定杆和所述第二竖直固定杆上，所述第一支撑圆杆和所述第二支撑圆杆用于承托所述电缆接头。

5.根据权利要求4所述的电缆接头内部缺陷探测系统，其特征在于，还包括：

旋转推进装置，所述旋转推进装置的一端与所述电缆接头固定连接，另一端与电机连接；

所述旋转推进装置具有螺纹结构的传动装置，用于旋转推进所述电缆接头，使得所述电缆接头沿径向旋转并沿所述第一支撑圆杆和所述第二支撑圆杆水平移动。

6.根据权利要求5所述的电缆接头内部缺陷探测系统，其特征在于，所述第一支撑圆杆和所述第二支撑圆杆上安装有滚珠或滚轴，用于降低与所述电缆接头之间的摩擦。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的电缆接头内部缺陷探测系统，其特征在于，还包括：

信号接收放大器，所述信号接收放大器连接于所述超声波探头和所述数据采集处理模块之间，用于放大所述超声波信号和所述超声波反射信号。