基于阻抗谱的电缆铅封缺陷带电检测系统及其检测方法
阅读说明：本技术 基于阻抗谱的电缆铅封缺陷带电检测系统及其检测方法 (Cable lead sealing defect live-line detection system based on impedance spectrum and detection method thereof ) 是由 杨金海 刘雪锋 李双喜 尹泓江 余磊 林营 王红平 于 2021-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于阻抗谱的电缆铅封缺陷带电检测系统及其检测方法,包括便携式计算机检测系统和涡流检测传感器,所述便携式计算机检测系统包括装置外壳,设置在壳体内部的信号发生模块、信号接收模块、信号处理模块、存储模块、电源模块和计算机系统,以及嵌设在壳体上的显示屏和若干按键,所述涡流检测传感器为圆柱形放置探头,包括探头外壳和内部线圈、磁芯,探头与便携式计算机检测系统通过探头连接器和线路连接,便携式计算机检测系统通过处理显示涡流检测传感器探头采集到的探头线圈的阻抗信息,得到阻抗图谱,分析电缆缺陷。本发明检测系统和方法基于对电缆铅封状态下的检测,可及时发现电缆线路的隐患,保证电网安全。(The invention provides an impedance spectrum-based electrified detection system for a cable lead seal defect and a detection method thereof, wherein the electrified detection system comprises a portable computer detection system and an eddy current detection sensor, the portable computer detection system comprises a device shell, a signal generation module, a signal receiving module, a signal processing module, a storage module, a power supply module and a computer system which are arranged in the shell, a display screen and a plurality of keys which are embedded on the shell, the eddy current detection sensor is a cylindrical probe and comprises a probe shell, an internal coil and a magnetic core, the probe is connected with the portable computer detection system through a probe connector and a circuit, and the portable computer detection system obtains an impedance spectrum and analyzes the cable defect by processing and displaying impedance information of the probe coil acquired by the probe of the eddy current detection sensor. The detection system and the detection method are based on detection of the cable in a lead sealing state, can find hidden dangers of a cable line in time, and ensure the safety of a power grid.)
技术领域
本发明属于电缆检测领域，具体涉及一种基于阻抗谱的电缆铅封缺陷带电检测系统及其检测方法。
背景技术
随着电磁理论及其实验的不断发展与完善，促使了涡流检测等无损检测与评估技术的不断发展。涡流技术由于具有的很多优点而被广泛应用。首先，它是非接触检测，而且能穿透非导体的覆盖层，这就使得在检测时不需要做特殊的表面处理，因此缩短了检测周期，降低了成本。同时，涡流检测的灵敏度非常高。涡流检测按激励方式和检测原理的不同可以分为单频涡流、多频涡流、脉冲涡流、远场涡流等。
传统的涡流采用单频激励的方式，主要来对表面及近表面的缺陷进行检测，根据被测材料及缺陷深度的不同，激励频率的范围从几赫兹到几兆赫兹不等，为了得到良好的检测信号，激励线圈必须在缺陷的附近感应出最大的涡流，感应电流的大小和激励频率、电导率、磁导率、激励线圈的尺寸和形状以及激励电流的大小有关。通过测量阻抗或电压的变化来实现对缺陷的检测。然而，由于对其它参数也很敏感，这就影响了对缺陷的检测。
近年来，随着科学技术的发展，涡流检测技术在开发使用方面取得了突破性进展。从硬件技术方面来看，大规模、超大规模集成电路的应用大大缩小了仪器的体积和功耗；从软件技术方面看，计算机微处理器的性能大幅度提高，以“软”代“硬”成为一种趋势，整机的智能化水平有了很大提高，从而大大降低了对仪器使用者操作技能的要求。目前，涡流技术已被广泛应用到对不同材料和结构的检测，主要包括:对飞机结构的检测、压力容器的检测、焊接结构的检测，除此之外，还被用来对位移进行测量，但是基本没有将涡流检测技术应用于高压电缆缺陷检测中。为此亟需利用现代技术和分析手段，针对电缆附件铅封的具体情况进行技术研究，以期能有效地判断铅封开裂程度，在故障早期发现问题，及时解除隐患，减少电力故障带来的损失。
由于国内关于涡流探伤检测技术的应用研究多是展开在飞机结构、压力容器以及焊接结构的检测等领域上，对于电缆附件铅封的缺陷状态评估研究较少，本发明拟提供一种基于阻抗谱的电缆铅封缺陷带电检测系统及其检测方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种基于阻抗谱的电缆铅封缺陷带电检测系统，其特征在于：包括便携式计算机检测系统、涡流检测传感器，所述便携式计算机检测系统包括装置外壳，设置在壳体内部的信号发生模块、信号接收模块、信号处理模块、存储模块、电源模块和计算机系统，以及嵌设在壳体上的显示屏和若干按键，所述涡流检测传感器为圆柱形放置探头，包括探头外壳和内部线圈、磁芯，探头与便携式计算机检测系统通过探头连接器和线路连接，便携式计算机检测系统通过处理显示涡流检测传感器探头采集到的探头线圈的阻抗信息，得到阻抗图谱，分析电缆缺陷。
所述探头为绝对或差分探头，采用桥式或反射式配置。
所述探头为点式绝对探头，探头连接器为16针LEMO或BNC连接器。
所述系统检测的频率范围为10Hz-12MHz。
所述系统同时具备高通和低通滤波器滤波器，低通滤波器频率在10Hz-2000Hz范围可调，高通滤波器在5Hz-1000Hz范围可调。
所述探头驱动包括三种驱动电压低、中、高分别对应2V、5V、8V。
所述基于阻抗谱的电缆铅封缺陷带电检测系统的检测方法，包括如下步骤：
步骤1、按设备要求连接探头和便携式计算机检测系统；
步骤2、启动便携式计算机检测系统，调整检测模式为涡流阻抗相位测量，设置测试模式、绝对测量路径、输出信号频率、采样率、信号驱动电压等基本参数；
步骤3、通过按键，进入测试操作界面，选择合适的显示参数，调节显示模式，选择显示位置；显示模式分“阻抗”、“扫频”、“扫频+阻抗”三种，一般按出报告要求选择“阻抗”模式，另外两种辅助分析，显示位置一般设置为“中心”；
步骤4、校准传感器，取平整封铅表面为校准基本面，对涡流探伤检测系统进行校准，点击自动提离/平衡按键将光标置于屏幕正中央；
步骤5、进行信号探测，对于电缆接头，定位电缆接头封铅鼓包处，持探头贴住电缆接头定位处，保持探头贴住表面，无需大力压紧，以免损伤电缆，来回移动探头，为便于对照观察，移动过程中点击相位角按键，旋转旋钮调节余辉为水平，继续点击增益按键，分“H/V增益”、“水平增益”、“垂直增益”三种，调节适当增益至余辉铺满屏幕；
步骤6、定位缺陷，通过持探头沿电缆接头封铅表面匀速滑行测量，并实时观察显示屏上的涡流图谱变化，根据信号大小实时调节增益、滤波频率等参数，对出现典型的弧形回线区域，尝试变换测量轨迹，找到信号强度最大处；
步骤7、存储试验结果，通过系统内部的存储单元存储涡流图谱及其参数表，记录存储数据和报告文件名信息。
所述显示模式分“阻抗”、“扫频”、“扫频+阻抗”三种，一般选择“阻抗”模式，另外两种辅助分析，当注入探头线圈电流信号、被测导体电磁特性参数及检测距离不变时，探头线圈的阻抗Z就成为被测导体非连续度的单值函数，导体的非连续度会影响涡流的流动，使阻抗平面图中涡流信号矢量点发生移动，故通过检测探头线圈的阻抗Z就可实现被测体非连续度的检测。陷处和非缺陷处检测结果差异明显，缺陷处幅值较大，且相位发生偏移，形成了典型的弧形回线；铅封开裂越严重，检测信号强度越大，越易于分辨。
本发明具有如下优点：
本发明检测系统和方法可用于各种电缆附件的铅封状态检测，使得封铅状态检测不再局限于参考护套接地电流和接触电压数值。检测过程中无需安装，无需停电，不影响电缆的正常运行，并且在铅封完全开裂前可掌握铅封状态，减小了线路发生故障的可能性，可极大地提高变电缆附件铅封检测的效率和质量、节省人力物力成本，保证电力系统安全稳定运行。
基于对电缆附件铅封状态的监测，可做到防患于未然，及时发现电缆线路的隐患，保证电网安全，降低电缆故障导致的经济损失具有十分重要的意义和积极作用，可减少事故发生带来的大面积停电，提高电力系统的供电可靠性，具有极大的经济效益与社会效益。
附图说明
图1为本发明系统结构框图；
图2为本发明实施例中某110kV高压电缆中间接头上铅封非缺陷处的涡流检测图谱；
图3为本发明实施例中某110kV高压电缆中间接头上铅封缺陷处的涡流检测图谱。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1所示，一种基于阻抗谱的电缆铅封缺陷带电检测系统，包括便携式计算机检测系统、涡流检测传感器，便携式计算机检测系统包括装置外壳，设置在壳体内部的信号发生模块、信号接收模块、信号处理模块、存储模块、电源模块和计算机系统，以及嵌设在壳体上的显示屏和若干按键，涡流检测传感器为圆柱形放置探头，包括探头外壳和内部线圈、磁芯，探头与便携式计算机检测系统通过探头连接器和线路连接。
探头为绝对或差分探头，采用桥式或反射式配置。
探头为点式绝对探头，探头连接器为16针LEMO或BNC连接器。
系统检测的频率范围为10Hz-12MHz。
系统同时具备高通和低通滤波器滤波器，低通滤波器频率在10Hz-2000Hz范围可调，高通滤波器在5Hz-1000Hz范围可调。
探头驱动包括三种驱动电压低、中、高分别对应2V、5V、8V。
基于阻抗谱的电缆铅封缺陷带电检测系统的检测方法，包括如下步骤：
步骤1、按设备要求连接探头和便携式计算机检测系统；
步骤2、启动便携式计算机检测系统，调整检测模式为涡流阻抗相位测量，设置测试模式、绝对测量路径、输出信号频率、采样率、信号驱动电压等基本参数；
步骤3、通过按键，进入测试操作界面，选择合适的显示参数，调节显示模式，选择显示位置；显示模式分“阻抗”、“扫频”、“扫频+阻抗”三种，一般按出报告要求选择“阻抗”模式，另外两种辅助分析，显示位置一般设置为“中心”；
步骤4、校准传感器，取平整封铅表面为校准基本面，对涡流探伤检测系统进行校准，点击自动提离/平衡按键将光标置于屏幕正中央；
步骤5、进行信号探测，对于电缆接头，定位电缆接头封铅鼓包处，持探头贴住电缆接头定位处，保持探头贴住表面，无需大力压紧，以免损伤电缆，来回移动探头，为便于对照观察，移动过程中点击相位角按键，旋转旋钮调节余辉为水平，继续点击增益按键，分“H/V增益”、“水平增益”、“垂直增益”三种，调节适当增益至余辉铺满屏幕；
步骤6、定位缺陷，通过持探头沿电缆接头封铅表面匀速滑行测量，并实时观察显示屏上的涡流图谱变化，根据信号大小实时调节增益、滤波频率等参数，对出现典型的弧形回线区域，尝试变换测量轨迹，找到信号强度最大处；
步骤7、存储试验结果，通过系统内部的存储单元存储涡流图谱及其参数表，记录存储数据和报告文件名信息。
如图2和图3所示为某110kV高压电缆中间接头上铅封缺陷处和非缺陷处的涡流检测图谱，在高压电缆运行环境下，非缺陷处的检测信号基本一致，缺陷处的检测信号强度差别较小，不同运行电压和负荷电流下均可分辨出铅封开裂缺陷。
本系统基于电磁感应原理，具有一个独立涡流检测通道，外接专用铅封涡流检测探头，在探头参数和提离高度保持不变的基础上，通过检测探头线圈的阻抗来实现被测铅封表面的非连续度，即裂纹、孔洞、划伤等缺陷的检测。该系统能够实时读取涡流传感器阻抗数值，单独或同时显示检测单阻抗图和扫频阻抗图，实现单阻抗图和扫频阻抗图的同步对比分析，具有数据图像及设置参数的同步保存、浏览和导出功能，在采集设置、信号接收、信号处理以及电源管理等方面功能强大。系统支持阻抗图相位角可调，可实现360度旋转阻抗图；支持中心位置可调，实现移动阻抗图于屏幕中任意位置；支持水平和垂直增益分别调节，以应对现场复杂的测试环境；具备余辉保留功能，可设置调整保留时长；同时具备高通和低通滤波器，低通滤波器频率范围为10-2000Hz可调，高通滤波器为5-1000Hz可调并可设置关闭；具备两个完全独立频率，可在同一触发下同时工作，对比在两个不同频率下的阻抗图实现对缺陷的检测；具备两个完全独立频率，可在同一触发下同时工作，对比在两个不同频率下的阻抗图实现对缺陷的检测；最多可同时显示三个已配置参数的阻抗图像，包括不同频率下的单阻抗图和扫频阻抗图，并自定义其显示位置；可同时显示两个实时参数，包括各阻抗图的峰峰值、最大垂直峰值、最大水平峰值和峰峰角；可一键冻结和保存屏幕当前阻抗图像，并具有图像冻结时信号校准功能，调整信号增益和相位角；具有一键数据保存和一键自动提离平衡功能，可实现设备快速平衡和自动提离；设置参数能在一个页面同时显示和编辑，可快速配置仪器进行测试；而且操作面板具有飞梭旋钮，可实现快速切换和操作；具备PC端的数据分析软件平台，可查看和分析主机导出的测试数据；信号接收能力强，无需前置放大器；可设置即时参考信号，以便于实时对比分析；具有电源智能管理系统，可实时显示当前电量和工作状态，主机具有三种供电方式，分别为充电适配器直接供电，内置锂离子电池供电和内置AA型碱性电池盒供电，同时可自动识别内置电池类型，防止适配器给碱性电池误充电。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
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