专利名称：地下敷设电力电缆故障位置精确定位方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及敷设在地下的电力电缆，主要是指当电缆发生故障时，用于检测和确定其故障点位置的地下敷设电力电缆故障位置精确定位方法及装置。
背景技术：
电力电缆故障寻测系统主要由三大部分组成电缆故障距离测量设备(以下简称设备A)；电缆故障位置定位设备(以下简称设备B)；电缆埋设路径测量设备(以下简称设备C)。
主要测量原理采用脉冲回波法(俗称雷达测距)，磁、声定位法，高电压、大电流取样等。
具体技术涵盖微波、模拟、数字、单片机程序设计等微电子技术领域。
目前市场上设备B类产品可分为三类类①根据电缆故障点击穿放电时产生振动音信号的特点，单通道接收故障点放电声音信号，依据声音的强弱定位故障点位置(见图3时序)。
类②根据电缆故障点击穿放电时产生电磁波和振动声波，并向四周传播的特点。双通道同步接收电磁波和振动声波，电磁波作为触发开启声音信号通道的起始信号，在一定的时间里(图4脉冲时间T)接收声音信号，其它时间声信号通道关闭，在一定程度上提高了仪器的抗干扰能力。
设备的另一功能为依据磁声延迟(见图4)Ta和经验波速值(估计值)计算测量点与故障点之间距离，并采用LED数码管显示。
类③除采用类②仪器磁声双通道接收方式外，增加了单片机控制A/D采样，LCD显示波形功能，并依据磁声延迟Ta大小估计测量点和故障点之间距离远近。
存在问题类①设备在声通道开启的所有时间里，干扰信号可随时进入，抗干扰性很差，并且无测速、测距和波形显示功能。
类②、类③设备采用双通道磁声同步接收，振动声音信号通道仅在电磁波触发后的时间里开启(图4中时间T)，设备抗干扰性得到了提高。但是，由于电磁波接收通道在故障点无放电的情况下也处于开启状态，空间其它电磁波干扰同样可进入仪器，产生误触发，开启声通道，对声音信号形成干扰。而且声信号通道开启时间T的大小，也对测量性能产生影响，“T”过大，且测量点距故障点较近时，在“T”时间内，也同样会引入音频干扰；“T”过小，有效声信号将被阻断，影响测量范围(距离)。
另外，类①、②、③设备均无测速功能，这一严重缺陷，使得精确定位故障点位置非常困难，尤其是电缆敷设复杂的情况，如穿管直埋、城市街区电缆沟等。
由以上阐述可看出，类①、②、③设备存在如下两方面缺陷(1)、抗干扰能力差(尤其是类①仪器)。
(2)、缺少测速功能(无法精确定位故障点位置)。

发明内容
本发明的目的旨在解决现有电力电缆故障寻测技术存在的缺陷而提出一种地下敷设电力电缆故障位置精确定位方法及装置。
本发明的方法包括两种；一是时域滤波法，二是两点差值测速法。
实现本发明的方法是这种精确定位方法包括电缆故障距离测量、电缆故障位置定位和电缆埋设路径测量。采用的是脉冲回波法；磁、声时域滤波法；电压、电流取样法等。其中方法一主要包括故障点脉冲放电频次；和电磁波接收；和声波接收；和上述三者的同步工作；和设置关闭放电频次的时间段。上述方法通过设置关闭放电频次的时间段使故障点脉冲放电频次与电磁波接收同步；设置电磁波接收的开启时刻为声波接收开启时刻；使电磁波接收和声波接收同步；从而实现上述、a故障点放电频次、b电磁波接收、c声波接收、三者的同步工作。
方法一还包括所述同步工作包括故障点脉冲放电频次、电磁波接收、声波接收三者开启时刻相同，即在脉冲上升沿/下降沿触发同步；和所述关闭放电频次的时间段包括在电磁波接收通道的开启时刻，对每一次故障点放电脉冲的启始时刻打开，对放电频次时间内任一时刻的干扰电磁波关闭；和所述同步工作包括电磁波接收与放电频次的同步接收。
另外，上述设置关闭放电频次的时间段包括设置故障点放电脉冲频次为T0；和在T0范围内设置电磁波关闭可调脉宽为T1；和T1趋近于T0；和设置声波可调脉宽T2；和故障点脉冲放电频次T0为3-5秒；关闭可调脉宽T1为2-6秒。
本发明的方法二是两点差值法，该方法包括设置数据采样为固定频率流水采样模式；和设置电磁波为声音信号采样启始触发信号，该启始触发为脉冲上升沿/下降沿；和设置采样长度和频率由范围选择控制；和设置每次采样完成，声音波形清屏显示一次。
方法二还包括首先沿电缆路径方向确定A、B两点间长度值L；和将磁探头分别放置在A、B两点，依次采样并存储A、B两点的时间数据Ta、Tb；和利用公式Vc＝L/|Tb-Ta|计算故障点放电声波在媒介中的传播速度，并得出故障点到测量点的距离。以及采用经验声波速值计算包括首先输入经验声波速值Vs；和沿电缆路径方向确定A、B两点间长度值L；和将磁探头设置在A点采样并存储该点的时间Ta和距离Sa；和将磁探头移动距离L至B点，采样并存储B点的时间Tb和距离Sb；和计算|Sb-Sa|＝X，若X＝L，表示波速无误差；若X≠L，表示波速有误差，修正X＝L；利用公式Vc＝L/|Tb-Ta|计算故障点放电声波在媒介中的传播速度，并由式Sc＝VcTc(式中ScTc分别为测量点到故障点的距离和时间)得出故障点到测量点的距离。
实现上述方法的装置是该装置包括高压脉冲发生器、磁声接收器、单片机数据处理LCD显示器、模/数转换和耳机以及外围常规配套电路。其技术方案是设置接收磁信号的电磁放大及比较输出电路，该输出电路把接收的磁信号产生的启始触发脉冲输入给控制脉冲产生电路，该脉冲产生电路经跨接电位器产生电磁波关闭可调脉宽T1，和与此同步的声通道开启可调脉宽T2。
本装置的技术方案还包括所述控制脉冲产生电路输出经电位器可调的，与T1同步的脉宽T2，输入给功率放大输出电路，控制声通道开启时刻和宽度，同时声信号经功率放大后输入给模/数转换采样电路。和所述控制脉冲发生电路经跨接电位器产生电磁波干扰关闭可调脉宽T1；并同时输入给模/数转换采样控制电路，作为声通道信号采样开始的启始触发信号。
本发明具有如下优点1.采用三同步时域滤波法，避免了其它电磁波对声音信号形成的干扰。
2.增加了两点差值测速法，实现了故障点的精确定位。
3.装置简单，使用方便。


图1是本发明中装置示意图，其中1 数据处理显示器、2 磁声接收器、3 控制线、4 耳机、11 耳机插孔、12 信号输入插孔、21 T型天线、22 信号输出插孔、23 放电频次指示灯。
图2是图1中装置的使用示意图，其中5 高压脉冲产生器、6 故障点、7 电缆、T 调压器、PT 升压变压器、Q 球间隙。
图3是类①设备的工作信号时序图。
图4是类②设备的工作信号时序图。
图5是本发明中方法的工作信号时序图。
图6是本发明中装置的电路方框图。
图7是电缆沟道测量示意图，其中8盖板。
图8是电路原理图。
具体实施例方式
为了从根本上解决现有电缆故障定位方法不精确的问题，本发明提出了两种技术方案1、三同步时域滤波法；2、两点差值测速法。下面结合附图对上述方法进行详细说明。
1.三同步时域滤波法(提高设备抗干扰能力)从类②、③设备功能可知，它们仅仅实现了电磁波与声波通道的双同步接收，但是，在放电频次To长达3～5秒的时间内，任何空间电磁波干扰(随机干扰)都有可能进入磁通道造成误触发(如图4磁干扰1、2)，开启声音通道形成干扰(如图4声干扰2)。解决此问题的关键在于电磁波接收通道开启时刻应仅对每一次故障点放电脉冲的启始时刻开启(图4中A点)，对放电频次时间内(图4 T0-T)任一时刻的干扰电磁波均关闭，实现电磁波接收与放电频次To的起始时刻(上升沿或下降沿)同步接收，才可有效的解决以上问题。
本发明的3同步时域滤波法有效的解决了以上问题，如图6所示电路方框图，信号接收由电磁接收放大和声音接收放大两部分组成，故障点放电电磁波经电磁接收放大比较输出，送入控制脉冲产生器，触发产生两种不同脉冲宽度(不可重复触发)，可调脉宽的控制脉冲T1，T2(见图5时序)，T1脉冲宽度2至6秒可调。一旦触发，在2至6秒内，对其它干扰脉冲均关闭。
T2为声通道开启宽度控制脉冲(如图6所示，通过T2范围选择调整)，其脉宽决定测量范围和抗干扰度。
通常情况下，故障点放电脉冲频次为3至5秒，可通过高压脉冲产生器控制(见图2)，在此假设为3秒，当第一次故障点放电脉冲电磁波被接收到，并触发产生T1、T2时，可以通过调整(图6中的W01)T1脉冲宽度接近3秒(调整误差如图5Tx)，例如2.95秒，在此2.95秒脉宽内，如存在其它电磁干扰，将被彻底关闭，实现了电磁波接收时刻与故障点放电频次To的起始时刻同步接收，有效提高了设备的抗干扰能力。
T2脉冲宽度选择取决于测量点到故障点的距离L(见图2)，当L值较小时，T2取值越大，引入干扰信号的概率越大(如图5声干扰A)，T2取值太小，将影响测量范围，此时可通过调整T2脉宽解决。
当L值较小时，取较小T2值，可提高抗干扰性。
当L值较大时，取较大T2值，可解决测量范围问题。
以上方案成功的实现了故障点脉冲放电频次与电磁波接收、电磁波接收与声波接收三者同步工作。
改善效果估算对于此类设备而言，声通道开启时间(图4中T、图5中T2)大约在数10ms～800ms范围之间，放电频次To在3～5秒，保守估计，取声通道开启时间最大值800ms，放电时间取最小值3秒，则本设备抗干扰度提高＝3000ms-800ms/3000ms×100％＝73％2.两点差值法测速方法(实现精确测速、测距功能，解决故障点精确定位问题)设备电路采用单片机控制处理数据，LCD显示声音波形和各项功能操作(见图6电路方框图、图8电路原理图)。
每次数据采样采用固定频率流水采样方式。
电磁波为声音信号采样启始触发信号(图5 T1、T2脉冲上升沿)，采样长度和频率由范围选择控制，每次采样完成，声音波形清屏显示一次。
测速方法(1)按图1连接好设备，用米尺度量电缆路径方向A、B两点距离L值，见图7。操作设备进入测速状态，按屏显提示操作，将磁声探头分别放置在A、B两点，依次采样存储A、B两点时间数据Ta、Tb，则根据速度公式V＝S/t(式中V速度t时间S距离) 有Vc＝L/|Tb-Ta|(式中Vc测量波速值、LA、B两点距离值、Ta:A点到故障点C时间、Tb:B点到故障点C时间、见图7)，由内部程序操作计算可得出测量波速值Vc，如继续测量，根据公式Sc＝VcTc(式中Sc、Tc分别为测量点到故障点之间距离和时间)。程序运算可得到距离Sc，从而完成故障点的精确定位。
测速方法(2)(根据以往测量经验波速值)首先度量A、B两点间距离L值，并记忆此值(操作者记忆)。见图7，在采样存储A、B两点数据之前，根据以往测量经验数据，先输入经验波速值Vs，然后采样存储A点时间Ta和距离Sa，将探头移动距离L至B点，采样存储B点时间Tb和距离Sb(Sa、Sb的计算公式为Sab＝VsTab由程序运算)，程序操作计算|Sb-Sa|＝X，并显示于屏幕上，如X＝L，表示波速无误差，如X≠L，则存在波速误差，需修正，操作相关键，修正X＝L，确认后依据公式Vc＝L/|Tb-Ta|可程序运算出Vc值，然后根据公式Sc＝VcTc(式中Sc、Tc分别为测量点到故障点的距离和时间)。程序运算得出测量点到故障点的距离Sc，从而完成故障点的精确定位。
电力电缆故障寻测定位设备工作原理简介设备A完成测量故障距离范围后，按图2所示连接外部高压脉冲产生器，对电缆故障相施加高压脉冲，使故障点击穿放电，调整放电频次时间大约3～5秒。
当故障点击穿放电时，会产生电磁波和振动声波向四周传播，电磁波传播速度大约是声波传播速度的数万倍，根据这一特点，寻测定位仪接收电磁波作为开启数据处理器和声波信号通道的起始信号，声信号经A/D转换后存入内部存储器，由CPU处理控制LCD显示采样波形，测速、测距完成对故障点的精确定位。
实施例完成故障距离范围测量后，在电缆始端按图2连接高压脉冲产生器。将高压脉冲产生器输出端接被测电缆故障相，电缆外包高压地接高压脉冲产生器地线后接大地，通过调整脉冲电压高低控制脉冲放电频次在3-5秒范围内对电缆故障相施加放电脉冲。
在电缆故障距离范围内，根据电缆敷设状况，沿电缆路径走向取A、B两点，并且度量两点间距值L。见图7
将磁声接收器通过专配缆线与数据处理显示器连接，耳机插入数据处理显示器或磁声接收器耳机输出插座。
开启磁声接收器和数据处理显示器电源开关，将磁声接收器放置在A点，顺时针调整磁声接收器磁同步旋纽，使T1趋近放电频次时间T0见图5调整过程遵循如下方法1、逐渐顺时针调整磁同步旋纽时，磁声接收器上的放电频次指示灯有如下两种状态a当T1＜T0时，放电频次指示灯闪亮频次等于T0b当T0＜T1＜2T0时，放电频次指示灯闪亮频次等于2T0当状态b情况发生时，逆时针微调磁同步旋纽，使其返回状态a，此时，电磁波接收与放电频次T0同步，抗干扰度最强。
2、按数据处理显示器“测速”功能键，进入测速功能状态。
按“启/停”键开启触发输入，开始采样A点数据。
此后，按屏显提示操作，完成采样B点数据，直至完成测速。
测速一旦完成，当磁声接收器放置在各个测量点时，数据处理显示器将自动显示测量点到故障点C的距离。见图权利要求
1.一种地下敷设电力电缆故障位置精确定位方法，包括电缆故障距离测量、电缆故障位置定位和电缆埋设路径测量；主要采用脉冲回波法；磁、声时域滤波法；电压、电流取样法；其特征是所述精确定位方法包括a.故障点脉冲放电频次；b.电磁波接收；c.声波接收；d.上述a、b、c同步工作；e.设置关闭放电频次的时间段。
2.根据权利要求1所说的定位方法，其特征是f.所述同步工作包括故障点脉冲放电频次、电磁波接收、声波接收三者开启时刻相同，即在脉冲上升沿/下降沿触发同步；g.所述关闭放电频次的时间段包括在电磁波接收通道的开启时刻，对每一次故障点放电脉冲的启始时刻打开，对放电频次时间内任一时刻的干扰电磁波关闭；h.所述同步工作包括电磁波接收与放电频次的同步接收。
3.根据权利要求1所说的定位方法，其特征是所述设置关闭放电频次的时间段包括I.设置故障点放电脉冲频次为T0；j.在T0范围内设置电磁波关闭可调脉宽为T1；k.T1趋近于T0；l.设置声波可调脉宽T2；
4.根据权利要求1所说的定位方法，其特征是故障点脉冲放电频次T0为3-5秒；关闭可调脉宽T1为2-6秒。
5.一种地下敷设电力电缆故障位置精确定位方法，包括两点差值法；其特征是所述两点差值法包括a.设置数据采样为固定频率流水采样模式；b.设置电磁波为声音信号采样启始触发信号，该启始触发为脉冲上升沿/下降沿；c.设置采样长度和频率由范围选择控制；d.设置每次采样完成，声音波形清屏显示一次。
6.根据权利要求5所说的定位方法，其特征是e.首先沿电缆路径方向确定A、B两点间长度值L；f.将磁探头分别放置在A、B两点，依次采样并存储A、B两点的时间数据Ta、Tb；g.利用公式Vc＝L/|Tb-Ta|计算故障点放电声波在媒介中的传播速度，并得出故障点到测量点的距离。
7.根据权利要求5所说的定位方法，其特征是h.首先输入经验声波速值Vs；i.沿电缆路径方向确定A、B两点间长度值L；j.将磁探头设置在A点采样并存储该点的时间Ta和距离Sa；k.将磁探头移动距离L至B点，采样并存储B点的时间Tb和距离Sb；l.计算|Sb-Sa|＝X，若X＝L，表示波速无误差；若X≠L，表示波速有误差，修正X＝L；利用公式Vc＝L/|Tb-Ta|计算故障点放电声波在媒介中的传播速度，并得出故障点到测量点的距离。
8.实现权利要求1和5的地下敷设电力电缆故障位置精确定位方法的装置，包括高压脉冲发生器、磁声接收器、单片机数据处理、模/数转换、LCD显示器和耳机，其特征是设置接收磁信号的电磁放大及比较输出电路，该输出电路把接收的磁信号产生的启始触发脉冲输入给控制脉冲产生电路，该脉冲产生电路经跨接电位器产生电磁波关闭可调脉宽T1，和与此同步的声通道开启可调脉宽T2。
9.根据权利要求8所说的装置，其特征是所述控制脉冲产生电路输出经电位器可调的，与T1同步的脉宽T2，输入给功率放大输出电路，控制声通道开启时刻和宽度，同时声信号经功率放大后输入给模/数转换采样电路。
10.根据权利要求8所说的装置，其特征是所述控制脉冲发生电路经跨接电位器产生电磁波干扰关闭可调脉宽T1；并同时输入给模/数转换采样控制电路，作为声通道信号采样开始的启始触发信号。
全文摘要
一种地下敷设电力电缆故障位置精确定位方法及装置，包括时域滤波法和两点差值测速法及实现上述方法的装置。其中时域滤波法包括故障点脉冲放电频次；和电磁波接收；和声波接收；和上述三者的同步工作；和设置关闭放电频次的时间段。两点差值测速法是将磁探头分别放置在A、B两点，依次采样并存储A、B两点的时间数据Ta、Tb；并利用公式计算出故障点到测量点的距离。装置包括接收磁信号的电磁放大及比较输出电路，该输出电路把接收的磁信号产生的启始触发脉冲输入给控制脉冲产生电路，该脉冲产生电路经跨接电位器产生电磁波关闭可调脉宽T1，和与此同步的声通道开启可调脉宽T2。
文档编号G01R31/08GK1588101SQ200410051760
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者杨军 申请人:杨军