CN212433275U - 一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，该系统包括：电流注入模块：用于分别向电缆单端接地回路的AB相接地回路、BC相接地回路和AC相接地回路注入直流电流；电流电压采集模块：用于在各回路注入直流电流时测试回路电压和电流；中央处理单元：用于控制电流注入模块三相回路的切换以及根据采集的电压和电流计算电缆单端接地回路中A、B、C三相的接地回路电阻。与现有技术相比，本实用新型能在高达300V工频感应电压、上百安培(A)接地电流干扰下，实现毫欧(mΩ)级接地回路电阻的高精度检测。

Description

一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统

技术领域

本实用新型涉及电缆单端接地带电检测技术领域，尤其是涉及一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统。

背景技术

电缆接地回路，是电缆系统的重要组成部分，包括：电缆金属套、附件铜壳或尾管、中间接头过桥线、接地线以及各部分之间的压接及紧固件，任何一处连接不良，如螺栓未紧固、虚焊、封铅不良，均会引起接地回路电阻变大。即使接地回路电阻有微小增加，也会引起严重后果。例如：电缆金属套与铜编织线焊接不良，使连接电阻增加0.1Ω，在10kA短路电流作用下，该处瞬间发热功率增加10MW。局部发热并灼伤电缆主绝缘，引起电缆在接头或尾管附近击穿。如电阻进一步加大，会限制短路电流，延长跳闸时间，引起火灾。

由于以前重视不够，存量电缆系统接地连接不良缺陷导致的突发运行故障、火灾屡见不鲜，成为困扰电缆安全运行的主要缺陷之一。现有检测方法存在以下不足：

(1)红外测温技术仅对缺陷位置存在长期持续发热点，且热量传导到电缆或附件表面有效，这种状态一般是缺陷的后期；

(2)超声波检测技术对于接地线完全脱开，形成断续燃弧放电才有效果，当然这种状态一般也是缺陷的后期；

(3)涡流探伤技术是一种利用电磁感应原理，检测附件和金属连接表面缺陷的探伤方法，但无法检测金属连接内部的缺陷，如砂眼等；

(4)停电检测接地回路电阻，对于目前大量存在的运行电缆，从经济效益和检测效率方面来看不是科学有效的检测方法。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够在带电状态下实现毫欧(mΩ)级电阻的高精度检测的电缆单端接地回路电阻带电检测系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，该系统包括：

电流注入模块：用于分别向电缆单端接地回路的AB相接地回路、BC相接地回路和AC相接地回路注入直流电流；

电流电压采集模块：用于在各回路注入直流电流时测试回路电压和电流；

中央处理单元：用于控制电流注入模块三相回路的切换以及根据采集的电压和电流计算电缆单端接地回路中A、B、C三相的接地回路电阻。

优选地，所述的电流注入模块包括恒流源、感应电压和接地电流抑制电路、三相切换电路和三相测量部件，所述的三相测量部件连接电缆单端接地回路的A、B、C三相，所述的恒流源通过三相切换电路连接三相测量部件，所述的三相切换电路用于将A、B、C三相中的任意两相与恒流源连通形成电流回路，所述的感应电压和接地电流抑制电路设置在电流回路中，所述的电流电压采集模块连接电流回路。

优选地，所述的三相测量部件包括测量夹具，所述的测量夹具分别夹持电缆单端接地回路的A、B、C三相形成电气导通，A、B、C三相的测量夹具分别引出两根测量线，其中一根用于通过三相切换电路连通恒流源形成电流回路，另一根通过三相切换电路与电流电压采集模块连接。

优选地，所述的电流电压采集模块包括电流采集器和电压采集器，所述的电流采集器通过三相切换电路串联于电流回路中，所述的电压采集器通过三相切换电路并联于电流回路对应的两个测量夹具上。

优选地，该系统还包括用于展示测量结果的人机交互界面，所述的人机交互界面连接中央处理单元。

优选地，该系统还包括用于在感应电压和接地电流抑制电路采集到的工频感应电压或接地电流数据超出上限时进行报警的报警单元，所述的报警单元连接中央处理单元。

优选地，该系统还包括用于存储检测到的接地回路电阻的历史数据的存储器，所述的存储器连接中央处理单元。

优选地，该系统还包括远程监控的智能移动终端，所述的智能移动终端通过通信模块连接中央处理单元。

优选地，所述的电流注入模块、电流电压采集模块和中央处理单元集成于一测试箱体中，测量夹具通过测量线从测试箱体中引出。

优选地，所述的中央处理单元包括微处理器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)在电缆运行状态下无需停电就能有效检测接地回路状态并准确定位不良连接点位置，降低了电缆故障率，具有很好的经济和社会效益；

(2)抗干扰功能强：能在高达300V工频感应电压、上百安培(A)电流干扰下，实现毫欧(mΩ)级电阻的高精度检测，从而实现带电检测；

(3)具有保护功能：能在外界过电压或过电流下，快速动作，保证检测系统、被测电缆和检测人员的安全；

(4)具有远程遥测功能：系统与智能移动终端无线连接，实现远程控制、测量、数据存储，更加安全、便捷；

(5)具有缺陷定位功能：根据系统检测结果并判定缺陷相，再利用接地回路电阻精确定点技术，实现缺陷点精确定位。

附图说明

图1为本实用新型电缆单端接地回路电阻带电检测系统的组成框图；

图2为本实用新型电缆单端接地回路电阻带电检测系统中电流注入模块和电流电压采集模块的一种实施方式下的电路原理图；

图3为本实用新型电缆单端接地回路电阻带电检测系统进行带电检测的原理图。

图中，1为电缆单端接地回路，2为测试箱体，3为智能移动终端，21为电流注入模块，22为电流电压采集模块，23为中央处理单元，24为人机交互界面，25为报警单元，26为通信模块，27为存储器，28为电池模块，29为电源管理单元，210为恒流源，211为感应电压和接地电流抑制电路，212为三相切换电路，213为三相测量部件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本实用新型并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本实用新型并不限定于以下的实施方式。

实施例

如图1、图2所示，一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，该系统包括：

电流注入模块21：用于分别向电缆单端接地回路1的AB相接地回路、BC相接地回路和AC相接地回路注入直流电流；

电流电压采集模块22：用于在各回路注入直流电流时测试回路电压和电流；

中央处理单元23：用于控制电流注入模块21三相回路的切换以及根据采集的电压和电流计算电缆单端接地回路1中A、B、C三相的接地回路电阻。

电流注入模块21包括恒流源210、感应电压和接地电流抑制电路211、三相切换电路212和三相测量部件213，三相测量部件213连接电缆单端接地回路1的A、B、C三相，恒流源210通过三相切换电路212连接三相测量部件213，三相切换电路212用于将A、B、C三相中的任意两相与恒流源210连通形成电流回路，感应电压和接地电流抑制电路211设置在电流回路中，电流电压采集模块22连接电流回路。恒流源210主要由运算放大器和大功率管等组成，选择一款输入阻抗高、带宽高、速度快、噪声低的运算放大器及电阻，完成V/I转换功能，实现毫安(mA)级电流输出，中央处理单元23根据接地回路电阻大小，调整恒流源210输出电流值。感应电压和接地电流抑制电路211能够抑制测量信号中高达300V工频感应电压和上百安培(A)接地电流对检测系统的影响。

三相测量部件213包括测量夹具，测量夹具分别夹持电缆单端接地回路1的A、B、C三相形成电气导通，A、B、C三相的测量夹具分别引出两根测量线，其中一根用于通过三相切换电路212连通恒流源210形成电流回路，另一根通过三相切换电路212与电流电压采集模块22连接。测量夹具与被测电缆A、B、C三相接地线连接，保证检测系统与接地回路之间的电气导通性，测量线含屏蔽层，能够有效抑制外界环境干扰。

电流电压采集模块22包括电流采集器和电压采集器，电流采集器通过三相切换电路212串联于电流回路中，电压采集器通过三相切换电路212并联于电流回路对应的两个测量夹具上。

上述电流注入模块21、电流电压采集模块22和中央处理单元23集成于一测试箱体2中，测量夹具通过测量线从测试箱体2中引出。

该系统还包括用于展示测量结果的人机交互界面24，人机交互界面24连接中央处理单元23。本实施例中人机交互界面24采用LCD交互界面，用于实时显示测量数据、检测及诊断结论；并根据相关国家标准，提出相应处理建议。

该系统还包括用于在感应电压和接地电流抑制电路211采集到的工频感应电压或接地电流数据超出上限时进行报警的报警单元25，报警单元25连接中央处理单元23。

该系统还包括远程监控的智能移动终端3，智能移动终端3通过通信模块26连接中央处理单元23。系统内置通信模块26，可实现检测系统与智能移动终端3的无线连接，智能移动终端3安装接地回路带电检测APP测量软件，自动测量、生成检测报告，实现远程操作、控制功能。

该系统还包括用于存储检测到的接地回路电阻的历史数据的存储器27，存储器27连接中央处理单元23。存储器27完成当前测量数据的保存及历史数据的查阅，中央处理单元23根据相同回路电缆不同时刻的检测数据，自动生成时间-电阻变化趋势图，通过人机交互界面24和智能移动终端3显示。

另外本系统测试箱体2中配置电池模块28和电源管理单元29，电池模块28通过电源管理单元29给测试箱体2内置的各个功能模块供电。为使系统能够适应多种使用现场并保证检测数据正确，电源管理单元29转换的各种直流电压纹波必须小于1mV，电源管理单元29采用市面出售的电源管理芯片。

本实施例中，中央处理单元23可采用类似单片机、DSP类的微处理器，电流注入模块21中的三相切换电路212采用继电器，如图2所示，采用4线制接法，电流电压采集模块22的电流采集器包括采样电阻和电压表U₁，采样电阻串联于电流回路中，电压表U₁测量采样电阻的电压，进而得到电流回路中电流，电压采集器包括电压表U₂，其通过三相切换电路212并联于电流回路对应的两个测量夹具上，以测量AB相接地回路为例，中央处理单元23控制继电器触点I₊与A₁接通，触点I_-与B₁接通，同时触点U₊与A₂接通，触点U_-与B₂接通，从而实现电流的注入并测量电压和电流大小。感应电压和接地电流抑制电路211包括第一过压保护电路C1、过流保护电路C2、交流滤波电路C3以及第二过压保护电路C4，从而抑制测量信号中高达300V工频感应电压和上百安培(A)接地电流对检测系统的影响。

采用上述电缆单端接地回路电阻带电检测系统进行检测的步骤如下：

(1)接通AB相接地回路，向AB相接地回路中注入直流电流；

(2)测试回路电压U_AB和电流I_AB，计算：

R_AB＝U_AB/I_AB＝R_A+R_B，

其中，R_A为A相的接地回路电阻，R_B为B相的接地回路电阻，R_AB为AB相的串联电阻；

(3)同理分别接通BC相接地回路、AC相接地回路，测试得到BC相的串联电阻R_BC以及AC相的串联电阻R_AC：R_BC＝R_B+R_C、R_AC＝R_A+R_C，R_C为C相的接地回路电阻；

(4)计算得到A、B、C三相的接地回路电阻R_A、R_B、R_C。

具体如图3所示，进行电缆单端接地回路1电阻带电检测的具体步骤为：

首先，电缆单端接地回路1电阻带电检测系统三相测量夹具分别接在保护接地箱内部A、B、C三相接地铜排上，确保接触良好。

然后，先检测AB两相接地回路电阻(图3中从a点到d点到b点)，仪器从保护接地箱ab点注入恒定电流，电流流向如检测示意图，电缆单端接地回路1电阻带电检测系统检测回路电流值、电压值，计算：

R_AB＝U_AB/I_AB＝R_A+R_B

上式中：

R_A：A相接地回路a点到d点电阻(包括两端接地线电阻、金属套电阻和两终端封铅处接触电阻)；

R_B：B相接地回路b点到d点电阻(包括两端接地线电阻、金属套电阻和两终端封铅处接触电阻)；

接地线电阻和金属套电阻，可根据各自长度和截面积推算；当接地线电阻和金属套电阻确定，如计算值R_AB偏大，即AB相电缆接地回路电阻异常。

同理，自动切换至BC相,检测BC相接地回路(b点到d点到c点)直流电阻R_BC；自动切换至AC相,继续检测AC相接地回路(a点到d点到c点)直流电阻R_AC。

此后，根据R_AB、R_BC、R_AC的数值，建立接地回路单相电阻计算矩阵，可计算R_A、R_B、R_C的数值，仪器自动显示检测及诊断结论，并提供处理建议。

另外，如有必要可对缺陷相潜在缺陷位置进行精确定点(如是否在尾管封铅处等)。假定A相电缆存在尾管封铅处接触电阻偏大，ae两点分别连接终端封铅两端、df两点分别连接终端封铅两端；用接地回路电阻精确定点技术检测R_ae、R_df两封铅处接触电阻，实现精确定点。

本实用新型系统具有如下特点：

(1)针对电缆单端接地形式，提出一种能够应用于实际现场的电缆单端接地回路电阻带电检测一体化系统。该系统由中央处理单元23、电流注入模块21、电流电压采集模块22、人机交互界面24、报警单元25、通信模块26、存储器27、电池模块28、电源管理单元29、智能移动终端3及接地回路电阻带电检测APP测量软件组成。电流注入模块21中的恒流源210能够输出稳定的毫安(mA)级电流，测量线含屏蔽层，能够有效抑制外界环境干扰，三相切换电路212能够实现接地回路AB、BC、AC之间的自动切换，感应电压和接地电流抑制电路211能够抑制电缆线路正常运行时金属套上高达300V工频感应电压和上百安培(A)接地电流的干扰，智能移动终端3安装的接地回路电阻带电检测APP测量软件，能够远程测量、生成检测报告。

(2)该系统现场测量便捷，具有远程遥测功能、抗干扰功能、精确定位功能；解决了目前电缆接地回路缺乏现场回路电阻带电检测系统和方法的难题。

(3)该系统现场测量时，保持电缆系统原有电气连接方式，只需将三相测量夹具通过专用测量线分别连接到接地箱内的A、B、C三相接地铜排上，实现一次接线完成整个测量过程及数据采集。

(4)该系统内置网络通信单元，完成检测系统与智能移动终端3的无线连接；智能移动终端3安装接地回路带电检测APP测量软件，实现远程操作、远程控制、数据采集、数据存储和历史数据查阅等功能；并根据相同回路不同时刻检测数据，自动生成时间-电阻变化趋势图。

(5)该系统具有强大的抗干扰及电流小信号提取能力，能够在电缆金属套高达300V工频感应电压、上百安培(A)接地电流干扰下，实现毫安(mA)级电流、毫伏(mV)级电压准确检测。

(6)系统采集数据经接地回路电阻计算，得R_AB、R_BC、R_AC电阻值；建立接地回路单相电阻计算矩阵，计算得R_A、R_B、R_C电阻值。系统先根据各相电阻值判定缺陷相，再通过接地回路电阻精确定点技术，实现缺陷位置的精确定位。

最后，需要说明的是：该系统应用于电缆金属套单端接地方式带电检测，当然应用不限于带电检测，也可用于停电检测。

上述实施方式仅为例举，不表示对本实用新型范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本实用新型技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (10)

1.一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，其特征在于，该系统包括：

电流注入模块(21)：用于分别向电缆单端接地回路(1)的AB相接地回路、BC相接地回路和AC相接地回路注入直流电流；

电流电压采集模块(22)：用于在各回路注入直流电流时测试回路电压和电流；

中央处理单元(23)：用于控制电流注入模块(21)三相回路的切换以及根据采集的电压和电流计算电缆单端接地回路(1)中A、B、C三相的接地回路电阻。

2.根据权利要求1所述的一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，其特征在于，所述的电流注入模块(21)包括恒流源(210)、感应电压和接地电流抑制电路(211)、三相切换电路(212)和三相测量部件(213)，所述的三相测量部件(213)连接电缆单端接地回路(1)的A、B、C三相，所述的恒流源(210)通过三相切换电路(212)连接三相测量部件(213)，所述的三相切换电路(212)用于将A、B、C三相中的任意两相与恒流源(210)连通形成电流回路，所述的感应电压和接地电流抑制电路(211)设置在电流回路中，所述的电流电压采集模块(22)连接电流回路。

3.根据权利要求2所述的一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，其特征在于，所述的三相测量部件(213)包括测量夹具，所述的测量夹具分别夹持电缆单端接地回路(1)的A、B、C三相形成电气导通，A、B、C三相的测量夹具分别引出两根测量线，其中一根用于通过三相切换电路(212)连通恒流源(210)形成电流回路，另一根通过三相切换电路(212)与电流电压采集模块(22)连接。

4.根据权利要求3所述的一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，其特征在于，所述的电流电压采集模块(22)包括电流采集器和电压采集器，所述的电流采集器通过三相切换电路(212)串联于电流回路中，所述的电压采集器通过三相切换电路(212)并联于电流回路对应的两个测量夹具上。

5.根据权利要求1所述的一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，其特征在于，该系统还包括用于展示测量结果的人机交互界面(24)，所述的人机交互界面(24)连接中央处理单元(23)。

6.根据权利要求1所述的一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，其特征在于，该系统还包括用于在感应电压和接地电流抑制电路(211)采集到的工频感应电压或接地电流数据超出上限时进行报警的报警单元(25)，所述的报警单元(25)连接中央处理单元(23)。

7.根据权利要求1所述的一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，其特征在于，该系统还包括用于存储检测到的接地回路电阻的历史数据的存储器(27)，所述的存储器(27)连接中央处理单元(23)。

8.根据权利要求1所述的一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，其特征在于，该系统还包括远程监控的智能移动终端(3)，所述的智能移动终端(3)通过通信模块(26)连接中央处理单元(23)。

9.根据权利要求3所述的一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，其特征在于，所述的电流注入模块(21)、电流电压采集模块(22)和中央处理单元(23)集成于一测试箱体(2)中，测量夹具通过测量线从测试箱体(2)中引出。

10.根据权利要求1所述的一种电缆单端接地回路电阻带电检测系统，其特征在于，所述的中央处理单元(23)包括微处理器。

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