一种电力电缆及其缺陷在线检测装置的制作方法

本发明涉及电缆在线检测的技术领域，具体涉及一种电力电缆及其缺陷在线检测装置。

背景技术：

电力电缆连接着电气设备，实现电能的传输和分配，但随着电缆运行年限增加，绝缘老化、护层腐蚀、外力破坏等原因造成的电缆故障几率也在上升，一旦发生故障，给人们的生活、生产造成重大的影响。电缆故障隐蔽，测寻困难，及时诊断故障原因，寻找故障点，是电缆领域及时人员的重要而艰巨的任务。

电缆检测方法的现有的通常方法是，第一，故障辨别，测电阻判断，测量导体和屏蔽层之间的电阻是高电阻还是低电阻，如果是无屏蔽层的电缆，则测量相间绝缘电阻。如果阻值是无穷，说明是断线故障；如果阻值为零，则说明是似断非断的故障。第二，粗测距离，将相同测量条件下的故障电缆和非故障电缆的低压脉冲波形进行对比，波形明显不同的点就是故障点。第三，精确定点，在粗测距离的基础上定出故障点所在的具体位置，精确定点的常用方法有声测法和音频感应法。声测法是利用直流高压设备，通过储能电容和球隙产生冲击电压使得故障点击穿，放电时会产生机械振动和电磁波，在故障点附近沿电缆埋设路径进行监听，振动最大、声音最响处就是故障点的实际位置。声测法只适用于高阻故障。音频感应法适用于低阻故障，将音频信号发生器接在电缆的两个短路线芯之间，线芯上会通过音频电流而产生电磁波，用探头沿电缆走向检测电磁波的变化，将放大的检测信号送入耳机或仪器，信号最强然后消失处则是故障点的实际位置。不同的电缆故障必须选择合适的测试方法才能进行准确定位，快速而准确地找到故障点，并及时修复故障电缆。

上述方法需要先正确判断是哪类故障，如果判断错误，则后续很难找到能示出故障点的方法和手段，实际操作全靠经验。

另外，上述方法对于埋设在陆地地表或架设在空旷地点的电力电缆是方便可行的，但对于海底电缆或者在煤矿中埋设的电缆电缆，即使知道是什么故障类型，也很难找到电缆故障点的实际位置进而进行故障修复，即使有办法找到故障点，确定实际位置的费用也非常大，甚至确定实际位置点的费用高于更换新电缆的费用。

还有，上述只是故障的事后查找，而电缆故障是一个缓慢退化的过程。电缆护套随运行时间的增加，潮气或水分会沿着电缆护套纵向和径向间隙渗入，致使导体之间的绝缘层在运行电压下会生产水树枝。水树枝生长一定长度即会在水树枝尖端引发永久性电树枝缺陷，最终导致电缆绝缘击穿。

这给电缆检测提出了一个问题：如何在绝缘层刚刚生长水树枝时就能检测并修复，则可避免电缆绝缘击穿的大故障的发生。

如何低成本地、电缆输电故障发生前快速检测电缆的潜在故障并定位故障点成为行业发展的瓶颈。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电力电缆及其缺陷在线检测装置。

本发明的目的是这样实现的，一种电力电缆的缺陷在线检测装置，在电力电缆输送电力的工作状态下，所述在线监测装置可移动地配置在电力电缆中检测电力电缆在输电状态下的任何异常，包括检测车和检测框架，检测框架固定设置在检测车上；所述检测车包括前置检测车和后置检测车，所述前置检测车通过万向节连接所述后置检测车；

所述检测车包括车架，车架包括在同一车架平面内且相互垂直固定的纵轴和横轴；

横轴上固定有定子，定子外旋转设有转子，转子外固定设有主动齿轮；

横轴上可旋转地设有上摆臂和下摆臂，上摆臂固定有第一轴，下摆臂固定有第二轴，第一轴旋转设有上行星齿轮，第二轴旋转设有下行星齿轮，上行星齿轮和下行星齿轮分别与主动齿轮啮合；

下摆臂还固定有第三轴，第三轴上旋转设有下爬行齿轮，所述下行星齿轮同时与主动齿轮和下爬行齿轮啮合；

车架固定设有用于分别限定上摆臂旋转角度和下摆臂旋转角度的旋转限位结构。

进一步地，所述旋转限位结构包括固定在车架上方的上摆臂旋转限位结构和固定在车架下方的下摆臂旋转限位结构；

所述上摆臂旋转限位结构包括上限位架，上限位架设有第一导槽，第一导槽为以横轴作为旋转轴线的弧形槽，第一轴滑动设置在第一导槽内；

所述下摆臂旋转限位结构包括下限位架，下限位架设有第二导槽，第二导槽为以横轴作为旋转轴线的弧形槽，第三轴滑动设置在第二导槽内。

进一步地，所述第一导槽和第二导槽分别包括第一极限位置和第二极限位置，在第一极限位置，所述第一轴位于横轴的正上方，所述第三轴位于横轴的正下方，第一轴、第三轴和横轴位于同一平面，所述平面垂直于所述车架平面；在第二极限位置，所述第一轴由上摆臂带动从第一极限位置顺时针旋转30～35度；所述第三轴由下摆臂带动从第一极限位置逆时针旋转30～35度；上摆臂的旋转和下摆臂的旋转互不干涉。

进一步地，所述上摆臂、所述下摆臂分别和横轴之间设有扭转弹簧，所述扭转弹簧在第一极限位置为初始位置。

进一步地，所述检测架分别包括平行且等长度的顶杆、底杆，所述顶杆和底杆两端分别铰接伸缩杆，所述伸缩杆另一端分别铰接在铰接座上，铰接座固定设有导轮,在自由状态下，伸缩杆与顶杆和底杆等长度构成正六边形。

进一步地，顶杆和底杆分别可伸缩地固定在车架上。

装配有所述缺陷在线检测装置的电力电缆，包括护套层，护套层沿护套轴线设有内导套,内导套和护套层之间中心对称地设有至少三根导体，导体之间设有绝缘层。

进一步地，所述内导套的横截面为正六边形，所述内导套包括相互垂直的纵轴和横轴，所述内导套包括沿横轴方向平行设置的顶边和底边，所述顶边和底边分别设有顶齿条和底齿条,所述内导套还包括沿纵轴方向平行设置的左侧边和右侧边，左侧边和右侧边连接在上半正六边形和下半正六边形之间。

进一步地，所述上行星齿轮与顶齿条啮合，所述下爬行齿轮与底齿条啮合，所述检测架的导轮分别滚动支撑在内导套的左侧边和右侧边上。

进一步地，所述内导套的外周设有螺旋凸棱。

所述电力电缆及其缺陷在线检测装置，为了解决“如何低成本地、电缆输电故障发生前快速检测电缆的潜在故障并定位故障点”的技术难题：

1）内导套的顶齿条和底齿条与检测车的行星齿轮结构的配合

电力电缆中设有内导套，通过内导套中的顶齿条和底齿条之间啮合前进的检测车来在线检测电力电缆的缺陷。电机带动下的行星齿轮结构能将转子驱动的主驱动齿轮的旋转动作变换为上行星齿轮20和下爬行齿轮40向前啮合前进的同步旋转动作。如此结构使得检测车能够在内导套中前进且不会打滑。

2）旋转限位结构、检测架

内导套不可避免有内凹，如何在有内凹的情况下还能容易穿过呢，旋转限位结构使得检测车的上行星齿轮和下爬行齿轮在有一定程度的下压时也能继续完成行星齿轮结构与顶齿条和底齿条的配合，从而能顺利通过内凹区域。

检测架的导轮可伸缩地滚动支撑在内导套的左侧边和右侧边上，一方面起到平衡检查车在行走，另一方面，当内导套的侧面发生内凹时也可以顺利通过。检测架的顶杆和底杆分别可伸缩地固定在车架上，可适应内凹发生在内导套顶边和底边之间时的较大幅度的凹陷时，通过收缩检测架顶杆和底杆之间的间距来获得通过。

申请人并非考虑电缆出现故障断电后怎样检测电缆的故障并确定故障点的问题，而是视图解决在电缆输电工作状态下通过检测车穿梭于电缆内部检测电缆潜在故障的问题，既改进了电缆内导套的结构，同时又设计了内导套可能出现凹陷时也能顺利通过的检测车的结构，通过顶齿条和底齿条与检测车的行星齿轮结构的配合，同时通过旋转限位结构、检测架的变形结构的配合，两方面改进相互协同配合，大大提高了电缆的检测车的适应能力，为电缆输电的潜在故障的检测提供了可能。

附图说明

图1为本发明电力电缆及其缺陷在线检测装置的主剖视图。

图2为本发明电力电缆及其缺陷在线检测装置的左侧剖视图。

图3为本发明电力电缆及其缺陷在线检测装置当内导套的顶边和底边发生内凹时的主剖视图。

图4为本发明电力电缆及其缺陷在线检测装置当内导套的顶边和底边发生内凹时的左侧剖视图。

图5为本发明电力电缆及其缺陷在线检测装置的检测架的最小横截面的剖视图。

图6为本发明电力电缆及其缺陷在线检测装置在电力电缆弯折点时顺利通过的主剖视图。

图7为本发明电力电缆及其缺陷在线检测装置的检测架的伸缩杆收回状态的横截面剖视图。

上述图中的附图标记：

1护套层，2内导套，3导体，4绝缘层，5缺陷在线检测装置，6检测车，7检测框架，8前置检测车，9后置检测车,10车架,11定子,12转子,13主动齿轮，14上摆臂,15下摆臂,16第一轴,17第二轴,18第三轴，20上行星齿轮,21纵轴，22横轴，30下行星齿轮，40下爬行齿轮，50上限位架，51第一导槽，52第一极限位置,53第二极限位置,60下限位架,61第二导槽，70检测架,71顶杆,72底杆,74铰接座，75导轮，90伸缩杆，91套筒，92伸缩活塞杆，93弹簧

2.1顶边，2.2底边，2.3顶齿条，2.4底齿条,2.5左侧边,2.6右侧边

21.1第一纵轴，21.2第二纵轴

70.1前检测架,70.2后检测架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，但不用来限制本发明的范围。

如图所示，一种电力电缆，包括护套层1，护套层1沿护套轴线设有内导套2,内导套2和护套层1之间中心对称地设有至少三根导体3，导体3之间设有绝缘层4。

所述内导套2的横截面包括相互垂直的纵轴y1y2和横轴x1x2，所述内导套2包括沿横轴x1x2方向平行设置的顶边2.1和底边2.2，所述顶边2.1和底边2.2分别设有顶齿条2.3和底齿条2.4,所述顶齿条2.3与底齿条2.4平行且中线正相对。所述内导套2还包括沿纵轴方向平行设置的左侧边2.5和右侧边2.6。

更为优选的是，所述内导套2的横截面为正六边形，左侧边和右侧边连接在上半正六边形和下半正六边形之间。

所述内导套2内设有缺陷在线检测装置5，当电缆敷设好并输电运行时，所述缺陷在线检测装置3配合在顶齿条2.3和底齿条2.4之间，由电缆的一端进入并向前行走直到从电缆的另一端出来。

所述缺陷在线检测装置5包括检测车6和检测框架7。检测框架7设置在检测车6上。更为优选的是，所述检测车6包括前置检测车8和后置检测车9，所述前置检测车8通过万向节连接所述后置检测车9。

以下描述检测车6的详细结构。

所述检测车6包括车架10，车架10包括在同一车架平面ω内且相互垂直固定的纵轴21和横轴22。

或者车架10包括平行设置的第一纵轴21.1和第二纵轴21.2，横轴22垂直并在同一车架平面ω内固定连接在第一纵轴21.1和第二纵轴21.2之间。

横轴作为电机主轴，横轴22上固定有定子11，定子11外旋转设有转子12，转子12外固定套设有主动齿轮13，横轴上可旋转地设有上摆臂14和下摆臂15，上摆臂14固定有第一轴16，下摆臂15固定有第二轴17，第一轴16旋转设有上行星齿轮20，第二轴17旋转设有下行星齿轮30，上行星齿轮20和下行星齿轮30分别与主动齿轮13啮合。

由于上行星齿轮20和下行星齿轮30的转动方向正好相反，所以下摆臂15还固定有第三轴18，第三轴18上旋转设有下爬行齿轮40，所述下爬行齿轮40与下行星齿轮30啮合。这样，上行星齿轮20与内导套2的顶齿条2.1配合，所述下爬行齿轮40与内导套2的底齿条2.2配合，而且上行星齿轮20与下爬行磁力40旋转方向相同，主动齿轮13每转过一齿，上行星齿轮20和下行星齿轮30也转过一齿，而下行星齿轮30转过一齿则驱动下爬行磁力40也转过一齿，因此，上行星齿轮20、下爬行磁力40的转速是相同的。而下行星齿轮30只起到转变方向的作用。

车架10固定设有用于分别限定上摆臂旋转角度和下摆臂旋转角度的旋转限位结构。具体地，车架10上方固定有用以限定上摆臂旋转角度的上摆臂旋转限位结构200；车架10下方固定有用以限定下摆臂旋转角度的下摆臂旋转限位结构300；所述上摆臂旋转限位结构200包括上限位架50，上限位架50设有第一导槽51，第一导槽51为以横轴22作为旋转轴线的弧形槽，第一轴16滑动设置在第一导槽41内；所述下摆臂旋转限位结构300包括下限位架60，下限位架60设有第二导槽61，第二导槽61为以横轴22作为旋转轴线的弧形槽，第二轴17滑动设置在第二导槽61内；所述第一导槽51和第二导槽61分别包括第一极限位置52和第二极限位置53。在第一极限位置52，所述第一轴16位于横轴22的正上方，所述第三轴18位于横轴22的正下方，第一轴16、第三轴18和横轴22位于同一平面π，所述平面π垂直于所述第一纵轴和第二纵轴所在的平面ω；在第二极限位置53，所述第一轴由上摆臂14带动从第一极限位置顺时针旋转30-35度，下摆臂15由下摆臂15带动从第一极限位置逆时针旋转30-35度。上摆臂14的旋转和下摆臂15的旋转互不干涉，独立运行。

所述上摆臂14和横轴22之间设有扭转弹簧（图中未示出），所述扭转弹簧给上摆臂14施加朝第一极限位置41旋转的强迫力。

所述下摆臂15和横轴22之间设有扭转弹簧（图中未示出），所述扭转弹簧给上摆臂9施加朝第一极限位置15旋转的强迫力。

鉴于内导套的顶边和底边也可能受外力内凹，在顶边和/或底边内凹时，如图所示，上齿条或下齿条推压与之配合的上行星齿轮20和下爬行齿轮40，使得上摆臂14和/或下摆臂15及其轴分别在第一导槽51和第二导槽61中旋转一定角度，使得检测车的上下外形尺寸有一定变形，进而能够顺利通过内凹区。

检测车的车架上固定有检测架70，具体地，所述前置检测车的车架10前端固定有前检测架70.1，所述后置检测车的车架10后端固定有后检测架70.2，所述检测架70分别包括平行设置的顶杆71、底杆72，顶杆71和底杆72的两端分别铰接伸缩杆90，所述伸缩杆另一端分别铰接在铰接座74上，铰接座74固定设有导轮75,在自由状态下，伸缩杆90与顶杆71和底杆72等长度构成正六边形。

所述伸缩杆90包括固定在铰接轴上的套筒91和可伸缩地滑动设置在套筒91中的伸缩活塞杆92，所述套筒91内设有弹簧93,93顶设在伸缩活塞杆92的滑动端。

在自由状态，所述检测架为正六边形，但是鉴于内导套可能受外力内凹，则左导轮及左铰接座可向内凹，右导轮及右铰接座可向内凹，使得检测车的左右外形尺寸有一定内凹变形，以顺利通过内导套的横向内凹段。

更为优选的是，所述检测架也可以为其他形状，如圆环形，所述圆环形检测架采用柔性材料制成，在圆环形周围固定检测传感器。

以下描述检测架60上固定的检测传感器如下：

1)温度传感器s1～s3，所述温度传感器s1～s3与导体对应，沿电缆轴线中心对称设置。绝缘层和保护层损伤后，潮气或水分沿电缆纵向和径向间隙渗入，致使绝缘层在运行电压下生成水树枝，相邻导体之间会因绝缘性差而漏电发热，因此，测量导体周边绝缘体的温度是电缆在线检测的一项重要内容。而检测架的形状保证了导体与温度传感器距离最近，也保证了测量温度的准确性。

所述内导套2是由导热高分子材料制成，如dsm公司的pa46tc系列；所述导热高分子材料的导热功能主要由高分子基体和高导热填充物综合作用的结果，由挤出机挤出成型。所述导热高分子材料的正常工作温度在-50℃~+1000℃范围内，导热高分子材料的导热率λ=20~100w/（m•k）；所述内导套2的轮廓直径在20mm-50mm之间；或者，所述内导套2由铝或铝合金材料制成。

优选地，所述温度传感器s1～s3为非接触式温度传感器。比如非接触式光纤温度传感器。

在整个电缆长度上，通过在内导套2中行走检测车时，就能给出一个整长度温度图，对于温度明显高于其他部位的位置点，则能判断出该位置点是电缆损伤正在发生的位置点。

对于电缆某一确定的位置点，由于三根导体对应三个温度传感器，可区分是哪一侧的温度偏高，而反馈到整长度温度图上的温度则是三者的平均温度。

2）磁场传感器m1～m3

所述磁场传感器m1～m3与导体对应地沿电缆轴线中心对称设置。由于是在线检测，电缆的导体中有电流电压负载。这样，在导体周围就会有磁场环分布。而当导体周围的绝缘层损伤后，潮气或水分沿电缆纵向和径向间隙渗入，致使绝缘层在运行电压下生成水树枝，水树枝就会导致导体局部放电现象，因为导体某位置点的局部放电现象，则导体的磁场在该局部位置处会出现磁场的变化。磁场传感器m1～m3能够准确地反映出整个电缆长度上导体的磁场变化情况，对于变化大的局部位置点，则能结合温度、湿度指标判断出是否需要紧急维修。

3）湿度传感器h

为了准确测试绝缘层的湿度，所述内导套2的侧壁上规则排列有多个透过孔，当导体周围的绝缘层损伤后，潮气或水分沿电缆纵向和径向间隙渗入，由于处于电缆中心的内导套中的温度较高，潮气或水分也会蒸发穿过透过孔而弥撒在内导套中，湿度传感器h负责检测内导套的内部空间中的湿度。

4）红外线传感器i

检测架上设有红外传感器i，红外传感器i能够检测内导套2中是否变形，是否存在异物，为检测内导套2中是否存在阻碍检测车前进的障碍物提供可能。

5）gps传感器l

gps传感器l发射位置信息给测试终端机，以随时确定检测车所在位置。

6）微处理器cpu、存储器mem、发送机trans

检测架上还设有微处理器cpu和存储器mem，微处理器cpu从存储器mem中读取检测程序，根据检测程序指令，所述温度传感器s1～s3，磁场传感器m1～m3，湿度传感器h，红外线传感器i、gps传感器l分别检测数据信息，经过计算和处理后的数据发送到存储器mem中。

发送机trans将微处理器cpu处理过的数据发送到测试终端机的数据接收器上，图形显示模块将数据接收器上的数据即时反映在连续的温度图、磁场图和内导套横截面变化图中。

对于检测车稳定性的处理：

对于检测车的电力保障，由于内导套2随时能提供充足电能，则检测车的能量保障没有问题；

而如果检测车中途出现故障，则趴在内导套中使得检测中断而无法拿出，也影响了下一次的检测，于是设计了前检测车连接后检测车的方法，如果一个检测车出现故障，则启动另一检测车的马达启动旋转，则该备用检测车会将故障检测车一起继续前进完成剩余检测。在最坏的情况下，如果另一备用检测车也出现故障，则需要gps定位信息找到该位置点，挖掘掉电缆表面的埋土，将电缆护套和绝缘层和内导套打开一段缝隙，将检测车从中取出。

由于检测车只有马达的定子、转子和及其行星齿轮结构，不会出现太大的故障，因此，上述检测车的设计结构本身也是一种简化的设计，没有复杂的结构传动关系，因此也不易出现故障。

由于检测架也是两套，如果其中一套出现故障，则可以启用另一套检测架继续检测。

对内导套的结构改进

为了增强内导套2的强度，同时还不破坏电缆的可卷绕性，则在内导套2的外周设有螺旋凸棱，该螺旋凸棱可增强内导套2的外壁强度，减小内导套2外壁向内凹陷的可能性。

所述电力电缆及其缺陷在线检测装置，设计了内导套配合检测车的驱动结构，结构简单，能够低成本地、电缆故障发生前快速检测电缆的潜在故障并定位故障点，为电力电缆的运行提供了保障。