一種利用變頻諧振分壓的運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測(cè)電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種利用變頻諧振分壓的運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測(cè)電路及其檢測(cè)方法。該檢測(cè)電路用于測(cè)量電力電纜鋼鎧層的接地線上A端到B端之間的接地狀態(tài)，包括可變頻的高頻信號(hào)源、LC諧振電路單元和電壓信號(hào)采集單元；所述B端接地，所述高頻信號(hào)源與LC諧振電路單元并聯(lián)，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端接至所述A端，另一端接地，用于實(shí)現(xiàn)與高頻信號(hào)源頻率的諧振；電壓信號(hào)采集單元用于采集LC諧振電路單元兩端電壓。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低，能夠簡(jiǎn)單、有效地檢測(cè)運(yùn)行電纜鋼鎧層接地狀態(tài)。
【專利說(shuō)明】
一種利用變頻諧振分壓的運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測(cè)電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種運(yùn)行電纜接地狀態(tài)的檢測(cè)電路及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地下電力電纜安全可靠且可以極大地改善城市供電線路環(huán)境，在城市配電網(wǎng)絡(luò)供 電方式中，已逐漸取代了架空線路的供電方式。目前，地下電纜的使用量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了架空 線路的使用量。隨著電網(wǎng)中電力電纜數(shù)量的急劇增加，電纜的故障也相應(yīng)增多。
[0003] 電纜一般都敷設(shè)在地下通道中，在日常運(yùn)行管理過(guò)程中，除了電纜本身故障外，人 為偷盜或破壞電纜外層的現(xiàn)象也十分嚴(yán)重。特別是中壓10kV電力電纜屏蔽層被剝現(xiàn)象時(shí)有 發(fā)生，這種人為破壞的故障在很大程度上已經(jīng)給電力電網(wǎng)造成了極大人員經(jīng)濟(jì)損失。
[0004] 針對(duì)這種情況，目前國(guó)內(nèi)相繼出現(xiàn)了各種類型的低壓照明電纜報(bào)警系統(tǒng)、架空線 纜防盜報(bào)警系統(tǒng)、停電電力電纜防盜報(bào)警系統(tǒng)，但針對(duì)中壓10kV運(yùn)行電力電纜的防盜報(bào)警 及故障定位產(chǎn)品少之又少。普遍的電力電纜防盜裝置只實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行電纜接地狀態(tài)的檢測(cè)， 但難以對(duì)運(yùn)行電纜接地系統(tǒng)遭到破環(huán)時(shí)的具體位置進(jìn)行定位。利用電力電纜屏蔽和地之間 形成的高頻信號(hào)傳輸通道進(jìn)行電力電纜防盜，當(dāng)電力電纜鋼鎧層和地之間形成的高頻信號(hào) 傳輸通道遭到破壞時(shí)，表示被監(jiān)測(cè)電纜有異常同時(shí)報(bào)警。
[0005] 但是，因?yàn)榻o電力電纜屏蔽層當(dāng)中接入了其他介質(zhì)，給電力電纜的運(yùn)行帶來(lái)不可 靠因素。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)必須停運(yùn)被監(jiān)測(cè)電力電纜，改變?cè)须娏﹄娎|的安裝結(jié)構(gòu)，費(fèi)時(shí) 費(fèi)力不方便安裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提出一種新的實(shí)現(xiàn)運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測(cè)的電路系統(tǒng)，能夠簡(jiǎn)單、有效地 檢測(cè)運(yùn)行電纜接地狀態(tài)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種變頻諧振分壓方式的運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測(cè)電路，用于測(cè)量電力電纜鋼鎧 層的接地線上A端到B端之間的接地狀態(tài)，包括可變頻的高頻信號(hào)源、LC諧振電路單元和電 壓信號(hào)采集單元;所述B端接地，所述高頻信號(hào)源與LC諧振電路單元并聯(lián)，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端 接至所述A端，另一端接地，用于實(shí)現(xiàn)與高頻信號(hào)源頻率的諧振；電壓信號(hào)采集單元用于采 集LC諧振電路單元兩端電壓。
[0009] 上述L C諧振電路單元中，L的阻抗最好小于1歐姆，高頻信號(hào)源的掃頻范圍在1Κ Η Z ~20ΚΗζ之間。
[0010] 采用上述電路實(shí)現(xiàn)運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測(cè)的方法，包括以下步驟：
[0011] (1)獲取完整電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)
[0012]對(duì)于鋼鎧層完好的電力電纜，首先確保在電纜在停運(yùn)狀態(tài)下，懸空電纜終端的鋼 鎧層接地線（即此時(shí)電纜Β端不接地），然后高頻信號(hào)源通過(guò)變頻掃描，依據(jù)公式（1)，自動(dòng)找 到諧振頻率f，此時(shí)電壓信號(hào)采集單元測(cè)量LC諧振電路單元的電壓幅值并記錄，同時(shí)記錄保 持該頻率f不變；
[0013]公式（1)
[0014] (2)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力電纜狀態(tài)
[0015] 針對(duì)待測(cè)運(yùn)行電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)，高頻信號(hào)源注入步驟（1)記錄的諧振頻 率f，電壓信號(hào)采集單元測(cè)量LC諧振電路單元的電壓幅值，若該電壓小于步驟（1)記錄的電 壓幅值，則判定該電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)有破損；
[0016] (3)電纜斷開(kāi)故障位置的定位
[0017]高頻信號(hào)源通過(guò)重新掃頻，找到新的諧振頻率f'，電壓信號(hào)采集單元測(cè)量LC諧振 電路單元的最佳電壓幅值，記錄此時(shí)諧振頻率f'，根據(jù)公式(1)計(jì)算出電容C的變化量，結(jié)合 電纜每公里對(duì)大地的分布電容值，最終得到電纜斷開(kāi)位置。
[0018] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低，能夠簡(jiǎn)單、有效地檢測(cè)運(yùn)行電纜鋼鎧層接地狀態(tài)。
[0020] 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不影響電纜的正常運(yùn)行。
[0021] 能夠快速的能準(zhǔn)確判斷故障位置。
[0022] 可適用于6kV、10kV、35kV等多種雙端接地的系統(tǒng)，通用性強(qiáng)、適應(yīng)面寬。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的測(cè)量原理示意圖。
[0024]其中，1-電力電纜，2-高頻信號(hào)源(可變頻調(diào)節(jié)）。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明測(cè)量原理如圖1所示，是利用電力電纜鋼鎧層與大地之間形成的高頻信號(hào) 傳輸回路，通過(guò)變頻諧振原理實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的運(yùn)行電纜接地狀態(tài)以及故障定位的計(jì)算。
[0026]圖1中Vf為變頻信號(hào)源、R0為信號(hào)源內(nèi)阻、L為阻抗小于1歐姆電感、C為并接的高壓 電容、Cx為電力電纜鋼鎧層與大地之間的分布電容(分布電容與其長(zhǎng)度基本呈線性關(guān)系）、 Vx為電壓信號(hào)采集單元測(cè)量的LC諧振電路單元的兩端電壓（電壓幅值）。變頻信號(hào)源與LC諧 振電路單元并聯(lián)，整體串接于待測(cè)電力電纜鋼鎧層的接地線中，電壓信號(hào)采集單元用于采 集LC諧振電路單元兩端電壓并送至數(shù)據(jù)處理單元。
[0027] 電容C、分布電容Cx的并聯(lián)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)與高頻信號(hào)源頻率的諧振。可忽略高頻 信號(hào)源中R0對(duì)LC諧振電路的影響，LC的阻抗要小于1歐姆，因此得出電感L在工頻50Hz環(huán)境 下的最大值，同時(shí)高頻信號(hào)源的掃頻范圍在ΙΚΗζ~20KHz之間。
[0028] 公式（1:
[0029] 公式（2):XL = 2iif*L
[0030] 當(dāng)電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)(如某處開(kāi)路），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的Vx值與正常 接地狀態(tài)下的Vx-定有很大變化。通過(guò)對(duì)Vx變化的處理比較，可以有效地判斷電力電纜是 否有切斷故障，具體可由高速處理器采集到的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)建立的等效網(wǎng)絡(luò)模型算法處 理和數(shù)據(jù)特征值比較，可得到電力電纜鋼鎧層的切斷故障。
[0031]這種采用變頻諧振分壓方式進(jìn)行電力電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，包括以下步驟：
[0032] (1)獲取完整電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)
[0033] 對(duì)于鋼鎧層完好的電力電纜，首先確保在電纜在停運(yùn)狀態(tài)下，懸空電纜終端的鋼 鎧層接地線，然后變頻信號(hào)源通過(guò)掃頻，依據(jù)公式1，尋找到諧振頻率f，此時(shí)電壓信號(hào)采集 單元測(cè)量LC諧振電路單元的電壓幅值并記錄，同時(shí)記錄保持該頻率f不變。
[0034] 公式 1
[0035] (2)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電刀電纜狀態(tài)
[0036]針對(duì)待測(cè)運(yùn)行電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)，變頻信號(hào)源注入完好狀態(tài)下記錄的頻率 f，電壓信號(hào)采集單元測(cè)量LC諧振電路單元的電壓幅值，若該電壓小于步驟（1)記錄的電壓 幅值，則判定該電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)有破損，發(fā)出告警。
[0037] (3)電纜斷開(kāi)故障位置的定位
[0038]針對(duì)待測(cè)運(yùn)行電力電纜鋼鎧層遭到人為破壞時(shí)，變頻信號(hào)源通過(guò)重新掃頻，依據(jù) 公式1，尋找到新的諧振頻率f，電壓信號(hào)采集單元測(cè)量LC諧振電路單元的最佳電壓幅值，記 錄此時(shí)頻率，根據(jù)公式1計(jì)算出C的變化量Cx，結(jié)合電纜每公里對(duì)大地的分布電容值，最終得 到電纜斷開(kāi)位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用變頻諧振分壓的運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測(cè)電路，用于測(cè)量電力電纜鋼鏈層的 接地線上A端到B端之間的接地狀態(tài)，其特征在于:包括可變頻的高頻信號(hào)源、LC諧振電路單 元和電壓信號(hào)采集單元;所述B端接地，所述高頻信號(hào)源與LC諧振電路單元并聯(lián)，并聯(lián)結(jié)構(gòu) 的一端接至所述A端，另一端接地，用于實(shí)現(xiàn)與高頻信號(hào)源頻率的諧振；電壓信號(hào)采集單元 用于采集IX諧振電路單元兩端電壓。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用變頻諧振分壓的運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測(cè)電路，其特征在 于:所述LC諧振電路單元中，L的阻抗小于1歐姆，高頻信號(hào)源的掃頻范圍在化化~20KHZ之 間。3. -種運(yùn)行電纜接地狀態(tài)的檢測(cè)方法，其特征在于:采用權(quán)利要求1所述的利用變頻諧 振分壓的運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測(cè)電路，包括W下步驟： (1) 獲取完整電力電纜鋼鏈層接地狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) 對(duì)于鋼鏈層完好的電力電纜，首先確保在電纜在停運(yùn)狀態(tài)下，懸空電纜終端的鋼鏈層 接地線，然后高頻信號(hào)源通過(guò)變頻掃描，依據(jù)公式（1 )，自動(dòng)找到諧振頻率f，此時(shí)電壓信號(hào) 采集單元測(cè)量IX諧振電路單元的電壓幅值并記錄，同時(shí)記錄保持該頻率f不變； 公式(1)(2) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力電纜狀態(tài) 針對(duì)待測(cè)運(yùn)行電力電纜鋼鏈層接地狀態(tài)，高頻信號(hào)源注入步驟（1)記錄的諧振頻率f， 電壓信號(hào)采集單元測(cè)量LC諧振電路單元的電壓幅值，若該電壓小于步驟（1)記錄的電壓幅 值，則判定該電力電纜鋼鏈層接地狀態(tài)有破損； (3) 電纜斷開(kāi)故障位置的定位 高頻信號(hào)源通過(guò)重新掃頻，找到新的諧振頻率f'，電壓信號(hào)采集單元測(cè)量LC諧振電路 單元的最佳電壓幅值，記錄此時(shí)諧振頻率f'，根據(jù)公式（1)計(jì)算出電容C的變化量，結(jié)合電纜 每公里對(duì)大地的分布電容值，最終得到電纜斷開(kāi)位置。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK105974244SQ201610503824
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】孟國(guó)軍, 楊剛武
【申請(qǐng)人】西安秦驪成套電器有限公司