用于高压电缆交叉互联接地系统的参数测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及高压电缆检测领域，尤其涉及用于高压电缆交叉互联接地系统的参数测试装置。


背景技术：

2.高压电缆交叉互联接地系统中若存在金属护套、封铅、接地引线及铜排等连接不良，易引起电缆金属护套、绝缘屏蔽等悬浮放电并损伤主绝缘，导致电缆故障。
3.现有技术中，交叉互联接地系统的测试方案需要线路停役、拆卸交叉互联接地系统进行测试，测试过程复杂、实效性差且存在局限性。


技术实现要素：

4.实用新型目的：本实用新型旨在提供一种用于高压电缆交叉互联接地系统的参数测试装置，旨在高压电缆线路工作时可以进行快速、简捷、准确的参数测试。
5.技术方案：本实用新型提供一种用于高压电缆交叉互联接地系统的参数测试装置，包括：交流电源、交流电流测试装备、交流电压测试装备、传感器、第一线夹、第二线夹和控制单元，其中：
6.所述交流电源的第一动作，用于使用第一电流频率，通过第一线夹和第二线夹在每两相线路上的第一保护接地箱的铜排施加交流电流，交流电压测试装备和交流电流测试装备分别测试得到每两相间的电压值和第一电流施加点两侧的电流值，控制单元计算得到每相线路上第一电流施加点两侧的阻抗值；
7.所述交流电源的第二动作，用于使用第一电流频率，通过第一线夹和第二线夹在每两相线路上的第二保护接地箱的铜排施加交流电流，交流电压测试装备和交流电流测试装备分别测试得到每两相间的电压值和第二电流施加点两侧的电流值，控制单元计算得到每相线路上第二电流施加点两侧的阻抗值，结合交流电源的第一动作中得到的阻抗值，计算得到每相线路上第一电流施加点和第二电流施加点之间的阻抗值；
8.所述交流电源，用于使用第二电流频率替代第一电流频率，执行第一动作和第二动作，控制单元计算得到第二电流频率下每相线路上的阻抗值；所述传感器，用于测试工频和干扰频率，第一电流频率和第二电流频率均区别于工频或干扰频率；
9.所述控制单元，用于使用得到的阻抗值，结合电阻、电感与频率无关的特征，计算得到每相线路上的三段线路各自的电阻值；三段线路指每相线路上以第一电流施加点和第二电流施加点作为节点划分得到的三段线路。
10.具体的，所述控制单元，用于适用如下第一阻抗计算公式计算第一电流施加点两侧的阻抗值：
11.u(m1
‑
y1)
(f)
＝zm1
(f)
×
im1k
(f)
+zy1
(f)
×
iy1k
(f)
＝(zm2
(f)
+zm3
(f)
)
×
im2k
(f) +(zy2
(f)
+zy3
(f)
)
×
iy2k
(f)
，
12.其中，m和y分别表示两相，u(m1
‑
y1)表示电流施加位置是两相线路上的第一保护
接地箱的铜排时两相间的电压值，每相线路上的三段线路分别为第一段线路、第二段线路和第三段线路，zm1、zm2和zm3分别表示m相线路的第一段线路、第二段线路和第三段线路的阻抗，im1k和im2k分别表示m相线路的第一段线路和第二段线路方向在第k次测试的电流值，zy1、zy2和zy3分别表示y相线路的第一段线路、第二段线路和第三段线路的阻抗，iy1k和iy2k分别表示y相线路的第一段线路和第二段线路方向在第k次测试的电流值，f表示电流频率。
13.具体的，所述控制单元，用于适用如下第二阻抗计算公式计算第二电流施加点两侧的阻抗值：
14.u(m3
‑
y3)
(f)
＝zm3
(f)
×
im3k
(f)
+zy3
(f)
×
iy3k
(f)
＝(zm1
(f)
+zm2
(f)
)
×
im2k
(f) +(zy1
(f)
+zy2
(f)
)
×
iy2k
(f)
，
15.其中，u(m3
‑
y3)表示电流施加位置是两相线路上的第二保护接地箱的铜排时两相间的电压值，im3k表示m相线路的第三段线路方向在第k次测试的电流值，iy3k表示y相线路的第三段线路方向在第k次测试的电流值。
16.具体的，所述控制单元，用于使用如下第三阻抗计算公式组计算三段线路各自的电阻值：
17.rmn＝{[zmn
(f1)
^2
×
(2
×
π
×
f2)^2
‑
zmn
(f2)
^2
×
(2
×
π
×
f1)^2]/[(2
×
π
×
f2)^2
‑
(2
×
π
×
f1)^2]}^(0.5)，
[0018]
lmn＝{[zmn
(f2)
^2
‑
zmn
(f1)
^2]/[(2*π*f2)^2
‑
(2*π*f1)^2]}^(0.5)，
[0019]
其中，f1和f2分别表示第一电流频率和第二电流频率，rmn表示m相线路的第 n段线路的电阻值，zmn表示m相线路的第n段线路的阻抗，lmn表示m相线路的第 n段线路的电感。
[0020]
具体的，所述控制单元，还用于若第n段线路的电阻值大于1ω，或与所在相线路的其他段线路电阻的比值超过2，或与三相线路的其他段线路电阻平均值的比值超过2，判断第n段线路存在接触不良。
[0021]
有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下显著优点：在高压电缆线路工作时可以进行快速、简捷、准确的参数测试。
附图说明
[0022]
图1为本实用新型提供的高压电缆线路交叉互联接地系统的结构示意图；
[0023]
图2为本实用新型提供的高压电缆线路交叉互联接地系统的等效电路图；
[0024]
图3为本实用新型提供的等效电路图的电压、电流示意图；
[0025]
图4为本实用新型提供的等效电路图的计算示意图；
[0026]
图5为本实用新型提供的测试装置的结构示意图。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
[0028]
参阅图1，其为本实用新型提供的高压电缆线路交叉互联接地系统的结构示意图。
[0029]
参阅图2，其为本实用新型提供的高压电缆线路交叉互联接地系统的等效电路图。
[0030]
参阅图3，其为本实用新型提供的等效电路图的电压、电流示意图。
[0031]
参阅图4，其为本实用新型提供的等效电路图的计算示意图。
[0032]
参阅图5，其为本实用新型提供的测试装置的结构示意图。
[0033]
本实用新型实施例中，所述交流电源的第一动作，用于使用第一电流频率，通过第一线夹和第二线夹在每两相线路上的第一保护接地箱的铜排施加交流电流，交流电压测试装备和交流电流测试装备分别测试得到每两相间的电压值和第一电流施加点两侧的电流值，控制单元计算得到每相线路上第一电流施加点两侧的阻抗值。
[0034]
本实用新型实施例中，控制单元适用如下第一阻抗计算公式计算第一电流施加点两侧的阻抗值：
[0035]
u(m1
‑
y1)
(f)
＝zm1
(f)
×
im1k
(f)
+zy1
(f)
×
iy1k
(f)
＝(zm2
(f)
+zm3
(f)
)
×
im2k
(f) +(zy2
(f)
+zy3
(f)
)
×
iy2k
(f)
，
[0036]
其中，m和y分别表示两相，u(m1
‑
y1)表示电流施加位置是两相线路上的第一保护接地箱的铜排时两相间的电压值，每相线路上的三段线路分别为第一段线路、第二段线路和第三段线路，zm1、zm2和zm3分别表示m相线路的第一段线路、第二段线路和第三段线路的阻抗，im1k和im2k分别表示m相线路的第一段线路和第二段线路方向在第k次测试的电流值，zy1、zy2和zy3分别表示y相线路的第一段线路、第二段线路和第三段线路的阻抗，iy1k和iy2k分别表示y相线路的第一段线路和第二段线路方向在第k次测试的电流值，f表示电流频率。
[0037]
在具体实施中，电流施加点表示在保护接地箱的铜排施加电流的位置，第一电流施加点指在第一保护接地箱的铜排施加电流的位置，第二电流施加点指在第二保护接地箱的铜排施加电流的位置。
[0038]
在具体实施中，z表示阻抗，u表示电压，i表示电流。
[0039]
在具体实施中，k表示在特定电流频率下按照先后顺序的测试次数，例如第一电流频率下第一次测试中k取1，第一电流频率下第二次测试中k取2，第二电流频率下第二次测试中k取2。
[0040]
在具体实施中，a、b和c分别表示三相，a1、a2和a3分别表示a相电路的第一段线路、第二段线路和第三段线路，其他同理。例如，利用交流电源通过限流装备对第一保护接地箱a1
‑
a2、b1
‑
b2铜排，施加65hz(仅用于举例说明，不作为对第一电流频率的限定)稳定交流电流，获取u(a1
‑
b1)
(65hz)
、ia11
(65hz)
、ia21
(65hz)
、ib11
(65hz)
和ib21
(65hz)
，同理，依次对第一保护接地箱a1
‑
a2与c1
‑
c2、b1
‑
b2与c1
‑
c2进行电流的施加和参数的测试，代入第一阻抗计算公式，得到：
[0041]
u(a1
‑
b1)
(65hz)
＝za1
(65hz)
×
ia11
(65hz)
+zb1
(65hz)
×
ib11
(65hz)
＝(za2
(65hz)
+za3
(65hz)
)
ꢀ×
ia21
(65hz)
+(zb2
(65hz)
+zb3
(65hz)
)
×
ib21
(65hz)
——(1)
[0042]
u(a1
‑
c1)
(65hz)
＝za1
(65hz)
×
ia12
(65hz)
+zc1
(65hz)
×
ic12
(65hz)
＝(za2
(65hz)
+za3
(65hz)
)
ꢀ×
ia22
(65hz)
+(zc2
(65hz)
+zc3
(65hz)
)
×
ic22
(65hz)
——(2)
[0043]
u(b1
‑
c1)
(65hz)
＝zb1
(65hz)
×
ia13
(65hz)
+zc1
(65hz)
×
ic13
(65hz)
＝(zb2
(65hz)
+zb3
(65hz)
)
ꢀ×
ib23
(65hz)
+(zc2
(65hz)
+zc3
(65hz)
)
×
ic23
(65hz)
——(3)
[0044]
本实用新型实施例中，所述交流电源的第二动作，用于使用第一电流频率，通过第一线夹和第二线夹在每两相线路上的第二保护接地箱的铜排施加交流电流，交流电压测试装备和交流电流测试装备分别测试得到每两相间的电压值和第二电流施加点两侧的电流
值，控制单元计算得到每相线路上第二电流施加点两侧的阻抗值，结合交流电源的第一动作中得到的阻抗值，计算得到每相线路上第一电流施加点和第二电流施加点之间的阻抗值。
[0045]
本实用新型实施例中，控制单元适用如下第二阻抗计算公式计算第二电流施加点两侧的阻抗值：
[0046]
u(m3
‑
y3)
(f)
＝zm3
(f)
×
im3k+zy3
(f)
×
iy3k
(f)
＝(zm1
(f)
+zm2
(f)
)
×
im2k
(f)
+ (zy1
(f)
+zy2
(f)
)
×
iy2k
(f)
，
[0047]
其中，u(m3
‑
y3)表示电流施加位置是两相线路上的第二保护接地箱的铜排时两相间的电压值，im3k表示m相线路的第三段线路方向在第k次测试的电流值，iy3k表示y相线路的第三段线路方向在第k次测试的电流值。
[0048]
在具体实施中，第一阻抗计算公式和第二阻抗计算公式实质上是相似的。
[0049]
在具体实施中，参照上述内容，第二保护接地箱a2
‑
a3与b2
‑
b3，a2
‑
a3与c2
‑
c3、 b2
‑
b3与c2
‑
c3，施加稳定交流电流，测试得到参数后代入第二阻抗计算公式，得到：
[0050]
u(a3
‑
b3)
(65hz)
＝za3
(65hz)
×
ia34
(65hz)
+zb3
(65hz)
×
ib34
(65hz)
＝(za1
(65hz)
+za2
(65hz)
)
ꢀ×
ia24
(65hz)
+(zb1
(65hz)
+zb2
(65hz)
)
×
ib24
(65hz)
——(4)
[0051]
u(a3
‑
c3)
(65hz)
＝za3
(65hz)
×
ia35
(65hz)
+zc3
(65hz)
×
ic35
(65hz)
＝(za1
(65hz)
+za2
(65hz)
)
ꢀ×
ia25
(65hz)
+(zc1
(65hz)
+zc2
(65hz)
)
×
ic25
(65hz)
——(5)
[0052]
u(b3
‑
c3)
(65hz)
＝zb3
(65hz)
×
ib36
(65hz)
+zc3
(65hz)
×
ic36
(65hz)
＝(zb1
(65hz)
+zb2
(65hz)
)
ꢀ×
ib26
(65hz)
+(zc1
(65hz)
+zc2
(65hz)
)
×
ic26
(65hz)
——(6)
[0053]
本实用新型实施例中，所述交流电源，用于使用第二电流频率替代第一电流频率，执行第一动作和第二动作，控制单元计算得到第二电流频率下每相线路上的阻抗值。
[0054]
本实用新型实施例中，所述传感器，用于测试工频和干扰频率，控制第一电流频率和第二电流频率均区别于工频或干扰频率，且第一电流频率和第二电流频率不相等。
[0055]
在具体实施中，第二电流频率下每相线路上的阻抗值，指每相线路上的三段线路的阻抗值。
[0056]
在具体实施中，电流频率区别于工频(系统的工作电流频率)或干扰频率，目的在于便于识别，避免受到其他电流频率的干扰，提升测试的准确率，也可以实现在电缆线路工作时进行参数测试。
[0057]
在具体实施中，参照交流电源的第一动作和第二动作(包括测试装备的电压和电流测试以及控制单元的参数计算)，将测试得到参数(40hz仅用于举例说明，不作为对第二电流频率的限定)代入第一阻抗计算公式和第二阻抗计算公式，得到：
[0058]
u(a1
‑
b1)
(40hz)
＝za1
(40hz)
×
ia11
(40hz)
+zb1
(40hz)
×
ib11
(40hz)
＝(za2
(40hz)
+za3
(40hz)
)
ꢀ×
ia21
(40hz)
+(zb2
(40hz)
+zb3
(40hz)
)
×
ib21
(40hz)
——(7)
[0059]
u(a1
‑
c1)
(40hz)
＝za1
(40hz)
×
ia12
(40hz)
+zc1
(40hz)
×
ic12
(40hz)
＝(za2
(40hz)
+za3
(40hz)
)
ꢀ×
ia22
(40hz)
+(zc2
(40hz)
+zc3
(40hz)
)
×
ic22
(40hz)
——(8)
[0060]
u(b1
‑
c1)
(40hz)
＝zb1
(40hz)
×
ib13
(40hz)
+zc1
(40hz)
×
ic13
(40hz)
＝(zb2
(40hz)
+zb3
(40hz)
)
ꢀ×
ib23
(40hz)
+(zc2
(40hz)
+zc3
(40hz)
)
×
ic23
(40hz)
——(9)
[0061]
u(a3
‑
b3)
(40hz)
＝za3
(40hz)
×
ia34
(40hz)
+zb3
(40hz)
×
ib34
(40hz)
＝(za1
(40hz)
+za2
(40hz)
)
ꢀ×
ia24
(40hz)
+(zb1
(40hz)
+zb2
(40hz)
)
×
ib24
(40hz)
——(10)
[0062]
u(a3
‑
c3)
(40hz)
＝za3
(40hz)
×
ia35
(40hz)
+zc3
(40hz)
×
ic35
(40hz)
＝(za1
(40hz)
+za2
(40hz)
)
ꢀ×
ia25
(40hz)
+(zc1
(40hz)
+zc2
(40hz)
)
×
ic25
(40hz)
——(11)
[0063]
u(b3
‑
c3)
(40hz)
＝zb3
(40hz)
×
ib36
(40hz)
+zc3
(40hz)
×
ic36
(40hz)
＝(zb1
(40hz)
+zb2
(40hz)
)
ꢀ×
ib26
(40hz)
+(zc1
(40hz)
+zc2
(40hz)
)
×
ic26
(40hz)
——(12)
[0064]
在具体实施中，例如，依次对第一保护接地箱a1
‑
a2与b1
‑
b2、a1
‑
a2与c1
‑
c2、 b1
‑
b2与c1
‑
c2铜排，以及第二保护接地箱a2
‑
a3与b2
‑
b3，a2
‑
a3与c2
‑
c3、b2
‑
b3 与c2
‑
c3，施加稳定交流电流，获得数据如下：
[0065][0066][0067]
将上述表格数据代入公式(1)～(12)得到如下公式:
[0068]
20＝za1
(65hz)
×
27.17+zb1
(65hz)
×
14.81＝(za2+za3)
(65hz)
×
31.70+(zb2+zb3)
(65hz)
×
39.89
[0069]
——(1)
[0070]
21＝za1
(65hz)
×
82.24+zc1
(65hz)
×
82.48＝(za2+za3)
(65hz)
×
39.65+(zc2+zc3)
(65hz)
×
34.78
[0071]
——(2)
[0072]
22＝zb1
(65hz)
×
14.49+zc1
(65hz)
×
30.28＝(zb2+zb3)
(65hz)
×
48.56+(zc2+zc3)
(65hz)
×
34.78
[0073]
——(3)
[0074]
20＝za3
(65hz)
×
70.92+zb3
(65hz)
×
80.60＝(za1+za2)
(65hz)
×
21.28+(zb1+zb2)
(65hz)
×
11.6
[0075]
——(4)
[0076]
21＝za3
(65hz)
×
79.6+zc3
(65hz)
×
99.4＝(za1+za2)
(65hz)
×
40.41+(zc1+zc2)
(65hz)
×
40.52
[0077]
——(5)
[0078]
22＝zb3
(65hz)
×
48.56+zc3
(65hz)
×
34.78＝(zb1+zb2)
(65hz)
×
42.23+(zc1+zc2)
(65hz)
×
42.55
[0079]
——(6)
[0080]
24＝za1
(40hz)
×
41.26+zb1
(40hz)
×
18.35＝(za2+za3)
(40hz)
×
54.48+(zb2+zb3)
(40hz)
×
77.39
[0081]
——(7)
[0082]
26＝za1
(40hz)
×
145.97+zc1
(40hz)
×
146.17＝(za2+za3)
(40hz)
×
71.53+(zc2+zc3)
(40hz)
×
71.53
[0083]
——(8)
[0084]
30＝zb1
(40hz)
×
23.10+zc1
(40hz)
×
51.91＝(zb2+zb3)
(40hz)
×
96.82+(zc2+zc3)
(40hz)
×
68.02
[0085]
——(9)
[0086]
24＝za3
(40hz)
×
102.11+zb3
(40hz)
×
117.67＝(za1+za2)
(40hz)
×
28.04+(zb1+zb2)
(40hz)
×
12.48
[0087]
——(10)
[0088]
26＝za3
(40hz)
×
115.43+zc3
(40hz)
×
115.34＝(za1+za2)
(40hz)
×
58.37+(zc1+zc2)
(40hz)
×
0.08
[0089]
——(11)
[0090]
30＝zb3
(40hz)
×
121.03+zc3
(40hz)
×
120.73＝(zb1+zb2)
(40hz)
×
60.96+(zc1+zc2)
(40hz)
×
61.26
[0091]
——(12)
[0092]
由(1)
‑
(3)联立方程，计算出za1
(65hz)
、zb1
(65hz)
、zc1
(65hz)
、(za2
(65hz)
+za3
(65hz)
)、 (zb2
(65hz)
+zb3
(65hz)
)及(zc2
(65hz)
+zc3
(65hz)
)分别为1320mω、1108mω、1230mω、 264mω、264mω、264mω。
[0093]
由(4)
‑
(6)联立方程，计算出za3
(65hz)
、zb3
(65hz)
及zc3
(65hz)
分别为132mω、 132mω、
132mω。
[0094]
由(7)
‑
(9)联立方程，计算出za1
(40hz)
、zb1
(40hz)
、zc1
(40hz)
、(za2
(40hz)
+za3
(40hz)
)、 (zb2
(40hz)
+zb3
(40hz)
)以及(zc2
(40hz)
+zc3
(40hz)
)分别为91mω、1103mω、87mω、 182mω、182mω、182mω。
[0095]
由(10)
‑
(12)联立方程，计算出za3
(40hz)
、zb3
(40hz)
、zc3
(40hz)
分别为91mω、 91mω、91mω。
[0096]
本实用新型实施例中，所述控制单元，用于使用得到的阻抗值，结合电阻、电感与频率无关的特征，计算得到每相线路上的三段线路各自的电阻值；三段线路指每相线路上以第一电流施加点和第二电流施加点作为节点划分得到的三段线路。
[0097]
本实用新型实施例中，所述控制单元，使用如下第三阻抗计算公式组计算三段线路各自的电阻值：
[0098]
rmn＝{[zmn
(f1)
^2
×
(2
×
π
×
f2)^2
‑
zmn
(f2)
^2
×
(2
×
π
×
f1)^2]/[(2
×
π
×
f2)^2
‑
(2
×
π
×
f1)^2]}^(0.5)，
[0099]
lmn＝{[zmn
(f2)
^2
‑
zmn
(f1)
^2]/[(2*π*f2)^2
‑
(2*π*f1)^2]}^(0.5)，
[0100]
其中，f1和f2分别表示第一电流频率和第二电流频率，rmn表示m相线路的第 n段线路的电阻值，zmn表示m相线路的第n段线路的阻抗，lmn表示m相线路的第 n段线路的电感，l表示电感。
[0101]
在具体实施中，采用上述表格中的数据以及公式(1)～(12)计算得到的参数，将参数代入第三阻抗计算公式组进行计算，得到：
[0102]
ra1＝{[za1
(65hz)
^2
×
(2
×
π
×
40)^2
‑
za1
(40hz)
^2
×
(2
×
π
×
65)^2]/[(2
×
π
×
40)^2
‑
(2
×
π
×
65)^2]}^(0.5)
[0103]
la1＝{[za1
(40hz)
^2
‑
za1
(65hz)
^2]/[(2
×
π
×
40)^2
‑
(2
×
π
×
65)^2]}^(0.5)
[0104]
解得：ra1＝50.7mω,la1＝0.300mh；
[0105]
同理解得，
[0106]
rb1＝1100mω,lb1＝0.318mh；
[0107]
rc1＝55.0mω,lc1＝0.269mh；
[0108]
ra2+ra3＝101.1mω,la2+la3＝0.598mh；
[0109]
rb2+rb3＝101.3mω,lb2+lb3＝0.599mh；
[0110]
rc2+rc3＝101.2mω,lc2+lc3＝0.599mh；
[0111]
ra3＝50.6mω,la3＝0.299mh；
[0112]
rb3＝50.7mω,lb3＝0.299mh；
[0113]
rc3＝50.6mω,lc3＝0.299mh。
[0114]
将ra3、la3，rb3、lb3，rc3、lc3代入ra2+ra3、la2+la3，rb2+rb3、 lb2+lb3，rc2+rc3、lc2+lc3，得：
[0115]
ra2＝50.5mω,la2＝0.299mh；
[0116]
rb2＝50.6mω,lb2＝0.300mh；
[0117]
rc2＝50.6mω,lc2＝0.300mh。
[0118]
本实用新型实施例中，所述控制单元，还用于：若第n段线路的电阻值大于1ω，或与所在相线路的其他段线路电阻的比值超过2，或与三相线路的其他段线路电阻平均值的
比值超过2，判断第n段线路存在接触不良。
[0119]
在具体实施例中，例如第n段线路为a1段线路，与所在相线路的其他段线路电阻的比值超过2，表示a1/a2或者a1/a3大于2；与三相线路的其他段线路电阻平均值的比值超过2，表示3a1/(a2+b2+c2)或者3a1/(a3+b3+c3)大于。满足上述三个条件中的任意一个，则可以判断第n段线路存在接触不良。
[0120]
在具体实施例中，参见上述计算得到的每相线路上的三段线路各自的电阻值，电阻 rb1＝1100mω大于其他9段电阻平均值51.12mω，大于1ω，判断存在接触不良。
[0121]
在具体实施中，在高压电缆线路工作时可以进行快速、简捷、准确的参数测试。
[0122]
在具体实施中，限流装备对于49hz
‑
51hz频率范围内电流信号输入阻抗大于10ω；交流电压测量装备为测试特定频率或频率范围下对应的交流电压的测量装备，测试分辨率小于1v；交流电流测量装备为测试特定频率或频率范围下对应的交流电压的测量装备，测试分辨率小于1a；交流电源为交流变频电源，用以调节电流频率，输出区别于工频或干扰频率的电流频率；传感器用于测试高压电缆中电流的工频以及外界干扰频率；线夹1和线夹2分别用于在两相线路的同一保护接地箱的铜排上施加电流。