就地化保护预制电缆校验装置及方法与流程

本发明属于智能电网技术领域，尤其涉及一种就地化保护预制电缆校验装置及方法，具体涉及在智能电网中应用的就地化保护预制电缆校验的实现装置及方法。

背景技术：

就地化继电保护装置是国家电网公司第三代智能变电站继电保护的新形态，也是未来继电保护装置发展的新方向。预制光电缆是就地化保护的重要配套环节，预制光电缆的检验工作也将成为“就地化继电保护装置”现场检验工作的重要内容之一，也是提升继电保护现场运维效率的关键因素之一。

就地化保护预制电缆采用双端预制敷设，双端采用标准型高防护等级航空连接器，即插即用。在现场电缆敷设完成后，电缆两端接口形式已经固定，目前无此接口的专用测试工具。

为了实现对就地化继电保护装置的预制电缆的检测，首先需要自动化逐一选取电缆两根芯作为一个回路，针对回路施加激励信号，目前市面上找不到该类型的测试激励工具。另外，目前智能电网领域中就地化保护电缆接口类型未统一，主要有三种航空接头。因此，用于测试的接口也应具备这三类接口，这样才能适应现场的不同需求；解决以上两个问题，都具有较强的现实意义。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种就地化保护预制电缆校验装置及方法，其目的是为了提供一种体积小、重量轻、便于携带、方便现场测试工作，并且测试精度高的一种校验装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

就地化保护预制电缆校验装置，包括源端装置、终端装置和无线通讯三部分，在待测电缆组的两端分别与源端装置和终端装置相连接，源端装置和终端装置之间采用无线方式通信连接。

所述待测电缆任意一端均能够与接源端装置或者终端装置相连接。

所述源端装置和终端装置分别选取与被测电缆同样的两根线芯作为一个回路，源端装置对该回路其中一根线芯施加激励信号，激励信号通过终端装置内部短接至另外一根线芯，激励信号通过该线芯返回至源端装置实现测量，获知电缆插头和航空插座之间接触电阻情况、是否开路情况、内部线芯之间是否短路或绝缘。

所述源端装置作为通信主机，终端装置作为从机，主机发送指令，从机接收指令并做相应操作。

所述源端装置采用高清液晶触摸屏。

所述无线方式为lora无线通信。

所述源端装置包括cpu、无线通信模块、电池、高精度的直流恒流源、双刀多掷切换开关、adc采集及航空插头几个部分构成，所述cpu作为源端装置的核心连接无线通信模块、电池、高精度的直流恒流源、双刀多掷切换开关、adc采集；所述双刀多掷切换开关连接所述航空插头。

所述终端装置包括cpu、无线通信模块、电池、精密固定功率电阻、双刀多掷切换开关及航空插头几个部分；所述cpu作为终端装置的核心连接无线通信模块、电池、精密固定功率电阻、双刀多掷切换开关；所述双刀多掷切换开关连接航空插头。

就地化保护预制电缆校验方法，包括：

测试开始后，源端装置切换双刀多掷切换开关sw1至电缆的线芯r1和线芯r2，通过无线信号设置终端装置同样切换双刀多掷切换开关sw1至电缆的线芯r1和线芯r2芯，恒流源通过双刀多掷切换开关sw1、线芯r1、线芯r2、双刀多掷切换开关sw2，电阻rt构成一个回路；源端装置启动恒流源模块输出0.5a电流i，待输出稳定后通过adc检测恒流源两端电压u1；上述回路中，由欧姆定律知：

u1/i=r1+r2+rt，其中：u1、i、rt值已知；

源端和终端同时切换开关到r1、r3得到方程：

u2/i=r1+r3+rt

源端和终端同时切换开关到r1、r4得到方程：

u3/i=r1+r4+rt

源端和终端同时切换开关到r2、r3得到方程：

u4/i=r2+r3+rt

源端和终端同时切换开关到r2、r4得到方程：

u5/i=r2+r4+rt

源端和终端同时切换开关到r2、r4得到方程：

u6/i=r3+r4+rt

联立以上方程，计算出线芯r1、线芯r2、线芯r3、线芯r4的阻值，即获得被测电缆中四根线芯的阻值，包含和航空接头的接触电阻；

根据实际电缆长度，如果计算得到的阻值小于1欧姆，则认为该线芯是导通状态；如果计算得到的阻值大于1欧姆，则判断接触电阻过大，航空接头出现接触不良的情况；如果检测到恒流源两端电压接近于最大输出电压24v，则判断该回路电缆芯出现开路状况。

所述电阻rt为10欧姆，如果adc采集检测电流源两端电压小于5v，则回路有短路出现，判断出目前两芯间为短路状态；此时，该回路计算公式舍弃，采用其他多组公式来计算电缆芯的电阻值，并给出芯间短路检测结果。

本发明具有以下优点及有益技术效果：

(1)本发明在装置中引入了采用高灵敏度继电器触发的切换开关，不仅精度非常高，而且测试效率也非常高。一次切换时间保证在0.5秒以内。20芯的电缆测试时间近需要95秒的时间。

(2)本发明在源端装置中引入的触发激励采用稳定、精确的线性恒流源，不仅保证了测试精度，而且保持了测试连续性。

(3)本发明在装置中引入了lora无线通信方案，具备通信传输距离传输远，抗干扰能力强，功耗低、穿越障碍物能力强，保密性强、实时性高的优点。非常适用于变电站等强电磁干扰，障碍物多等场合，也适用于用电池供电的装置使用。

(4)本发明在装置中引入了目前变电站现场主流的3种就地化电缆组航空接头，适应了各种现场应用情况。

(5)本发明的校验装置还具有体积小、重量轻，便于携带的优点，方便现场测试工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为本发明实施例提供的现场测试连接图；

图2为本发明实施测试方案原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本发明是一种就地化保护预制电缆校验装置，如图1所示，图1是本发明就地化保护预制电缆校验测试的接线图。本发明包括源端装置、终端装置和无线通讯三部分。其中，待测电缆组的两端分别与源端装置和终端装置相连，源端装置和终端装置之间采用无线方式通信连接。

所述待测电缆任意一端均可接源端装置或者终端装置。

所述源端装置和终端装置分别选取被测电缆同样的两根线芯作为一个回路，源端装置对该回路其中一根线芯施加激励信号，激励信号通过终端装置内部短接至另外一根线芯，激励信号通过该线芯返回至源端装置实现测量，获知电缆插头和航空插座之间接触电阻情况、是否开路情况、内部线芯之间是否短路或绝缘情况。

所述源端装置作为通信主机，终端装置作为从机，主机发送指令，从机接收指令并做相应操作。

实施例2

如图2所示，图2是本发明就地化保护预制电缆校验测试方案原理图，源端装置采用电池供电设计，适用于变电站现场便携式应用，也不依赖于测试电缆附近是否有电源。电池采用锂电池方案，具备充电时间短，电量续航时间久，使用寿命长的优点。

源端装置采用高清液晶触摸屏，适用目前大多数人们的使用操作习惯；另外具备友好人机交互界面，界面简洁易操作，测试结果清晰明了。测试过程中无需人为干涉，由装置自动完成预制电缆的各项性能指标测试。

所述源端装置包括cpu、无线通信模块、电池、高精度的直流恒流源、双刀多掷切换开关sw1、adc采集（模数转换）、航空插头几个部分构成。所述cpu作为源端装置的核心连接无线通信模块、电池、高精度的直流恒流源、双刀多掷切换开关sw1、adc采集；所述双刀多掷切换开关sw1连接所述航空插头。

所述终端装置包括cpu、无线通信模块、电池、精密固定功率电阻、双刀多掷切换开关sw2、航空插头几个部分。所述cpu作为终端装置的核心连接无线通信模块、电池、精密固定功率电阻、双刀多掷切换开关sw2；所述双刀多掷切换开关sw2连接航空插头。

通过无线通讯完成源端装置与终端装置间的交互。为简化说明，待测电缆只示意了四根线芯r1、线芯r2、线芯r3线芯和线芯r4。

所述源端装置与终端装置之间通信采用lora无线通信方案。lora通信传输距离传输远，抗干扰能力强，功耗低、穿越障碍物能力强，保密性强、实时性高。非常适用于变电站等强电磁干扰，障碍物多等场合，也适用于用电池供电的装置使用。

源端装置作为通信主机，终端装置作为从机，主机发送指令，从机接收指令并做相应操作。如若就地化保护电缆的两端距离较远，测试时不需来回往返来设置两端对应线芯，不仅提高了测试效率，而且也避免了测试中的人为失误。

本发明装置可对预制电缆插头和航空插座之间是否开路进行校验和对接触电阻进行校验。还可对预制电缆内部线芯之间的是否短路进行校验和线芯之间的绝缘电阻进行校验。

源端装置cpu触发激励采用稳定、精确的线性恒流源，保证测试精度。

所述切换开关采用高灵敏度继电器触发，在保证时效性的前提下，精准度也非常高。

所述adc采集采用高精度芯片测量恒流源的输出电流，保证测试精度。

上述测试方案中，源端装置中恒流源模块输出电流为0.5a，精度为0.1%，最大输出电压为24v。终端装置固定电阻选取阻值10欧姆，功率5w，精度0.1%，温度系数50ppm。每次测试的值都会自动存储到装置中，并且会记录被测电缆所属对象和测试时间，这样便于用户回调测试结果。

本发明一种就地化保护预制电缆校验方法，包括以下操作步骤：

测试开始后，源端装置切换双刀多掷切换开关sw1至电缆的线芯r1和线芯r2，并通过无线信号设置终端装置同样切换双刀多掷切换开关sw1至电缆的线芯r1和线芯r2芯，此时，恒流源通过双刀多掷切换开关sw1、线芯r1、线芯r2、双刀多掷切换开关sw2、电阻rt构成一个回路。然后源端装置启动恒流源模块输出0.5a电流i，待输出稳定后通过adc检测恒流源两端电压u1。上述回路中，由欧姆定律知：

u1/i=r1+r2+rt，其中：u1、i、rt值已知；

源端和终端同时切换开关到线芯r1、线芯r3，得到方程：

u2/i=r1+r3+rt

源端和终端同时切换开关到线芯r1、线芯r4，得到方程：

u3/i=r1+r4+rt

源端和终端同时切换开关到线芯r2、线芯r3，得到方程：

u4/i=r2+r3+rt

源端和终端同时切换开关到线芯r2、线芯r4，得到方程：

u5/i=r2+r4+rt

源端和终端同时切换开关到线芯r2、线芯r4，得到方程：

u6/i=r3+r4+rt

联立以上方程，可计算出线芯r1、线芯r2、线芯r3、线芯r4的阻值，即获得被测电缆中四根线芯的阻值，包含和航空接头的接触电阻。

如果计算得到的阻值很小，例如小于1欧姆，可认为该芯是导通，当然该判据需要根据实际电缆长度来定；如果计算得到的阻值比较大，例如达到几个欧姆，则判断接触电阻过大，航空接头出现接触不良的情况。；如果检测到恒流源两端电压接近于最大输出电压24v，则可判断该回路电缆芯出现开路状况。

这里设置固定电阻rt为10欧姆，如果adc某次检测电流源两端电压小于5v，说明目前回路有短路出现，可判断出目前两芯间为短路状态。此时，该回路计算公式舍弃，采用其他多组公式来计算电缆芯的电阻值，并给出芯间短路检测结果。

以上方程个数明显多于未知数的个数，舍弃掉出现异常的方程，可求解出正常电缆芯的阻值。通过以上测量方案，可测试出各电缆芯的导通电阻，航空接头是否接触良好，以及电缆芯是否存在开路、电缆芯间的短路等异常状况，方便实用。

以电缆芯数n=4为例，需要切换组建回路的个数为：n*（n-1）/2=6。一个回路的切换测量时间约为0.5秒，那么总测试时间为6*0.5=3秒。以此类推，20芯的电缆测试时间为（20*19/2）*0.5=95秒。

传统的人工测试方式不仅耗时，而且还容易混淆出错。本发明测试方案中测试人员不需要手动去切换选择电缆中电芯，由测试装置自动切换测试，并计算测量结果，快速准确。测试人员要做的工作仅仅是把被测电缆接入测试装置的航空插头，再在装置人机交互界面中选择目前测试哪一类航空插头。等待测试完成后，在人机界面中查看测试结果，并通过装置导出测试报告，方便快捷。

本发明可为智能变电站的就地化保护预制电缆提供测试校验装置，该装置针对不同电压等级、不同类型的保护装置的预制电缆统一接口设计，本测试装置能完成不同电压等级、不同类型的保护装置的预制电缆的校验工作。

本发明装置适应现场电缆敷设完成后，电缆两端接口形式已经固定，两端不接装置时电缆内部不形成回路的情形。航空连接器内部为精密组件，需要专用接口与之对接测试。测试过程中无需人为干涉，由装置自动完成预制电缆的各项性能指标测试。

本发明结构清晰，简单明了，研发进度快，硬件成本低；其中的恒流源、双刀多掷切换开关、adc芯片都具备高精度性能，本发明具备优良的测试性能。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围，包括权利要求，被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。