专利名称：电力电缆故障行波同步测距装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力设备故障检测领域，所检测的电力电缆为各电压等级的电力电缆，并能够提供电力电缆的单相接地和两相接地故障的测距结果，具体说是一种电力电缆故障行波同步测距装置。
背景技术：
用于电力传输和分配的电缆称为电力电缆。用于电力传输和分配的电缆称为电力电缆。随着社会的进步和工农业生产的发展，电缆用量在整个电力传输线路中所占的比例日益提高，电缆与架空线路相比，具有下列主要优点I.送电可靠性高，不易受周围环境和污染的影响；2.线间绝缘距离小，占地少，无干扰电波；3.地下敷设时，不占地面与空间，既安全可靠，又不易暴露目标。由于绝大多数电力电缆敷设于地下，随着近年来电力电缆的大量使用，电缆发生故障后，故障点的快速查找和修复成为供电单位关注的焦点，目前较为常见的故障测距方法以电桥法、脉冲电压法、脉冲电流法和二次脉冲法为主，各种方法简介如下传统的检测方法I)电桥法电桥法是一种经典测试方法。电桥法优点是简单、方便、精确度高，不需要人工判断波形，获知电缆长度后仪器可以自动计算故障距离。但它的缺点是不适用于高阻与闪络性故障，因为故障电阻很高的情况下，电桥里电流很小，一般灵敏度的仪表，很难探测，实际上电缆故障大部分属于高阻与闪络性故障。电桥法的另一缺点是需要把电缆的对端做环路处理，对于电力电缆对端环路一般不容易进行。2)低压脉冲反射法低压脉冲反射法，又叫雷达法，是受二次世界大战雷达的启发而实用新型的，它通过观察故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差测距。低压脉冲反射法的优点是简单、直观、不需要知道电缆的准确长度等原始技术资料。根据脉冲反射波形还可以容易地识别电缆接头与分支点的位置。低压脉冲反射法的缺点是仍不能适用于测量高阻与闪络性故障。3)脉冲电压法脉冲电压法，又称闪测法，是上世纪六十年代发展起来的一种高阻与闪络性故障测试方法。该方法使电缆故障在直流高压或脉冲高压信号的作用下击穿，然后，通过观察放电电压行波在观察点与故障点之间往返一次的时间测距。脉冲电压法的一个重要优点是不需将高阻与闪络性故障烧穿，直接利用故障击穿产生的瞬间脉冲行波信号，测试速度快，测量过程也得到简化，是电缆故障测试技术的重大进步。脉冲电压法的缺点为安全性差，仪器通过电容电阻分压器分压测量电压行波信号，仪器与高压回路有电耦合，很容易发生高压信号串入，造成仪器损坏。通过故障电缆电压行波信号的反射确定故障距离，存在使用人员需要培训，波形辨识需要大量的经验积累。4)脉冲电流法脉冲电流法是上世纪八十年代初在脉冲电压法的基础上发展起来的一种测试方法，该方法具有安全、可靠、接线简单等优点。脉冲电流法与脉冲电压法的区别在于通过线性电流耦合器测量电缆故障击穿时产生的电流行波信号，实现了仪器与高压回路的电耦合特性，故障测试设备的安全性得以大大提高。脉冲电流法因接线简单，随着电子技术的发展，测试精度的提高，目前为绝大多数电力用户使用。该方法目前也存在电流行波信号无法自动识别，使用人员需要培训和积累大量的现场经验才能准确辨别和区分故障距离的问题。5) 二次脉冲法(多次脉冲法)二次脉冲法(多次脉冲法)是本世纪初开始推广使用的电力电缆故障测距的新方法，该方法结合脉冲电流法和低压脉冲反射法的优点，在使用脉冲高压击穿电力电缆故障点的瞬间，采用保持故障延弧，测距仪对故障电缆注入脉冲信号，由于故障点处于短路状态，测距仪接收到的行波反射信号与息弧后的脉冲行波信号有明显的区别，经过波形比对， 使用人员可以明确辨别故障距离，并且测距仪的自动测距功能得以加强。此方法的缺点在于在原有脉冲电流测试设备的基础上，增加了多次脉冲耦合器，增加了设备成本。相对于脉冲电流法，测试设备价格也有很多提高，并且对于续弧不稳定的的电缆故障，此方法无法测试。综上所述，对于电力电缆故障测距，现有的检测方法都有各自的局限性。

实用新型内容根据以上现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种实现电力电缆故障的精确测距，通过对电力电缆的两个或多个相同时进行行波信号的采集和比对，使设备使用人员能够快速准确地判断故障距离，以克服现有电力电缆故障测距方法的不足的电力电缆故障行波同步测距装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是电力电缆故障行波同步测距装置，包括被测电力电缆、壳体和电源单元，被测电力电缆的测试端对端短接，其特征在于壳体内设置高速信号采集和处理系统，在被测电力电缆的测试端的故障相和完好相分别设置高频传感器，高频传感器的输出端连接高速信号采集和处理系统的输入端，电源单元的输出端连接高速信号采集和处理系统的电源端口。使用时，设置直流高压脉冲电源连接被测电力电缆的故障相和完好相，通过对被测电力电缆故障相和完好相在测试点对端短路状态下，测量故障相和完好相的故障点击穿的行波反射的起始点时间，计算出测试点到故障点的距离。其中优选方案是所述的高速信号采集和处理系统包括信号调理器、高速A/D转换器、FPGA、存储器、处理器和人机对话装置，在被测电力电缆的故障相和完好相分别设置高频传感器的输出端分别连接信号调理器的输入端，信号调理器的输出端分别通过高速A/D转换器连接 FPGA的信号输入端，FPGA的数据端设置连接存储器，其输出端连接处理器的数据端，FPGA 的时钟控制端分别连接两个高速A/D转换器，处理器设置连接人机对话装置。利用故障相和任意一条或多条完好相的行波信号的起始时间之间的差值计算故障点距离，高频电流传感器传来的信号通过信号调理和A/D转换后，进行数据存储、分析，通过数据处理系统将行波信号的信号波形化处理后分别得到故障相和完好相的行波特征图形，可以显示。在对故障相施加高压造成故障击穿时，在故障相和同一长度电缆回路其他完好相设置的高频电流传感器同时采集行波信号，同时采集到的电磁暂态信号的行波信号的起始时间，作为计算故障点离测试点距离的基础。所述的处理器的通讯端可以通过以太网芯片连接网络。本实用新型电力电缆故障行波同步测距装置所具有的有益效果是通过整体性优化设计和处理，利用该装置可以实现I、简单实用，测量简便、准确；2、在不大量增加设备成本的基础上，使工程技术人员能够快速掌握电力电缆故障测距设备的使用，准确判断故障距离，快速修复，提高供电质量，降低设备成本；3、采用此装置，随着现场经验的积累，摆脱了行波信号难以分析的问题，加快电缆故障测试设备的革新进步；4、针对110KV及以上高压电缆的故障测距，此装置比现行的其他测距方法具有明显的速度、精确、方便使用等优势。

图I为本实用新型的电气原理图；图2为本实用新型的高速信号采集和数据处理系统的原理方框图；图中1、2、高频电流传感器3、完好相电缆导体4、故障相电缆导体5、高压电力电缆6、高压电缆测试接地端7、直流高压脉冲电源8、故障测距仪9、10、对端导体11、脉冲电容。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述实施例I :如图I所示，设置高压电缆测试接地端6，在高压电力电缆5的故障相电缆导体4 和其他任意完好相电缆导体3上，分别接入一个高频电流传感器1、2，并且测试端另一端的对端导体9、10故障相与完好相短接，完好相电缆导体3通过脉冲电容11接地，直流高压脉冲电源7连接故障相电缆导体4，使用直流高压脉冲电源7采用直流高压或脉冲高压对故障相进行放电，两个或两个以上的高频电流传感器1、2得到的电流行波信号同时被故障测试仪8接收，成为分析和得到故障距离的原始数据。故障测试仪8包括高速信号采集和数据处理系统。如图2所示，高速信号采集和处理系统包括至少两个高速信号采集单元以及具有特定判据的数据分析和处理系统，主要包括高频传感器、信号调理器、高速A/D转换器、FPGA、存储器、处理器、人机界面。高频传感器的输出端连接信号调理器的输入端，信号调理器的输出端分别通过高速A/D转换器。高速A/D转换器的输出端连接FPGA的信号输入端。 FPGA的数据端设置连接存储器，其输出端连接处理器的数据端，FPGA为两路高速A/D转换器提供同步时钟。处理器的通讯端连接人机界面。高频传感器即为高频电流传感器。处理器的数据端设置人机对话装置，可以根据需要设置显示器和打印机，也可以设置打印机、色带、指示灯或者喇叭。FPGA即可编程逻辑门阵，包括高速A/D接口、门限逻辑控制、动态随机存储器接口、命令寄存器和处理器接口组成，其模块结构方式为普通现有技术。使用时，高速A/D接口连接高速A/D转换器的输出端，门限逻辑控制连接高速比较器，动态存储器接口连接动态存储器DRAM，处理器接口连接处理器的输入端。本实用新型中提及的对数据包进行的网络汇集、分析和处理，处理器和FPGA的设置、输入、存储和使用，为普通计算机及电气工程师等专业人员所掌握。工作原理和过程由两个以上高频电流传感器采集到的截止频率大于2MHz的电磁暂态信号，经信号调理电路进行增益调整和低通滤波送给高速A/D转换器，在现场可编程逻辑门阵的控制下进行时间计算处理，处理器通过中断得到数据有效信息，经过算法处理，或者通过良好人机界面显示故障距离等信息，通过以太网将数据以网络通讯方式上传到上位机。使用者除了在单机上监测运行状态外，还可以通过网络汇集、单一调用，分析和处理。测距的具体步骤是步骤I :将被测电力电缆的故障相和完好相的测试端的对端短路，即测试端的另一端，在被测电力电缆的测试端的故障相和完好相上分别设置高频电流传感器，该高频电流传感器的输出连接到一高速信号采集和数据处理系统，所述高速信号采集和数据处理系统包括至少两个高速信号采集单元以及数据存储分析和处理系统；步骤2 :对被测电力电缆的故障相施加高压直流电压，造成故障点击穿；步骤3 :利用设置在被测电力电缆的故障相和完好相上的高频电流传感器和高速信号采集单元，同时检测和记录被测电力电缆故障相和完好相因故障点击穿产生的行波信号到达测试点的时间；步骤4 :利用所述的数据存储分析和处理系统，利用步骤3所检测和记录得到的被测电力电缆故障相和完好相的两个行波信号的起始时间的时间差，对被测电力电缆的故障点距离进行计算和处理。由于行波信号在电力电缆中的传播速度为一定值V，两个高频传感器检测到的行波信号达到的时间不同，设定为tl和t2，其时间差为At, At = t2_tl，已知被测电力电缆全长为L，利用公式X = L_(At*V)/2计算出故障点距离X。本实用新型所描述的高压直流电源只是故障点击穿的一种方式，只是用来说明本实用新型的故障点击穿产生行波过程现象，其他作为击穿故障点交直流电源方式，均为本实用新型的权利要求范围内。本技术领域的技术人员都因该认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型， 而并非用来做本实用新型的限定。只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变型、变化都将落在本实用新型的权利要求范围内。
权利要求1.电力电缆故障行波同步测距装置，包括被测电力电缆、壳体和电源单元，被测电力电缆的测试端对端短接，其特征在于壳体内设置高速信号采集和处理系统，在被测电力电缆的测试端的故障相和完好相分别设置高频传感器，高频传感器的输出端连接高速信号采集和处理系统的输入端，电源单元的输出端连接高速信号采集和处理系统的电源端口。
2.根据权利要求I所述的电力电缆故障行波同步测距装置，其特征在于所述的高速信号采集和处理系统包括信号调理器、高速A/D转换器、FPGA、存储器、处理器和人机对话装置，在被测电力电缆的故障相和完好相分别设置高频传感器的输出端分别连接信号调理器的输入端，信号调理器的输出端分别通过高速A/D转换器连接FPGA的信号输入端，FPGA 的数据端设置连接存储器，其输出端连接处理器的数据端，FPGA的时钟控制端分别连接两个高速A/D转换器，处理器设置连接人机对话装置。
3.根据权利要求2所述的电力电缆故障行波同步测距装置，其特征在于所述的处理器的通讯端可以通过以太网芯片连接网络。
专利摘要一种电力电缆故障行波同步测距装置，属于电力电缆故障检测领域。包括被测电力电缆、壳体和电源单元，被测电力电缆的测试端对端短接，其特征在于壳体内设置高速信号采集和处理系统，在被测电力电缆的测试端的故障相和完好相分别设置高频传感器，高频传感器的输出端连接高速信号采集和处理系统的输入端，电源单元的输出端连接高速信号采集和处理系统的电源端口。通过测量故障相和完好相的故障点击穿的行波反射的起始点时间，计算出测试点到故障点的距离，具有简单实用，测量简便、准确、快速的优点，使工程技术人员能够准确判断故障距离，快速修复，提高供电质量，降低设备成本。
文档编号G01R31/08GK202351373SQ201120485909
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者厉新波, 张立斌, 王广柱, 魏洪文 申请人:淄博博鸿电气有限公司