本實(shí)用新型涉及一種運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測及故障點(diǎn)定位的電路。

背景技術(shù)：

地下電力電纜安全可靠且可以極大地改善城市供電線路環(huán)境，在城市配電網(wǎng)絡(luò)供電方式中，已逐漸取代了架空線路的供電方式。目前，地下電纜的使用量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了架空線路的使用量。隨著電網(wǎng)中電力電纜數(shù)量的急劇增加,電纜的故障也相應(yīng)增多。

電纜一般都敷設(shè)在地下通道中，在日常運(yùn)行管理過程中，除了電纜本身故障外，人為偷盜或破壞電纜外層的現(xiàn)象也十分嚴(yán)重。特別是中壓10kV電力電纜屏蔽層被剝現(xiàn)象時有發(fā)生，這種人為破壞的故障在很大程度上已經(jīng)給電力電網(wǎng)造成了極大人員經(jīng)濟(jì)損失。

針對這種情況，目前國內(nèi)相繼出現(xiàn)了各種類型的低壓照明電纜報(bào)警系統(tǒng)、架空線纜防盜報(bào)警系統(tǒng)、停電電力電纜防盜報(bào)警系統(tǒng)，但針對中壓10kV運(yùn)行電力電纜的防盜報(bào)警及故障定位產(chǎn)品少之又少。普遍的電力電纜防盜裝置只實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行電纜接地狀態(tài)的檢測，但難以對運(yùn)行電纜接地系統(tǒng)遭到破環(huán)時的具體位置進(jìn)行定位。利用電力電纜屏蔽和地之間形成的高頻信號傳輸通道進(jìn)行電力電纜防盜，當(dāng)電力電纜鋼鎧層和地之間形成的高頻信號傳輸通道遭到破壞時，表示被監(jiān)測電纜有異常同時報(bào)警。

但是，因?yàn)榻o電力電纜屏蔽層當(dāng)中接入了其他介質(zhì)，給電力電纜的運(yùn)行帶來不可靠因素。同時，現(xiàn)場安裝時必須停運(yùn)被監(jiān)測電力電纜，改變原有電力電纜的安裝結(jié)構(gòu)，費(fèi)時費(fèi)力不方便安裝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提出一種運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測及故障點(diǎn)定位的電路，能夠快速、有效地檢測運(yùn)行電纜接地狀態(tài)及故障位置。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種運(yùn)行電纜接地狀態(tài)檢測及故障點(diǎn)定位的電路，用于測量電力電纜鋼鎧層的接地線上M端到N端之間的接地狀態(tài)，該電路包括可變頻的高頻信號源、LC諧振電路單元、繼電器、電壓信號采集單元和電纜故障測距主機(jī)；所述N端接地，在狀態(tài)檢測模式時所述高頻信號源與LC諧振電路單元并聯(lián)，并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端接至所述M端，另一端接地，用于實(shí)現(xiàn)與高頻信號源頻率的諧振；電壓信號采集單元用于采集LC諧振電路單元兩端電壓；所述并聯(lián)結(jié)構(gòu)中LC諧振電路單元所在的支路上設(shè)置有繼電器，在檢測故障位置模式時繼電器使該支路切換到與電纜故障測距主機(jī)連接。

基于以上方案，本實(shí)用新型還進(jìn)一步作了如下優(yōu)化：

電纜故障測距主機(jī)的電路設(shè)置實(shí)現(xiàn)在故障距離定位后控制繼電器恢復(fù)連接LC諧振電路單元。

電纜故障測距主機(jī)包括輸入電路、脈沖發(fā)送器、高速A/D存儲器、采樣控制電路、處理器以及通信接口；所述脈沖發(fā)送器與輸入電路、繼電器均有連接，用于向電力電纜鋼鎧層的接地線注入脈沖信號。

LC諧振電路單元中，L的阻抗小于1歐姆，高頻信號源的掃頻范圍在1KHz～20KHz之間。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

電路結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)成本低，能夠簡單、有效地檢測運(yùn)行電纜鋼鎧層接地狀態(tài)。

實(shí)時監(jiān)測，不影響電纜的正常運(yùn)行。

快速精確的測試出電纜斷開位置。

可適用于6kV、10kV、35kV等多種雙端接地的系統(tǒng)，通用性強(qiáng)、適應(yīng)面寬。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的測量原理示意圖。其中，1-電力電纜，2-高頻信號源(可變頻調(diào)節(jié))，3-繼電器。

圖2為本實(shí)用新型電纜故障測距主機(jī)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型測量原理如圖1所示，測量電力電纜鋼鎧層的接地線上M端到N端之間的接地狀態(tài)，是利用電力電纜鋼鎧層與大地之間形成的高頻信號傳輸回路，通過變頻諧振原理判斷運(yùn)行電纜接地狀態(tài)，通過電纜故障測距主機(jī)完成故障定位的計(jì)算。

圖1中Vf為變頻信號源、R0為信號源內(nèi)阻、L為阻抗小于1歐姆電感、C為并接的高壓電容、Cx為電力電纜鋼鎧層與大地之間的分布電容(分布電容與其長度基本呈線性關(guān)系)、Vx為電壓信號采集單元測量的LC諧振電路單元的兩端電壓(電壓幅值)。變頻信號源Vf與LC諧振電路單元通過繼電器并聯(lián)，整體串接于待測電力電纜鋼鎧層的接地線中。

工作模式一：工作在檢測運(yùn)行電纜接地狀態(tài)模式下時，繼電器工作在A位置，電壓信號采集單元用于采集LC諧振電路單元兩端電壓并送至數(shù)據(jù)處理單元；

工作模式二：工作在檢測故障位置模式下時，繼電器通過電纜故障測距主機(jī)控制接入到G位置，此時通過電纜故障測距主機(jī)完成故障位置的測試。

電容C、分布電容Cx的并聯(lián)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)與高頻信號源頻率的諧振?？珊雎愿哳l信號源中R0對LC諧振電路的影響，LC的阻抗要小于1歐姆，因此得出電感L在工頻50Hz環(huán)境下的最大值，同時高頻信號源的掃頻范圍在1KHz～20KHz之間。

公式(2):X_L＝2πf*L

當(dāng)電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)發(fā)生改變時(如某處開路)，實(shí)時監(jiān)測到的Vx值與正常接地狀態(tài)下的Vx一定有很大變化。依據(jù)Cx引起諧振點(diǎn)的不同即可有效判斷電力電纜是否有切斷故障，具體可由高速處理器采集到的數(shù)字信號，經(jīng)過建立的等效網(wǎng)絡(luò)模型算法處理和數(shù)據(jù)特征值比較，可得到電力電纜鋼鎧層的切斷故障。

采用變頻諧振方式進(jìn)行電力電纜實(shí)時監(jiān)測及故障定位的方法，包括以下步驟：

(1)獲取完整電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)

對于鋼鎧層完好的電力電纜，首先確保在電纜在停運(yùn)狀態(tài)下，懸空電纜終端的鋼鎧層接地線，然后變頻信號源通過掃頻，依據(jù)公式1，尋找到諧振頻率f，此時電壓信號采集單元測量LC諧振電路單元的電壓幅值并記錄，同時記錄保持該頻率f不變。

(2)實(shí)時監(jiān)測電力電纜狀態(tài)

針對待測運(yùn)行電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)，變頻信號源注入完好狀態(tài)下記錄的頻率f，電壓信號采集單元測量LC諧振電路單元的電壓幅值，若該電壓小于步驟(1)記錄的電壓幅值，則判定該電力電纜鋼鎧層接地狀態(tài)有破損，發(fā)出告警。同時，電纜故障測距主機(jī)控制繼電器立即切換工作在G位置，準(zhǔn)備精確定位。

(3)電纜故障精確位置的定位

電纜故障測距主機(jī)通過低壓脈沖法快速精確的定位到故障距離，在0.1秒內(nèi)即可完成故障距離的測試，并且誤差不超過1米；檢測完成后，電纜故障測距主機(jī)將繼電器恢復(fù)到A位置，確保電力電纜鋼鎧層檢測處接地狀態(tài)的完整性。