一体化电缆对线及检测装置

技术领域

本发明属于电缆对线装置技术领域，具体涉及一体化电缆对线及检测装置。

背景技术

随着电力系统的发展，在新建变电站的投运或旧变电站的升级改造过程中，涉及到大量的电缆敷设工作，目的是建立一次设备与二次设备、二次设备之间的信号采集与连接。在进行此项工作时，需要明确每根电缆两端所接的设备及实现的功能，通过系上带有标注的布条等方式以区分不同功能的电缆线，从而将电缆向各个设备敷设。每根电缆线中都含有数根电缆芯，通过电缆芯与设备接口的依次连接可进一步建立设备间的通信，电缆首末端均套有设计好编号的套管，以便电缆芯与设备接口的准确连接及设备投入运行后的维护与检修等。

电缆两侧连接时，必须保证对线准确无误，而现有的电缆线序测量方法既耗时又费力。例如，对数百米长电缆线内的数十根同色电缆芯进行线序测量时，需四名工作人员分别在电缆线的两端对电缆芯进行一一检测，再通过对讲机将对应测得的线序告知对方并做好记录，当站内设备众多时，电缆线序测量的工作量巨大，实施过程极为耗时。同时，为了保证投入运行的电缆均是完好的，需要检验电缆芯是否存在绝缘下降的情况。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种一体化电缆对线及检测装置，实现电缆的快速准确寻线、对线、测量对地电阻，解决检修人员在现场敷设电缆线、故障消缺、利用冗余电缆等场景下对线耗时严重的问题，从而提高工作效率和检测准确性。

本发明的目的是这样实现的：一体化电缆对线及检测装置，包括主机和从机，所述主机内设置有对地电阻测量模块，所述对地电阻测量模块包括电压采样测量单元、主控单元和脉冲发生单元；

所述电压采样测量单元内设置有电阻测量电路和采样隔离电路，所述电阻测量电路通过所述采样隔离电路分别与每条电缆子线连接，用于对每条子线的电压进行采样；

所述主控单元分别与所述电压采样测量单元和所述脉冲发生单元相连接，用于实时监控所述电压采样测量单元的采样电压，并通过控制所述脉冲发生单元进行PWM脉宽调制，对待测电路进行信号源输出；

所述主机和所述从机内均设置有无线通信模块、远距离对线模块和感应式寻线模块，所述主机和所述从机之间通过所述无线通信模块进行数据交互；

所述远距离对线模块采用低频数字脉冲进行所述主机与所述从机两端电缆芯的线序查询对线，由设置于所述主机内的微型集成电路芯片处理器发出低频数字脉冲，低频脉冲数字信号通过隔离电路分别与每条电缆子线连接；

所述感应式寻线模块基于不同线序中感应电流及电场进行识别，通过探测待测线路的电场分布，确定待测线路的电场分布曲线，进而确定待测线路的空间电场变化特征，根据空间电场变化特征与预先实验的寻线判据进行比较，确定待测线路的寻线结果。

为了更好的效果，所述对地电阻测量模块内设置有模数转换单元，所述模数转换单元采用12位逐次逼近型模拟数字转换器，与所述电压采样测量单元相配合，对每条子线进行高速率采样。

为了更好的效果，所述对地电阻测量模块内的电路供电采用600V数字脉冲信号。

为了更好的效果，所述主控单元在每次监控到存在子线于的采样电压达到设定的高电势时，获取此时被测子线的电压值，并经过运算放大器进行二次信号放大，最终利用所述模数转换单元进行数字信号采样并进行数字信号处理，作为后续电阻值计算依据。

为了更好的效果，所述对地电阻测量模块采用高精度采样算法设计：针对所述电压采样测量单元的电压采样数据进行数据清洗并计算，根据欧姆定律得出，

式1 Uo = A / 4096 * Uadc ；

Uo是运放的输出电压，根据电桥网络和运放进行计算得到，

式2 m = (A / 4096 * Uadc) / (R2/(R1+R2) * Uref)

根据式2得出的电阻值利用均值滤波算法进行数据量化得出稳定对地电阻阻值。

为了更好的效果，所述无线通信模块为基于lora的低延迟低功耗通信模组。

为了更好的效果，所述主机和所述从机上电后，通过lora通信进行数据交互，发送连接信息；所述主机验证无误后回复连接成功握手，连接成功后定时发送心跳响应。

为了更好的效果，所述主机内设置有运算放大电路，用于将所述微型集成电路芯片处理器发出低频数字脉冲信号放大。

为了更好的效果，进行寻线时，所述主机内的感应式寻线模块在电缆一端发出交变脉冲信号，所述从机在另一端通过其内设置的电感式探测单元对现场多根电缆线进行逐一探测，当感应到交变脉冲信号后发出提醒信号。

为了更好的效果，所述主机和所述从机上均设置有显示控制模块，所述显示控制模块包括可触摸显示屏。

本发明的有益效果：本发明的一体化电缆对线及检测装置，对地电阻测量模块内设置电压采样测量单元、主控单元和脉冲发生单元；电压采样测量单元内的电阻测量电路通过采样隔离电路分别与每条电缆子线连接，对每条子线的电压进行采样；主控单元分别与电压采样测量单元和脉冲发生单元相连接，实时监控电压采样测量单元的采样电压；远距离对线模块采用低频数字脉冲进行主机与从机两端电缆芯的线序查询对线，执行对线操作时，主机发送对线指令，从机在接收到对线指令后做好对线准备，主机开始向从机发送低频数字脉冲信号，从机在接收脉冲信号后将自己当前接收到信号的线序发送至主机；感应式寻线模块基于不同线序中感应电流及电场进行识别，通过探测待测线路的电场分布，确定待测线路的电场分布曲线，进而确定待测线路的空间电场变化特征，根据空间电场变化特征与预先实验的寻线判据进行比较，确定待测线路的寻线结果，为工作人员快速确定线路，降低人工在寻线过程中所耗费的时间，大大提高了工作效率。

附图说明

图1为电压采样测量单元部分结构的示意图。

图2为主从机通信交互的逻辑示意图。

图3为主从机对线的逻辑示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

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。

下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚-完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如附图1-3所示，一体化电缆对线及检测装置，包括主机和从机，所述主机内设置有对地电阻测量模块，所述对地电阻测量模块包括电压采样测量单元、主控单元和脉冲发生单元；

所述电压采样测量单元内设置有电阻测量电路和采样隔离电路，所述电阻测量电路通过所述采样隔离电路分别与每条电缆子线连接，用于对每条子线的电压进行采样；

所述主控单元分别与所述电压采样测量单元和所述脉冲发生单元相连接，用于实时监控所述电压采样测量单元的采样电压，并通过控制所述脉冲发生单元进行PWM脉宽调制，对待测电路进行信号源输出；

所述主机和所述从机内均设置有无线通信模块、远距离对线模块和感应式寻线模块，所述主机和所述从机之间通过所述无线通信模块进行数据交互；

所述远距离对线模块采用低频数字脉冲进行所述主机与所述从机两端电缆芯的线序查询对线，由设置于所述主机内的微型集成电路芯片处理器发出低频数字脉冲，低频脉冲数字信号通过隔离电路分别与每条电缆子线连接；

所述感应式寻线模块基于不同线序中感应电流及电场进行识别，通过探测待测线路的电场分布，确定待测线路的电场分布曲线，进而确定待测线路的空间电场变化特征，根据空间电场变化特征与预先实验的寻线判据进行比较，确定待测线路的寻线结果。

在站内开展消除缺陷工作时，排查故障过程中，可能会遇到电缆芯遭到绝缘下降的情况，此时需要快速确认相关电缆的对地绝缘情况。因此装置需要配备测量电缆对地电阻的功能，通过装置显示的阻值判断电缆芯绝缘情况，从而有效提高故障消缺的工作效率。

为了更好的效果，在一个实施例中，所述对地电阻测量模块内设置有模数转换单元，所述模数转换单元采用12位逐次逼近型模拟数字转换器，与所述电压采样测量单元相配合，对每条子线进行高速率采样。

为了更好的效果，在一个实施例中，所述对地电阻测量模块内的电路供电采用600V数字脉冲信号。

为了更好的效果，在一个实施例中，所述主控单元在每次监控到存在子线于的采样电压达到设定的高电势时，获取此时被测子线的电压值，并经过运算放大器进行二次信号放大，最终利用所述模数转换单元进行数字信号采样并进行数字信号处理，作为后续电阻值计算依据。

为了更好的效果，在一个实施例中，所述对地电阻测量模块采用高精度采样算法设计：针对所述电压采样测量单元的电压采样数据进行数据清洗并计算，当前主控电压采样为12位ADC采样电路，根据欧姆定律得出，

式1 Uo = A / 4096 * Uadc ；

Uo是运放的输出电压，根据电桥网络和运放进行计算得到，

式2 m = (A / 4096 * Uadc) / (R2/(R1+R2) * Uref)

根据式2得出的电阻值利用均值滤波算法进行数据量化得出稳定对地电阻阻值。

在设备的实际使用过程中稳定的通信尤为重要，明确的通信关系有利于主从机信息交互的安全、稳定。当前现场在执行对线功能时，需对多组未知线序进行测量，由于现场应用过程单组电缆母线可能长达数百米，工作人员需手持对讲机等通信设备手动一一测量并记录，从距离及工作环境考量，如果采用布线形式不仅会导致线路过长，而且在布线时有较高的安全风险，不利于通信线路回收，故本发明未考虑使用有线通信。

为确保本发明装置在对线过程中快速分辨线序，需要制定一个合理的通信方式，通过在以下表1三种无线通讯方式中选定一种稳定高效的通讯方式作为无线通讯的切入点。

表1 关于不同通讯类型的参数比对表

通过对上表中三种通信方式技术参数比对，为了更好的效果，在一个实施例中，所述无线通信模块为基于lora的低延迟低功耗通信模组。

为了更好的效果，在一个实施例中，所述主机和所述从机上电后，通过lora通信进行数据交互，发送连接信息；所述主机验证无误后回复连接成功握手，连接成功后定时发送心跳响应，保证连接稳定性为后续对线及数据展示提供有力支撑。

根据实际需求场景中，电缆芯进行线序测量时，需四名工作人员分别在电缆线的两端对电缆芯进行一一检测，再通过对讲机将对应测得的线序告知对方并做好记录，当站内设备众多时，电缆线序测量的工作量巨大，实施过程极为耗时。

在实际开发应用中低频数字脉冲具有较长的周期和较长的脉冲宽度适用于收到放大脉冲信号后与主机进行对线识别功能。

为了更好的效果，在一个实施例中，所述主机内设置有运算放大电路，用于将所述微型集成电路芯片处理器发出低频数字脉冲信号放大。采用低频数字脉冲来实现主机与从机两端电缆芯的线序查询对线，由微型集成电路芯片处理器可发出低频数字脉冲，在较长电缆线信号中为防止信号衰减，主机采用硬件运算放大电路将信号放大，低频脉冲数字信号通过隔离电路分别与每条电缆子线连接，

为了更好的效果，在一个实施例中，所述主机和所述从机上均设置有显示控制模块，所述显示控制模块包括可触摸显示屏。

执行对线操作时，由主机通过Lora发送对线指令，从机在接收到对线指令后做好对线准备，再由主机通过屏幕输入的方式选择需要对线的数量，选择完成后点击开始按钮，主机开始向从机发送低频数字脉冲信号，从机在接收脉冲信号后通过Lora将自己当前接收到信号的线序发送至主机，主机在接收到数据后进行处理，确定无误后返回握手包至从机。

在实际应用中，因空间有限，现场操作人员会将多根电缆线整齐排布并捆绑在一起，且电缆走线常常经过电缆沟等不便观察的区域，导致保护室内设备距离较远时无法确认电缆两端的通讯情况。因此装置需要配备寻线功能，可大大降低人工寻线所耗费的时间，提高了工作效率。

为了更好的效果，在一个实施例中，进行寻线时，所述主机内的感应式寻线模块在电缆一端发出交变脉冲信号，所述从机在另一端通过其内设置的电感式探测单元对现场多根电缆线进行逐一探测，当感应到交变脉冲信号后发出提醒信号，为工作人员快速确定线路。可降低人工在寻线过程中所耗费的时间，大大提高了工作效率。

本发明的一体化电缆对线及检测装置，构建一套多通道硬件采样隔离电路，可对多路电缆子线执行对地电阻测量工作，对电缆线质量好坏的检测，发现在施工过程中电缆的损坏。优化测量流程，提高测量效率。主机与从机分别在电缆芯两端相连接，两端按照孔位顺序依次插入，可同时支持多根电缆芯的检测，一次可检测多根电缆芯，完成后会将对应序号显示在屏幕上。装置在电缆一端发出交变脉冲信号，在从机端通过电感式手持探测器对多根电缆线进行逐一探测，当感应到交变脉冲信号后，可通过状态指示灯快闪并发出报警提示音。装置融合了感应式寻线、对线识别以及对地电阻测量三种功能，三种作业需求都能使用便携式电缆对线仪满足，优化了测量流程，提高使用人员工作效率。

综述，本发明的一体化电缆对线及检测装置，对地电阻测量模块内设置电压采样测量单元、主控单元和脉冲发生单元；电压采样测量单元内的电阻测量电路通过采样隔离电路分别与每条电缆子线连接，对每条子线的电压进行采样；主控单元分别与电压采样测量单元和脉冲发生单元相连接，实时监控电压采样测量单元的采样电压；远距离对线模块采用低频数字脉冲进行主机与从机两端电缆芯的线序查询对线，执行对线操作时，主机发送对线指令，从机在接收到对线指令后做好对线准备，主机开始向从机发送低频数字脉冲信号，从机在接收脉冲信号后将自己当前接收到信号的线序发送至主机；感应式寻线模块基于不同线序中感应电流及电场进行识别，通过探测待测线路的电场分布，确定待测线路的电场分布曲线，进而确定待测线路的空间电场变化特征，根据空间电场变化特征与预先实验的寻线判据进行比较，确定待测线路的寻线结果，为工作人员快速确定线路，降低人工在寻线过程中所耗费的时间，大大提高了工作效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。