專利名稱：一種電纜相位分析識別裝置的制作方法
技術領域：
本技術發(fā)明屬于電力檢測領域，其涉及一種專門用于高壓(35kV以上)單芯運行 電纜的相位測量、識別裝置。
二背景技術：
目前市場上提供的高壓電纜相位檢測儀，多采用直連法(如國產(chǎn)高壓核相儀 HXQ-Y)，在采取絕緣保護的條件下，將信號采集端與傳輸導線直接連接并形成檢測回路，采 集該電流信號進行相位計算，從而判斷相位角。該方法測量準確，應用廣泛，但僅適用于架 空裸線的相位識別，對地下電纜則無法判斷。在我國城市電網(wǎng)建設中，電力輸電線路由架空改為入地電纜已經(jīng)成為廣泛采用的 方式，由于電力容量需求的不斷增加，入地電纜的電壓等級也在不斷提高，不僅是IOkV電 壓等級的配電網(wǎng)絡，現(xiàn)在35kV、110kV等級的主網(wǎng)電纜也大量入地鋪設，而且由于主網(wǎng)承擔 的功能和作用比配網(wǎng)(IOkV)更為巨大，對其基礎數(shù)據(jù)的準確性和完整性要求更高。由于地下電纜施工過程中，施工的不規(guī)范，驗收方法單一并缺乏有效的技術手段， 很多電纜上都沒有掛設標識牌甚至干脆掛牌錯誤。有些電纜由于鋪設時間已經(jīng)很長，上面 的掛設的標志牌也已經(jīng)字跡模糊、脫落、遺失，而在實際電力檢修或則施工過程中，電纜通 道中的電纜又非常多，對電纜的識別就顯得猶為重要。如果無法掌握真實的電纜信息，不僅 無法實現(xiàn)有效的管理，而且在維護、修理等施工中采用停電測試方法，不僅耗時費力，對電 力用戶的生活、生產(chǎn)帶來影響，也存在諸多不安全因數(shù)。針對35KV等級及以上地下高壓電纜的檢測識別，由于其電纜結構外層為鎧裝和 護套，無法采用直連法進行相位檢測，而且該類電纜基本采用單芯結構，電流強度大，在信 號注入和檢出時容易出現(xiàn)被淹沒、磁飽和等現(xiàn)象，而且該電壓等級的電網(wǎng)建設中必須符合 電纜一端鎧裝接地，另一端鎧裝不接地的安全運行要求(如圖4)，常規(guī)用于電纜測量的信 號偶合注入法因為不能形成有效檢測回路導致失效，無法從根本上解決電纜探測和識別中 信號注入的問題。我們了解目前現(xiàn)在除了在敷設電纜時進行標注識別外，還沒有有效的技 術手段和辦法對已經(jīng)敷設的該等級運行電纜進行準確識別和相位判斷，為此，本實用新型 技術提供一種全新、迅速、可行、安全的檢測裝置，可在運行過程中準確性判斷任何區(qū)段位 置單芯電纜的相位，從而達到對單芯電纜的有效識別。
三
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種專門針對高壓(35kV及以上)單芯運 行電纜的電纜識別和相位測量的檢測裝置。其中特別還提供一種遠距離進行待測電纜特征 分析的檢測裝置，專門用于對待測高壓(35kV及以上)單芯運行電纜進行電纜識別和相位 檢測，使用該裝置在已知單芯電纜工作相位的位置通過非接觸的采集方式進行電纜相位數(shù) 據(jù)采集并進行初始化定義，形成比較基準值；其后可以在任意時間在需要檢測的目標電纜 位置同樣通過該裝置對單芯待測電纜采集工作電流、相位數(shù)據(jù)，并將所接收的信號通過A/D轉換、放大、補償、同步等處理后與基準單芯電纜的標準數(shù)據(jù)進行比較以確定其類型特征分 析從而判斷待測電纜的相位以及是否為目標電纜。本實用新型提供一種專門針對高壓(35kV及以上)單芯運行電纜的電纜識別和 相位測量的檢測方法及其裝置，該裝置也稱為電纜相位分析識別儀，可以在不停電的情況 下，將運行電纜的工作電流、相位進行測量，并根據(jù)其特征值，對電纜進行軌跡巡查和目標 電纜的準確識別。具體方案，本實用新型提供一種電纜相位分析識別裝置，由信號采集裝置采集待 測電纜的采樣信號，授時裝置給信號采集裝置所采集的采樣信號中加入時間脈沖信號，信 號放大裝置對信號采集裝置所采集的采樣信號進行濾波、放大處理，經(jīng)信號過零鑒相處理 裝置及比較裝置對信號進行過零鑒相處理，使其能在實際的過零點在比較器中及時翻轉， 通過MCU處理裝置將翻轉信號輸入MCU處理器進行處理，計算出接收信號峰值相對于時間 信號的時間差，換算為相位差，判定裝置根據(jù)所述相位差與基準相位差進行比較，判定待測 電纜的類型，顯示裝置將判定結果輸出至顯示裝置顯示。根據(jù)本實用新型的又一發(fā)明目的，進一步，該裝置中所述的受時裝置加入的時間 脈沖信號為PPS同步脈沖信號。根據(jù)本實用新型的又一發(fā)明目的，進一步，該裝置中所述過零鑒相處理包括單向 過零鑒相處理和/或雙向過零鑒相處理。根據(jù)本實用新型的又一發(fā)明目的，進一步，該裝置中所述顯示裝置為IXD顯示裝置。本實用新型的另一發(fā)明目的，本實用新型提供一種電纜相位分析識別方法，包括 如下步驟信號采集步驟，對待測電纜進行信號采集；授時步驟，在所采集的采樣信號中加入時間信號；信號放大步驟，對所采集的樣本信號進行濾波、放大處理；信號過零鑒相處理步驟及比較步驟，對信號進行過零鑒相處理，以使其能在實際 的過零點在比較器中及時翻轉；MCU處理步驟，將翻轉信號輸入MCU處理器進行處理，計算出接收信號峰值相對于 時間信號的時間差，換算為相位差；判定步驟，根據(jù)所述相位差與基準相位差進行比較，判定待測電纜的類型；顯示步驟，將判定結果輸出至顯示裝置顯示。根據(jù)本實用新型的又一發(fā)明目的，進一步，該方法中所述時間信號為PPS同步脈 沖信號。根據(jù)本實用新型的又一發(fā)明目的，進一步，該方法中所述過零鑒相處理包括單向 過零鑒相處理和/或雙向過零鑒相處理。根據(jù)本實用新型的又一發(fā)明目的，進一步，該方法中所述顯示裝置為IXD顯示裝置。與現(xiàn)有技術比較，本實用新型的優(yōu)點是現(xiàn)有的以非開挖形式對地下電纜進行尋蹤檢測的設備都是基于電磁感應原理來 進行測量判斷的，如果待測電纜回路電阻過大，比如接地缺損、接地不良、電纜老化、防護層破損、接頭受潮等因素，都會引起信號過度衰減甚至無信號，測量結果就會出現(xiàn)判斷不明甚 至錯誤，而現(xiàn)有的檢測設備不具備工況條件判斷能力，檢測人員單純以最終信號作為測量 依據(jù)，帶有很大的不確定性，無法準確判定目標電纜。本實用新型采用電纜相位分析識別， 可以在任意點對高壓(35kV及以上)單芯目標運行電纜進行準確、快速、有效的識別，不僅 克服了電纜維護、修理過程中的技術問題，降低對電力用戶的停電影響，解決了電力部門多 年來未能有效解決的、現(xiàn)有檢測手段和方法也帶有明顯缺陷和不足的客觀難題，為電力地 下電纜普查、軌跡定位、故障點的快速查找判斷，提供了有效、可靠的保證；大大提高了電力 部門對該等級地下電纜的管理能力和效果，將產(chǎn)生巨大的社會效益。
四
以下通過附圖和實施例對本實用新型做進一步說明圖1為本實用新型的單向過零鑒相技術原理圖；圖2為本實用新型的單向過零鑒相技術波形圖；圖3為本實用新型的正負失調脈沖原理圖；圖4為本實用新型的工作實況模擬圖；圖5為本實用新型檢測方法的工作原理及流程圖；圖6為本實用新型的雙向過零鑒相技術工作原理圖；圖7為本實用新型的識別裝置的主體結構圖；圖8為本實用新型的內部結構圖。
五具體實施方式
參見圖4，我們還提供一種高壓(35kV及以上)單芯運行電纜的相位測量、電纜識 別的檢測裝置即電纜相位分析識別儀，該儀器由電源模塊、電流信號采集單元、信號整理單 元、信號轉換單元、同步授時單元、相位定義存儲單元、中央處理及相位比較單元、輸出和顯 示單元組成；其工作流程和原理描述如圖4所示。在實際工作中，我們通過以上方法對三相供電的高壓單芯電纜可以進行準確的相 位識別，工作實況模擬圖見圖5，其中A相電纜不同區(qū)段的儀器表示任何正向峰值采樣符合 0相位特征的判斷為A相，任何正向峰值采樣符合0相位+120度為B相，任何正向峰值采 樣符合0相位-120度為C相，考慮到信號采集的計算延時等因素，我們設定誤差范圍為-5 度至+5度。經(jīng)實際測量，該誤差范圍的設定可以保證測量的準確性。參見圖5，本實用新型提供的電纜相位分析識別的方法具體如下比較基準值的設定(也稱為相位初始化定義)我們設計的儀器把工作對象直接 鎖定在電力傳輸?shù)墓ぷ黝l率，在我國，工作頻率為50Hz，通過采集單元電流鉗的耦合感應方 式，首先將已知相位(假如A相，我們可以在變電站的出線間隔處進行測量設定)運行電纜 上的工作電流波形取出來，經(jīng)50HZ濾波、降噪、整理放大、模數(shù)轉換，得到完整的50HZ標準 正弦波波形，然后在其采集時間段內取正向波峰位置進行精確授時并計算其相位值(包括 但不限于GPS定位授時技術、中國北斗星定位授時技術、RCT無線授時技術、原子鐘或晶振 授時)，初始定義該點相位為0 (A)相位并存儲記憶。根據(jù)我國電網(wǎng)建設技術規(guī)程，其他電纜 的相位一定與該相相差士 120度(2/3π)，分別為B相和C相，在已知相位的電纜段分別測定B相和C相的相位特征并進行初始定義和存儲記憶；至此，完成電纜相位初始化定義并形 成后續(xù)測量比較的基準值。同步相位比較通過上述工作程序和方法，檢測人員在完成初始化定義后，可以用 同一臺儀器對目標電纜的任意位置在任意時間進行電纜相位測量。雖然檢測人員無法精確 控制測量點的信號采集時間，而且采集時間的不確定就直接導致信號缺乏可比性，無法實 現(xiàn)相位的比較；所以我們借助精確的授時技術配合工作程序來完成。我國電網(wǎng)的工作頻率 是標準50HZ，即每隔0. 02秒則完成一個標準的相位波形，由于整個電網(wǎng)的同步技術也是采 用同步授時，根據(jù)前面所述，基準點采集為0相位(A相)，在該基準采集時間點以后0. 02秒 的整數(shù)η倍時間點采集取樣(假如初始化定義測量時正向峰值時間為tl，則任意點測量 時間t2必須滿足t2 = tl+0. 02S*N，N為任意數(shù)，只有符合該時間條件的相位測量值才具 備可比性，我們通過預先設定的內置工作程序來保證任意點測量時其采樣時間滿足上述條 件，這是本實用新型的一個關鍵問題)，其采樣波形仍然為信號正峰值，相位也不變，還是0 相位；將該參數(shù)與存儲的A相特征參數(shù)進行比較，與初始化定義A相特征吻合一致的可以判 斷該目標電纜為A相。依此類推，在任意段對B相和C相電纜在電纜測量也符合這一特征(此謂比較 法)，與初始化時B相特征吻合的為B相；與初始化時C相特征吻合的為C相。根據(jù)這個原理，在該電纜的任意位置取樣測量，通過對規(guī)定采樣時間正峰值采樣 就能識別該相電纜的相位，解決了單芯電纜相位識別問題；進一步判斷就可以分辨出是否 為目標電纜。在實現(xiàn)過程中，為提高測量判斷的準確性，排除我們還采用與常規(guī)單向過零鑒相 有所區(qū)別的雙向鑒相技術，具體說明如下單向過零鑒相的缺陷單向過零鑒相的原理是兩個同頻正弦信號A和B，經(jīng)過比較 器過零比較和整形后，輸出兩個占空比為50%的方波脈沖PA和PB，PA和PB通過一鑒相電 路得到ΦΑΒ，我們稱ΦΑΒ為信號A和信號B的相位差，參見圖1、圖2。但實際的情況并非如此理想，由于受失調和溫漂的影響，將使比較器不能在實際 的過零點及時翻轉。正失調時，比較器輸出脈沖的占空比小于50%，負失調時，比較器輸出 脈沖的占空比大于50%。由此，不管我們是用正向過零鑒相還是負向過零鑒相，都將給相 位測量帶來誤差，影響判斷的準確性。除非兩個比較通道具有相同的失調極性和相同的失 調量，而這又是一種不現(xiàn)實的理想狀況，參見圖3。關于雙向過零鑒相的原理與實現(xiàn)，其基本工作原理如圖6所示。既然誤差是由過 零脈沖偏離了 50%的占空比而引起的，那么我們可以將兩個失調方波脈沖修正成理想方 波后再進行鑒相，或者用測量兩個方波脈沖中心點的時間差來得出相位差。最簡單的方法 是對正向過零鑒相的結果和負向過零鑒相的結果取均值，把這個均值作為所期望的鑒相結 果。這是運用了計量學中的系統(tǒng)誤差正反向抵消法，將有效提高測量判斷的準確性；我們稱 之為雙向過零鑒相技術。這里采用了測量兩個方波脈沖中心點的時間差。本實用新型提供的電纜相位分析識別儀的主要組成如圖7所示，其內部結構及原 理圖如圖8所示。通過上述技術和設備的使用，我們可以在任意點對高壓(35kV及以上)單芯目標 運行電纜進行準確、快速、有效的識別，不僅克服了電纜維護、修理過程中的技術問題，降低對電力用戶的停電影響，解決了電力部門多年來未能有效解決的、現(xiàn)有檢測手段和方法也 帶有明顯缺陷和不足的客觀難題，為電力地下電纜普查、軌跡定位、故障點的快速查找判 斷，提供了有效、可靠的保證；大大提高了電力部門對該等級地下電纜的管理能力和效果， 將產(chǎn)生巨大的社會效益。 本實用新型并非僅限于在此明確描述的實施例。雖然先前的描述和附圖描述了本 實用新型的優(yōu)選實施例，但是可以理解在不脫離本實用新型的精神的情況下，在此可以 產(chǎn)生各種附加、修改和替換。本領域普通技術人員很清楚在不脫離本實用新型的精神或本 質特性的情況下，可以以其他特殊形式、結構、布置、比例、以及利用其他元件、材料和部件 來實現(xiàn)本實用新型。本領域的技術人員將意識到本實用新型可以使用發(fā)明實際中使用的 結構、布置、比例、材料以及部件和其他的許多修改，這些修改在不脫離本實用新型的原理 的情況下而特別適應于特殊環(huán)境和操作需求。因此，當前公開的實施例在所有方面應被理 解為說明性的而非對其請求保護的范圍的限制。
權利要求一種電纜相位分析識別裝置，其特征在于由信號采集裝置采集待測電纜的采樣信號，授時裝置給信號采集裝置所采集的采樣信號中加入時間脈沖信號，信號放大裝置對信號采集裝置所采集的采樣信號進行濾波、放大處理，經(jīng)信號過零鑒相處理裝置及比較裝置對信號進行過零鑒相處理，使其能在實際的過零點在比較器中及時翻轉，通過MCU處理裝置將翻轉信號輸入MCU處理器進行處理，計算出接收信號峰值相對于時間信號的時間差，換算為相位差，判定裝置根據(jù)所述相位差與基準相位差進行比較，判定待測電纜的類型，顯示裝置將判定結果輸出至顯示裝置顯示。
2.根據(jù)權利要求1所述的電纜相位分析識別裝置，其特征在于所述的顯示裝置為LCD 顯示裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種電纜相位分析識別裝置，由信號采集裝置采集待測電纜的采樣信號，授時裝置給信號采集裝置所采集的采樣信號中加入時間脈沖信號，信號放大裝置對信號采集裝置所采集的采樣信號進行濾波、放大處理，經(jīng)信號過零鑒相處理裝置及比較裝置對信號進行過零鑒相處理，使其能在實際的過零點在比較器中及時翻轉，通過MCU處理裝置將翻轉信號輸入MCU處理器進行處理，計算出接收信號峰值相對于時間信號的時間差，換算為相位差，判定裝置根據(jù)所述相位差與基準相位差進行比較，判定待測電纜的類型，顯示裝置將判定結果輸出至顯示裝置顯示構成，檢測電纜的相位以及是否為目標電纜。
文檔編號G01R25/00GK201716368SQ200920158690
公開日2011年1月19日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權日2009年6月11日
發(fā)明者嚴海林, 朱莉琴, 賈曉剛 申請人:嚴海林;賈曉剛;朱莉琴