CN102213741A

CN102213741A - 一种短距离电缆故障行波测距方法及装置

Info

Publication number: CN102213741A
Application number: CN2011101386034A
Authority: CN
Inventors: 贺科学
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2011-10-12

Abstract

本发明公开了一种短距离电缆故障行波测距方法及装置，包括以下步骤：1）在测量点由行波信号源产生行波信号并通过收发器输入到被测电缆中；2）在测量点通过收发器获取由故障点反射回来的行波，将反射回来的行波经过延时器进行微秒级的延时；3）通过鉴相器将行波信号源产生的行波信号的上升沿与延时器输出的反射行波的前沿进行鉴相，获取行波时差脉冲；4）将行波时差脉冲输入到脉宽放大器，将较窄的时差脉冲比例放宽，变为宽脉冲；5）采用计数器测量比例放宽后脉冲的宽度；6）由微处理器读取计数部的结果，并根据行波波速确定故障点的距离。本发明能够有效地检测输电线缆的短距离故障点。

Description

一种短距离电缆故障行波测距方法及装置

技术领域

本发明涉及电力***保护领域，具体涉及一种短距离电缆故障行波测距方法及装置。

背景技术

随着我国电网的建设和技术改造，电网故障行波定位得到广泛的研究和应用。根据产生行波的种类及测试方式的不同有多种多样的行波定位测距方法。但其基本原理是利用测量行波的传播时间以确定故障位置。目前，行波定位方法较多地应用在广域电网中长距离输电线路的故障定位中。在长距离输电线路中，行波信号往返传输时间较长，通常在几百微秒到数十个毫秒之间，行波信号传输时间容易测量，根据行波传输速度即可实现行波测距以及故障定位。然而，在住宅小区、工矿等小范围内，电缆长度通常在数十米至数百米左右，由于行波速度接近光速，在短距离电缆中，行波往返传输的时间通常在十余个纳秒至几个微秒之间。因此，为了准确定位故障点，有必要精确地定量测出行波这个区间往返传输时间。

在电网输电线路中，行波测距还存在一定的测量误差，综合架空线的弧垂量等因素，故障定位精度不能达到很高。电力电缆通常埋在地下，为了维修电缆非常需要精确测量故障点。传统的行波故障定位方法由于测量精度原因只能作为故障点的粗测，得到故障点的大致范围后，再采用其他方法精确定位故障点的位置。目前，常用的电缆故障的精确定点方法有声测法、音频感应法和声磁同步法等。当电缆埋设过深时，这些精确定点方法存在一定的困难，还得结合的行波测距等其他方法才能完成故障点的精确定位。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种短距离电缆故障行波测距方法及装置。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：一种短距离电缆故障行波测距方法，包括以下步骤：

1）在测量点由行波信号源产生行波信号并通过收发器输入到被测电缆中；

2）在测量点通过收发器获取由故障点反射回来的行波，将反射回来的行波经过延时器进行微秒级的延时；

3）通过鉴相器将行波信号源产生的行波信号的上升沿与延时器输出的反射行波的前沿进行鉴相，获取行波时差脉冲；

4）将行波时差脉冲输入到脉宽放大器，将较窄的时差脉冲比例放宽，变为宽脉冲；

5）采用计数器测量比例放宽后脉冲的宽度；

6）由微处理器读取计数器的结果，并根据行波波速确定故障点的距离。

一种短距离电缆故障行波测距装置，包括：

—行波信号源，用于产生行波信号；

—收发器，用于接收行波信号源产生的行波信号，将行波信号输入到被测电缆中，并接收被测电缆的反射行波，将反射行波送到延时器；

—延时器，用于将反射行波进行延时；

—鉴相器，用于将行波信号源产生的行波信号与延时器输出的反射行波进行鉴相，获得行波时差脉冲；

—脉宽放大器，用于将鉴相器获得的较窄的行波时差脉冲进行比例放宽，变为宽脉冲；

—计数器，用于测量比例放宽后脉冲的宽度；

—微处理器，用于读取计数器的结果，并根据行波波速确定故障点的距离。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、将反射的行波信号先延时再测量行波时差，减少了行波定位的测量盲区；

2、将行波时差脉冲送入脉宽放大部件，进行比例放大之后再由计数器测量脉冲宽度，提高了短距离行波定位的测量精度。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的信号流程图；

图3为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

如图1和图2所示，一种短距离电缆故障行波测距装置，包括：

—行波信号源，用于产生行波信号；

—延时器，用于将反射行波进行延时；

—计数器，用于测量比例放宽后脉冲的宽度；

该发明的具体方法包括如下步骤：

第一步：在测量点由行波信号源产生行波信号并通过收发器输入到被测电缆中；

第二步：在测量点通过收发器获取由故障点1反射回来的行波，将反射波经过延时器进行T _d微秒的延时，通常T _d为数百个纳秒；

第三步：通过鉴相器，行波信号源产生的行波信号的上升沿与延时器输出的反射行波的前沿进行鉴相获取时差脉冲，该脉冲的宽度P _t表征延时时间T _d与行波在测量点到故障点1之间往返一次的时间T _r之和，即：

P _t=T _d+T _r；

第四步：将时差脉冲输入到脉宽放大器，将较窄的时差脉冲比例放大为较宽的脉冲；

P _b =P _t *K

其中：P _b为比例放大后的脉冲宽度，单位为秒；

P _t为行波时差脉冲的宽度，单位为秒；

K为脉宽放大部件的增益。

第五步：采用计数器测量放大后脉冲的宽度，计数时钟频率为f，计数结果为N，因此有：

P _b ≈N/f；

第六步：由微处理器读取计数部件的结果，并根据行波波速确定故障点1的距离，其计算方法如下：

其中：v为行波传输速度，输电线路材质不同对应不同的速度；T _r为行波在测量点到故障点1之间往返一次的时间，其计算方法为：

Figure 2011101386034100002DEST_PATH_IMAGE003

本发明的行波测距装置实施例的电路原理图如图3所示，各部分工作过程如下：

（1）整形、延时和鉴相模块。行波V _t和反射波V _r经过74HC221芯片6完成信号整形变成特定脉冲宽度的信号，反射波V _r经过整形后经过DS1005-250延时器10进行200ns的短暂延时。整形后的行波V _t和延时后反射波V _r输入74HC00芯片7进行逻辑组合实现鉴相并形成行波时差脉冲，该脉冲的宽度表征延时时间与行波在测量点到故障点之间往返一次的时间之和。

（2）脉冲宽度放大模块。行波时差脉冲输入三极管T₂作为控制开关。当行波时差脉冲为低电平时关闭三极管T₂，使恒流快速充电模块8对电容C₁进行快速充电。当行波时差脉冲的低电平结束之后，打开三极管T₂结束电容C₁的充电过程。然后，电容上的电荷由恒流慢速放电模块12进行缓慢释放。恒流慢速放电模块12中，两个运算放大器组成的电路使电阻R₈上的电压| V₁-V₂ |恒定为1.25V。由于运算放大器输入端阻抗非常高，放电电流I₁全部流过电阻R8，由于电阻R8的电压和电阻是恒定的，因此实现了电容的恒流放电功能。电容C₁上的快速充电与慢速放电结构实现了脉冲宽度的比例放大。

（3）电容C₁的电压信号经过施密特整形5后，控制计数器进行脉冲宽度测量，最终由微处理器实现数据的处理功能。

在实施例中，计数器的计数时钟频率为12MHz晶振，脉冲宽度比例放大系数K=997，根据计算公式

其中，v为行波传输速度，因输电线路材质及结构的不同而对应不同速度；

K为脉宽放大器的增益；

f为计数器的计数时钟频率；

N为计数器的计数结果，表征放宽后的脉冲宽度；

T _d为延时器的延时时间。

经实验获得如下一组数据，如表1所示。

表1. 实验数据结果

故障点距离实际值(单位:米)	计数部数值N	故障点距离的测量值(单位: 米)
			52.5	1540	52.47
45.0	1310	45.03
			37.5	1075	37.43
30.0	847	30.05
			22.5	615	22.55
15.0	382	15.01
			7.5	148	7.45

Claims

1.一种短距离电缆故障行波测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

5）采用计数器测量比例放宽后脉冲的宽度；

2. 一种短距离电缆故障行波测距装置，其特征在于包括：

—行波信号源，用于产生行波信号；

—延时器，用于将反射行波进行延时；

—计数器，用于测量比例放宽后脉冲的宽度；