一种利用变频谐振分压的运行电缆接地状态检测电路及方法
【专利摘要】本发明提出一种利用变频谐振分压的运行电缆接地状态检测电路及其检测方法。该检测电路用于测量电力电缆钢铠层的接地线上A端到B端之间的接地状态，包括可变频的高频信号源、LC谐振电路单元和电压信号采集单元；所述B端接地，所述高频信号源与LC谐振电路单元并联，并联结构的一端接至所述A端，另一端接地，用于实现与高频信号源频率的谐振；电压信号采集单元用于采集LC谐振电路单元两端电压。该电路结构简单，实现成本低，能够简单、有效地检测运行电缆钢铠层接地状态。
【专利说明】
一种利用变频谐振分压的运行电缆接地状态检测电路及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种运行电缆接地状态的检测电路及检测方法。
【背景技术】
[0002] 地下电力电缆安全可靠且可以极大地改善城市供电线路环境，在城市配电网络供 电方式中，已逐渐取代了架空线路的供电方式。目前，地下电缆的使用量已远远超出了架空 线路的使用量。随着电网中电力电缆数量的急剧增加，电缆的故障也相应增多。
[0003] 电缆一般都敷设在地下通道中，在日常运行管理过程中，除了电缆本身故障外，人 为偷盗或破坏电缆外层的现象也十分严重。特别是中压10kV电力电缆屏蔽层被剥现象时有 发生，这种人为破坏的故障在很大程度上已经给电力电网造成了极大人员经济损失。
[0004] 针对这种情况，目前国内相继出现了各种类型的低压照明电缆报警系统、架空线 缆防盗报警系统、停电电力电缆防盗报警系统，但针对中压10kV运行电力电缆的防盗报警 及故障定位产品少之又少。普遍的电力电缆防盗装置只实现了运行电缆接地状态的检测， 但难以对运行电缆接地系统遭到破环时的具体位置进行定位。利用电力电缆屏蔽和地之间 形成的高频信号传输通道进行电力电缆防盗，当电力电缆钢铠层和地之间形成的高频信号 传输通道遭到破坏时，表示被监测电缆有异常同时报警。
[0005] 但是，因为给电力电缆屏蔽层当中接入了其他介质，给电力电缆的运行带来不可 靠因素。同时，现场安装时必须停运被监测电力电缆，改变原有电力电缆的安装结构，费时 费力不方便安装。
【发明内容】
[0006] 本发明提出一种新的实现运行电缆接地状态检测的电路系统，能够简单、有效地 检测运行电缆接地状态。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] -种变频谐振分压方式的运行电缆接地状态检测电路，用于测量电力电缆钢铠 层的接地线上A端到B端之间的接地状态，包括可变频的高频信号源、LC谐振电路单元和电 压信号采集单元;所述B端接地，所述高频信号源与LC谐振电路单元并联，并联结构的一端 接至所述A端，另一端接地，用于实现与高频信号源频率的谐振；电压信号采集单元用于采 集LC谐振电路单元两端电压。
[0009] 上述L C谐振电路单元中，L的阻抗最好小于1欧姆，高频信号源的扫频范围在1Κ Η Z ~20ΚΗζ之间。
[0010] 采用上述电路实现运行电缆接地状态检测的方法，包括以下步骤：
[0011] (1)获取完整电力电缆钢铠层接地状态的标准数据
[0012]对于钢铠层完好的电力电缆，首先确保在电缆在停运状态下，悬空电缆终端的钢 铠层接地线（即此时电缆Β端不接地），然后高频信号源通过变频扫描，依据公式（1)，自动找 到谐振频率f，此时电压信号采集单元测量LC谐振电路单元的电压幅值并记录，同时记录保 持该频率f不变；
[0013]公式（1)
[0014] (2)实时监测电力电缆状态
[0015] 针对待测运行电力电缆钢铠层接地状态，高频信号源注入步骤（1)记录的谐振频 率f，电压信号采集单元测量LC谐振电路单元的电压幅值，若该电压小于步骤（1)记录的电 压幅值，则判定该电力电缆钢铠层接地状态有破损；
[0016] (3)电缆断开故障位置的定位
[0017]高频信号源通过重新扫频，找到新的谐振频率f'，电压信号采集单元测量LC谐振 电路单元的最佳电压幅值，记录此时谐振频率f'，根据公式(1)计算出电容C的变化量，结合 电缆每公里对大地的分布电容值，最终得到电缆断开位置。
[0018] 本发明具有以下优点：
[0019] 电路结构简单，实现成本低，能够简单、有效地检测运行电缆钢铠层接地状态。
[0020] 实时监测，不影响电缆的正常运行。
[0021] 能够快速的能准确判断故障位置。
[0022] 可适用于6kV、10kV、35kV等多种双端接地的系统，通用性强、适应面宽。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的测量原理示意图。
[0024]其中，1-电力电缆，2-高频信号源(可变频调节）。
【具体实施方式】
[0025]本发明测量原理如图1所示，是利用电力电缆钢铠层与大地之间形成的高频信号 传输回路，通过变频谐振原理实现准确的运行电缆接地状态以及故障定位的计算。
[0026]图1中Vf为变频信号源、R0为信号源内阻、L为阻抗小于1欧姆电感、C为并接的高压 电容、Cx为电力电缆钢铠层与大地之间的分布电容(分布电容与其长度基本呈线性关系）、 Vx为电压信号采集单元测量的LC谐振电路单元的两端电压（电压幅值）。变频信号源与LC谐 振电路单元并联，整体串接于待测电力电缆钢铠层的接地线中，电压信号采集单元用于采 集LC谐振电路单元两端电压并送至数据处理单元。
[0027] 电容C、分布电容Cx的并联关系，可以实现与高频信号源频率的谐振。可忽略高频 信号源中R0对LC谐振电路的影响，LC的阻抗要小于1欧姆，因此得出电感L在工频50Hz环境 下的最大值，同时高频信号源的扫频范围在ΙΚΗζ~20KHz之间。
[0028] 公式（1:
[0029] 公式（2):XL = 2iif*L
[0030] 当电力电缆钢铠层接地状态发生改变时(如某处开路），实时监测到的Vx值与正常 接地状态下的Vx-定有很大变化。通过对Vx变化的处理比较，可以有效地判断电力电缆是 否有切断故障，具体可由高速处理器采集到的数字信号，经过建立的等效网络模型算法处 理和数据特征值比较，可得到电力电缆钢铠层的切断故障。
[0031]这种采用变频谐振分压方式进行电力电缆实时监测的方法，包括以下步骤：
[0032] (1)获取完整电力电缆钢铠层接地状态的标准数据
[0033] 对于钢铠层完好的电力电缆，首先确保在电缆在停运状态下，悬空电缆终端的钢 铠层接地线，然后变频信号源通过扫频，依据公式1，寻找到谐振频率f，此时电压信号采集 单元测量LC谐振电路单元的电压幅值并记录，同时记录保持该频率f不变。
[0034] 公式 1
[0035] (2)实时监测电刀电缆状态
[0036]针对待测运行电力电缆钢铠层接地状态，变频信号源注入完好状态下记录的频率 f，电压信号采集单元测量LC谐振电路单元的电压幅值，若该电压小于步骤（1)记录的电压 幅值，则判定该电力电缆钢铠层接地状态有破损，发出告警。
[0037] (3)电缆断开故障位置的定位
[0038]针对待测运行电力电缆钢铠层遭到人为破坏时，变频信号源通过重新扫频，依据 公式1，寻找到新的谐振频率f，电压信号采集单元测量LC谐振电路单元的最佳电压幅值，记 录此时频率，根据公式1计算出C的变化量Cx，结合电缆每公里对大地的分布电容值，最终得 到电缆断开位置。
【主权项】
1. 一种利用变频谐振分压的运行电缆接地状态检测电路，用于测量电力电缆钢链层的 接地线上A端到B端之间的接地状态，其特征在于:包括可变频的高频信号源、LC谐振电路单 元和电压信号采集单元;所述B端接地，所述高频信号源与LC谐振电路单元并联，并联结构 的一端接至所述A端，另一端接地，用于实现与高频信号源频率的谐振；电压信号采集单元 用于采集IX谐振电路单元两端电压。2. 根据权利要求1所述的利用变频谐振分压的运行电缆接地状态检测电路，其特征在 于:所述LC谐振电路单元中，L的阻抗小于1欧姆，高频信号源的扫频范围在化化~20KHZ之 间。3. -种运行电缆接地状态的检测方法，其特征在于:采用权利要求1所述的利用变频谐 振分压的运行电缆接地状态检测电路，包括W下步骤： (1) 获取完整电力电缆钢链层接地状态的标准数据 对于钢链层完好的电力电缆，首先确保在电缆在停运状态下，悬空电缆终端的钢链层 接地线，然后高频信号源通过变频扫描，依据公式（1 )，自动找到谐振频率f，此时电压信号 采集单元测量IX谐振电路单元的电压幅值并记录，同时记录保持该频率f不变； 公式(1)(2) 实时监测电力电缆状态 针对待测运行电力电缆钢链层接地状态，高频信号源注入步骤（1)记录的谐振频率f， 电压信号采集单元测量LC谐振电路单元的电压幅值，若该电压小于步骤（1)记录的电压幅 值，则判定该电力电缆钢链层接地状态有破损； (3) 电缆断开故障位置的定位 高频信号源通过重新扫频，找到新的谐振频率f'，电压信号采集单元测量LC谐振电路 单元的最佳电压幅值，记录此时谐振频率f'，根据公式（1)计算出电容C的变化量，结合电缆 每公里对大地的分布电容值，最终得到电缆断开位置。
【文档编号】G01R31/02GK105974244SQ201610503824
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】孟国军, 杨刚武
【申请人】西安秦骊成套电器有限公司