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都会地下电缆路径检测系统的研究与设计

2022-02-13 01:37上一篇:2007年上半年国有重点企业生产经营情况 |下一篇:没有了

本文摘要:在地下电缆的治理维护、都会的计划改建中,要求快速而准确地查明地下电缆位置、延伸路径以及深度,明确电缆的详细位置信息。国网常熟市供电公司的研究人员李映桥、王学冬、徐青龙、汪飞,在2020年第8期《电气技术》杂志上撰文,研究设计的都会地下电缆路径检测系统以电磁法为主要理论基础,建设电缆空间等效模型,推导场强分量公式。

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在地下电缆的治理维护、都会的计划改建中,要求快速而准确地查明地下电缆位置、延伸路径以及深度,明确电缆的详细位置信息。国网常熟市供电公司的研究人员李映桥、王学冬、徐青龙、汪飞,在2020年第8期《电气技术》杂志上撰文,研究设计的都会地下电缆路径检测系统以电磁法为主要理论基础,建设电缆空间等效模型,推导场强分量公式。

创新点在于使用场强频率传导举行信号传输,应用极值法代入Matlab软件举行仿真分析,能够精准探测线圈周围磁场巨细及偏向改变情况,使用双线圈法举行公式推导获得电缆埋地深度。在系统的软硬件实施上,通过ARM控制模块代入Keil软件算法举行输出,能够直观清晰地出现地下电缆的路径轨迹和埋藏深度,提升智能化水平。最后通过实测试验进一步验证系统的可行性。

现如今电力电缆已经逐步取代排挤输电线路成为都会电网体系中的主要传输方式。随着电力电缆在都会中的广泛应用,许多问题随之突显出来。

当前许多都会为了加速推进现代化历程都在举行都会计划改建的项目,迫切需要相识地下电缆网络的漫衍,制止在改建历程中因不慎挖断电缆造成不须要的损失。施工中由于没有提前预判地下电缆的位置及埋深而将电缆挖断的情况屡见不鲜,造成的结果是轻则中断住民和企业的电力供应,重则造成人员伤亡和重大经济损失。

2015年4月,浙江省台州市三门县的挖掘工人在鱼塘施工历程中,不慎将地下的一根通电运行状态下的甬台温电信光缆挖断,造成3条远程干线大容量波分系统中断时间达129min,直接损失13.3万余元,中断通信的电路损失达1459.25万元。出于对宁静性和经济性的双重思量,在地下电缆的治理维护、都会的计划改建上要求简朴、快速而准确地查明地下电缆位置及深度,明确电缆位置信息。现在海内外对于埋地电缆的检测技术生长相对成熟,外洋蓬勃国家的检测技术以探地雷达法为主,探测精度高,但成本较高且操作庞大;海内的检测技术多以电磁法为基础研究设计,性价比力高,但由于传感方式受滋扰水平较大,探测精度较低。

本文研究设计的都会地下电缆路径检测系统以电磁法为理论基础,应用信号吸收和发射装置举行场强频率传导,有效提升检测精度,在软硬件上应用革新算法使得系统进一步提升智能化水平。1 海内外研究现状外洋蓬勃国家对于地下电缆探测技术的研究与应用已经生长多年,其中以英国雷迪公司为代表设计生产的RD400系列和RD432系列地下管线探测仪处于世界领先水平,其以探地雷达法为理论基础,接纳传输天线向地下待测目的发射高频电磁脉冲信号,凭据地下反射获得的雷达波举行探测。探测仪器的频率和精度较高,智能化水平高,对周围庞大情况抗滋扰能力强,可是仪器价钱昂贵,对仪器的操作者要求较高。我国在这方面起步较晚,但生长很快,现在技术相对成熟。

其中最有知名度的是西安华傲通讯公司基于电磁法设计研发的GXY便携式电缆检测仪,但其内部主要的元器件大多来自入口,仪器价钱相对较高,缺乏自主研发能力。现在对于地下电缆的探测方法有充电法、电磁感应法和探地雷达法,基本原理及特点见表1。

表1 电缆常见探测方法分析上述几种探测方法,电磁感应法若选择合理的信号传感方式,可以有效地提高检测精度和抗滋扰能力,且成本较低。都会地下电缆路径检测系统就是以电磁感应法为基础研究设计的。2 理论研究与分析(略)系统以电磁感应原理为主要理论基础,使用地下电缆与周围介质的导电性及导磁性差异这一特性,建设空间磁场的等效模型,应用毕奥-萨伐尔定律,通过几何关系和假设条件推导其空间磁场强度,分析线圈在磁场中的感应电动势。

应用极值法将数据代入Matlab软件举行仿真分析,通过峰值和谷值的极值点确定地下电缆的方位走势。通过双线圈法和几何关系推导出地下电缆的埋藏深度。3 系统硬件设计电缆路径检测系统硬件部门选用ARM STM32F103CET6和电磁探测模块组成焦点控制系统,应用外挂的GPS模块将探测到的电缆路径方位和埋藏深度等信息转化为经纬度坐标形式,并将效果存储在E2PROM里,凭据需要在LED显示屏上显示或者通过数据收罗模块与电脑举行通信,导出数据并对其举行整体分析。

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整个系统由CPU、显示模块、电磁处置惩罚模块、预处置惩罚模块等4大部门组成。其中CPU为ARM单片机STM32F103CET6;4个模块划分为预处置惩罚模块、输出输入模块(键盘、LCD显示屏和扬声器)、存储模块(E2PROM、Flash)以及数据收罗模块(电磁处置惩罚模块),4个模块均由ARM单片机举行总体控制。控制系统的整体构架如图7所示。图7 系统硬件原理框图如图7所示,ARM单片机自带的12位/16通道数模转换器将对吸收到的频率信号举行数据转换和处置惩罚。

输入输出模块包罗扬声器、LCD和键盘3个部门。电磁模块通过振荡电路对丈量线圈发生激励,进而发生交变磁场,感应到线缆时,使得磁场发生畸变,需要经由2个AD处置惩罚通道举行信号的预处置惩罚,将效果反馈给ARM单片机。

系统通信模块包罗E2PROM和GPS,其中E2PROM是信号存储模块,卖力将信息存储并举行远端传输;GPS对电缆位置举行准确定位,将位置信息转化为经纬度坐标形式。4 系统软件设计法式设计接纳高级语言C语言,在开机后系统举行初始化自检模式,ARM单片机片的STM32F103CET6模块开始对反馈吸收到的频率信号举行AD转换;通过对电磁处置惩罚模块的信号收罗和处置惩罚,在竣事一个采样周期后,由单片机完成数据分析,获得并显示丈量点的磁场强度,同时凭据磁场强度的变化量判断其泛起峰值或谷值时的极值点,扬声器将磁场强度的巨细反映在声频音量的巨细上。单片机接纳定时器方式实现AD转换、场强过限报警及数值显示,法式不停地循环实现不中断丈量。

系统的E2PROM和Flash存储模块将检测到的数据信息举行收罗和存储,通过输出模块传输到远程PC终端,以便后续数据处置惩罚和分析。接纳通用异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter, UART)与GPS模块举行通信实现设备的定位以及经纬度的获取。GPS模块的主要作用是将系统吸收到的频率信号转化为地理坐标形式,便于操作者寻找到电缆的详细方位,同时也便于后期对数据信息的处置惩罚分析。

ARM单片机与UART通信的法式框图如图8所示。图8 UART与GPS通信法式框图本系统的多通道数据收罗模块使用ARM内部自带12位模数转换器实现,有2路信号收罗通道,划分为峰值模式和谷值模式信号收罗通道。

信号通过ARM单片机,将频率信号转换为数字信号,代入编写好的公式法式中举行盘算,将盘算后获得的效果数据送给显示屏举行显示。AD1和AD2数据收罗通道划分卖力对峰值模式和谷值模式下的数据举行收罗处置惩罚。系统通过AD1数据收罗通道将峰值模式下的电缆位置转化为数据参数输出到AD2数据收罗通道,举行谷值模式下的电缆方位准确定位,以数据和音频双重方式对信号举行输出。

AD数据收罗部门法式框图如图9所示。深度和电流的检测是电缆处于谷值模式下来举行检测的,该功效主要由单片机内部的模拟数字转换器(analog to digital converter, ADC)来实现,系统通过ADC的相互转换,举行数据处置惩罚后,将电动势变化值及各项已知参数代入公式获得地下电缆的埋藏深度,将频率信号电流代入传输线方程盘算后获得地下电缆的交变电流。

电缆埋藏深度和电流检测模块设计框图如图10所示。图9 ADC时序控制电路图10 电缆埋藏深度和电流检测法式流程图5 系统组装调试及实测分析在完成系统各模块的拼接组装后,需要将所有模块组合成一个完整的系统,对整体系统举行通电调试。为了完成对都会门路设施下的电缆现场实测,联系到了市政相关部门,取得了马路旁人行横道处的一块路面下敷设的电缆方位及埋深数据。

对长约3m的路面举行实测试验,待测电缆上方覆有土壤和水泥方砖,电缆埋藏的实际深度为0.82m,电缆运行状态为带电导通状态。表2 现场实测试验数据通过误差分析盘算获得检测装置的水平位置的偏差0.14m,埋藏深度的偏差0.16m,满足系统对于检测精度的要求,后续将通过盘算机汇编语言革新算法,进一步提升系统检测精度。

试验基本确定了所研究设计的都会地下电缆路径检测系统具有可行性,其理论方法和软硬件部门的设计均满足预期想法,实现了设计的基本要求和预想理念,到达了预期效果。在该试验的基础上,还举行了其他实测试验,对敷设在变电所电缆沟内的电力电缆,以及已知地下结构漫衍的门路地下埋藏的电力电缆都举行了路径和埋深的探测,均能较为准确直观地检测到地下电力电缆的路径方位信息和埋藏深度信息。6 结论本文研究设计的都会地下电缆路径检测系统,在传统检测装置的基础上,对系统举行改良优化,使用场强频率传输研究设计出电缆信号识别与收罗系统,尤其是对系统的吸收与发射信号模块的创新应用,提高了系统检测的精准度。本文设计了系统的硬件制品,编写了主要焦点模块的软件法式。

使相关人员能够快速、精准地明确地下电缆的位置、深度等相关信息,节约人力物力和查找时间,制止因挖断地下电缆而造成的不须要事故。该系统应用在需要探测的门路现场,携带利便,操作简朴,能够快速精准地获知地下电缆的准确方位、埋藏深度和电流等位置信息。本文编自2020年第8期《电气技术》,标题为“都会地下电缆路径检测系统的研究与设计”,作者为李映桥、王学冬、徐青龙、汪飞。


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