电缆金属护层电阻带电检测仪自动校准系统及其校准方法与流程

本发明涉及高压电缆检测，具体涉及电缆金属护层电阻带电检测仪自动校准系统及其校准方法。

背景技术：

1、高压电缆金属护层接地系统的健康状态是保障电缆安全可靠运行的重要环节。近年来，高压电缆故障大多与接地回路或护套缺陷有关，其中电缆接头故障占比高达50.87%。为此，本领域已有相关企业研发了高压电缆金属护层回路带电检测定位仪，通过在带电状态下向高压电缆金属护层回路中注入异频交流或直流激励信号，实现毫欧级的护层回路电阻的高精准检测及精确定位。

2、然而，目前对该类带电检测设备的校准，主要采用传统手动校准模式。现有校准方案通常由人工操作的标准电阻、被校准的回路电阻检测仪以及用于记录与计算的pc端笔记本电脑组成。校准人员手动切换电阻值，启动检测仪进行测量，人工记录测量数据后离线计算校准系数。具体而言，首先准备一系列待测电阻，阻值范围为0.1～3ω，用于模拟电缆护层电阻，将三相电阻首尾相接或一端短接、另一端悬空，分别模拟交叉互联模式和单端接地模式，然后采用被校准的检测仪测量电阻值，测量完成后手动对三相进行电阻值切换。测量完成一轮后，将测量值与真实值进行拟合，计算校准系数，再重新进行一轮测量，使用上一轮测量计算出的校准系数对测量值进行修正，最后计算校准前后的误差以评估校准效果。

3、然而，上述手动校准方案大多存在以下缺点：

4、（1）校准过程繁琐、耗时长、效率低下：在实际使用中，每个校准点均需人工手动切换电阻、触发测量、记录数据，一套完整的校准流程通常需要数小时，难以满足批量设备校准的时效性需求。

5、（2）手动操作引入人为误差，校准精度受限：人工读数、记录和计算过程中不可避免存在主观误差，且手动切换电阻的重复性较差，难以保证校准结果的一致性和可重复性。

6、（3）无法模拟现场真实的复杂电磁干扰环境：高压电缆护层回路电阻的在线检测面临多种信号的干扰，主要包括：电缆线芯电流通过电磁耦合在护层产生的工频干扰信号、电网不平衡电流在接地回路中耦合出的环流、非线性负载（整流逆变装置、电弧炉等）在护层中耦合的高次谐波以及断路器分合闸、电容投切等操作在护层中引起的暂态过电压。手动校准模拟离线检测的过程，无法模拟带电检测过程中护层中耦合出的复杂的电磁干扰，导致校准结果难以反映设备在现场真实工况下的测量性能。

7、（4）无法自动生成校准报告。现有方案中，校准数据需人工整理、分析和归档，缺乏标准化的报告生成机制，不利于校准数据的追溯和管理。

技术实现思路

1、为此，本发明提供电缆金属护层电阻带电检测仪自动校准系统及其校准方法，以解决现有技术中校准过程效率低、校准精度受限、无法模拟现场真实的复杂电磁干扰环境以及无法自动生成校准报告的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，电缆金属护层电阻带电检测仪自动校准系统，包括标准电阻模块、人机交互模块、控制模块、电磁干扰模拟注入模块、信号适配模块以及数据采集模块；

4、所述标准电阻模块能够根据上位机下发的模式选择指令激活相应的单端接地电阻网络或交叉互联电阻网络，用于对对应校准模式下的标准电阻加载与切换；

5、所述人机交互模块包括安装有控制程序的上位机，通过通信总线分别与控制模块、可编程交流电源和被校准的回路电阻检测仪通信连接，设置校准参数，并通过opc服务器向控制模块下发模式选择指令和电阻切换指令；

6、所述控制模块能够在接收上位机下发的模式选择指令与电阻切换指令后，执行相应的内部控制程序，并向对应的dq数字量输出模块发送通断控制信号；

7、所述电磁干扰模拟注入模块用于将可编程交流电源的输出端以并联方式接入所述标准电阻模块的各相回路中，且能够生成工频干扰信号、高次谐波干扰信号及暂态干扰信号；

8、所述信号适配模块包括bnc接口和测试夹，用于将被校准的回路电阻检测仪与标准电阻模块进行电气连接，提供激励信号输入和测量信号返回通道；

9、所述数据采集模块与人机交互模块中的上位机构成数据链路，用于采集被校准检测仪的测量数据，并计算当前测量电阻值，确定校准系数，并将校准系数写入被校准的回路电阻检测仪。

10、进一步的，所述单端接地电阻网络用于模拟高压电缆金属护层单端接地的运行模式；

11、所述交叉互联电阻网络用于模拟高压电缆金属护层交叉互联的运行模式。

12、进一步的，所述人机交互模块中的校准参数包括校准模式、校准点数量、电阻档位序列以及是否加载干扰信号及干扰类型。

13、进一步的，生成所述工频干扰信号时，首先获得三相电缆交叉互联系统护层环流的波形特征；再基于电磁暂态仿真软件仿真，获得单端接地模式下正常运行和单相接地故障时护层感应电压的波形特征，并根据仿真获得的波形特征生成相应的工频干扰信号输出指令。

14、进一步的，生成所述暂态干扰信号时，首先基于电磁暂态仿真软件，仿真获得断路器合闸过程中由于多次预击穿引起的电缆护层暂态过电流和分闸过程中由于多次重燃引起的护层暂态过电流；同时获得护层暂态过电压的时域波形及频谱特征，并根据仿真获得的暂态特征生成相应的暂态干扰信号输出指令。

15、进一步的，生成所述高次谐波干扰信号时，基于电磁暂态仿真软件，仿真获得12脉动换流器产生的12k±1次特征谐波在电缆护层中耦合出的谐波电流时域波形及频谱分布，并根据仿真获得的谐波特征生成相应的高次谐波干扰信号输出指令。

16、进一步的，所述信号适配模块的具体内容如下：

17、1）在单端接地模式下，标准电阻模块通过测试夹连接至被校准的回路电阻检测仪；

18、2）在交叉互联模式下，标准电阻模块各相对应的两个bnc接口分别作为激励输入端和信号返回端，通过bnc接口连接至被校准的回路电阻检测仪；

19、3）当标准电阻模块完成电阻加载、电磁干扰模拟注入模块完成干扰信号注入后，被校准的回路电阻检测仪通过信号适配模块向标准电阻模块输出激励信号，激励信号流经已接入的标准电阻和干扰信号注入电路后，在标准电阻两端形成响应电压和响应电流，并通过信号适配模块的测量返回通道回传至被校准的回路电阻检测仪的测量输入端。

20、进一步的，所述数据采集模块的具体内容如下：

21、1）被校准检测仪通过第一通信连接向上位机回传测量数据；

22、2）基于被校准的回路电阻检测仪通过信号适配模块接收标准电阻两端的响应信号，计算当前测量电阻值；

23、3）上位机根据全部校准点的当前测量电阻值与标准电阻真实值进行一阶线性拟合，确定校准系数，并将校准系数通过第一通信连接写入被校准的回路电阻检测仪，完成校准系数的自动标定。

24、第二方面，电缆金属护层电阻带电检测仪自动校准方法，包括以下步骤：

25、s1：上位机启动后，分别与被校准的回路电阻检测仪建立第一通信连接、与控制模块建立第二通信连接、与可编程交流电源建立第三通信连接，完成设备初始化；并通过人机交互界面设置校准参数；

26、s2：上位机根据预设的校准点序列和校准模式，向控制模块下发电阻切换指令；控制模块执行相应的控制程序，闭合对应档位的继电器的常开触点，将对应阻值的标准电阻接入当前校准回路；

27、s3：上位机通过第一通信连接向被校准的回路电阻检测仪下发启动测量指令；

28、s4：被校准的回路电阻检测仪完成测量后，通过第一通信连接回传测量数据，再计算当前测量电阻值，并将所述测量电阻值与当前接入的标准电阻的真实值进行比较，计算测量误差；

29、s5：重复s2至s4，直至完成所有预设校准点的测量；

30、s6：上位机根据全部校准点的测量电阻值与标准电阻真实值进行拟合，计算校准系数；

31、s7： 将s6计算得到的校准系数写入被校准的回路电阻检测仪，重新测量各校准点，计算校准后的测量误差，验证校准效果；

32、s8：自动生成包括校准模式、校准系数、测试曲线及校准前后误差对比的校准报告，并支持导出。

33、本发明具有如下优点：本发明通过上位机统一控制plc自动切换电阻、被校准检测仪自动测量、数据自动采集与处理，实现了校准流程的全自动化。相比现有手动校准方案，能够缩短校准时间，且适用于批量设备的校准场景。

34、同时，本发明采用自动切换标准电阻，避免了人工手动切换带来的接触不良和读数误差。所有测量数据由上位机自动采集、记录和计算，消除了人工记录和计算过程中可能引入的错误，保证了校准结果的重复性和一致性。

35、另外，本发明能够通过可编程交流电源生成与现场实测特征一致的工频干扰、高次谐波干扰和暂态干扰三类信号，并以并联方式注入校准回路。相比现有手动校准方案仅能提供纯阻性负载，本发明使被校准设备在实验室条件下即可经历与实际现场高度一致的电磁干扰环境，校准后的设备在现场测量时的准确性和可靠性得到根本保障。

36、本发明还能够在同一系统内同时集成单端接地和交叉互联两种电缆接地模式的标准回路，一套系统即可覆盖高压电缆领域最主要的两种护层接地方式，满足不同类型检测设备的校准需求。

37、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。