一种隧道电缆接地环流的检测装置及方法与流程

本发明涉及电缆接地环流检测领域，具体地说是一种隧道电缆接地环流的检测装置及方法。

背景技术：

随着电力电缆的应用越来越广泛，电缆的绝缘直接关系到电力系统的安全，随着电压等级的提高、传输容量的不断增大、电缆运行时间的增长，电缆老化问题日益凸显，在电缆安装时由于机械损伤和各种环境因素使电缆的绝缘性能下降，正常情况下，由于接地电阻的存在，电缆金属护层无法与大地形成通路，接地环流非常小。

接地环流有效值是电力系统输电电缆的重要监视参数之一。也是判断电缆工作状态是否良好的重要基础参数之一。目前，接地环流采用实时在线监测的方法，对电缆进行接地环流检测时，需要提供电源，这样造成了检测的工作的复杂难度，增大了检测的成本。

由于单芯高压电缆金属护套环流大小能实时客观地反映电缆线路外护套健康状况，能影响电缆线路载流量。因此，对高压电缆金属护套环流进行分析与监测具有十分重要的意义。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出了一种隧道电缆接地环流的检测装置及方法，其能够对隧道电缆的接地环流进行有效检测，降低隧道电缆的接地环流故障率。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例提供的一种隧道电缆接地环流的检测装置，包括接地环流监测装置和轨道巡检小车，所述接地环流监测装置设置在隧道电缆接地线上或者电缆交叉互联箱内的接地线上，所述轨道巡检小车设置在隧道内轨道上用于收集接地环流监测装置采集的隧道电缆接地环流数据；

所述轨道巡检小车包括小车车体、处理器、电源模块、第一无线通信模块、超声波传感器、驱动模块、行走机构、升降机构、旋转机构、rfid定位模块和无线充电模块，所述小车车体通过行走机构设置在轨道上，所述处理器、电源模块和驱动模块设置在小车车体内部，所述旋转机构设置在小车车体的下方底部中间位置，所述升降机构的上端与旋转机构连接，所述的rfid定位模块和无线充电模块设置在升降机构的下端，所述小车车体的底部两端分别设置有一超声波传感器，在小车车体的底部的一端靠近超声波传感器处设置有第一无线通信模块；所述处理器分别与第一无线通信模块、超声波传感器、驱动模块、rfid定位模块和无线充电模块相连，所述驱动模块用于驱动行走机构、升降机构和旋转机构，所述电源模块分别与处理器和无线充电模块电连接；

所述接地环流监测装置包括接地环流传感器、微处理器、无线供电电路和第二无线通信模块，所述接地环流传感器套设在隧道电缆接地线上或者电缆交叉互联箱内的接地线上，所述微处理器分别与接地环流传感器、无线供电电路和第二无线通信模块相连，所述无线供电电路与无线充电模块相对应，所述第二无线通信模块与第一无线通信模块相通信。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述无线充电模块包括大电流无线充电模块，所述大电流无线充电模块的发射端供电电压为dc12v；所述无线供电电路包括无线充电接收端、电容和电源转换模块，所述无线充电接收端接收大电流无线充电模块提供的电能，无线充电接收端输出为5v/500ma，所述电容的输入端与无线充电接收端的输出端相连用于储存接收到的电能，所述电源转换模块的输入端与电容的输出端相连，输出端分别与微处理器和第二无线通信模块相连，用于将5v电源转换为微处理器和第二无线通信模块所需的3.3v工作电压。

作为本实施例另一种可能的实现方式，所述无线充电模块包括发射电路，所述无线供电电路包括接收电路；

所述发射电路包括逆变电路、发射线圈模块和逆变控制电路，所述逆变电路的输入端与电源模块连接，输出端与发射线圈模块连接，所述逆变控制电路的控制端与逆变电路连接，用于控制逆变电路的工作频率；

所述接收电路包括接收线圈模块、整流电路、电容和电源转换模块，所述接收线圈模块的输出端与整流电路的输入端连接，所述电容的输入端与整流电路的输出端相连，用于储存接收到的电能，所述电源转换模块的输入端与电容的输出端相连，输出端分别与微处理器和第二无线通信模块相连，用于将整流电路输出的电压转换为微处理器和第二无线通信模块所需的3.3v工作电压。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述接地环流传感器包括罗氏线圈和电能计量芯片，所述罗氏线圈的输出端与电能计量芯片的输入端相连。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述电源转换模块采用可调压dc-dc电源稳压模块。

另一方面，本发明实施例提供的一种隧道电缆接地环流的检测方法，可以包括以下步骤：

步骤1，将接地环流监测装置安装于隧道电缆接地线上或电缆交叉互联箱处的接地线上；

步骤2，启动轨道巡检小车进行巡检；

步骤3，轨道巡检小车经过接地环流监测装置时，通过rfid定位模块对接地环流监测装置进行定位，根据定位信息，无线充电模块与无线供电电路进行对接，对接后对接地环流监测装置进行供电；

步骤4，接地环流监测装置对电缆接地环流进行检测，并将接地环流信息传递给轨道巡检小车；

步骤5，轨道巡检小车获取接地环流信息后将接地环流信息发送给上位机；

步骤6，上位机接收到接地环流信息后对接地环流进行分析预警。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤3中，所述对接地环流监测装置进行供电的过程包括以下步骤：所述无线充电模块的大电流无线充电模块发射dc12v的供电电压；

所述无线供电电路的无线充电接收端接收大电流无线充电模块发射端提供的电能，并将接收到的电能储存在电容内，利用电源转换模块将电容两端电压转换为3.3v来对微处理器和第二无线通信模块进行供电。

作为本实施例另一种可能的实现方式，在步骤3中，所述对接地环流监测装置进行供电的过程包括以下步骤：

所述逆变电路将电源模块的直流电转换为交流电并输出给发射线圈，并利用逆变控制电路控制逆变电路的工作频率；

所述接收线圈将接收到的电源电压发送给整流电路，整流电路对接收线圈发送的电源电压进行整流后对电容进行充电，利用电源转换模块将电容两端电压转换为3.3v来对微处理器和第二无线通信模块进行供电。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤4中，所述接地环流监测装置对电缆接地环流进行检测的具体过程为：罗氏线圈对隧道电缆接地环流进行采集，输出的电信号经过调制电路的输出去驱动光源，在光源处实现电光转换，把电信号变为携带信息的光信号，光信号通过光纤传输到接收部分，在低压区的接收部分由光探测器pni硅光电二极管进行光电转换，将光信号变为电信号后发送给电能计量芯片。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤3中，轨道巡检小车经过接地环流监测装置时通过rfid定位模块对接地环流监测装置进行定位的具体过程为：

轨道巡检小车通过驱动模块驱动升降机构和旋转机构，使rfid定位模块在轨道巡检小车行进过程中能够扫描到接地环流监测装置；

轨道巡检小车利用超声波传感器探测行走路线上有没有障碍物，没有障碍物时通过驱动模块驱动行走机构在轨道上行走；

在行走过程中，利用rfid定位模块扫描接地环流监测装置上的射频标签并对接地环流监测装置进行定位；

通过驱动模块驱动升降机构和旋转机构使无线充电模块与接地环流监测装置的无线供电电路进行对接，使无线充电模块对接地环流监测装置进行供电。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

一方面，本发明实施例技术方案提供的检测装置能够用于电缆隧道的接地环流检测，对电缆的接地环流进行采集，接地环流监测装置采用无源无线的方式，实现对电缆隧道接地环流的综合监控，该检测装置采用巡检的方式将隧道内的接地环流信息进行采集，并自动上传接地环流数据给后台终端(上位机)，以便后台终端能够对接地环流数据进行自动故障识别。该检测装置具有检测灵敏度高、可靠性准确等特点，特别适合电缆隧道无法为接地环流传感器提供外接电源的情况。

另一方面，本发明实施例技术方案提供的检测方法，将接地环流监测装置套于隧道电缆接地线或者电缆交叉互联箱，轨道巡检车经过接地环流监测装置时，自动停止并通过无线充电的方式对接地环流监测装置进行供电，接地环流监测装置供电后将接地环流信息通过无线传输的方式进行上传到轨道巡检小车，轨道巡检小车能够对接地环流信息进行自动的上传到后台服务器(上位机)，完成对电缆接地环流的分析，实现隧道电缆接地环流的预警。

与现有技术相比较，本发明实施例技术方案具有以下优点：

(1)本发明接地环流监测装置采用无源无线方式，解决了电源供电问题。

(2)本发明采用模块化设计，结构简单易于操作。

(3)本发明能够有效电缆接地环流进行实时监测，保证了接地环流的准确性。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种隧道电缆接地环流的检测装置的轨道巡检小车的示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种隧道电缆接地环流的检测装置的接地环流监测装置的示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种隧道电缆接地环流的检测方法的流程图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种隧道电缆接地环流的检测装置进行接地环流检测的使用状态示意图；

图4中，1小车车体，2超声波传感器，3第一无线通信模块，4旋转机构，5升降机构，6rfid定位模块，7无线充电模块，8第二无线通信模块，9无线供电电路，10微处理器，11罗氏线圈，12行走机构，13轨道。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

本发明实施例提供了一种隧道电缆接地环流的检测装置，包括接地环流监测装置和轨道巡检小车，所述接地环流监测装置设置在隧道电缆接地线上或者电缆交叉互联箱内的接地线上，所述轨道巡检小车设置在隧道内轨道上用于收集接地环流监测装置采集的隧道电缆接地环流数据。

图1是根据一示例性实施例示出的一种隧道电缆接地环流的检测装置的轨道巡检小车的示意图，如图1所示，所述轨道巡检小车包括小车车体、处理器、电源模块、第一无线通信模块、超声波传感器、驱动模块、行走机构、升降机构、旋转机构、rfid定位模块和无线充电模块，所述小车车体通过行走机构设置在轨道上，所述处理器、电源模块和驱动模块设置在小车车体内部，所述旋转机构设置在小车车体的下方底部中间位置，所述升降机构的上端与旋转机构连接，所述的rfid定位模块和无线充电模块设置在升降机构的下端，所述小车车体的底部两端分别设置有一超声波传感器，在小车车体的底部的一端靠近超声波传感器处设置有第一无线通信模块；所述处理器分别与第一无线通信模块、超声波传感器、驱动模块、rfid定位模块和无线充电模块相连，所述驱动模块用于驱动行走机构、升降机构和旋转机构，所述电源模块分别与处理器和无线充电模块电连接。

图2是根据一示例性实施例示出的一种隧道电缆接地环流的检测装置的接地环流监测装置的示意图，如图2所示，所述接地环流监测装置包括接地环流传感器、微处理器、无线供电电路和第二无线通信模块，所述接地环流传感器套设在隧道电缆接地线上或者电缆交叉互联箱内的接地线上，所述微处理器分别与接地环流传感器、无线供电电路和第二无线通信模块相连，所述无线供电电路与无线充电模块相对应，所述第二无线通信模块与第一无线通信模块相通信。为了便于实现轨道巡检小车对接地环流传感器的精确定位，接地环流监测装置上还设置有射频标签。

在一种可能的实现方式中，所述无线充电模块包括大电流无线充电模块，所述大电流无线充电模块的发射端供电电压为dc12v；所述无线供电电路包括无线充电接收端、电容和电源转换模块，所述无线充电接收端接收大电流无线充电模块提供的电能，无线充电接收端输出为5v/500ma，所述电容的输入端与无线充电接收端的输出端相连用于储存接收到的电能，所述电源转换模块的输入端与电容的输出端相连，输出端分别与微处理器和第二无线通信模块相连，用于将5v电源转换为微处理器和第二无线通信模块所需的3.3v工作电压。

作为本实施例另一种可能的实现方式，所述无线充电模块还可以包括发射电路，所述无线供电电路还可以包括接收电路；

所述发射电路包括逆变电路、发射线圈模块和逆变控制电路，所述逆变电路的输入端与电源模块连接，输出端与发射线圈模块连接，所述逆变控制电路的控制端与逆变电路连接，用于控制逆变电路的工作频率；

所述接收电路包括接收线圈模块、整流电路、电容和电源转换模块，所述接收线圈模块的输出端与整流电路的输入端连接，所述电容的输入端与整流电路的输出端相连，用于储存接收到的电能，所述电源转换模块的输入端与电容的输出端相连，输出端分别与微处理器和第二无线通信模块相连，用于将整流电路输出的电压转换为微处理器和第二无线通信模块所需的3.3v工作电压。

在一种可能的实现方式中，所述接地环流传感器包括罗氏线圈和电能计量芯片，所述罗氏线圈的输出端与电能计量芯片的输入端相连。

在一种可能的实现方式中，所述电源转换模块采用可调压dc-dc电源稳压模块。

本实施例的检测装置能够用于电缆隧道的接地环流检测，对电缆的接地环流进行采集，接地环流监测装置采用无源无线的方式，实现对电缆隧道接地环流的综合监控，该检测装置采用巡检的方式将隧道内的接地环流信息进行采集，并自动上传接地环流数据给后台终端(上位机)，以便后台终端能够对接地环流数据进行自动故障识别。该检测装置具有检测灵敏度高、可靠性准确等特点，特别适合电缆隧道无法为接地环流传感器提供外接电源的情况。

图3是根据一示例性实施例示出的一种隧道电缆接地环流的检测方法的流程图。如图3所示，本发明实施例提供的一种隧道电缆接地环流的检测方法，可以包括以下步骤：

步骤1，将接地环流监测装置安装于隧道电缆接地线上或电缆交叉互联箱处的接地线上；

步骤2，启动轨道巡检小车进行巡检；

步骤3，轨道巡检小车经过接地环流监测装置时，通过rfid定位模块对接地环流监测装置进行定位，根据定位信息，无线充电模块与无线供电电路进行对接，对接后对接地环流监测装置进行供电；

步骤4，接地环流监测装置对电缆接地环流进行检测，并将接地环流信息传递给轨道巡检小车；

步骤5，轨道巡检小车获取接地环流信息后将接地环流信息发送给上位机；

步骤6，上位机接收到接地环流信息后对接地环流进行分析预警。

在一种可能的实现方式中，在步骤3中，所述对接地环流监测装置进行供电的过程包括以下步骤：所述无线充电模块的大电流无线充电模块发射dc12v的供电电压；

所述无线供电电路的无线充电接收端接收大电流无线充电模块发射端提供的电能，并将接收到的电能储存在电容内，利用电源转换模块将电容两端电压转换为3.3v来对微处理器和第二无线通信模块进行供电。

作为本实施例另一种可能的实现方式，在步骤3中，所述对接地环流监测装置进行供电的过程包括以下步骤：

所述逆变电路将电源模块的直流电转换为交流电并输出给发射线圈，并利用逆变控制电路控制逆变电路的工作频率；

所述接收线圈将接收到的电源电压发送给整流电路，整流电路对接收线圈发送的电源电压进行整流后对电容进行充电，利用电源转换模块将电容两端电压转换为3.3v来对微处理器和第二无线通信模块进行供电。

在一种可能的实现方式中，在步骤4中，所述接地环流监测装置对电缆接地环流进行检测的具体过程为：罗氏线圈对隧道电缆接地环流进行采集，输出的电信号经过调制电路的输出去驱动光源，在光源处实现电光转换，把电信号变为携带信息的光信号，光信号通过光纤传输到接收部分，在低压区的接收部分由光探测器pni硅光电二极管进行光电转换，将光信号变为电信号后发送给电能计量芯片。

在一种可能的实现方式中，在步骤3中，轨道巡检小车经过接地环流监测装置时通过rfid定位模块对接地环流监测装置进行定位的具体过程为：

轨道巡检小车通过驱动模块驱动升降机构和旋转机构，使rfid定位模块在轨道巡检小车行进过程中能够扫描到接地环流监测装置；

轨道巡检小车利用超声波传感器探测行走路线上有没有障碍物，没有障碍物时通过驱动模块驱动行走机构在轨道上行走；

在行走过程中，利用rfid定位模块扫描接地环流监测装置上的射频标签并对接地环流监测装置进行定位；

通过驱动模块驱动升降机构和旋转机构使无线充电模块与接地环流监测装置的无线供电电路进行对接，使无线充电模块对接地环流监测装置进行供电。

本实施例的检测方法将接地环流监测装置套于隧道电缆接地线或者电缆交叉互联箱，轨道巡检车经过接地环流监测装置时，自动停止并通过无线充电的方式对接地环流监测装置进行供电，接地环流监测装置供电后将接地环流信息通过无线传输的方式进行上传到轨道巡检小车，轨道巡检小车能够对接地环流信息进行自动的上传到后台服务器(上位机)，完成对电缆接地环流的分析，实现隧道电缆接地环流的预警。

图4是根据一示例性实施例示出的一种隧道电缆接地环流的检测装置进行接地环流检测的使用状态示意图。图4中，1小车车体，2超声波传感器，3第一无线通信模块，4旋转机构，5升降机构，6rfid定位模块，7无线充电模块，8第二无线通信模块，9无线供电电路，10微处理器，11罗氏线圈，12行走机构，13轨道。

采用检测装置对电缆隧道接地环流进行检测的主要过程为：

一、将接地环流监测装置安装于隧道电缆接地线或电缆交叉互联箱处，接地环流监测装置为无源无线装置。

二、轨道巡检小车经过接地环流监测装置时，通过车上自带的rfid无线射频模块实现接地环流监测装置的定位，根据定位信息，轨道巡检车无线充电发射端与接地环流无线充电接收端进行位置校正，位置校正后轨道巡检车通过车载无线充电模块自动实现对接地环流监测装置的供电，接地环流监测装置供电后，自动实现对电缆接地环流的检测，并通过无线传输将接地环流信息传递给轨道巡检小车。

三、轨道巡检小车获取接地环流信息后，对接地环流信息进行自动上传。

三、后台服务器(上位机)接收到轨道巡检小车上传的接地环流信息后，自动对接地环流进行分析预警。

本发明对接地环流检测主要是通过罗氏线圈11实现接地环流的检测。罗氏线圈11可直接套在被测导体上进行交流电流的测量，其主要基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律。当被测电流沿轴线通过罗氏线圈中心时，在环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场，线圈一定时，线圈的输出电压与di/dt(单位时间内电流的变化)成正比，也就是说，罗氏线圈的输出电压与被测电流的微分成正比，只要将其输出经过的积分器，即可得到与一次电流成正比的输出电压。

本发明中轨道巡检小车的电源模块保证了无线充电模块、第一无线通信模块、rfid定位模块、驱动模块和处理器的供电，无线充电模块完成对接地环流监测装置的充电；rfid定位模块实现轨道巡检小车与接地环流的定位，保证充电的准确性以及通信的畅通；第一无线通信模块主要完成接地环流数据的采集与远程控制；处理器保证了各项功能的正常运行；超声波模块与驱动模块保证了巡检小车的正常运行。

本发明中轨道巡检小车的电源模块采用12v容量为24ah的锂电池，rfid定位模块采用vfr18电子标签读卡器，通信模块采用ashining公司型号为as01-ml01dp5的2.4g无线收发模块，保证了通信的可靠性。无线充电模块采用芯科泰公司研制的大电流无线充电模块，发射端供电电压为12vdc，接收端输出为5v/500ma。升降机构安装于旋转机构之上，无线充电发射端与rfid收发器安装于升降杆之上，完成对接地环流监测装置的充电。

本发明中接地环流监测装置的罗氏线圈(接地环流传感器)主要对隧道电缆的接地环流进行检测；无线供电电路主要完成对接地环流装置的供电；微处理器模块主要完成对接地环流的分析；接地环流监测装置上还设置有射频标签用于实现轨道巡检小车对接地环流传感器的精确定位。

本发明中，罗氏线圈完成对隧道电缆接地环流的采集，罗氏线圈输出的电信号经过调制电路的输出去驱动光源，在光源处实现电光转换，把电信号变为携带信息的光信号。光源采用发光二极管led，光信号通过光纤传输到接收部分，在此光纤仅作为传输媒介。在低压区的接收部分，由光探测器pni光电二极管实现光电转换，将光信号变为电信号。

本发明中，无线供电电路可采用包括无线充电接收端、电容、电源转换模块。无线充电接收端接收轨道巡检小车通过无线充电发射端提供的电能，无线充电接收端将接收到的电能储存在电容内，通过电容的充放电实现对接地环流采集装置的供电。电容采用型号ap-5r5-z156uy凯美超级电容，其中容量为15f，电压为5.5v,可以保证接地环流采集装置的运行。电源转换模块采用lm2596可调压dc-dc电源稳压模块，将5.5v电源转换为3.3v完成对微处理器及其无线通信模块的供电。

本发明中，第一无线通信模块和第二无线通信模块采用ashining公司型号为as01-ml01dp5的2.4g无线收发模块，as01-ml01dp5无线通信模块是基于semtech公司进口芯片sx1278的无线同名传输模块，具有较强的干扰能力，能够完成与巡检小车之间的通信。

本发明中，微处理器采用stm32f103，罗氏线圈采集的接地环流数据经过att7022e转换后通过spi与微处理器相连。att7022e是一颗高精度、低功耗、带零线电流、三相电能计量ic，工作电压为3.3v，在5000:1的动态范围内功率测量精度优于0.1％，采用标准spi接口，速率高达10mbps。微处理器能够对接地环流数据进行分析，对被测的电缆的高次谐波进行分析，将接地环流数据与初步分析结果上传到巡检小车。

本发明中，巡检小车每个接地环流监测装置停留时间为5min，后台服务器(上位机)软件能够对每个接地环流装置上传的接地环流信息进行自动的分析并存储接地环流数据。

与现有技术相比较，本发明实施例技术方案具有以下优点：

(1)本发明接地环流监测装置采用无源无线方式，解决了电源供电问题。

(2)本发明采用模块化设计，结构简单易于操作。

(3)本发明能够有效电缆接地环流进行实时监测，保证了接地环流的准确性。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。