一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置製造方法
2023-04-23 02:02:46 1
一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種一體式的定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其包含一個磁環、兩個導體環、一個絕緣外套和一個緩衝墊，磁環、導體環、絕緣外套、緩衝墊主體呈環狀圓筒型結構，分別由兩個對稱的半圓型結構緊密連接組成，磁環和兩個導體環順次緊密嵌入在絕緣外套中，緩衝墊用於填充在磁環、導體環與待測電纜之間。本發明通過導體環與待測電纜形成的圓筒型電容，實現反射法電纜故障定位裝置中高頻信號的非接觸耦合傳輸，避免了故障定位裝置與待測電纜之間的電氣連接。磁環增強了該段待測電纜的電感，能夠控制信號的傳輸方向，實現對待測電纜的定向檢測。本發明裝置能夠應用於複雜線纜網絡系統的故障定位，具有安裝便捷、安全性高等特點。
【專利說明】一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於電纜故障檢測領域，涉及一種針對反射法電纜故障檢測定位的一體式定向非接觸檢測定位傳感裝置。
【背景技術】
[0002]在電纜故障檢測定位領域，反射法效果顯著，其應用最為廣泛。反射法向待測電纜中注入信號，信號在故障點處發生反射，通過採集反射信號、識別反射信號的相位特性實現對故障的檢測與定位。
[0003]SSTDR (Spread Spectrum Time Domain Reflectometry)即擴展頻譜時域反射法，其原理框圖如附圖1所示。當開關Sw閉合時，入射信號被送入待測電纜中，入射信號在電纜故障點處會由於阻抗不匹配而發生反射，同時接收反射信號，將入射信號與反射信號按下式進行相關運算。
[0004]r(t) - j丨ι s(t) * x(t- rylt
[0005]式中s(t)為入射信號，x(t-T)為反射信號，r(t)為相關運算結果，T為檢測信號周期。從相關運算結果(檢測曲線)中可以提取電纜故障的類型和距離(故障信息)。
[0006]SSTDR相對於其他反射法的一大優勢在於，檢測信號不影響電纜的正常工作，因而可以對正常工作的電纜實現在線監測(在線指的是電纜正常工作)。在線監測能夠發現電纜運行過程中出現的故障，這對排除電纜的潛在隱患具有極為重要的意義。
[0007]然而，無論是SSTDR或是其他反射法，都需要將檢測裝置與待測電纜的導體直接相連，從而實現信號的注入。這需要斷開電纜原有連接、改變電纜系統的接口端子，隨著次數的增多，對電纜可能造成一定損壞，在檢測高壓電力電纜時也會帶來一些不安全因素。採用容性耦合傳感方式的非接觸式反射法，避免了檢測裝置與待測電纜之間的電氣連接，無需對待測電纜進行改動變化，使用簡便，能夠極大地提高反射法在實際應用中的安全性和便捷性。
[0008]在存在分支的電纜網絡系統中，分支點處的多重反射會影響對故障信息的提取。實際的電纜網絡系統分支眾多、線路複雜，實現入射信號向待測電纜中的定向耦合，控制其傳輸方向，能夠抑制多支路反射和多重反射，是實現電纜網絡系統環境下有效定位故障的關鍵，也是反射法由單支路推廣到電纜網絡系統應用的關鍵。
[0009]在電力線載波領域中，電力線載波通信系統中的耦合裝置能夠實現載波信號向電力線中定向注入，耦合裝置包括線路阻波器GZ、耦合電容器C、結合濾波器幾(又稱結合設備)和高頻電纜HFC，與電力線路一起組成電力線高頻通道。如附圖2所示。
[0010]電力載波機是電力線載波通信系統的主要組成部分，主要實現調製和解調，即在發端將音頻搬移到高頻段電力線載波通信頻率，完成頻率搬移，載波機性能好壞直接影響電力線載波通信系統的質量。
[0011]耦合電容C和結合濾波器幾組成一個帶通濾波器，其作用是通過高頻載波信號，並阻止電力線上的工頻高壓和工頻電流進入載波設備，確保人身、設備安全。
[0012]線路阻波器GZ串接在電力線路和母線之間，是對電力系統一次設備的「加工」，故又稱「加工設備」，加工設備的作用是通過電力電流、阻止高頻載波信號漏到變壓器和電力線分支線路等電力設備，以減小變電站和分支線路對高頻信號的介入損耗及同一母線不同電力線路上高頻通道。
[0013]結合設備連接載波機與輸電線，它包括高頻電纜，作用是提供高頻信號通路。輸電線既傳輸電能又傳輸高頻信號。
[0014]然而，由於耦合電容與電力線存在電氣連接，安裝電力載波機時，需要對電力線進行改動操作，破壞原有的電力線系統結構。並且線路阻波器是串聯在電力線上的電感設備，在接入時，同樣需要對電力線進行改動變換，這也會破壞原有的電力線系統結構。
【發明內容】
[0015]本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提供一種在不對電力線路進行改動的前提下，能夠將電纜故障檢測反射法中的入射信號定向非接觸耦合至待測電纜中的一體式傳感裝置。
[0016]為實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案:
[0017]一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其特徵在於包含一個磁環、兩個導體環、一個絕緣外套和一個緩衝墊,所述磁環、導體環、絕緣外套、緩衝墊主體呈環狀圓筒型結構，分別由兩個對稱的半圓型結構緊密連接組成，磁環和兩個導體環順次緊密嵌入絕緣外套中，緩衝墊用於填充在磁環、導體環與待測電纜之間，檢測定位時，磁環和兩個導體環在絕緣外套和緩衝墊的夾緊作用下無縫套設在待測電纜上，兩個導體環分別帶有引出電極實現與反射法電纜故障定位裝置電連接，兩個導體環與待測電纜形成兩個圓筒型電容器，實現對高頻入射信號的非接觸耦合傳輸及對反射信號的非接觸採集，磁環增加所套電纜段的電感，實現對高頻入射信號的高阻抗，控制其耦合傳輸方向。
[0018]本發明中的導體環實現將高頻入射信號非接觸耦合至待測電纜中。導體環與待測電纜導體層沒有電氣連接，導體環、待測電纜導體層、待測電纜絕緣層三者形成一個一定容值的圓筒型電容器，實現高頻入射信號的非接觸耦合傳輸。導體環設有引出電極，與反射法電纜故障定位裝置的信號埠相連接。靠近磁環的導體環的引出電極連接反射法電纜故障定位裝置的信號發射端，實現高頻入射信號向待測電纜中非接觸耦合傳輸；另一個導體環的引出電極連接反射法故障定位裝置的信號採集端，實現對反射信號的非接觸採集。
[0019]本發明中的磁環實現對高頻入射信號耦合傳輸的方向控制。在待測電纜中外套磁環，增加了電纜外介質的導磁率，增大了該段電纜的電感，對高頻入射信號形成高阻抗，阻止入射信號向套有磁環的方向傳輸，能夠控制其耦合傳輸方向，實現對待測電纜的定向檢測。
[0020]磁環、導體環與待測電纜之間填充有彈性絕緣材料做的緩衝墊，其作用是避免導體環與電纜之間留有空隙，實現導體環與待測電纜的緊密無縫安裝，以免空隙造成非接觸電容容值的減小。磁環與兩個導體環緊密嵌入在絕緣外套中，絕緣外套實現對整個傳感裝置固定，形成一體式的耦合傳感裝置。
[0021]導體環的內徑、厚度及長度等參數設計，需使形成的非接觸電容達到一定容值，對入射信號和反射信號的阻抗儘可能小，衰減程度低。磁環的內徑、厚度及長度等參數設計，需使外套磁環的電纜段的電感達到一定感值，實現對入射信號的高阻抗，所選磁環的磁性材料需滿足材料的飽和磁密關係式。
[0022]緩衝墊的厚度應在確保磁環、導體環與待測電纜無縫固定的情況下儘可能小，以減小對非接觸電容容值的影響。磁環與導體環的間距應在不使兩者發生接觸的情況下儘可能小，以減小整個傳感裝置的尺寸。兩導體環的尺寸是一致的，其間距不能過小，避免兩個導體環之間形成較大的寄生電容，對信號的傳輸造成影響。
[0023]本發明中所有部件主體基本呈環狀圓筒型結構，環狀圓筒型結構加工成兩個半圓型結構，可以實現簡便、快捷地安裝應用。
[0024]本發明的一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置通過兩個導體環與待測電纜形成兩個圓筒型電容，分別實現高頻入射信號的非接觸耦合傳輸和反射信號的非接觸採集，避免了故障定位裝置與待測電纜之間直接的電氣連接。磁環增強了所套電纜段的電感，對入射信號形成高阻抗，控制了入射信號的耦合傳輸方向，實現了對待測電纜的定向檢測。本發明所有部件主體基本呈環狀圓筒型結構，環狀圓筒型結構加工成兩個半圓型結構，只需將兩個半圓型結構進行緊固，通過絕緣外套和緩衝墊的夾緊作用將一體化傳感裝置固定在待測電纜上即可，無需對待測電纜進行改動操作，不會破壞電氣系統的結構，具有安裝便捷、安全性高等特點，且能夠實現定向檢測，使反射法適用於複雜電纜網絡系統環境下的應用，可真正實現電纜故障的在線檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是擴展頻譜時域反射法的原理框圖；
[0026]圖2是電力線載波通信系統示意圖；
[0027]圖3是本發明的立體結構圖；
[0028]圖4是本發明的側面解剖圖；
[0029]圖5是本發明的磁環端橫截面圖以及導體環端橫截面圖；
[0030]圖6是本發明的等效原理圖；
[0031]圖7是兩個一定參數的導體環間寄生電容隨導體環間距的變化曲線；
[0032]圖8是兩個半圓型結構的導體環三維圖；
[0033]圖9是定向非接觸傳感方法應用至SSTDR的仿真檢測曲線；
[0034]圖10是定向非接觸傳感方法應用至SSTDR的實驗檢測曲線。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明。
[0036]圖3中所示的一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其包含有磁環6、兩個導體環4、5，檢測定位時，三者均套在待測電纜上。磁環6和導體環4、5與待測電纜絕緣層2之間設有彈性絕緣材料做成的緩衝墊7，磁環與導體環順次緊密嵌入絕緣外套3中，形成一體化的耦合傳感裝置10。靠近磁環6的導體環5帶有引出電極9，與反射法電纜故障定位裝置12的信號發射端連接，另一個導體環4帶有引出電極8，與反射法電纜故障定位裝置12的信號採集端連接。[0037]圖4所示為本發明的側面解剖圖，待測電纜包含導體層I和絕緣層2，待測電纜外套一個磁環6和兩個導體環4、5，中間填充緩衝墊7，兩個導體環4、5尺寸一致，分別帶有引出電極8、9，絕緣外套3通過其內表面具有的與磁環6和導體環4、5外徑尺寸匹配的凹槽實現磁環和導體環的緊密嵌入，構成一體化的耦合傳感裝置。圖5中，A-A為本發明的磁環的橫截面圖，由外至內分別為:絕緣外套3，磁環6，緩衝墊7，待測電纜絕緣層2，待測電纜導體層I。B-B為導體環的橫截面圖，由外至內分別為:絕緣外套3，導體環5，緩衝墊7，待測電纜絕緣層2，待測電纜導體層I。
[0038]圖6所示為本發明的等效原理圖。兩個導體環與待測電纜導體層、以及待測電纜絕緣層形成一個一定容值的圓筒型電容器，實現對高頻入射信號和反射信號的傳輸。導體環5與待測電纜形成非接觸電容Cl，實現入射信號向待測電纜中耦合，導體環4與待測電纜形成非接觸電容C2，實現對反射信號的採集。在待測電纜中外套磁環，增加了電纜外介質的導磁率，使得該段電纜形成具有一定感值的電感LI，對高頻入射信號形成高阻抗，阻止入射信號向電纜支路2方向傳輸，控制入射信號的傳輸方向，實現對電纜支路I的定向檢測。反射法故障定位裝置通過非接觸電容Cl將入射信號耦合至待測電纜中，入射信號在電纜故障點處發生反射，通過非接觸電容C2採集反射信號，進行數據處理，得出故障信息。
[0039]待測電纜外套磁環後的電感需對反射法電纜故障定位裝置的入射信號形成足夠阻斷其傳輸的高阻抗，待測電纜外套磁環後的電感與磁環尺寸之間有如下關係式。
【權利要求】
1.一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其特徵在於包含一個磁環、兩個導體環、一個絕緣外套和一個緩衝墊，所述磁環、導體環、絕緣外套、緩衝墊主體呈環狀圓筒型結構，分別由兩個對稱的半圓型結構緊密連接組成，磁環和兩個導體環順次緊密嵌入絕緣外套中，緩衝墊用於填充在磁環、導體環與待測電纜之間，檢測定位時，磁環和兩個導體環在絕緣外套和緩衝墊的夾緊作用下無縫套設在待測電纜上，兩個導體環分別帶有引出電極實現與反射法電纜故障定位裝置電連接，兩個導體環與待測電纜形成兩個圓筒型電容器，實現對高頻入射信號的非接觸耦合傳輸及對反射信號的非接觸採集，磁環增加所套電纜段的電感，實現對高頻入射信號的高阻抗，控制其耦合傳輸方向。
2.如權利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其特徵在於靠近磁環的導體環的引出電極連接反射法電纜故障定位裝置的信號發射端，另一個導體環的弓I出電極連接反射法故障定位裝置的信號採集端。
3.如權利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其特徵在於兩個導體環的尺寸一致。
4.如權利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其特徵在於磁環的磁性材料滿足材料的飽和磁密關係式。
5.如權利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其特徵在於組成導體環的半圓型結構上設有固定孔。
6.如權利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其特徵在於組成絕緣外套的半圓型結構上設有固定孔。
7.如權利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其特徵在於絕緣外套通過其內表面具有的與磁環和導體環外徑尺寸匹配的凹槽實現磁環和導體環的嵌入。
8.如權利要求1所述的一體式定向非接觸電纜故障檢測定位傳感裝置，其特徵在於緩衝墊採用彈性絕緣材料。
【文檔編號】G01R31/11GK103592577SQ201310610704
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】王莉, 查文琦, 洪博, 孫晶 申請人:南京航空航天大學