一种电缆识别装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种电缆识别装置，包括信号发生器和信号接收器，其中，所述信号发生器包括电源模块、高压变压单元和放电控制单元，所述高压变压单元包括电子脉冲发生模块，并联在电子脉冲发生模块上的电压检测电路和脉冲电容，所述放电控制单元包括用于控制对电缆进行周期性放电的时间继电器、直流电磁铁，以及连接在脉冲电容输出端的机械式周期放电开关；所述信号接收器包括柔性罗氏线圈，控制单元，与柔性罗氏线圈相连的信号处理单元，与控制单元相连的数据采集单元、触发单元和人机交互单元，以及为信号接收器内各个单元供电的电源管理模块；本发明所述的电缆识别装置，具有识别性能稳定可靠、抗干扰强、适用性强、体积小等特点。
【专利说明】—种电缆识别装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电缆识别装置，属于电缆识别【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着城市经济快速发展和城市居民生活质量的提高，人们对居住环境和城市面貌的要求也越来越高。电力电缆供电由于其安全、可靠、有利于美化城市与厂矿布局等优点，使电缆成为新世纪新时代的一种潮流，它对美化城市环境和提升城市功能产生崭新的现实效应，得到了越来越广泛的应用。城市经济的快速发展，用电需求也大幅增长，使得电缆抢修作业和电缆迁改工程也越来越多。在迁改和抢修作业中，电缆沟或开挖区域内经常是多条不同截面积、不同等级的电缆并排敷设，需要区分出哪条是此次工作要寻找的电缆，该工作称之为电缆识别。根据《电力安全工作规程》10.2.1.9条要求，电缆识别工作涉及人身和设备安全，鉴别结果的可靠性非常重要，必须100%准确可靠。
[0003]电缆识别的传统方法是核对图纸，人工现场核实，但电缆敷设的图纸常常不够规范、不够详细，甚至丢失损坏，加之埋设环境和标识物的变化缺失，很难找到目标电缆。
[0004]目前主要依靠电缆识别仪来进行电缆识别。当前国内外各厂家的鉴别仪装置以SEBAKMT和BAUR公司的最为典型。虽然大多数识别仪产品实现电路结构和技术参数均有不同，但其工作原理大致相同，主要有脉冲极性法(电流方向法，目前最为普及)和音频感应法两种(主要结合电缆路径探测作业开展)。即用发射器从目标电缆首端加入一信号，该信号具有与运行电缆的工频电流电压信号明显差别的特征量，如电流的方向、信号的形状、幅值的大小、信号发射的时间和周期及持续时间等，然后用接收器按要求检测需鉴别地点的各条电缆上观察信号的特征量，从而判别出该目标电缆。
[0005]实际作业中发现，目前的使用最普及的各类电缆识别仪在遇有强感应电等干扰情况下，常常导致误判或施加信号较困难、甚至损坏识别仪器的情况，这给电缆迁改和故障抢修工作带来了极大的安全风险。经过分析发现，国内不少城市和地区由于为了施工方便或电缆通道紧张，不少中低压电缆与超高压电力电缆使用相同通道敷设，多芯电缆和单芯电缆混合敷设，而一部分电缆通道内高水位的客观环境往往引起电缆护层多点接地，在停电被测电缆与同通道运行电缆同向敷设较长或不同电缆接地电阻差别较大的情况下，往往造成在停电电缆线路上感应出较强的感应电流或电压；此外，由于新版设计规范的修订，原有单芯电缆的护层感应电压在有绝缘保护的前提下，从50V提高到了 300V，在取得电缆长度变长、中间接头变少的有利条件的同时，单端电缆护层感应电压大大提高。
[0006]当前使用的电缆识别仪为了达到安全可靠兼顾体积小重量轻的性能，信号发生器采用中小功率，且加入的电流信号幅值受不同电缆接地电阻的影响，往往造成感应电严重干扰信号发生器施加的脉冲信号，感应电达到一定数值后，仪表的过电压自动保护动作，从而造成信号施加困难，部分国内产品无过电压保护模块的，甚至出现过冒烟烧坏的故障，这也是不利于当前普遍使用的数字式小功率电缆识别仪无法正常工作的原因之一，从而大大影响了电缆抢修及道路迁改工程等工作的现场效率。
[0007]而且，无论是国内还是国外进口仪器，接收仪器及探头较大，不太适合测试现场的应用，如电缆井沟，空间狭小，接收仪器腾挪较为困难，有时甚至难以把仪器携带进井沟；目前敷设的电缆排放较为紧密，电缆之间的距离及空间太小，无法将探头或卡钳置于其间，直接影响了测试的顺利进行。
[0008]所以，电缆的唯一性鉴别急需一种识别性能稳定可靠，体积小、重量轻、便于测试人员随身携带的接收装置，特别是探头部分，体积一定要适合紧密排列电缆的测试要求。
[0009]有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种电缆识别装置，本案由此产生。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种电缆识别装置，具有识别性能稳定可靠、抗干扰强、适用性强、体积小等特点。
[0011]为了实现上述目的，本发明的解决方案是:
一种电缆识别装置，包括信号发生器和信号接收器，其中，所述信号发生器包括电源模块、高压变压单元和放电控制单元，所述高压变压单元包括电子脉冲发生模块，并联在电子脉冲发生模块上的电压检测电路和脉冲电容，所述放电控制单元包括用于控制对电缆进行周期性放电的时间继电器、直流电磁铁，以及连接在脉冲电容输出端的机械式周期放电开关；所述信号接收器包括柔性罗氏线圈，控制单元，与柔性罗氏线圈相连的信号处理单元，与控制单元相连的数据采集单元、触发单元和人机交互单元，以及为信号接收器内各个单元供电的电源管理模块；信号发生器电源模块提供的低压直流电源经过放电控制单元后进入电子脉冲发生模块，直接输出直流高压，电压检测电路实时检测直流高压输出值，输出的直流高压为脉冲电容充电，提供电缆放电的能量，然后通过放电控制单元定时对电缆进行放电；柔性罗氏线圈实时检测被测电缆的脉冲信号，并将采集到的脉冲信号发送给信号处理单元，信号处理单元经过滤波、信号放大处理后发送给数据采集单元，数据采集单元将输入的模拟信号转换为数字信号后发送给控制单元，控制单元经过分析处理后将相关信息通过人机交互单元进行显示，控制单元同时根据触发单元的输出信号，自动启动目标电缆中冲击电流信号波形的采集，并自动识别目标电缆，通过人机交互单元进行显示。
[0012]作为优选，所述放电控制单元进一步包括并联在脉冲电容两端的机械式接地放电开关，当待识别电缆感应电压超出间隙击穿电压时，接地放电开关被击穿，对地放电保护信号发生器；当信号发生器电源关闭或意外断电时，接地放电开关动作，脉冲电容对地短路，释放储存电能，防止信号发生器输出带电。
[0013]作为优选，所述放电控制单元主要由2组时间继电器，2组直流电磁铁、I个机械式周期放电开关、I个机械式接地放电开关，以及动电极和静电极构成，直流电磁铁内铁棒连接动电极，静电极连接在信号发生器输出端，直流电磁铁与电源模块相连，时间继电器控制直流电磁铁的电源通断，直流电磁铁牵引动电极，当直流电磁铁电源断开时，直流电磁铁受重力影响落下，动铜电极与静铜电极接触，脉冲电容对目标电缆高压冲击放电，在电缆中产生脉冲电流，脉冲电流最大可达几百安培。当直流电磁铁电源合上时，直流电磁铁吸合，拉起动铜电极，与电缆隔离，隔离电压达5kV，完成一次放电过程，时间继电器不断重复上述放电过程，形成周期放电。调节时间继电器的通断时间，可调节脉冲产生的周期，设定周期为6秒到15秒可调节。
[0014]作为优选，所述电源模块包括电源适配器、充电电池和电源开关，电源适配器将输入的220VAC电源转换为24VDC电源为充电电池充电，充电电池通过电源开关为放电控制单元提供低压直流电源。所述充电电池采用聚合物锂离子充电电池。
[0015]作为优选，所述脉冲电容采用高压无感脉冲电容，内部充油，过载能力强，安全可
O
[0016]作为优选，所述高压变压单元采用30KV硅橡胶绝缘线进行各电路直接的接线连接。
[0017]所述电子脉冲发生模块主要采用电子式高频高压直流电源将电压24V转换成3kV的直流电压，给储能电容充电。其输入电压为DC24V，输出为直流3kV的负极性高压。
[0018]作为优选，所述信号接收器的控制单元采用51系统单片机。
[0019]作为优选，所述触发单元包括并联在信号处理单元上的峰值比较器和谷值比较器，峰值比较强和谷值比较器的输出端依次连接与门和D触发器，D触发器的控制单元相连。
[0020]作为优选，所述人机交互单元包括用于数据显示的显示屏和用户输入用的按键。
[0021]上述一种电缆识别装置工作时，信号发生器将高压冲击信号施加到目标电缆线芯上，信号沿电缆传播到远端，然后经过接地流回信号发生器。在鉴别地点，信号接收器利用一个柔性罗氏线圈测量流过各条电缆的电流信号，然后根据信号的特征鉴别出目标电缆。
[0022]与现有技术相比，本发明所述的电缆识别装置具有如下优点:
1)信号发生器能够产生3kV的直流负极性高压，输出的直流高压为脉冲电容器充电，提供电缆放电的能量，通过机械式周期放电开关定时对电缆进行放电，解决了强感应电下，脉冲信号难以施加的问题；
2)采用高性能的可充电锂电池供电，能在绝大多数恶劣的环境下正常工作，保证仪器的适应性，解决了现场无交流电源的问题；
3)信号发生器的安全性高，内设放电控制单元，可以在紧急状态或断电情况下直接短路脉冲电容，保证电缆识别装置无高压输出；同时当待识别电缆感应电压超出间隙击穿电压时，接地放电开关被击穿，对地放电保护仪器，抗干扰能力强；在机壳地和闻压输出工作地之间加入保护，保证操作人员的安全；
4)电信号发生器整体美观大方、简单实用，在操作时接线简便，操作简单，性能稳定，安全可靠；
5)信号接收器采用便携式探测结构，通过柔性罗氏线圈获取到脉冲信号后，经过信号处理单元滤波、放大处理后，输送给控制单元进行运算分析，在确认是有效脉冲后，通过良好的人机界面进行显示，利用柔性罗氏线圈的特性和信号处理单元带通滤波器的滤波作用，消除了工频电流的影响，防止产生误判，作为探测装置，由于现场是在强工频干扰的环境下进行检测，仪器的智能检测难免会发生误判漏判的可能性，因此需要提供良好的人机交互，弥补可能出现的误判现象。
[0023]6)由于现场环境存在强工频干扰，电缆直径粗，卡钳开口不能有效包罗住电缆等问题，所以不能采用传统意义上的卡钳式电流互感器，而本发明采用的柔性罗氏线圈是一个空心环形的线圈，没有铁芯，无磁滞效应，输入无饱和，测量范围宽，能承受大电流，不易受外界电磁干扰，而且罗氏线圈本身与被测回路没有直接的电路联系，而是通过电磁场耦合，实现了测量回路与被测回路电气上的隔离，易被接受，使用安全；罗氏线圈响应频率范围宽，响应时间快，响应时间能达到uS级别，能顺应瞬息万变的电流；罗氏线圈输出的线性度较好，可以达到0.2%，能精确地反映输入信号的大小。
[0024]以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本实施例的电缆识别装置检测状态图；
图2为本实施例的信号发生器原理框图；
图3为本实施例的信号发生器放电控制单元电气原理图；
图4为本实施例的信号接收器原理框图；
图5为本实施例的信号接收器触发单元原理图。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，一种电缆识别装置，包括信号发生器I和信号接收器2，工作时，信号发生器I将高压冲击信号施加到目标电缆3线芯上，信号沿电缆3传播到远端，然后经过接地流回信号发生器I。在鉴别地点，信号接收器2利用一个柔性罗氏线圈21测量流过各条电缆3的电流信号，然后根据信号的特征鉴别出目标电缆。
[0027]如图2所示，所述信号发生器I包括电源模块、高压变压单元和放电控制单元14，所述电源模块包括电源适配器11、充电电池12和电源开关13，电源适配器将输入的220VAC电源转换为24VDC电源为充电电池12充电，充电电池12通过电源开关13为放电控制单元14提供低压直流电源。在本实施例中，所述充电电池12采用聚合物锂离子充电电池，直流输出24V，容量达20Ah，瞬间工作电流在40A以上，配备高性能电源适配器11，最大充电电流可达2.5A，并具有恒流充电及充满自停功能。所述高压变压单元包括电子脉冲发生模块15,并联在电子脉冲发生模块15上的电压检测电路16和脉冲电容17。信号发生器I的工作原理为:所述电源模块提供的低压直流电源经过放电控制单元后进入电子脉冲发生模块15，直接输出直流高压，电压检测电路16实时检测直流高压输出值，输出的直流高压为脉冲电容17充电，提供电缆放电的能量，然后通过放电控制单元定时对电缆进行放电。
[0028]所述放电控制单元主要由第一时间继电器1KT，第二时间继电器2KT，电缆周期放电直流电磁铁3YA1，接地放电直流电磁铁3YA2、连接在脉冲电容17输出端的机械式周期放电开关SI，并联在脉冲电容17两端的机械式接地放电开关S2，以及动电极和静电极构成，2个直流电磁铁内铁棒连接动电极，静电极连接在信号发生器输出端，直流电磁铁与电源模块相连，第一时间继电器1KT，第二时间继电器2KT均为延时继电器，其中，第一时间继电器IKT 一般延时时间6秒到15秒(主要目的一是为了确保储能电容充满电；二是为了形成明显的周期间隔，便于操作识别)，本实施例中，第一时间继电器IKT设定延时6秒，第二时间继电器2KT设定为0.4秒。继电器控制直流电磁铁的电源通断，直流电磁铁牵引动电极，当直流电磁铁电源断开时，直流电磁铁受重力影响落下，动铜电极与静铜电极接触，脉冲电容17对目标电缆高压冲击放电，在电缆中产生脉冲电流，脉冲电流最大可达几百安培。当直流电磁铁电源合上时，直流电磁铁吸合，拉起动铜电极，与电缆隔离，隔离电压达5kV，完成一次放电过程，如图3所示，放电控制单元的具体工作原理为:当打开电源开关13后，直流电磁铁3YA1、3YA2上电拉起，两开关处于打开状态；2KT-1为常闭触点，第一时间继电器IKT经触点2KT-1接通，由于是上电延时，当达到6s的时间延时后，第一时间继电器IKT动作，常闭触点1KT-1打开，电缆周期放电直流电磁铁3YA1断电，并落下，脉冲电容17对电缆放电；第一时间继电器IKT的常开触点1KT-2闭合，第二时间继电器2KT通电，经过0.4s后，第二时间继电器2KT动作，常闭触点2KT-1动作打开，第一时间继电器IKT断电，常闭触点1KT-1断电闭合，电缆周期放电直流电磁铁3YA1上电拉起，电子脉冲发生模块15对脉冲电容17充电，常开触点1KT-2断电打开，时间继电器2KT断电，常闭触点2KT-1闭合，时间继电器IKT上电，新的周期循环开始。当信号发生器电源关闭或意外断电时，接地放电直流电磁铁3YA2断电，接地放电开关S2动作落下，脉冲电容16对地短路，释放储存电能，防止发生器输出带电，当待识别电缆感应电压超出间隙击穿电压时，接地放电开关S2被击穿,对地放电保护信号发生器；
在本实施例中，所述脉冲电容16采用高压无感脉冲电容，内部充油，过载能力强，安全可靠。高频高压直流电源输出端接有50k Ω电阻，连接到10 μ F/5kV的储能电容，工频时，容抗约为318 Ω，当芯线中感应电压为300V时，产生的电流不足1A，而直流脉冲电流可达几百安培。而直流脉冲电压可达3kV，远大于感应电压，可容易的将脉冲施加到电缆上。
[0029]所述电子脉冲发生模块16主要采用电子式高频高压直流电源将24V直流电压转换成3kV的直流电压，给储能电容充电。电子脉冲发生模块16的输入电压为DC24V，输出为直流3kV的负极性高压。所述高压变压单元采用30KV硅橡胶绝缘线进行各电路直接的接线连接。
[0030]如图4所示，所述信号接收器2包括柔性罗氏线圈21，控制单元23，与柔性罗氏线圈线圈21相连的信号处理单元22，与控制单元23相连的数据采集单元24、触发单元25和人机交互单元26，以及为信号接收器内各个单元供电的电源管理单元。柔性罗氏线圈21实时检测被测线缆的脉冲信号，并将采集到的脉冲信号发送给信号处理单元22，信号处理单元22经过滤波、信号放大处理后发送给数据采集单元24，数据采集单元24将输入的模拟信号转换为数字信号后发送给控制单元23，控制单元23经过分析处理后将相关信息通过人机交互单元26进行显示，控制单元23可根据触发单元25的输出信号，自动启动目标电缆中冲击电流信号波形的采集，同时根据采集的数据，自动判断出目标电缆，并通过人机交互单元进行显示。
[0031]所述人机交互单元26包括用于数据显示的液晶屏和用户输入用的按键。在本实施例胡总，考虑到要显示脉冲波形信号，因此显示屏采用分辨率为240X128的黄底黑字的单色大屏幕点阵图形式液晶。按键包括“开机”、“关机”、“暂停”、“背光”、“记忆”、“比较”、“左移”、“右移”八个键。
[0032]所述信号接收器2的控制单元23采用51系统单片机89C58，单片机89C58片内有32K字节的EPR0M，因此无需外部扩展程序存储器。单片机89C58可以根据触发单元的输出信号，自动启动目标电缆中冲击电流信号波形的采集，并显示在液晶屏上，同时根据采集的数据，自动判断出目标电缆。
[0033]如图5所示，所述触发单元25包括并联在信号处理单元22上的峰值比较器251和谷值比较器252，峰值比较强251和谷值比较器252的输出端依次连接与门253和D触发器254，D触发器254的控制单元23相连。信号接收器2采集的数据信号是高压信号发生器每间隔放电周期施加在电缆上的冲击电流信号。由于冲击电流信号产生时间的不确定性，仅仅依靠软件触发方式，无法保证对冲击电流信号的实时采集。为保证对冲击电流信号的实时采集，必须设计硬件触发单元。触发单元的功能就是捕获电缆中的冲击电流信号，并触发单片机开启数据采集。触发单元25的D触发器254具有复位功能，当数据采集完成后，可复位D触发器254，以方便下次触发数据采集。在本实施例中，放电周期约为15(^s，触发实时采集在该周期前后适当扩展后给予200点左右的触发频率设置。
[0034]本实施例所述的信号接收器2采用锂电池，锂电池具有使用寿命长、容量大、无记忆效应、使用安全等特点。锂电池单节电压为3.6V，而单片机及数据采集等电路工作电压为5V，因此在设计中采用2节串联的方式，再经过三端线性稳压集成电路转换成单片机及其它芯片需要的电压。锂电池电压为7.2V，容量为1.2Ah，电池可供仪器运行5小时左右。本实施例所述的电源管理单元带有专门的AD转换芯片，将电池电压转换为数字信号，可实时采集电池电量，并在液晶屏显示电量，同时具有电池欠压时自动关机保护功能。电池充电器输入电压范围宽(输入电压为ACllO?AC220V)，具有过充保护等功能。
[0035]上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属【技术领域】的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
【权利要求】
1.一种电缆识别装置，其特征在于:包括信号发生器和信号接收器，其中，所述信号发生器包括电源模块、高压变压单元和放电控制单元，所述高压变压单元包括电子脉冲发生模块，并联在电子脉冲发生模块上的电压检测电路和脉冲电容，所述放电控制单元包括用于控制对电缆进行周期性放电的时间继电器、直流电磁铁，以及连接在脉冲电容输出端的机械式周期放电开关；所述信号接收器包括柔性罗氏线圈，控制单元，与柔性罗氏线圈相连的信号处理单元，与控制单元相连的数据采集单元、触发单元和人机交互单元，以及为信号接收器内各个单元供电的电源管理模块；信号发生器电源模块提供的低压直流电源经过放电控制单元后进入电子脉冲发生模块，直接输出直流高压，电压检测电路实时检测直流高压输出值，输出的直流高压为脉冲电容充电，提供电缆放电的能量，然后通过放电控制单元定时对电缆进行放电；柔性罗氏线圈实时检测被测电缆的脉冲信号，并将采集到的脉冲信号发送给信号处理单元，信号处理单元经过滤波、信号放大处理后发送给数据采集单元，数据采集单元将输入的模拟信号转换为数字信号后发送给控制单元，控制单元经过分析处理后将相关信息通过人机交互单元进行显示，控制单元同时根据触发单元的输出信号，自动启动目标电缆中冲击电流信号波形的采集，并自动识别目标电缆，通过人机交互单元进行显不O
2.如权利要求1所述的一种电缆识别装置，其特征在于:所述放电控制单元进一步包括并联在脉冲电容两端的机械式接地放电开关。
3.如权利要求2所述的一种电缆识别装置，其特征在于:所述放电控制单元主要由2组时间继电器，2组直流电磁铁、I个机械式周期放电开关、I个机械式接地放电开关，以及动电极和静电极构成，直流电磁铁内铁棒连接动电极，静电极连接在信号发生器输出端，直流电磁铁与电源模块相连，时间继电器控制直流电磁铁的电源通断，直流电磁铁牵引动电极，当直流电磁铁电源断开时，直流电磁铁受重力影响落下，动铜电极与静铜电极接触，脉冲电容对目标电缆高压冲击放电，当直流电磁铁电源合上时，直流电磁铁吸合，拉起动铜电极，与电缆隔离，完成一次放电过程。
4.如权利要求1所述的一种电缆识别装置，其特征在于:所述电源模块包括电源适配器、充电电池和电源开关，电源适配器将输入的220VAC电源转换为24VDC电源为充电电池充电，充电电池通过电源开关为放电控制单元提供低压直流电源，充电电池采用聚合物锂离子充电电池。
5.如权利要求1所述的一种电缆识别装置，其特征在于:所述脉冲电容采用高压无感脉冲电容。
6.如权利要求1所述的一种电缆识别装置，其特征在于:所述高压变压单元采用30KV硅橡胶绝缘线进行各电路直接的接线连接。
7.如权利要求1所述的一种电缆识别装置，其特征在于:所述电子脉冲发生模块主要采用电子式高频高压直流电源将电压24V转换成3kV的直流电压，其输入电压为DC24V，输出为直流3kV的负极性高压。
8.如权利要求1所述的一种电缆识别装置，其特征在于:所述信号接收器的控制单元米用51系统单片机。
9.如权利要求1所述的一种电缆识别装置，其特征在于:所述触发单元包括并联在信号处理单元上的峰值比较器和谷值比较器，峰值比较强和谷值比较器的输出端依次连接与门和D触发器，D触发器的控制单元相连。
10.如权利要求1所述的一种电缆识别装置，其特征在于:所述人机交互单元包括用于数据显示的显示屏和用户输入用的按键。
【文档编号】G01R31/02GK104407272SQ201410784571
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】陈 峰, 周太祥, 童国锋, 章燕卿, 孟永平, 傅成刚, 陈志刚 申请人:国家电网公司, 国网浙江省电力公司, 国网浙江省电力公司绍兴供电公司