电缆的检测装置、电缆的检测方法、电力系统与流程

本发明涉及岸电电源传输电缆检测技术领域，尤其涉及电缆的检测装置、电缆的检测方法、和电力系统。

背景技术：

岸电电源(又称为岸用变频电源，或电子静止式岸电电源)是专门针对岸边码头等高温、高湿、高腐蚀性、大负荷冲击等恶劣使用环境而特别设计制造的大功率变频电源设备。岸电电源将50hz工业用电变为60hz高质量稳频稳压电源，对船舶用电设备进行供电，广泛应用于船舶制造及修理厂、远洋钻井平台、岸边码头等场合。

低压岸电电源系统(电压范围通常为380v～690v)由于电压较低，其输出侧一般都需要三根或更多根电缆并联通过插接箱连接上船。如果岸电电源系统运行过程中，其中某一根电缆出现插接不牢或电缆中的一芯断开或一根电缆的三芯都断开时，并联电缆中的剩余电缆就要承担本来需要三根或更多根电缆承载的所有电流。当系统负载达到设计上限时，有可能导致剩余的电缆出现过流，随后可能会引发设备及人身事故。因此在低压岸电电源系统设计中对电缆进行检测非常重要。

现有技术中，对岸电电源系统的电缆进行检测的方法是在输出电缆的单根电缆前增加一个带缺相保护的断路器。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供电缆的检测装置、电缆的检测方法、和电力系统，能够准确地检测岸电电源系统的传输电缆的断芯断缆的情况。

本发明的一个方面提供了电缆的检测装置，电缆用于传输一岸电电源系统输出的电流且包括n个芯，n为大于1的正整数，检测装置包括：

一零序互感器，其能够检测被测电缆的n个芯分别传输的n个相电流的电流矢量和；

一漏电保护器，其能够将电流矢量和与一第一阈值进行比较，并输出一第一比较结果；

一相电流互感器，其能够检测被测电缆的n个芯中的一个传输的相电流；

一电流继电器，其能够将相电流互感器检测到的相电流与一第二阈值进行比较，并输出一第二比较结果；和

一控制单元，其能够根据第一比较结果和第二比较结果判断电缆的断芯断缆状态。

该检测装置通过零序互感器和相电流互感器的配合使用，准确能够准确地检测岸电电 源系统的传输电缆的断芯断缆的情况。

在检测装置的一种示意性的实施方式中，控制单元根据第一比较结果和第二比较结果判断电缆的断芯断缆状态具体为：

当电流矢量和大于第一阈值时，判断被测电缆的n个芯中的一部分断开；

当电流矢量和小于第一阈值且相电流互感器检测到的相电流小于第二阈值时，判断被测电缆的n个芯全部断开；

当电流矢量和小于第一阈值且相电流互感器检测到的相电流大于第二阈值时，判断被测电缆的n个芯全部未断。

控制单元中运行上述判断机制，能够准确、便捷地判断电缆的断芯断缆状态。

在检测装置的另一种示意性的实施方式中，第二阈值大于零且小于岸电电源系统输出的电流的n分之一。该第二阈值取值范围合适，检测结果准确率高。

在检测装置的再一种示意性的实施方式中，当判断n个芯中的至少一个断开时，控制单元发出报警信号并控制岸电电源系统停机。该检测装置不仅起到检测的作用，还能起到警示和保护的作用。

在检测装置的又一种示意性的实施方式中，n为3，控制单元为plc。电缆包括3个芯，分别传输岸电电源系统输出的3个相电流，二者相匹配。plc作为控制单元，其结构简单，性能优越。

本发明的另一个方面提供了电力系统，包括：

一岸电电源系统；

m个电缆，用于并联传输岸电电源系统输出的电流，每一电缆包括n个芯，n为大于1的正整数，m为正整数；和

m个检测装置，其分别用于检测m个电缆；

其中，每一检测装置为根据权利要求1-5任一项的检测装置。

该检测装置通过零序互感器和相电流互感器的配合使用，准确能够准确地检测岸电电源系统的传输电缆的断芯断缆的情况。

在电力系统的一种示意性的实施方式中，m个检测装置中的所有控制单元集成为一个。这样整个电力系统集成度更高。

本发明的另一个方面提供了电缆的检测方法，电缆包括n个芯，用于传输一岸电电源系统输出的电流，n为大于1的正整数，检测方法包括：

检测n个芯分别传输的n个相电流的电流矢量和；

将电流矢量和与一第一阈值进行比较，并得到一第一比较结果；

检测n个芯中的一个传输的相电流；

将检测到的相电流与一第二阈值进行，并得到一第二比较结果；和

根据第一比较结果和第二比较结果判断电缆的断芯断缆状态。

该检测方法能够准确地检测岸电电源系统的传输电缆的断芯断缆的情况。

在检测方法的一种示意性的实施方式中，根据第一比较结果和第二比较结果判断电缆的断芯断缆状态的步骤包括：

当电流矢量和大于第一阈值时，判断n个芯中的一部分断开；

当电流矢量和小于第一阈值且相电流互感器检测到的相电流小于第二阈值时，判断n个芯全部断开；

当电流矢量和小于第一阈值且相电流互感器检测到的相电流大于第二阈值时，判断n个芯全部未断。

上述判断机制，能够准确、便捷地判断电缆的断芯断缆状态。

在检测方法的另一种示意性的实施方式中，第二阈值大于零且小于岸电电源系统输出的电流的n分之一。该第二阈值取值范围合适，检测结果准确率高。

附图说明

下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本发明上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明，其中：

图1是本发明的实施例提供的电力系统的结构示意图；

图2是本发明的实施例提供的电力系统的结构示意图；

图3是本发明的实施例提供的电缆的检测方法流程图。

标号说明：

10岸电电源系统

11第一输出端

12第二输出端12

13第三输出端

20电缆

21第一芯

22第二芯

23第三芯

30检测装置

31零序互感器

32漏电保护器

33相电流互感器

34电流继电器

35控制单元

36插接箱

i1第一相电流

i2第二相电流

i3第三相电流

is岸电电源系统输出的n个相电流的电流标量和

ivn个芯分别传输的n个相电流的电流矢量和

c1第一比较结果

c2第二比较结果

c3第三比较结果

ith1第一阈值

ith2第二阈值

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

下面讨论的各图以及被用来描述在该专利文档中的本公开的原理的各种实施例仅以说明的方式并且无论如何不应该被解释成限制本公开的范围。本领域技术人员将会理解，可以在任何适当布置的设备中实施本公开的原理。将参考示例性非限制实施例来描述本申请的各种创新教导。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地示出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

本申请文件中，“断芯”指的是一电缆中有且只有部分芯断开。“断缆”指的是一电缆 中所有芯均断开。

图1是本发明的实施例提供的电力系统的结构示意图。从图1中可以看出，该电力系统包括：一岸电电源系统10；一电缆20；和一检测装置30，其用于检测电缆20。

在一个示意性的实施方式中，岸电电源系统10包括变频器、滤波器、变压器(图中未画出)等，将工业电网(例如10kv、50hz)转换为450v、60hz，或者400v、50hz的电源。图1中岸电电源系统10包括三个输出端，分别为第一输出端11、第二输出端12和第三输出端13。第一输出端11输出第一相电流i1，第二输出端12输出第二相电流i2，第三输出端13输出第三相电流i3。岸电电源系统10正常工作时，第一相电流i1、第二相电流i2和第三相电流i3的电流矢量和iv为零。

电缆20用于传输岸电电源系统10输出的电流且包括n个芯，n为大于1的正整数。图1中以n＝3为例进行说明，但并不以此为限。该3个芯分别为第一芯21、第二芯22和第三芯23。第一芯21、第二芯22和第三芯23分别与第一输出端11、第二输出端12和第三输出端13一一对应电连接，分别一一对应地用于传输第一相电流i1、第二相电流i2和第三相电流i3。岸电电源系统10输出的电流的值等于第一相电流i1、第二相电流i2和第三相电流i3的标量和is。

检测装置30包括：

一零序互感器31，其能够检测被测电缆20的n个芯21、22、23分别传输的n个相电流i1、i2、i3的电流矢量和iv；

一漏电保护器32，其能够将电流矢量和iv与一第一阈值ith1进行比较，并输出一第一比较结果c1；

一相电流互感器33，其能够检测被测电缆20的n个芯21、22、23中的一个(图1中以芯23为例)传输的相电流(图1中以i3为例)；

一电流继电器34，其能够将相电流互感器33检测到的相电流i3与一第二阈值ith2进行比较，并输出一第二比较结果c2；和

一控制单元35，其能够根据第一比较结果c1和第二比较结果c2判断电缆20的断芯断缆状态。

需要说明的是，电缆20中的第一芯21、第二芯22和第三芯23分别一一对应地用于传输第一相电流i1、第二相电流i2和第三相电流i3。

当第一芯21、第二芯22和第三芯23均未断开时，三者分别实际传输的第一相电流i1、第二相电流i2和第三相电流i3的电流矢量和的值iv等于零，或基本为零(在误差范围内)。

当第一芯21、第二芯22和第三芯23均断开时，i1、i2、i3三者均等于零，或基本为 零(在误差范围内)，因此i1、i2、i3的电流矢量和的值iv等于零，或基本为零(在误差范围内)。

当第一芯21、第二芯22和第三芯23中的一部分断开(即至少有一根断开，但又没有全部断开)时，i1、i2、i3出现相不平衡，即i1、i2、i3的电流矢量和的值iv不等于零，并且通常超过一定的限度。

电流20的整体穿入零序互感器31。电缆20的n个芯21、22、23分别传输的n个相电流i1、i2、i3的电流矢量和iv(即相不平衡度)被零序互感器31检测得到。零序互感器31的输出信号接入漏电保护器32中。漏电保护器32是测量零序电流的继电器。漏电保护器32中设置并存储该第一阈值ith1。当电缆20中的所有芯全部断开或全部不断开时，零序互感器31检测到的电流矢量和iv等于零或极微；当电缆20中的所有芯中有部分芯断开时，零序互感器31感应到一个不平衡的电流矢量和iv信号。漏电保护器32将电流矢量iv和与第一阈值ith1进行比较得到第一比较结果c1，并将包含第一比较结果c1的信号传输给控制单元35。

电缆20中的任意一芯穿入相电流互感器33。图1中以第三芯23穿入相电流互感器33，即相电流互感器33检测被测电缆20中的第三芯23传输的相电流i3为例进行说明，但并不以此为限。相电流互感器33检测到的相电流i3被电流继电器34得到。电流继电器34中设置并存储第二阈值ith2。当第三芯23断开时，相电流互感器33检测到的第三芯23实际传输的相电流i3等于零或极微；当第三芯23未断开时，相电流互感器33检测到的第三芯23实际传输的相电流i3大于或等于(在误差允许范围内)岸电电源系统10输出的电流的n分之一。电流继电器34将相电流互感器33检测到的相电流i3与该第二阈值ith2进行比较得到第二比较结果c2，并将包含第二比较结果c2的信号传输向控制单元35。

控制单元35从漏电保护器32和电流继电器34分别接收第一比较结果c1和第二比较结果c2，并能够根据第一比较结果c1和第二比较结果c2判断电缆的断芯断缆状态。

该检测装置通过零序互感器和相电流互感器的配合使用，准确能够准确地检测岸电电源系统的传输电缆的断芯断缆的情况。

另外，互感器(包括零序互感器和相电流互感器)、检测模块(包括漏电保护器和电流继电器)的体积都非常小，安装空间小。

在一个示意性的实施方式中，控制单元35根据第一比较结果c1和第二比较结果c2判断电缆20的断芯断缆状态的步骤包括：

当电流矢量iv和大于第一阈值ith1时，判断被测电缆20的n个芯21、22、23中的一部分断开；

当电流矢量iv和小于第一阈值ith1且相电流互感器33检测到的相电流i3小于第二阈值ith2时，判断被测电缆20的n个芯21、22、23全部断开；

当电流矢量iv和小于第一阈值ith1且相电流互感器33检测到的相电流i3大于第二阈值ith2时，判断被测电缆20的n个芯21、22、23全部未断。

电流矢量iv和大于第一阈值ith1，表明电缆20的n个芯21、22、23分别传输的n个相电流i1、i2、i3的电流矢量和iv(即相不平衡度)超出了一个限度(即第一阈值ith1)，电缆20的n个芯21、22、23中必然有部分断开(排除全部未断和全部断开的情况)，即电流20发生断芯。

电流矢量iv和小于第一阈值ith1，表明电缆20的n个芯21、22、23分别传输的n个相电流i1、i2、i3的电流矢量和iv(即相不平衡度)未超出一个限度(即第一阈值ith1)，可以认为未发生不平衡，电缆20的n个芯21、22、23的传输状态相同，即要么电缆20的n个芯21、22、23全部未断，要么电缆20的n个芯21、22、23全部断开。如何区分全部未断还是全部断开，就需要结合相电流互感器33和电流继电器34对被测电缆20的n个芯21、22、23中的一个的传输状态的检测和判断结果。若相电流互感器33检测到的相电流i3小于第二阈值ith2，说明电缆20的n个芯21、22、23中的一个(即第三芯23)实际传输的相电流i3太小，从而判断第三芯23断开。结合之前判断的电缆20的n个芯21、22、23要么全部未断、要么全部断开，可知电缆20的n个芯21、22、23全部断开，即断缆。若相电流互感器33检测到的相电流i3大于第二阈值ith2，说明电缆20的n个芯21、22、23中的一个(即第三芯23)实际传输的相电流i3足够大，从而判断第三芯23未断。结合之前判断的电缆20的n个芯21、22、23要么全部未断、要么全部断开，可知电缆20的n个芯21、22、23全部未断。

控制单元中运行上述判断机制，能够准确、便捷地判断电缆的断芯断缆状态。

值得说明的是，上述判断过程中第一阈值ith1和第二阈值ith2的选择对于检测结果非常重要。第一阈值ith1的取值要合适。一方面如果第一阈值ith1设置得过小，即使电缆20的n个芯21、22、23没有出现相不平衡，但实际检测的相电流的矢量和iv仍然有可能是一个不为零的微小值(由于噪音或检测误差等造成)，这样容易造成判断失误。另一方面如果第一阈值ith1设置得过大，即使电缆20的n个芯21、22、23出现了相不平衡，但实际检测的相电流的电流矢量和iv仍然小于该第一阈值ith1，这样也容易造成判断失误。第二阈值ith2的取值也要合适。一方面如果第二阈值ith2设置得过小，即使被测的芯出现异常(例如接触不良)，其实际传输的电流也有可能大于第二阈值ith2，这样就容易造成判断失误。另一方面，如果第二阈值ith2设置得过大，即使被测的芯正常，其实际传输的电流 也有可能小于第二阈值ith2，这样也容易造成判断失误。

在一个示意性的实施方式中，第二阈值ith2大于零且小于岸电电源系统10输出的电流的n分之一。该第二阈值取值范围合适，检测结果准确率高。

在一个示意性的实施方式中，控制单元35还能够与岸电电源系统10通讯，检测岸电电源系统10的运行状态及其输出的电流，并将岸电电源系统10输出的电流与第二阈值ith2的n倍进行比较得到一第三比较结果c3。控制单元35根据第一比较结果c1、第二比较结果c2和第三比较结果c3判断电缆20的断芯断缆状态。具体判断过程为：

当电流矢量和iv大于第一阈值ith1时，判断n个芯21、22、23中的一部分断开；

当下列条件a、b、c和d均满足时，判断n个芯21、22、23全部断开；其中，a、电流矢量和iv小于第一阈值ith1，b、相电流互感器33检测到的相电流i3小于第二阈值ith2，c、岸电电源系统10处于运行状态，d、第二阈值ith2小于岸电电源系统10的输出电流的n分之一；

当电流矢量和iv小于第一阈值ith1且相电流互感器33检测到的相电流i3大于第二阈值时ith2，判断n个芯21、22、23全部未断。

这样能够防止因岸电电源系统10未运行或第二阈值时ith2设置不当引起的检测结果的误判。当然，如果检测到岸电电源系统10未运行，那么控制单元35不会输出任何判断结果。

在一个示意性的实施方式中，当判断n个芯21、22、23中的至少一个断开时，控制单元35发出报警信号并控制岸电电源系统10停机。这样，该检测装置不仅起到检测的作用，还能起到警示和保护岸电电源系统的作用。

在一个示意性的实施方式中，如图1所示，n为3，控制单元35为plc(可编程逻辑控制器)。电缆20包括3个芯，分别传输岸电电源系统10输出的3个相电流，二者相匹配。plc作为控制单元，其结构简单，性能优越。

在一个示意性的实施方式中，如图1所示，该电力系统还包括一插接箱36。岸电电源系统10通过该电缆20与该插接箱36连接。

图2是本发明的实施例提供的电力系统的结构示意图。从图2中可以看出，该电力系统包括：

一岸电电源系统10；

m个电缆20，用于并联传输岸电电源系统10输出的电流，每一电缆20包括n个芯21、22、23，n为大于1的正整数，m为正整数；和

m个检测装置30，其分别用于检测m个电缆20；

其中，每一检测装置30为图1所示的检测装置30。m个检测装置30与m个电缆20一一对应。每一个检测装置30的具体结构和工作原理可以参照图1所示的检测装置30，在此不再赘述。图2中以n＝3，m＝3为例，但并不以此为限。从图2可以看出，岸电电源系统10输出的电流通过三根并联的电缆20分别输出到三个插接箱36。每根电缆20的断芯断缆状态由一个检测装置30对应检测得到。该检测装置通过零序互感器和相电流互感器的配合使用，准确能够准确地检测岸电电源系统的传输电缆的断芯断缆的情况。

在一个示意性的实施方式中，m个检测装置30中的所有控制单元35集成为一个。这样整个电力系统集成度更高。在一个示意性的实施方式中，三个插接箱36集成为一个。

图3是本发明的实施例提供的电缆的检测方法流程图。结合图1，该电缆20包括n个芯21、22、23，用于传输一岸电电源系统10输出的电流，n为大于1的正整数。从图3中可以看出，

检测方法包括：

s10：检测n个芯21、22、23分别传输的n个相电流i1、i2、i3的电流矢量和iv；

s20：将电流矢量iv和与一第一阈值ith1进行比较，并得到一第一比较结果c1；

s30：检测n个芯21、22、23中的一个23传输的相电流i3；

s40：将检测到的相电流i3与一第二阈值ith2进行，并得到一第二比较结果c2；和

s50：根据第一比较结果c1和第二比较结果c2判断电缆20的断芯断缆状态。

该检测方法能够准确地检测岸电电源系统的传输电缆的断芯断缆的情况。

在一个示意性的实施方式中，步骤s50：根据第一比较结果c1和第二比较结果c2判断电缆20的断芯断缆状态具体为：

当所述电流矢量和iv大于所述第一阈值ith1时，判断所述n个芯21、22、23中的一部分断开；

当所述电流矢量和iv小于所述第一阈值ith1且所述相电流互感器33检测到的所述相电流i3小于所述第二阈值ith2时，判断所述n个芯21、22、23全部断开；

当所述电流矢量和iv小于所述第一阈值ith1且所述相电流互感器33检测到的所述相电流i3大于所述第二阈值ith2时，判断所述n个芯21、22、23全部未断。

上述判断机制，能够准确、便捷地判断电缆的断芯断缆状态。

在一个示意性的实施方式中，第二阈值ith2大于零且小于岸电电源系统10输出的电流的n分之一。该第二阈值取值范围合适，检测结果准确率高。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明 书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。