專利名稱：電力電纜監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力電纜監(jiān)測裝置。
技術(shù)背景隨著城市美化和電力要求的提高，用于傳輸電能的電纜數(shù)量與日俱增，電纜 線路遍布大街小巷。在電纜坑中，同坑敷設(shè)的電纜少則3 5根，多則20 30根， 甚至更多。電力電纜從結(jié)構(gòu)上可劃分為線芯和防護(hù)層兩大部分，位于最里層的線芯用于 傳輸電能，裹在線芯外的防護(hù)層具有多層結(jié)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)屏蔽、絕緣、防外力破 壞等功能。在防護(hù)層中，用于防外力破壞的鎧裝層和用于電磁屏蔽的屏蔽層的材 料具有可導(dǎo)電性能。本文將電纜防護(hù)層中的可導(dǎo)電部分簡稱為導(dǎo)電層。在中壓及以上輸、配電網(wǎng)，由于電壓較高，盜竊帶電電纜常會導(dǎo)致盜竊者傷亡，這類盜竊 事件過去甚少發(fā)生，因此電纜沒有裝設(shè)安防系統(tǒng)。以往，盜賊盜竊電力線路主要是沖著導(dǎo)線的銅材而來，近一年來出現(xiàn)了多起 10kV電力電纜絕緣防護(hù)層被盜事件。由于電纜敷設(shè)隱蔽，且沒有設(shè)置監(jiān)防系統(tǒng)， 故電纜防護(hù)層被盜沒有造成停電及短路事故的不易被發(fā)現(xiàn)。有的地方，盜竊者盜 取10kV電纜絕緣防護(hù)時導(dǎo)致了系統(tǒng)短路，造成盜竊者傷亡和停電；有的電纜防護(hù) 層被盜后，雖然暫時沒有發(fā)生停電或人員傷亡事故，但電纜絕緣防護(hù)等級大幅下 降，操作過電壓、雷電過電壓、諧波過電壓、人員踩踏、鼠咬，都將觸發(fā)短路， 某一相短路爆炸，往往引發(fā)同溝敷設(shè)的多條饋電線路同時短路，造成大面積停電， 由此可見，盜賊已給電力系統(tǒng)埋下了多處嚴(yán)重的安全隱患。由于多條防護(hù)層被盜 后的電纜埋藏在地下，電力部門至今沒有專門的設(shè)備監(jiān)測電纜的安全情況，無法 得知電力電纜的防護(hù)層被破壞，從而不能及時釆取補(bǔ)救措施，使電力系統(tǒng)和周邊人 員及環(huán)境的安全受到嚴(yán)重威脅。另外，電纜絕緣層被盜給國家和人民帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。就已發(fā)生的事故 而言，僅重新修復(fù)電纜的費(fèi)用有的十幾萬、有的幾十萬、有的甚至過千萬元，且事故讓用戶和電力部門蒙受停電帶來的損失無法估計(jì)。工作在危險(xiǎn)狀態(tài)的電纜正 日漸增加，建立電纜安防系統(tǒng)，保護(hù)供電系統(tǒng)安全已刻不容緩。在現(xiàn)有技術(shù)中，沒有關(guān)于電力電纜監(jiān)測的內(nèi)容。檢索到的電纜鑒別和故障査 找裝置基本上是直接將電壓或電流直接加到線芯或鋼鎧甲上進(jìn)行，需停電進(jìn)行， 不適合作為監(jiān)測用。另外，在多根電纜同溝敷設(shè)的電纜走廊里，假如某根電纜部分遭損壞，未造 成短路但需停電維修時，要確認(rèn)該電纜是哪條饋電線路的哪根電纜，才能停電檢 修。用現(xiàn)有的電纜檢測裝置査找的方法是將經(jīng)過該路段的所有電纜分別停電，將 在電纜頭處分別將其中二相并接，然后在一端連接信號發(fā)生器發(fā)送檢測信號，另 一端接地，在電纜損壞處檢測檢測信號來鑒別該電纜。這樣工作量大，且要多次 停電才能完成，耗時費(fèi)事，難以滿足當(dāng)今高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)對電網(wǎng)的安全、可 靠、優(yōu)質(zhì)的要求。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在給出一種可以使用方便、適用于實(shí)時監(jiān)測電力電纜狀態(tài)的電 力電纜監(jiān)測裝置。本實(shí)用新型給出電力電纜監(jiān)測裝置，其特征在于，包括發(fā)送器和接收器，發(fā) 送器發(fā)送監(jiān)測信號使被測電纜防護(hù)層的導(dǎo)電層中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，接收器檢測由 感應(yīng)電動勢在所述導(dǎo)電層回路中產(chǎn)生的感生電流并輸出檢測結(jié)果，發(fā)送器具有套 在電力電纜上的發(fā)送變壓器，發(fā)送繞組作為發(fā)送變壓器的初級繞組，被測電纜作 為發(fā)送變壓器的次級繞組，當(dāng)發(fā)送繞組通交流電時，電力電纜防護(hù)層的導(dǎo)電層中 會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。本實(shí)用新型的電力電纜監(jiān)測裝置，其發(fā)送器發(fā)送監(jiān)測信號使該防護(hù)層中的導(dǎo) 電層產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于正常使用時，防護(hù)層中的導(dǎo)電層在電力電纜的供電端 和受電端分別接地，與大地構(gòu)成回路，滿足感生電流產(chǎn)生的條件，故上述感應(yīng)電 動勢在上述導(dǎo)電層回路產(chǎn)生感生電流，接收器就可以接收到該感生電流。因電力 電纜中線芯連同兩端母線和變壓器構(gòu)成的線芯回路的阻抗遠(yuǎn)大于防護(hù)層中的導(dǎo)電層回路的，監(jiān)測信號在線芯回路上產(chǎn)生的感生電流遠(yuǎn)小于防護(hù)層中的導(dǎo)電層回路 上的感生電流，故不會影響接收器的檢測結(jié)果。本實(shí)用新型的發(fā)送器采用電磁耦 合，實(shí)現(xiàn)高低壓隔離，安裝和監(jiān)測時，都無需改變線路的運(yùn)行方式，也不必停電， 操作簡易，因此適用于實(shí)時監(jiān)測電力電纜的狀態(tài)。所述的電力電纜監(jiān)測裝置，其接收器具有套在被測電纜上的接收變壓器，被 測電纜作為接收變壓器的初級繞組，接有測流器的接收繞組作為接收變壓器的次 級繞組。接收器采用變壓器的方式，實(shí)現(xiàn)高低壓隔離，提高了安全性，適用于實(shí)時監(jiān) 測；變壓器采用閉合磁芯，可提高信噪比，抑制干擾信號，從而達(dá)到較高的精度。所述的電力電纜監(jiān)測裝置，其發(fā)送器具有電流負(fù)反饋單元，發(fā)送器根據(jù)電流 反饋信號調(diào)整發(fā)送監(jiān)測信號的強(qiáng)度，使得在正常情況下所述導(dǎo)電層回路中產(chǎn)生的 感生電流強(qiáng)度為設(shè)定值。由于不同型號規(guī)格的電纜有不同的阻抗值A(chǔ)，接地電阻也不盡相同，故對于 不同的電纜，總阻抗Z.e是一個變量，且變化幅度大，這樣感生電流變化范圍也很 大，給測量鑒別帶來了困難。電流負(fù)反饋單元的接入讓發(fā)送器根據(jù)電流反饋信號 調(diào)整發(fā)送監(jiān)測信號的強(qiáng)度，使得在正常情況下所述導(dǎo)電層回路中產(chǎn)生的感生電流 強(qiáng)度為設(shè)定值，適用于各種長度、規(guī)格的電纜監(jiān)測、查詢、查找。所述的電力電纜監(jiān)測裝置，監(jiān)測信號頻率大于等于5kHz，小于50kHz。 由于電力電纜的工作頻率為50Hz，故本實(shí)用新型電力電纜監(jiān)測裝置的監(jiān)測 信號頻率應(yīng)當(dāng)避開電力電纜的工作頻率干擾，以大于等于5kHz為宜；同時，因?yàn)?當(dāng)監(jiān)測信號頻率接近射頻時，將可能使多條電纜上都接收到監(jiān)測信號，影響本機(jī) 和其它電力電纜的檢測結(jié)果，監(jiān)測信號頻率又不宜過高，所以監(jiān)測信號頻率不宜 過高，以小于50kHz為宜。


圖1是電力電纜監(jiān)測裝置的方框圖。圖2是發(fā)送變壓器的工作原理圖。圖3是接收變壓器的工作原理圖。圖4是電纜監(jiān)測被盜自動報(bào)警系統(tǒng)示意圖。圖5是釆用可移動的發(fā)送器査詢電纜的示意圖。圖6是采用可移動的接收器查找電纜的示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的電力電纜監(jiān)測裝置如圖1，當(dāng)輸入的監(jiān)測指令為"0"時，第一 光電耦合器的輸出為"0"， 二個PWM控制器停止工作，發(fā)送變壓器的初級電壓為 "0",即沒有信號加到被測電纜上，電力電纜監(jiān)測裝置停止工作。當(dāng)輸入的監(jiān)測指令為"1"時，第一光電耦合器的輸出為"1"， 二個PWM控制 器工作，PWM —1控制器控制DC1/DC2變換器的導(dǎo)通角W，電源電壓Uoa為12V，通 過振蕩、變換升壓、整流，得到直流電壓Uoc2,不同的導(dǎo)通角W會對應(yīng)不同的輸出 電壓12值。PWM—2控制器用于控制DC2/AC變換器，交流方波頻率為20kHz， AC的幅值就 是Uoc2之值，AC是加到發(fā)送變壓器初級繞組的電壓，如圖2所示，副邊是被測電 纜(一匝)，其感生電動勢E^與AC電壓成正比。附圖2是描述發(fā)送變壓器輸入AC信號后，其次級繞組即被測電纜的導(dǎo)電層產(chǎn) 生電動勢E^在正常情況下形成感生電流i 。電力電纜的鎧甲和屏蔽層是金屬導(dǎo)電體，整根電纜的防護(hù)層中的導(dǎo)電層(本 文以下簡稱導(dǎo)電層)的阻抗Z,不大，導(dǎo)電層的兩端在電纜終端頭處接地，其接地 電阻R1、 R2均不大于4歐姆。該回路的總阻抗為Ze-Rl+R2+^。在電纜上(相 當(dāng)于一匝線圈)的感生電動勢E^作用下，產(chǎn)生感生電流iH-E^/Z,e.。假若電纜絕 緣防護(hù)層被盜，導(dǎo)電層斷開，Z.e.是無限大，iH"0。在正常情況下，不同型號規(guī)格的電纜有不同的Z,值，接地電阻也不盡相同， 故對于不同的電纜，總阻抗Z.e是一個變量，且變化幅度大，這樣感生電流變化范 圍也很大，給測量鑒別帶來了困難。采用電流負(fù)反饋單元就解決了這一問題。將6與電纜感生電流成正比的信號取出，經(jīng)放大，通過PWM—l控制器調(diào)節(jié)導(dǎo)通角^的 大小來控制Uoc2和AC電壓的大小，從而實(shí)現(xiàn)正常情況下iH在小幅度范圍內(nèi)變化的 目的。當(dāng)電纜被盜，電纜絕緣防護(hù)層被盜導(dǎo)電層斷開Z總"^，則1 &0。接收器的接收變壓器套在被測電纜上(如圖3所示)，被測電纜作為接收變壓 器的初級繞組，只有一匝，接有測流器的接收繞組作為接收變壓器的次級繞組。 當(dāng)被測電纜流過感生電流"時，接收變壓器鐵心會產(chǎn)生交變的磁通，次級繞組產(chǎn) 生感生電動勢E22，經(jīng)過選頻、放大、檢波，得到直流電壓Uf， Uf與被測電纜導(dǎo)電 層產(chǎn)生的感生電流iH成正比，通過電平指示器指示Uf大小，也相當(dāng)于感生電流大 小。Ugd是采用分壓器從電源取下的一恒定電壓作參比電壓，從負(fù)端輸入比較器。 當(dāng)Uf^Ugd時，比較器輸出高電平，通過第二光電耦合器，發(fā)出正常信號給短信 機(jī)或直接輸出正常信號顯示。反之，當(dāng)Ugd>Uf (感生電流i',小于設(shè)定值)時， 比較器輸出低電平，通過第二光電耦合器和短信機(jī)將電纜故障信號發(fā)送到設(shè)定的 地方。其中的光電稱合器是便于數(shù)據(jù)信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動控制和自動報(bào) 警。判斷電纜防護(hù)層是否被盜。具體實(shí)施如下短信機(jī)收到巡檢信號后，便發(fā)出信號讓1號電纜的發(fā)送器工作10秒，對1 號電纜進(jìn)行監(jiān)測，在此期間假若其接收器均反饋"正常"信號，則1號發(fā)送器停 止工作，令2號電纜的發(fā)送器工作10秒，對2號電纜進(jìn)行監(jiān)測；假若其接收器均反饋"正常"信號，則2號發(fā)送器停止工作，令3號電纜的發(fā)送器工作10秒，對 3號電纜進(jìn)行監(jiān)測，如此巡回監(jiān)測。假若第n號接收器發(fā)出"不正常"信號，為了減少由于干擾而誤發(fā)被盜信號， 而短信機(jī)要再對第n號發(fā)送器，連續(xù)發(fā)出三次監(jiān)測信號，每次仍然10秒。假若三 次均報(bào)不正常，才發(fā)出"被盜"信息。由電力電力電纜監(jiān)測裝置構(gòu)成的電纜自動監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖如圖4，電力電 纜監(jiān)測系統(tǒng)主要由電力電纜監(jiān)測裝置、計(jì)算機(jī)、控制及通訊模塊(短信機(jī)或單片 機(jī)及通訊連接設(shè)備)組成。圖4所示電力電纜監(jiān)測系統(tǒng)之一實(shí)施例。首先在需監(jiān)測的電力電纜上安裝電力電纜監(jiān)測裝置，再在各開關(guān)房(站)分 別安裝短信機(jī)，也可以是單片機(jī)及通訊連接設(shè)備，并連接監(jiān)控中心。發(fā)送器和接收器由計(jì)算機(jī)(或通過短信機(jī))控制。計(jì)算機(jī)連接喇叭、顯示器、 無線或有線通信模塊等報(bào)警裝置，當(dāng)接收器檢測不到感應(yīng)電流時，計(jì)算機(jī)控制喇 叭發(fā)出警示音，或在顯示器上顯示異常信息。計(jì)算機(jī)通過無線通信模塊與遠(yuǎn)方的 調(diào)度中心進(jìn)行無線連接，當(dāng)接收器檢測不到感應(yīng)電流時，計(jì)算機(jī)向調(diào)度中心發(fā)送 異常信息。監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，用短信通知短信機(jī)控制電力電纜監(jiān)測裝置進(jìn)行監(jiān) 測工作(也可以用線控或手動操作啟動監(jiān)測)，監(jiān)測裝置對電纜進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān) 測結(jié)果反饋到短信機(jī)(或者直接輸出結(jié)果)。當(dāng)監(jiān)測裝置監(jiān)測到異常情況時，短信 機(jī)或單片機(jī)向監(jiān)控中心發(fā)出警示信號，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)收到異常報(bào)警信號，即自動報(bào)警，并自動提取有關(guān)電纜信息，鏈接電力信息系統(tǒng)，將異常電纜的走向在地 理信息圖上顯示。當(dāng)二根以上的電纜的監(jiān)測裝置發(fā)出報(bào)警信號時，以上電纜敷設(shè) 的公共走廊就是賊人作案的路段。有關(guān)人員前往制止破壞，抓捕疑犯。按圖5,用作電纜查詢，此時用可移動的發(fā)送器向電纜發(fā)出0.5Hz+20KHz的 電纜查詢信號，即l秒有20KHz信號，下一秒沒信號，再下一次有20KHz信號。 電纜查詢信號由移動發(fā)送器發(fā)送到待査電纜，電力電纜監(jiān)測裝置接收到0.5Hz的 0-1信號。短信機(jī)按信息0. 5Hz的0-1信號和地址碼發(fā)出XX變電站XX電纜為工作 人員要查詢的電纜。按圖6,用作查找電纜走向，令電力電纜監(jiān)測裝置的發(fā)送器連續(xù)發(fā)出 1Hz+1KHz+20KHz信號，此時用可移動的接收器接收信號。通過第一級選頻20KHz 器，檢測出lKHz，推動喇叭發(fā)出1Hz的lKHz斷續(xù)響，憑聲音信號大小來判斷電纜 走向，這種可移動接收器可采用接收變壓器型接收器，也可采用磁棒型接收器。 當(dāng)磁棒與電纜軸線共一平面，例如平行或垂直時，信號最小。當(dāng)磁棒與電纜軸線 垂直，但又不共平面時，信號最大。以此原則，來判斷被測電纜走向并可鑒別電 纜。
權(quán)利要求1.電力電纜監(jiān)測裝置，其特征在于，包括發(fā)送器和接收器，發(fā)送器發(fā)送監(jiān)測信號使被測電纜防護(hù)層的導(dǎo)電層中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，接收器檢測由感應(yīng)電動勢在所述導(dǎo)電層回路中產(chǎn)生的感生電流并輸出檢測結(jié)果，發(fā)送器具有套在電力電纜上的發(fā)送變壓器，發(fā)送繞組作為發(fā)送變壓器的初級繞組，被測電纜作為發(fā)送變壓器的次級繞組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電纜監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的接收器具有套 在被測電纜上的接收變壓器，被測電纜作為接收變壓器的初級繞組，接有測流器 的接收繞組作為接收變壓器的次級繞組。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的電力電纜監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的發(fā)送器具有電流負(fù) 反饋單元，發(fā)送器根據(jù)電流反饋信號調(diào)整發(fā)送監(jiān)測信號的強(qiáng)度，使得在正常情況 下所述導(dǎo)電層回路中產(chǎn)生的感生電流強(qiáng)度為設(shè)定值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的電力電纜監(jiān)測裝置，其特征在于，監(jiān)測信號頻率大于等于 5kHz，小于50kHz。
專利摘要本實(shí)用新型給出可以用于實(shí)時監(jiān)測電力電纜狀態(tài)的電力電纜監(jiān)測裝置，包括發(fā)送器和接收器，發(fā)送器發(fā)送監(jiān)測信號使被測電纜防護(hù)層的導(dǎo)電層中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，接收器檢測由感應(yīng)電動勢在所述導(dǎo)電層回路中產(chǎn)生的感生電流并輸出檢測結(jié)果，發(fā)送器具有套在電力電纜上的發(fā)送變壓器，發(fā)送繞組作為發(fā)送變壓器的初級繞組，被測電纜作為發(fā)送變壓器的次級繞組。利用本實(shí)用新型可以建立電力電纜的安防系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測和自動報(bào)警，還可以進(jìn)行電纜查詢和查找，且不用改變線路的運(yùn)行方式，也不必停電，且安裝操作簡易，適用于各種帶屏蔽和鎧裝的電纜的監(jiān)測。
文檔編號G01R31/08GK201166697SQ20072006188
公開日2008年12月17日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者趙瑞琳, 陳能翀 申請人:趙瑞琳;陳能翀