一种信号发生器及使用该发生器进行电缆故障测试的方法与流程

本发明涉及一种信号发生器，还涉及使用该发生器进行电缆故障测试的方法。

背景技术：

最近十几年，国内建设大大发展，电缆的用量开始迅速膨胀，特别是近几年，很多城市为了城市美观，实施架空线入地工程，大量使用电缆，这就给电缆的运行和维护提出了更高的要求。并且由于客户的多样化，需求的层次不一样，已经原来的供电系统单一需求向多行业、多层次需求的方向发展。比如供电系统，用户选择的电缆越来越长，截面积越来越大，需要的测试仪就要求有更大的容量，对于一些高端用户往往选择国外的电缆故障测试车，每台造价都在上百万元。对于供电系统地市级的用户，由于资金压力，条件好的往往选择国内的电缆故障测试车，差一点的选择使用便携式设备。从实际情况来看，即使是使用电缆测试车的单位了也选择添置一套便携式的电缆故障测试仪。每套便携式的故障测试仪一般都在十几万元人民币。对于县级的供电公司，一般选择使用几万到十万左右的故障测试仪。对于电缆厂和厂矿企业，由于电缆的用量也很大，更讲求实用性，又由于资金压力较大，一般选择每套5万元左右的故障测试仪。对于小区和农村，选择简单的产品，解决低压电缆的简单故障。一般都选择价值2000元左右的测试仪。

电缆故障测试车检测的原理是采用增加放电能量的方法提高检测效率，但是其设备笨重，只能采用车载的方式进行转移，对于一些地形或道路受到限制的地区使用起来受到很大的局限。对于便携式故障测试仪是采用减少放电能量的方式，其缺陷是部分故障测距困难，定点困难。

纵观国内外的电缆故障测试仪和电缆故障测试车，电缆故障定点时，都是采用人工现场监听的定点方法，定点时间长，环境恶劣，效率低下，需要测试工程师在电缆的上方长期监听，环境差，劳动强度高，压力大，对现场人员的要求较高，一真是电缆故障测试的瓶颈环节。

技术实现要素：

本发明涉及一种信号发生器，还涉及使用该发生器进行电缆故障测试的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种高压信号发生器，包括高压源和放电装置，其特征在于：还包括电容接线转换装置；所述电容接线转换装置包括底板、设置在底板上方的电容接线板和电容接线转换机构；所述底板上表面固接有底座，所述电容接线板固接在底座上，所述电容接线板上设置有电容输出线和多组接线柱；所述电容接线转换机构包括串联接线模块、并联接线模块和串并联接线模块，所述串联接线模块包括推杆和固接在推杆上的串联插线板，所述并联接线模块包括推杆和固接在推杆上的并联插线板，所述串并联接线模块包括推杆和固接在推杆上的串并联插线板，所述串联接线模块、并联接线模块和串并联接线模块分别与底板转动连接；所述串联插线板、并联插线板和串并联插线板上均设有与接线柱对应数量的接线槽；所述放电装置包括摆杆充放电机构和驱动摆杆充放电机构摆动的驱动机构；所述摆杆充放电机构包括正极摆杆、负极摆杆、充电接板和绝缘挡板，所述绝缘挡板设置在正极摆杆和负极摆杆之间；所述正极摆杆底端和负极摆杆底端分别转动安装在一个轴承座上，所述正极摆杆和负极摆杆之间设置有连接轴，所述连接轴的两端分别与正极摆杆和负极摆杆转动连接；所述正极摆杆和负极摆杆上均设置有放电触点和充电触点，所述放电触点和充电触点之间连接有电容连接线，所述电容连接线与电容输出线连接，所述放电触点与故障电缆连接，所述充电触点与充电接板连接，所述充电接板设置在充电触点摆动所在的轨迹上。

作为优选的技术方案，所述每组接线柱包括正极接线柱和负极接线柱，所述正极接线柱与电容的正极相连，所述负极接线柱与电容的负极相连；所述电容输出线包括正极电容输出线和负极电容输出线，所述正极电容输出线与首端正极接线柱连接，所述负极电容输出线与末端负极接线柱连接；所述正极接线柱和负极接线柱各为四个，通过四个正极接线柱和四个负极接线柱连接四个电容。

作为优选的技术方案，所述串并联接线模块与底板的转动连接为所述底板上表面固接有两个第一轴承座，两个第一轴承座之间连接有插板单轴，所述串并联接线模块推杆一端与插板单轴转动连接；所述并联接线模块和串联接线模块与底板的转动连接为底板上表面固接有两个第二轴承座，两个第二轴承座之间连接有插板转换轴，所述并联接线模块推杆一端和串联接线模块推杆一端均与插板转换轴转动连接，且并联接线模块和串联接线模块可以沿插板转换轴所在的方向进行滑动。

作为优选的技术方案，所述接线槽包括正极接线槽和负极接线槽，所述正极接线槽所在位置与正极接线柱位置相对应，所述负极接线槽所在位置与负极接线柱位置相对应；所述串联插线板上接线槽之间的连接方式为串联，所述并联插线板上接线槽之间的连接方式为并联，所述串并联插线板上接线槽之间的连接方式为串联并联结合。

作为优选的技术方案，所述绝缘挡板包括上绝缘挡板和下绝缘挡板，所述上绝缘挡板位于连接轴上方，所述下绝缘挡板位于连接轴下方。

作为优选的技术方案，所述正极摆杆设有的放电触点和充电触点分别为正极放电触点和正极充电触点，所述正极放电触点和正极充电触点之间的电容连接线为正极电容连接线，所述正极电容连接线与正极电容输出线连接；所述正极放电触点与故障电缆的芯线连接。

作为优选的技术方案，所述负极摆杆设有的放电触点和充电触点分别为负极放电触点和负极充电触点，所述负极放电触点和负极充电触点之间的电容连接线为负极电容连接线，所述负极电容连接线与负极电容输出线连接连接；所述负极放电触点与地线连接。

作为优选的技术方案，所述充电接板包括正极充电接板和负极充电接板，所述正极充电接板与高压源的正极连接，所述负极充电接板与高压源的负极连接，所述正极充电触点与正极充电接板连接，所述负极充电触点与负极充电接板连接。

作为优选的技术方案，所述驱动机构包括电机、转轮和推杆，所述电机输出轴上键连接有转轮，所述转轮上固接有连接杆，所述推杆一端与连接杆铰接，所述推杆的另一端与连接轴转动连接。

一种应用高压信号发生器进行电缆故障测试的方法，包括以下操作步骤：

1）将4个16微法10000v的电容分别与一组接线柱进行连接，电容连接线与电容输出线进行连接，驱动电机运行带动摆杆充放电机构做周期性的摆动，摆杆充放电机构转轮转动一圈，摆杆充放电机构摆动一个来回，通过控制驱动电机转速可以控制摆杆充放电机构摆动周期，即而控制放电周期长短；正极摆杆和负极摆杆同时摆动至一侧的充电区域时，完成对电容的充电，充电时间为26-32s；随着正极摆杆和负极摆杆同时向相反方向的一侧摆动一定角度时，充电触点与充电接板断开连接，充电结束；正极摆杆和负极摆杆同时摆动至另一侧的放电区域时，正极摆杆上的正极放电触点与故障电缆的芯线连接，负极摆杆上的负极放电触点与地线连接，电容对故障电缆进行放电，单次放电能量2000焦耳，放电时间0.3-0.5s；

2）通过电缆故障定点系统确定故障点的位置；电缆故障定点系统包括放置在电缆故障点附近的多台定点仪以及主机平台；每台定点仪设置有多种传感器可以同时采集电缆故障点释放的多种信号，并将检测到的信号传输到定点仪内设有的微处理器，通过微处理器进行信号处理；微处理器还连接有无线传输模块，可以将数据信息通过无线传输的方式传输到主机平台；由主机平台分别显示每台定点仪的信号，主机平台对于多点采集的信号进行显示、分析处理、比较，确定故障点的位置；每台定点仪上设置的传感器包括采集磁场信号的线圈、采集声音信号的振动传感器和采集跨步电压信号的探针；

3）关联数据分析计算出故障点位置，跨步电压确定故障点的方向；在故障点之前，高压放电时，每米长度上的电位差是负的（高压信号发生器施加的是负的高压信号），说明在故障点之前；跨过故障点后，每米长度上的电位差变为正的，离故障点越近，信号越强；磁场信号也是离故障点越近，信号越强；声音的震动信号则由声磁延时来确定，声磁延时时间越短，离故障点越近；每台定点仪的声音接受信号时间要在90-100毫秒以内；这样，定点仪附近30米以内的震动信号都能接收到。故障点在30米以内，就可以探测到。如果有两个以上探头采集到声磁信号，可以计算出故障点的位置:定点仪1的声磁延时为TI, 定点仪2的声磁延时为T2;由于磁场的传播速度为光速，声音的传播速度只有300多米每秒，所以可以近似的认为T1，Ｔ2就是传播时间;在地面上,故障点到探头1的距离为S1,故障点到探头2的距离为S2;假设两个定点仪之间距离为a米，电缆的埋深为h米，声音在当地介质中的传播速度为V，于是S1+S2=a，S12=V2*T12-h2；S22=V2*T22-h2,可以计算出故障点的位置S1= S2=。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下突出的有益效果：

1、根据对不同电压等级的需要，选择与电容接线板配套连接使用的接线模块，当与电容接线板配套连接使用的接线模块为串联接线模块，此时实现的是四个电容串联使用，当与电容接线板配套连接使用的接线模块为并联接线模块，此时实现的是四个电容并联使用，当与电容接线板配套连接使用的接线模块为串并联接线模块，此时实现的是二个电容并联和二个电容串联使用，满足了对不同电压等级电缆，施加不同的高压信号时，变换不同电容值，放电能量接近的需求。在重量不增加的情况下，不同电压情况下，放电能量最大的需要。

2、充电接板设置在充电触点摆动所在的轨迹上，通过改变充电接板的长度可以改变对电容的充电时长。

3、通过电机提供动力，带动转轮转动，转轮在转动的同时推动推杆做前后周期性的往复运动，即而实现摆杆充放电机构的周期性摆动。通过控制电机的转速可以改变摆杆的摆动周期，即而改变放电周期，不需要额外的控制电路和时间继电器等设备对放电周期进行控制，安全性更高，设备运行更加稳定。

4、摆杆充放电机构利用摆杆的周期性摆动进行充放电过程，实现了充放电过程中充电操作与放电操作的完全分离，充电过程与放电过程单独进行，不会存在交叉影响，确保了整个设备运行的稳定性，提高了设备使用年限。

5、由于多个定点仪采集的是同一次电缆故障的的放电信号，所以各个定点仪的信号反映的是不同位置的同一个源的信号，排除干扰信号后，信号的相关性非常好。经过多点信号的对比、分析，计算，能快速确定故障点的位置。大大提高了效率，降低了劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明放电装置俯视结构示意图。

图2为本发明摆杆充放电机构结构示意图。

图3为本发明电容接线转换装置结构示意图。

图4为本发明电容接线转换机构结构示意图。

图5为本发明电容接线板与电容之间连接关系结构示意图。

图中：1-电机；2-转轮；3-推杆；4-连接杆；5-连接轴；6-正极摆杆；7-负极摆杆；8-轴承座；9-正极放电触点；10-负极放电触点；11-正极充电接板；12-负极充电接板；13-负极充电触点；14-正极充电触点；15-上绝缘挡板；16-下绝缘挡板；17-正极电容连接线；18-负极电容连接线；19-底板；20-电容接线板；21-底座；22-正极接线柱；23-负极接线柱；24-正极电容输出线；25-负极电容输出线；26-串联接线模块；27-并联接线模块；28-串并联接线模块；29-串联插线板；30-并联插线板；31-串并联插线板；32-第一轴承座；33-插板单轴；34-第二轴承座；35-插板转换轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2、3、4、5所示，本发明包括高压源、放电装置和电容接线转换装置。

所述电容接线转换装置包括底板19、设置在底板19上方的电容接线板20和电容接线转换机构。所述底板19上表面固接有底座21，所述电容接线板20固接在底座21上。所述电容接线板20上设置有电容输出线和多组接线柱，所述每组接线柱包括正极接线柱22和负极接线柱23，所述正极接线柱22与电容的正极相连，所述负极接线柱23与电容的负极相连，所述电容输出线包括正极电容输出线24和负极电容输出线25，所述正极电容输出线24与首端正极接线柱22连接，所述负极电容输出线25与末端负极接线柱23连接。优化方案中，所述正极接线柱22和负极接线柱23各为四个，通过四个正极接线柱22和四个负极接线柱23连接四个电容。

所述电容接线转换机构包括串联接线模块26、并联接线模块27和串并联接线模块28，所述串联接线模块26包括推杆和固接在推杆上的串联插线板29，所述并联接线模块27包括推杆和固接在推杆上的并联插线板30，所述串并联接线模块28包括推杆和固接在推杆上的串并联插线板31。所述串联接线模块26、并联接线模块27和串并联接线模块28分别与底板19转动连接。优化方案中，所述串并联接线模块28与底板19的转动连接为所述底板19上表面固接有两个第一轴承座32，两个第一轴承座32之间连接有插板单轴33，所述串并联接线模块28推杆一端与插板单轴33转动连接。所述并联接线模块27和串联接线模块26与底板19的转动连接为底板19上表面固接有两个第二轴承座34，两个第二轴承座34之间连接有插板转换轴35，所述并联接线模块27推杆一端和串联接线模块26推杆一端均与插板转换轴35转动连接，且并联接线模块27和串联接线模块26可以沿插板转换轴35所在的方向进行滑动。

所述串联插线板29、并联插线板30和串并联插线板31上均设有与接线柱对应数量的接线槽36，所述接线槽36包括正极接线槽和负极接线槽，所述正极接线槽所在位置与正极接线柱22位置相对应，所述负极接线槽所在位置与负极接线柱23位置相对应。所述串联插线板29上接线槽36之间的连接方式为串联，所述并联插线板30上接线槽36之间的连接方式为并联，所述串并联插线板31上接线槽36之间的连接方式为串联并联结合。根据对不同电压等级的需要，选择与电容接线板20配套连接使用的接线模块，当与电容接线板20配套连接使用的接线模块为串联接线模块26，此时实现的是四个电容串联使用，当与电容接线板20配套连接使用的接线模块为并联接线模块27，此时实现的是四个电容并联使用，当与电容接线板20配套连接使用的接线模块为串并联接线模块28，此时实现的是二个电容并联和二个电容串联使用，满足了对不同电压等级的需求。串并联接线模块28可以直接对其进行旋转与电容接线板20进行连接，当需要选用串联接线模块26或者并联接线模块27与电容接线板20进行连接时，可以将并联接线模块27或串联接线模块26沿插板转换轴35所在的方向进行滑动，使需要的接线模块滑至与电容接线板20所在的位置向对应，将并联接线模块27或串联接线模块26旋转使其余电容接线板20连接即可。

所述放电装置包括摆杆充放电机构和驱动摆杆充放电机构摆动的驱动机构。所述摆杆充放电机构包括正极摆杆6、负极摆杆7、充电接板和绝缘挡板，所述绝缘挡板设置在正极摆杆6和负极摆杆7之间。所述正极摆杆6底端和负极摆杆7底端分别转动安装在一个轴承座8上，所述正极摆杆6和负极摆杆7之间设置有连接轴5，所述连接轴5的两端分别与正极摆杆6和负极摆杆7转动连接。所述绝缘挡板包括上绝缘挡板15和下绝缘挡板16，所述上绝缘挡板15位于连接轴5上方，所述下绝缘挡板16位于连接轴5下方，通过设置绝缘挡板满足正极摆杆6和负极摆杆7之间对于绝缘距离的要求。所述正极摆杆6和负极摆杆7上均设置有放电触点和充电触点，所述放电触点和充电触点之间连接有电容连接线，所述电容连接线与电容输出线连接，所述放电触点与故障电缆连接，所述充电触点与充电接板连接，所述充电接板设置在充电触点摆动所在的轨迹上，通过改变充电接板的长度可以改变对电容的充电时长。优化方案中，所述放电触点分别设置在正极摆杆6和负极摆杆7的顶端，所述充电触点分别设置在正极摆杆6和负极摆杆7的下段。

所述正极摆杆6设有的放电触点和充电触点分别为正极放电触点9和正极充电触点14，所述正极放电触点9和正极充电触点14之间的电容连接线为正极电容连接线17。所述负极摆杆7设有的放电触点和充电触点分别为负极放电触点10和负极充电触点13，所述负极放电触点10和负极充电触点13之间的电容连接线为负极电容连接线18。所述正极电容连接线17与正极电容输出线24连接，所述负极电容连接线18与负极电容输出线25连接。所述正极放电触点9与故障电缆的芯线连接，所述负极放电触点10与地线连接。

所述充电接板包括正极充电接板11和负极充电接板12，所述正极充电接板11与高压源的正极连接，所述负极充电接板12与高压源的负极连接，所述正极充电触点14与正极充电接板11连接，所述负极充电触点13与负极充电接板12连接。

所述驱动机构包括电机1、转轮2和推杆3，所述电机1输出轴上键连接有转轮2，所述转轮2上固接有连接杆4，所述推杆3一端与连接杆4铰接，所述推杆3的另一端与连接轴5转动连接。通过电机1提供动力，带动转轮2转动，转轮2在转动的同时推动推杆3做前后周期性的往复运动，即而实现摆杆充放电机构的周期性摆动。通过控制电机1的转速可以改变摆杆的摆动周期，即而改变放电周期，不需要额外的控制电路和时间继电器等设备对放电周期进行控制，安全性更高，设备运行更加稳定。

一种应用高压信号发生器进行电缆故障测试的方法，包括以下操作步骤：

1）将4个16微法10000v的电容分别与一组接线柱进行连接，电容连接线与电容输出线进行连接，驱动电机运行带动摆杆充放电机构做周期性的摆动，摆杆充放电机构转轮转动一圈，摆杆充放电机构摆动一个来回，通过控制驱动电机转速可以控制摆杆充放电机构摆动周期，即而控制放电周期长短；正极摆杆和负极摆杆同时摆动至一侧的充电区域时，完成对电容的充电，充电时间为26-32s；随着正极摆杆和负极摆杆同时向相反方向的一侧摆动一定角度时，充电触点与充电接板断开连接，充电结束；正极摆杆和负极摆杆同时摆动至另一侧的放电区域时，正极摆杆上的正极放电触点与故障电缆的芯线连接，负极摆杆上的负极放电触点与地线连接，电容对故障电缆进行放电，单次放电能量2000焦耳，放电时间0.3-0.5s；

2）通过电缆故障定点系统确定故障点的位置；电缆故障定点系统包括放置在电缆故障点附近的多台定点仪以及主机平台；每台定点仪设置有多种传感器可以同时采集电缆故障点释放的多种信号，并将检测到的信号传输到定点仪内设有的微处理器，通过微处理器进行信号处理；微处理器还连接有无线传输模块，可以将数据信息通过无线传输的方式传输到主机平台；由主机平台分别显示每台定点仪的信号，主机平台对于多点采集的信号进行显示、分析处理、比较，确定故障点的位置；每台定点仪上设置的传感器包括采集磁场信号的线圈、采集声音信号的振动传感器和采集跨步电压信号的探针；通过采集磁场信号的线圈、声音信号的震动传感器和跨步电压信号的探针对故障电缆的磁场信号、声音信号和跨步电压信号进行多点位同时采集。

3）关联数据分析计算出故障点位置，跨步电压确定故障点的方向；在故障点之前，高压放电时，每米长度上的电位差是负的（高压信号发生器施加的是负的高压信号），说明在故障点之前；跨过故障点后，每米长度上的电位差变为正的，离故障点越近，信号越强；磁场信号也是离故障点越近，信号越强；声音的震动信号则由声磁延时来确定，声磁延时时间越短，离故障点越近；每台定点仪的声音接受信号时间要在90-100毫秒以内；这样，定点仪附近30米以内的震动信号都能接收到。故障点在30米以内，就可以探测到。如果有两个以上探头采集到声磁信号，可以计算出故障点的位置:定点仪1的声磁延时为TI, 定点仪2的声磁延时为T2;由于磁场的传播速度为光速，声音的传播速度只有300多米每秒，所以可以近似的认为T1，Ｔ2就是传播时间;在地面上,故障点到探头1的距离为S1,故障点到探头2的距离为S2;假设两个定点仪之间距离为a米，电缆的埋深为h米，声音在当地介质中的传播速度为V，于是S1+S2=a，S1²=V²*T1²-h²；S2²=V²*T2²-h²,可以计算出故障点的位置S1=S2=。

具体操作实施时，摆杆充放电机构在电机1的驱动作用下，做周期性的摆动，转轮2转动一圈，摆杆充放电机构摆动一个来回。当正极摆杆6和负极摆杆7同时摆动至一侧的充电区域时，即充电触点与设置在充电触点摆动所在轨迹上的充电接板接触，正极充电触点14与正极充电接板11连接，所述负极充电触点13与负极充电接板12连接，完成对电容的充电。随着正极摆杆6和负极摆杆7同时向相反方向的一侧摆动一定角度时，充电触点与充电接板断开连接，充电结束，此时摆杆充放电机构与高压源之间处于完全断开状态。当正极摆杆6和负极摆杆7同时摆动至另一侧的放电区域时，正极摆杆6上的正极放电触点9与故障电缆的芯线连接，负极摆杆7上的负极放电触点10与地线连接，电容对故障电缆进行放电，随着正极摆杆6和负极摆杆7的周期性摆动，放电触点与故障电缆断开连接，放电结束，此时摆杆充放电机构与故障电缆之间处于完全断开状态，即地线也是处于断开状态。由于在进行放电的瞬间，摆杆充放电机构与高压源之间为断开状态，高电压不会反馈到高压源，对高压源造成破坏，确保了控制部分的正常运行。摆杆充放电机构利用摆杆的周期性摆动进行充放电过程，实现了充放电过程中充电操作与放电操作的完全分离，充电过程与放电过程单独进行，不会存在交叉影响，确保了整个设备运行的稳定性，提高了设备使用年限。传统的故障定点方法是：高压设备周期放电，工作人员在电缆的故障点前后反复检测，查找故障点的位置。创新的电缆故障定点的方法是：在电缆故障点附近放置多个定点仪，高压放电设备放电时，多个定点仪分别采集多种信号，并且传输给主机平台。由主机平台分别显示每台定点仪的信号，并且对比、分析，快速确定故障点的位置。由于多个定点仪采集的是同一次电缆故障的放电信号，所以各个定点仪的信号反映的是不同位置的同一个源的信号，排除干扰信号后，信号的相关性非常好。经过多点信号的对比、分析，计算，能快速确定故障点的位置。大大提高了效率，降低了劳动强度。故障点前后50米以内定点时，只要放置3个定点仪，就可以基本满足实现故障点放电一次，就能确定故障点的位置的需要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。