电缆局部放电检测仪的制作方法

本实用新型涉及电缆质量检测技术领域，特别是涉及一种电缆局部放电检测仪。

背景技术：

目前，电力电缆由于施工安装或质量问题，留有微小的缺陷，在竣工的加压试验中往往无法检测出，导致电缆带病运行。随着经济的快速发展，对负荷的需求急剧上升，导致很多电缆长期以较高的负载率运行，负载率的升高会导致电缆的温度升高，加速电缆绝缘层的老化，尤其是当电缆接头中存在微小缺陷的情况时，会导致缺陷的扩大化，最终导致电缆接头过热，烧毁，发生故障。故，随着电缆投运时间的增长，电缆存在的微小缺陷在各种应力的作用下也将逐渐变大，严重影响电力系统的稳定运行。因此，急需提供一种电缆局部放电检测仪以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种电缆局部放电检测仪，可使供电企业及时发现电缆内部缺陷，降低电缆事故发生概率，提高供电可靠性，保障供电系统安全稳定地运行。

本实用新型实施例采用以下技术方案：

一种电缆局部放电检测仪，包括壳体，显示模块，信号采集装置以及设置在所述壳体内部的信号预处理模块、A/D采集模块、电源模块、DSP模块、输入输出模块；

所述信号采集装置、所述信号预处理模块、所述A/D采集模块、所述输入输出模块、所述显示模块依次电连接；

所述DSP模块分别与所述信号预处理模块、所述A/D采集模块电连接；

所述电源模块分别与所述信号预处理模块和所述A/D采集模块电连接。

本实用新型实施例中提供的电缆局部放电检测仪，现场使用方便，不需要对电缆作停电处理，直接将信号采集装置接近电缆接头即可检测出电缆有无放电，同时可以通过DSP模块计算出电缆内部放电量的大小，具有效率高、故障检测精度高的特点，可使供电企业及时发现电缆内部缺陷，降低电缆事故发生概率，提高电缆运行安全性、可靠性，提高电力系统的供电可靠性，保证供电系统安全稳定地运行，并能减少停电损失。

进一步的，所述信号采集装置包括设置在所述壳体外部的超声波探头和特高频探头，所述超声波探头和所述特高频探头均通过连接线与所述信号预处理模块电连接。本实用新型实施例中采用超声波探头和特高频探头两种装置进行采样，能够实现互补，提高电缆局部放电检测的精度，而且使用这两种装置的采样方式均为非入侵式检测，能够针对高压电气设备的局部放电缺陷进行检测及定位

进一步的，所述电源模块包括蓄电池单元和电压转换单元；所述蓄电池单元通过所述电压转换单元分别与所述信号预处理模块、所述A/D采集模块连接。通过所述电压转换单元可以将所述蓄电池单元输出的电压转换为各模块的工作电压。

可选的，所述蓄电池单元包括8.4V锂电池，其重量轻、适应性强、使用寿命长。

可选的，所述电压转换单元包括DC-5D5芯片，电阻R14、R15、R16，电容C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40、C41、C42、C43，电感L3、L3，二极管D2；

DC-5D5芯片的引脚1接模拟地，引脚2与二极管D2的正极连接，且引脚1和引脚2之间并接电容C38、C39；

二极管D2的正极与所述蓄电池单元连接，且正极通过电阻R14、R15接模拟地，负极通过电阻R16接模拟地；

电容C37的一端为正电压输出端，另一端与DC-5D5芯片的引脚4连接；电容C43的一端为负电压输出端，另一端与DC-5D5芯片的引脚4连接；

DC-5D5芯片的引脚3通过电感L3与所述正电压输出端连接，引脚4接模拟地，引脚5通过电感L4与所述负电压输出端连接，且引脚3和引脚4之间并接电容C34、C35，引脚4和引脚5之间并接电容C40、C41；

电容C36的一端接所述正电压输出端，另一端接模拟地；电容C42的一端与所述负电压输出端连接，另一端接模拟地；

所述正电压输出端和所述负电压输出端与所述信号预处理模块的供电端口连接。

进一步的，所述电压转换单元还包括LP3878芯片、电阻R11、R12、R13，电容C28、C29、C31、C32，电感L2；

LP3878芯片的引脚4与所述蓄电池单元连接，引脚3接模拟地，引脚5通过电感L2与所述A/D采集模块连接，且引脚1和引脚3之间串接电容C29，引脚3和引脚4之间串接电容C31，引脚4和引脚8之间串接电阻R11，引脚3和引脚6之间串接电阻R13，引脚5和引脚8之间并接电阻R12、电容C28；

电容C32的一端接模拟地，另一端与所述A/D采集模块连接。

可选的，所述显示模块包括设置在所述壳体表面的LCD数字显示屏，所述LCD数字显示屏与所述A/D采集模块电连接。

可选的，所述DSP模块包括STM32芯片和第一外围电路，所述STM32芯片通过所述第一外围电路与所述A/D采集模块、所述信号预处理模块连接。

可选的，所述输入输出模块包括SP3232ECY芯片和第二外围电路，所述SP3232ECY芯片通过所述第二外围电路与所述A/D采集模块、所述显示模块电连接。

可选的，所述输入输出模块还包括设置在所述壳体侧壁上的耳机接口，所述耳机接口与所述SP3232ECY芯片电连接。

通过所述耳机接口可以外接耳机，当采用超声波探头对电缆实施检测时，若检测到电缆局部放电产生的超声波信号，则经过所述DSP模块的处理可以将其转换为人耳可听的杂音信号，因此，若操作者在所述耳机接口外接的耳机中听到有异响、噪音时，则可以判定电缆发生局部放电，通过这种方式进一步提高了电缆局部放电检测的效率。

附图说明

图1是本实用新型的电缆局部放电检测仪在第一个实施例中的结构示意图；

图2是本实用新型的电缆局部放电检测仪在第一个实施例中的电路结构示意图；

图3是本实用新型的电缆局部放电检测仪在第二个实施例中的电路结构示意图；

图4是本实用新型实施例中电压转换单元的电路结构示意图；

图5是本实用新型实施例中电压转换单元的另一电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合较佳实施例及附图对本实用新型的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。应当理解的是，尽管在下文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

图1是本实用新型的电缆局部放电检测仪在第一个实施例中的结构示意图，图2是电缆局部放电检测仪在第一个实施例中的电路结构示意图。如图1、图2所示，本实施例中的电缆局部放电检测仪包括壳体100，显示模块2，信号采集装置3以及设置在壳体100内部的信号预处理模块4、A/D采集模块5、电源模块6、DSP模块7、输入输出模块8。

在本实施例中，壳体100为长方体，其尺寸为220*100*40毫米。当然壳体100也可以为其他形状，其尺寸依据实际情况确定。

在本实施例中，信号采集装置3、信号预处理模块4、A/D采集模块5、输入输出模块8、显示模块2依次电连接。DSP模块7分别与信号预处理模块4、A/D采集模块5电连接。电源模块6分别与信号预处理模块4和A/D采集模块5电连接。信号采集装置3可以对电缆局部进行探测，采集其放电信息，并将采集到的信号输入信号预处理模块4进行处理。信号预处理模块4可以对输入信号进行滤波、放大等预处理。本实施例中的信号预处理模块4包含控制单元，该控制单元接收DSP模块7输出的控制信号，对信号预处理模块4中的滤波、放大等预处理过程进行控制，例如调节增益、滤波系数等。

A/D采集模块5具有三种功能，其中一种是模数转换功能，即将模拟信号转换为数字信号；一种是数模转换功能，即将数字信号转换为模拟信号；还有一种是数据输出功能，即不对输入信号进行转换而直接输出。在本实施例中，A/D采集模块5可以将信号预处理模块4输出的模拟信号转换为数字信号，并送入DSP模块7进行处理。DSP模块7对数字信号进行处理之后，将处理结果送入A/D采集模块5，通过A/D采集模块5的数据输出功能，将数字信号输出至输入输出模块8，输入输出模块8再将数字信号输出至显示模块2进行显示，这样操作者就可以通过显示模块2获知电缆的局部放电状况。

本实施例提供的电缆局部放电检测仪，现场使用方便，不需要对电缆作停电处理，直接将信号采集装置接近电缆接头即可检测出电缆有无放电，同时可以通过DSP模块7计算出电缆内部放电量的大小，具有效率高、故障检测精度高的特点，可使供电企业及时发现电缆内部缺陷，降低电缆事故发生概率，提高电缆运行安全性、可靠性，提高电力系统的供电可靠性，保证供电系统安全稳定地运行，并能减少停电损失。

图3为电缆局部放电检测仪在第二个实施例中的电路结构示意图，参照图3所示，且一并参照图1、图2，信号采集装置3包括设置在壳体100外部的超声波探头31和特高频探头32，超声波探头31和特高频探头32均通过连接线与信号预处理模块4电连接。

具体的，当电缆局部放电时，将伴随有爆裂状的声发射，产生超声波，且很快向四周介质传播，因此，本实施例中通过超声波探头31可以检测电缆局部放电所产生的超声波信号，并将其转换为超声波电信号输入至信号预处理模块4。信号预处理模块4对该超声波电信号进行预处理，并将处理后的超声波电信号输出至A/D采集模块5，A/D采集模块5将超声波电信号转换为数字信号送入DSP模块7进行数字处理，DSP模块7对该数字信号进行分析，并将分析结果依次通过A/D采集模块5、输入输出模块8送入显示模块2进行显示，操作者通过观察显示模块2呈现的分析结果可以作出判断，例如判断电缆是否存在局部放电，以及局部放电的水平。

较佳地，本实施例中的超声波探头31其检测频带为20KHz～200KHz。

本实施例中还采用特高频探头32对电缆局部放电进行检测。由于电缆绝缘强度和击穿场强都很高，当电缆局部放电时，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间非常短，将激发频率高达数GHz的电磁波，应用特高频探头32检测电缆局部放电激发的电磁波信号，参照上述对于超声波电信号的处理过程，通过信号预处理模块4、A/D采集模块5、DSP模块7对电磁波信号进行分析处理后，可确定电缆局部放电类型及大体位置，而显示模块2可以显示分析结果。

较佳地，本实施例中的特高频探头32其检测频带为300MHz～1500MHz。

本实施例中采用超声波探头31和特高频探头32两种装置进行采样，能够实现互补，提高电缆局部放电检测的精度，而且使用这两种装置的采样方式均为非入侵式检测，能够针对高压电气设备的局部放电缺陷进行检测及定位。

进一步的，参照图3所示，电源模块6包括蓄电池单元61和电压转换单元62。电压转换单元62可以将蓄电池单元61的输出电压转换为各模块的工作电压，蓄电池单元61通过电压转换单元62分别与信号预处理模块4、A/D采集模块5连接，实现为整个电缆局部放电检测仪供电。可选的，蓄电池单元61包括8.4V锂电池，标准电压为8.4V的锂电池应用较为广泛，其重量轻、适应性强、使用寿命长。

在一种可选的实施方式中，参照图4所示，电压转换单元62包括DC-5D5芯片U11，电阻R14、R15、R16，电容C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40、C41、C42、C43，电感L3、L3，二极管D2。DC-5D5芯片U11具有5个引脚，其中引脚1和引脚4均为接地引脚，而引脚2为电压源接入引脚，引脚3为正电压输出引脚，引脚5为负电压输出引脚。在本实施例中，DC-5D5芯片U11的引脚1接模拟地(AGND)，引脚2与二极管D2的正极连接，且引脚1和引脚2之间并接电容C38、C39。二极管D2的正极为电压源输入端口(VIN)，即与蓄电池单元61连接，且二极管D2的正极通过电阻R14、R15接模拟地，负极通过电阻R16接模拟地。

电容C37的一端为正电压输出端，另一端与DC-5D5芯片U11的引脚4连接；电容C43的一端为负电压输出端，另一端与DC-5D5芯片的引脚4连接。DC-5D5芯片U11的引脚3通过电感L3与正电压输出端连接，引脚4接模拟地，引脚5通过电感L4与负电压输出端连接，且引脚3和引脚4之间并接电容C34、C35，引脚4和引脚5之间并接电容C40、C41。电容C36的一端接正电压输出端，另一端接模拟地；电容C42的一端与负电压输出端连接，另一端接模拟地；正电压输出端和负电压输出端与信号预处理模块4的供电端口连接。

较佳地，电容C34、C36、C38、C40、C42均为电解电容，在使用时应注意极性，具体可参照图4所示。

在本实施例中，蓄电池单元61的输出电压接入二极管D2的正极，经图4所示电路处理后，可以得到+5V电压和-5V电压，从而为信号预处理模块4供电。

进一步的，参照图5所示，电压转换单元62还包括LP3878芯片U9、电阻R11、R12、R13，电容C28、C29、C31、C32，电感L2。

LP3878芯片U9是一种线性稳压芯片，其具有8个引脚，其中引脚1为BYPASS引脚，引脚3为接地引脚，在BYPASS和接地引脚之间接小值电容可以降低输出噪声电压电平。引脚2和引脚7均为测试引脚，用于封装测试，正常使用时不用连接，作悬空处理。引脚4为电压源输入引脚，引脚5为稳压输出引脚。引脚6为遥感引脚。其直接连接到输出或在负载点远程控制，以实现最佳调节。引脚8在上电阈值电压以上使能，若接地则禁用。

在本实施例中，LP3878芯片U9的引脚4与蓄电池单元61连接，引脚3接模拟地，引脚5通过电感L2与A/D采集模块5连接，且引脚1和引脚3之间串接电容C29，引脚3和引脚4之间串接电容C31，引脚4和引脚8之间串接电阻R11，引脚3和引脚6之间串接电阻R13，引脚5和引脚8之间并接电阻R12、电容C28。电容C32的一端接模拟地，另一端与A/D采集模块5连接。

较佳地，电容C28、C29、C31、C32均为电解电容，在使用时应注意极性，具体可参照图5所示。

在本实施例中，参照图5所示的电路，在LP3878芯片U9的引脚4接入5V电压，通过整个电路的作用可以获得3.3V的稳压，并将其输出给A/D采集模块5，使A/D采集模块5正常工作。

在一种可选的实施方式中，参照图1所示，显示模块2包括设置在壳体100表面的LCD数字显示屏20，LCD数字显示屏20与A/D采集模块5电连接。DSP模块7将处理后的数字信号传输给A/D采集模块5，A/D采集模块5再将数字信号传输给LCD数字显示屏20，使得LCD数字显示屏上能呈现DSP模块7的分析结果，从而获得电缆局部放电状况。

在一种可选的实施方式中，参照图3所示，DSP模块7包括STM32芯片71和第一外围电路72，STM32芯片71是一种高性能、低成本、低功耗的单片机芯片，本实施例中，STM32芯片71通过第一外围电路72与A/D采集模块5、信号预处理模块4连接，实现控制信号和数据处理结果的传输。

在一种可选的实施方式中，参照图3所示，输入输出模块8包括SP3232ECY芯片81和第二外围电路82。SP3232ECY芯片81是一种高性能的接口总线芯片，本实施例中SP3232ECY芯片81通过第二外围电路82与A/D采集模块和显示模块2连接，以传输数字信号。

进一步的，参照图1所示，输入输出模块8还可包括设置在壳体侧壁上的耳机接口83，耳机接口83与SP3232ECY芯片81电连接。通过该耳机接口83可以外接耳机，当采用超声波探头31对电缆实施检测时，若检测到局部放电产生的超声波信号，则经过DSP模块7的处理可以将其转换为人耳可听的杂音信号，因此，若操作者在耳机接口83外接的耳机中听到有异响、噪音时，则可以判定电缆发生局部放电。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。