CN117723892B - 一种电缆故障检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆故障检测***，属于电缆检测技术领域，包括：主机、从机和后台监测***；所述主机和所述从机结构相同，所述主机和从机分别连接在电缆的两端，所述主机和所述从机通信连接，所述主机与所述后台监测***连接；所述主机内设置有电流检测单元，用于电缆运行时电流的检测，以及电缆发生故障时的脉冲电流信号的检测，所述脉冲电流信号作为激励源进行主机和从机的自检；所述主机内设置有信号处理单元，所述信号处理单元与所述电流检测单元连接；通过设置的监测***可以方便，在电缆故障定位监测中，弥补设备自检及通信验证过程，可以保证设备安全可靠地对电缆进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及电缆检测技术领域，具体涉及一种电缆故障检测***。
背景技术
随着配电***的不断发展，电缆线路的比例不断提升，由于电缆路径错综复杂、自身老化、外力破坏等因素，电缆故障率逐渐上升。
电力***中输电线路某一点发生故障时，其故障点处会发出故障行波，利用光纤同步定位监测装置可对故障进行检测和发出告警，由于电缆故障现场一般无法模拟，因此，光纤同步定位监测装置处于正常状态，是保证电缆故障检测的前提，长期使用光纤同步定位监测装置后，需要对其进行检测是否存在故障，而现有的光纤同步定位监测装置自身无法进行准确的故障分析，从而在检测电缆时存在一定的局限性。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种电缆故障检测***，包括：主机、从机和后台监测***；
所述主机和所述从机结构相同，所述主机和从机分别连接在电缆的两端，所述主机和所述从机通信连接，所述主机与所述后台监测***连接；
所述主机内设置有电流检测单元，用于电缆运行时电流的检测，以及电缆发生故障时的脉冲电流信号的检测，所述脉冲电流信号作为激励源进行主机和从机的自检；
所述主机内设置有信号处理单元，所述信号处理单元与所述电流检测单元连接，用于对电流检测单元发送的信号进行处理，将处理后的信号发送给从机，然后通过反向转换，将信号转换成方波脉冲信号，利用所述方波脉冲信号触发主机与从机，实现各自自检的过程。
进一步地，所述电流检测单元为罗氏线圈，所述罗氏线圈的检测频率范围20Hz-1MHz，主要用于电缆运行电流监测及电缆发生故障时的脉冲电流检测。
进一步地，所述信号处理单元包括：依次连接的积分器模块、脉冲生成电路、串口转光纤模块和信号采集处理板；
所述串口转光线模块和所述脉冲生成电路均与所述从机连接，所述积分器模块与所述罗氏线圈连接。
进一步地，所述积分器包括：电容C4、电阻R9、电阻R1、第一放大器和电容C5；
所述电阻R1、所述第一放大器和所述电阻R9通过电线串联成一个回路；
所述电阻R9的一端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述第一放大器的反向输入端连接，所述电阻R1的另一端与所述第一放大器的同向输入端连接，所述第一放大器的输出端与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述脉冲生成电路的输入端连接；
所述电容C4并联在所述电阻R9两端；
所述电容C1与所述第一放大器的输出端连接；
所述罗氏线圈与所述电容C4一端和所述电阻R9之间的电线连接，所述电容C4另一端与所述电阻R9之间的电线接地连接。
进一步地，所述脉冲生成电路包括：电阻R4、电阻R3、第二放大器、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R7、第三放大器、电阻R9、电容C3和两级非门；
所述第二放大器、电阻R5和第三放大器通过电线串联成一个回路；
所述第二放大器的输出端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述第三放大器的反向输入端连接，所述第三放大器的同向输入端与所述第二放大器的同向输入端连接；
所述第三放大器的输出端与所述电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述两级非门的一端连接；
所述电阻R4的一端接地，所述电阻R4的另一端与所述第二放大器的反向输入端连接；
所述电阻R3的一端与所述电阻R4和所述第二放大器之间的电线连接，所述电阻R3的另一端与所述第二放大器和所述电阻R5之间的电线连接；
所述电阻R6的一端与所述第二放大器的输出端和所述第三放大器的反向输入端之间的电线连接，所述电阻R6的另一端与所述第二放大器的同向输入端和所述第三放大器的同向输入端之间的电线连接；
所述电阻R6与所述第三放大器的同向输入端之间的电线接地；
所述电阻R8的一端接地，所述电阻R8的另一端与所述电阻R5和所述第三放大器的反向输入端之间的电线连接；
所述电阻R7的一端与所述第三放大器的输出端和所述电阻R9之间的电线连接，所述电阻R7的另一端与所述第三放大器的反向输入端和所述电阻R8之间的电线连接；
所述电容C3的一端与所述第三放大器的同向输入端连接，所述电容C3的另一端与所述电阻R9和所述两级非门之间的电线连接，所述非门的输出端与所述主机的串口转光纤模块连接。
进一步地，所述主机的串口转光纤模块的TX端与所述从机的串口转光纤模块的RX端连接，通过主机发送TTL信号至从机，利用光纤长度进行时差补偿，实现从机和主机同步定位。
进一步地，所述信号采集处理板的串口与所述串口转光纤模块连接，由所述信号采集处理板通过串口发送指令，指令通过串口转光纤模块，传输到从机，然后通过反向转换，将指令转换成方波脉冲信号，利用方波脉冲信号去触发主机与从机。
进一步地，所述信号采集处理板的型号为FGPA+ARM，用于局部放电信号的采集与数据处理过程。
本发明的有益效果：
通过设置的监测***可以方便，在电缆故障定位监测中，弥补设备自检及通信验证过程，可以保证设备安全可靠的对电缆进行监测；其中，主机定期向从机发射自检信号，同步模块通过首尾环形连接，主机发送的自检信号可通过光纤返回主机，每台设备也根据主机发送的信号进行同步检测，如果设备故障，可以通过通信与数据端进行报警，方便厂家维护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的***连接示意图；
图2是本发明提供的信号处理单元示意图；
图3是本发明提供的积分器示意图；
图4是本发明提供的脉冲生成电路示意图；
图5是本发明提供的光模块连接电路示意图；
图6是本发明提供的主机检测装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1至图6，一种电缆故障检测***，包括：主机、从机和后台监测***；
所述主机和所述从机结构相同，所述主机和从机分别连接在电缆的两端，所述主机和所述从机通信连接，所述主机与所述后台监测***连接；
所述主机内设置有电流检测单元，用于电缆运行时电流的检测，以及电缆发生故障时的脉冲电流信号检测，所述脉冲电流信号作为激励源进行主机和从机的自检；
所述电流检测单元为罗氏线圈，所述罗氏线圈的检测频率范围20Hz-1MHz，主要用于电缆运行电流监测及电缆发生故障时的脉冲电流监测；
所述主机内设置有信号处理单元，所述信号处理单元与所述电流检测单元连接，用于对电流检测单元发送的信号进行处理，将处理后的信号发送给从机，然后通过反向转换，将信号转换成方波脉冲信号，利用所述方波脉冲信号触发主机与从机，实现各自自检的过程。
在一些实施例中，所述信号处理单元包括：依次连接的积分器模块、脉冲生成电路、串口转光纤模块和信号采集处理板；
所述串口转光线模块和所述脉冲生成电路均与所述从机连接，所述积分器模块与所述罗氏线圈连接；
电容C4、电阻R9、电阻R1、第一放大器和电容C5；
所述电阻R1、所述第一放大器和所述电阻R9通过电线串联成一个回路；
所述电阻R9的一端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述第一放大器的反向输入端连接，所述电阻R1的另一端与所述第一放大器的同向输入端连接，所述第一放大器的输出端与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述脉冲生成电路得输入端连接（即，U1A输出端与C5连接）；电容C5主要用于消除直流信号；
所述电容C4并联在所述电阻R9两端；
所述电容C1与所述第一放大器的输出端连接；
所述罗氏线圈与所述电容C4一端和所述电阻R9之间的电线连接，所述电容C4另一端与所述电阻R9之间的电线接地连接；
电阻R9与电容C4并联连接，对传感器（罗氏线圈）信号进行匹配与滤波，电阻R1，电容C1以及U1A连接组成积分器，电阻R1为可调电阻，用于将瞬态信号累积化。
积分器模块主要用于将传感器发出信号进行匹配与滤波，具体是：
式中，是输出信号/>是输入信号。
在一些实施例中，所述脉冲生成电路包括：电阻R4、电阻R3、第二放大器、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R7、第三放大器、电阻R9、电容C3和两级非门；
所述第二放大器、电阻R5和第三放大器通过电线串联成一个回路；
所述第二放大器的输出端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述第三放大器的反向输入端连接，所述第三放大器的同向输入端与所述第二放大器的同向输入端连接；
所述第三放大器的输出端与所述电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述两级非门的一端连接；
所述电阻R4的一端接地，所述电阻R4的另一端与所述第二放大器的反向输入端连接；
所述电阻R3的一端与所述电阻R4和所述第二放大器之间的电线连接，所述电阻R3的另一端与所述第二放大器和所述电阻R5之间的电线连接；
所述电阻R6的一端与所述第二放大器的输出端和所述第三放大器的反向输入端之间的电线连接，所述电阻R6的另一端与所述第二放大器的同向输入端和所述第三放大器的同向输入端之间的电线连接；
所述电阻R6与所述第三放大器的同向输入端之间的电线接地；
所述电阻R8的一端接地，所述电阻R8的另一端与所述电阻R5和所述第三放大器的反向输入端之间的电线连接；
所述电阻R7的一端与所述第三放大器的输出端和所述电阻R9之间的电线连接，所述电阻R7的另一端与所述第三放大器的反向输入端和所述电阻R8之间的电线连接；
所述电容C3的一端与所述第三放大器的同向输入端连接，所述电容C3的另一端与所述电阻R9和所述两级非门之间的电线连接，所述非门的输出端与所述主机的串口转光纤模块连接
其中，在脉冲生成电路中，积分器模块的电容C5输出端与脉冲生成电路输入端连接，信号通过第二级运放U1B（第二放大器），电阻R3，电阻R4组成的增益放大器进行增益控制，进行电流与电压的比例变化，U1B输出端与电阻R5连接，电阻R5另一端与U2负输入端（第三放大器反向输入端）连接，电阻R7和电阻R8与U2（第三放大器）组成放大电路，U2（第三放大器）选用高阻抗输入芯片，提高故障信号的波形完整性，通过电阻R8和电阻R7进行增益控制，将信号幅度调整到＞0.7V。U2（第三放大器）输出端与非门连接，然后信号进入两级非门，通过两级非门，信号转换成20ns上升沿脉冲信号。
在一些实施例中，所述主机的串口转光纤模块的TX端与所述从机的串口转光纤模块的RX端连接，通过主机发送TTL信号至从机，利用光纤长度进行时差补偿，实现从机和主机同步定位。
所述信号采集处理板的串口与所述串口转光纤模块连接，由所述信号采集处理板通过串口发送指令，指令通过串口转光纤模块，传输到从机，然后通过反向转换，将指令转换成方波脉冲信号，利用方波脉冲信号去触发主机与从机。
所述信号采集处理板的型号为FGPA+ARM，用于局部放电信号的采集与数据处理过程。
其中，所述串口转光纤模块与脉冲生成电路的非门输出端连接，其主要功能是，实现电信号转换成光信号，通过光纤实现远距离传输，光纤具有抗干扰能力强特性。
主机的串口转光纤模块的TX端与从机的串口转光纤模块的RX端连接，主机将TTL信号通过串口转光纤模块传输到从机串口转光纤模块，利用光纤长度进行光时差补偿，从机的时差t2=L2/V，其中V=3*108m/s，两台设备通过光传输距离进行校准，实现同步定位。
所述信号采集处理板的型号为FGPA+ARM，主要实现局部放电信号的采集与数据处理过程。
信号采集处理板收到脉冲生成电路的脉冲信号，进行预触发采集，信号采集处理板可预采集0.2ms数据，进行自检时，由于传感器没实际故障信号，因此自检采集到的信号为基带信号，通信、光信号及硬件采集板卡均进行一次自检过程。
自检过程为，信号采集处理板的串口与串口转光纤模块连接，由信号采集处理板通过串口发送指令，指令通过串口转光纤模块，传输到从机，然后通过反向转换，将指令转换成方波脉冲信号，然后方波脉冲信号去触发主机与从机。
具体是，FPGA+ARM处理器模块的串口接口与图5的串口转光纤模块RX,TX连接，监测主机通过软件发送指令FF，指令在TX端形成上升沿方波脉冲信号，方波脉冲信号接入主机采集板卡外触发位置，经过主机的串口转光纤内部电路将电信号转换成光信号进行传输，从机串口转光纤模块将光信号转换成方波脉冲信号，方波脉冲信号触发从机采集板卡。
参见图6，主机运行程序，程序端设置自动校准时间，通过网络芯片进行通信，指令通过FPGA＋RAM（信号采集处理板）转换到串口转光纤模块。
根据主机与从机采集到的信号幅度和波形，以及根据幅度大于2倍的基带信号，且信号波形包括持续时间20us，来判断整个***是否正常，***正常，***进入常规的监测模式；***异常，将会发送故障信息到后台监测***，后台将本次事件记录下来。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种电缆故障检测***，其特征在于，包括：主机、从机和后台监测***；
所述主机和所述从机结构相同，所述主机和从机分别连接在电缆的两端，所述主机和所述从机通信连接，所述主机与所述后台监测***连接；
所述主机内设置有电流检测单元，用于电缆运行时电流的检测，以及电缆发生故障时的脉冲电流信号的检测；
所述信号处理单元包括：依次连接的积分器模块、脉冲生成电路、串口转光纤模块和信号采集处理板；
所述串口转光线模块和所述脉冲生成电路均与所述从机连接，所述积分器模块与所述电流检测单元连接；
当信号采集处理板收到脉冲生成电路的脉冲信号，进行预触发采集，信号采集处理板可预采集0.2ms数据，进行自检时，由于传感器没实际故障信号，因此自检采集到的信号为基带信号，通信、光信号及硬件采集板卡均进行一次自检过程；
自检过程为，信号采集处理板的串口与串口转光纤模块连接，由信号采集处理板通过串口发送指令，指令通过串口转光纤模块，传输到从机，然后通过反向转换，将指令转换成方波脉冲信号，然后方波脉冲信号去触发主机与从机；
具体是，信号采集处理板的串口接口与串口转光纤模块RX,TX连接，主机发送指令，指令在TX端形成上升沿方波脉冲信号，方波脉冲信号接入主机采集板的外触发位置，经过主机的串口转光纤内部电路将电信号转换成光信号进行传输，从机的串口转光纤模块将光信号转换成方波脉冲信号，方波脉冲信号触发从机采集板卡；
根据主机与从机采集到的信号幅度和波形，以及根据幅度大于2倍的基带信号，且信号波形包括持续时间20us，来判断整个***是否正常，***正常，***进入常规的监测模式；***异常，将会发送故障信息到后台监测***，后台将本次事件记录下来；
所述积分器包括：电容C4、电阻R9、电阻R1、第一放大器和电容C5；
所述电阻R1、所述第一放大器和所述电阻R9通过电线串联成一个回路；
所述电阻R9的一端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述第一放大器的反向输入端连接，所述电阻R1的另一端与所述第一放大器的同向输入端连接，所述第一放大器的输出端与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端与所述脉冲生成电路的输入端连接；
所述电容C4并联在所述电阻R9两端；
所述电容C1与所述第一放大器的输出端连接；
所述电流检测单元与所述电容C4一端和所述电阻R9之间的电线连接，所述电容C4另一端与所述电阻R9之间的电线接地连接；
所述脉冲生成电路包括：电阻R4、电阻R3、第二放大器、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R7、第三放大器、电阻R9、电容C3和两级非门；
所述第二放大器、电阻R5和第三放大器通过电线串联成一个回路；
所述第二放大器的输出端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述第三放大器的反向输入端连接，所述第三放大器的同向输入端与所述第二放大器的同向输入端连接；
所述第三放大器的输出端与所述电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端与所述两级非门的一端连接；
所述电阻R4的一端接地，所述电阻R4的另一端与所述第二放大器的反向输入端连接；
所述电阻R3的一端与所述电阻R4和所述第二放大器之间的电线连接，所述电阻R3的另一端与所述第二放大器和所述电阻R5之间的电线连接；
所述电阻R6的一端与所述第二放大器的输出端和所述第三放大器的反向输入端之间的电线连接，所述电阻R6的另一端与所述第二放大器的同向输入端和所述第三放大器的同向输入端之间的电线连接；
所述电阻R6与所述第三放大器的同向输入端之间的电线接地；
所述电阻R8的一端接地，所述电阻R8的另一端与所述电阻R5和所述第三放大器的反向输入端之间的电线连接；
所述电阻R7的一端与所述第三放大器的输出端和所述电阻R9之间的电线连接，所述电阻R7的另一端与所述第三放大器的反向输入端和所述电阻R8之间的电线连接；
所述电容C3的一端与所述第三放大器的同向输入端连接，所述电容C3的另一端与所述电阻R9和所述两级非门之间的电线连接，所述非门的输出端与所述主机的串口转光纤模块连接。
2.根据权利要求1所述的电缆故障检测***，其特征在于，所述电流检测单元为罗氏线圈，所述罗氏线圈的检测频率范围20Hz-1MHz，主要用于电缆运行电流监测及电缆发生故障时的脉冲电流检测。
3.根据权利要求1所述的电缆故障检测***，其特征在于，所述主机的串口转光纤模块的TX端与所述从机的串口转光纤模块的RX端连接，通过主机发送TTL信号至从机，利用光纤长度进行时差补偿，实现从机和主机同步定位。
4.根据权利要求3所述的电缆故障检测***，其特征在于，所述信号采集处理板的串口与所述串口转光纤模块连接，由所述信号采集处理板通过串口发送指令，指令通过串口转光纤模块，传输到从机，然后通过反向转换，将指令转换成方波脉冲信号，利用方波脉冲信号去触发主机与从机。
5.根据权利要求1所述的电缆故障检测***，其特征在于，所述信号采集处理板的型号为FGPA+ARM，用于局部放电信号的采集与数据处理过程。
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