CN207866951U - 高压电缆线路故障定位控制*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了高压电缆线路故障定位控制***，属于电缆故障定位设备技术领域，包括主处理器MCU、键盘处理器、FPGA逻辑单元、LCD显示屏、RS232接口、字模存储器、波形数据存储器、键盘、采样存储器、高速模拟数字转换器ADC、收发耦合器和PC机。当接收到脉冲发生信号时，通知FPGA逻辑单元发生脉冲，通过脉冲发送电路送到电缆上，同时启动高速模拟数字转换器ADC。在接收到从故障点返回到的脉冲后，将脉冲波形的数据存放在采样存储器中。然后主单片机将数据从采样存储器中取出，通过电缆故障测试中积累的大量电缆故障波形数据，建立数据库，通过数据库的智能分析，自动判断出电缆的故障距离。
Description
技术领域
本实用新型属于电缆故障定位设备技术领域，特别是涉及到一种高压电缆线路故障定位控制***。
背景技术
电力电缆作为电力输送的重要一个环节，对敷设、制作、电缆附件质量以及制作时的环境条件要求较高，其中任何一个环节疏忽，都会导致电缆故障。同时，外力破坏也是造成电缆故障的一个比较主要原因。
随着我国电力***两网改造的完成，安全可靠，整齐有序的地下动力电缆应用日益广泛。一旦电缆发生故障，较快地寻测出故障点的确切位置、及时排除故障、恢复供电，是各供电部门在电缆发生故障时遇到的首要问题。
目前，多数电缆故障定位仪器设备，各个部分为分立元件，需现场组合连接使用，目前国内已有厂家将这些组合成两件或三件来使用，现场测试方便性有很大改善，但对于较复杂接线仍无法实现。电缆出现故障，厂家技术人员来人后多数都能很快解决，但如果厂家没来人，自己解决故障就要用很长时间。原因之一是由测试设备，使用复杂，自动化，智能化低造成的。如果设备整体性能及自动化程度低，相应就要求电缆故障测试人员技术水平及经验必须非常高；反之，如果设备整体性能及自动化程度高，相应电缆故障测试人员技术水平及经验就可要求较低。电缆不是天天都出现故障，很多单位每年也就发生几次电缆故障，相应技术及测试人员积累相关的技术及经验需要多年的过程，而且，国内由于人员流动快等各方面因素，大部分从事电缆故障测试的技术人员干几年就从事别的工作，这就使得技术及经验丰富的人员相对较少。
因此，开发一套性能及自动化程度高的设备能保证电缆出现故障非常急迫时，能快速解决故障，保证正常供电，减少由于停电造成的直接及间接损失。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种高压电缆线路故障定位控制***，通过数据采集和各功能单元模块的控制，实现电缆故障的智能化定位。
高压电缆线路故障定位控制***，包括主处理器MCU、键盘处理器、FPGA逻辑单元、LCD显示屏、RS232接口、字模存储器、波形数据存储器、键盘、采样存储器、高速模拟数字转换器ADC、收发耦合器和PC机，所述主处理器MCU分别与键盘处理器、FPGA逻辑单元、LCD显示屏、RS232接口、字模存储器以及波形数据存储器连接；所述RS232接口与PC机连接；所述FPGA逻辑单元分别与采样存储器、高速模拟数字转换器ADC以及收发耦合器连接；所述收发耦合器通过脉冲发送电路接收FPGA逻辑单元发送的脉冲信号，收发耦合器通过前置放大电路发送信号给高速模拟数字转换器ADC；所述键盘处理器包括单片机和移位寄存器，键盘处理器与键盘连接。
所述主处理器MCU和键盘处理器均采用AT89S52单片机。
所述FPGA逻辑单元采用XC95144XL芯片。
所述键盘为两行八列按键式键盘。
所述高速模拟数字转换器ADC采用ADS831芯片。
通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：
本实用新型中采用两片单片机，分主从单片机，构成单片机***。主处理器MCU采用主单片机，与FPGA逻辑单元、各存储单元以及从单片机连接，键盘处理器中的单片机为从单片机，从单片机与移位寄存器一起管理键盘矩阵。***根据键盘来的信号完成相应的操作流程。在FPGA逻辑单元中的主要工作为逻辑译码，省去了以往设计中繁复的大量逻辑译码电路，完成脉冲信号的发生，控制采样。当接收到脉冲发生信号时，通知FPGA逻辑单元发生脉冲，通过脉冲发送电路送到电缆上，同时启动高速模拟数字转换器ADC。在接收到从故障点返回到的脉冲后，将脉冲波形的数据存放在采样存储器中。然后主单片机将数据从采样存储器中取出，并进行数据处理后存入数据存储器中。同时主单片机控制LCD显示屏显示相应的波形，通过观察波形的特性和屏上定位方法，确定故障的性质和故障点距离。也可以通过电缆故障测试中积累的大量电缆故障波形数据，建立数据库，通过数据库的智能分析，自动判断出电缆的故障距离。本实用新型还可通过RS232接口与PC机相连。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：
图1为本实用新型高压电缆线路故障定位控制***的结构框图。
图2为本实用新型高压电缆线路故障定位控制***中FPGA逻辑单元的内部逻辑框图。
图3为本实用新型高压电缆线路故障定位控制***中脉冲发送电路的电路图。
图4为本实用新型高压电缆线路故障定位控制***中前置放大电路的电路图。
图5为本实用新型高压电缆线路故障定位控制***中高速模拟数字转换器ADC在***中的连接框图。
图中1-主处理器MCU、2-键盘处理器、3-FPGA逻辑单元、4-LCD显示屏、5-RS232接口、6-字模存储器、7-波形数据存储器、8-键盘、9-采样存储器、10-高速模拟数字转换器ADC、11-收发耦合器、12-PC机。
具体实施方式
如图1所示，高压电缆线路故障定位控制***，包括主处理器MCU1、键盘处理器2、FPGA逻辑单元3、LCD显示屏4、RS232接口5、字模存储器6、波形数据存储器7、键盘8、采样存储器9、高速模拟数字转换器ADC10、收发耦合器11和PC机12，所述主处理器MCU1分别与键盘处理器2、FPGA逻辑单元3、LCD显示屏4、RS232接口5、字模存储器6以及波形数据存储器7连接；所述RS232接口5与PC机12连接；所述FPGA逻辑单元3分别与采样存储器9、高速模拟数字转换器ADC10以及收发耦合器11连接；所述收发耦合器11通过脉冲发送电路接收FPGA逻辑单元3发送的脉冲信号，收发耦合器11通过前置放大电路发送信号给高速模拟数字转换器ADC10；所述键盘处理器2包括单片机和移位寄存器，键盘处理器2与键盘8连接。
所述主处理器MCU1和键盘处理器2均采用AT89S52单片机。
所述FPGA逻辑单元3采用XC95144XL芯片。
所述键盘8为两行八列按键式键盘。
所述高速模拟数字转换器ADC10采用ADS831芯片。
所述字模存储器6为铁电存储器FRAM，型号为FM1808。
所述波形数据存储器7为静态随机存储器SRAM，型号为IS62C256。
所述高速模拟数字转换器ADC10输出的数据存储于静态随机存储器SRAM，型号为IS61LV256。
脉冲发生：
脉冲总有一定的时间宽度，假定为Δt，则在Δt时刻以内到来的反射脉冲与发射脉冲重叠，无法区分出来，出现了盲区。从减少盲区的角度看，发射脉冲宽度窄一些好。但脉冲越窄，它所包含的高频成分越丰富，而线路的高频损耗大，从而是反射脉冲复制变小，畸变严重，影响远距离的测量效果。为解决这一问题，脉冲反射仪需将脉冲宽度分成几个范围，根据测量距离的远近来选择脉冲宽度，测量距离越远，脉冲越宽。本实用新型中脉冲宽度可通过软件方便调整，使故障检测更为准确和方便。
图2是FPGA逻辑单元3的内部逻辑框图。脉冲发生单元如图2中实线框中所示，完成脉冲的发生。由启动信号是输出从“0”变为“1”，同时脉宽计数器开始递增计数(按时钟频率)，脉宽计数器与脉宽寄存器比较的逻辑直接控制状态机，一旦两者相等就控制状态机停止，脉冲输出从“1”回到“0”，完成一次脉冲发生过程。脉宽寄存器是软件的控制接口，用户通过设置该寄存器就可以达到控制脉冲脉冲宽度的目的。该测试仪的理论量成为10km，根据测试距离可调整脉冲宽度，脉冲宽度调节的范围是40μs～40ns。
脉冲发送：
FPGA逻辑单元3产生了所需的脉冲信号，但其幅度和电流等驱动能力还很微弱，不能直接发送给被测电缆，必须要经过一定的放大；除此之外，考虑到电缆的回拨反射接受，输出也不能使用通常的推挽方式，否则会吸收掉回拨的微弱信号。
脉冲的馈送电路有好几种方案，譬如高频变压器耦合和晶体管射级驱动***等等。采用变压器耦合主要是便于发射的平衡处理，另外可以起到电气绝缘保护的目的。但采用高频变压器耦合方式对高频磁环要求高，同事脉冲馈送效率低，典型的变压器平衡方式将会有一半的能量消耗在平衡电路上。晶体管射级驱动对于发送来说比较简单，使用的器件比较多，经实验发现，即使器件的速度很快，发送的脉冲前沿仍然畸变的比较厉害。本实用新型中采用的是5V脉冲宽度，图3的连接方式可得到较好的效果。FPGA逻辑单元3产生脉冲信号，经典型的双电源供电的双向收发器74LVC4245及一个三极管V1后输出到电缆上C1表示电容，R1、R2均表示电阻。
脉冲接收即前置放大电路：
测试脉冲在待测电缆中遇到故障点发生反射。由于脉冲在电缆中的传输特性，导致反射脉冲相对于发射脉冲很微弱，若小于高速模拟数字转换器ADC10的1LSB(Vref/256)就很难分辨。另外，因为收发公用一根线，发射脉冲会窜入接受通道，这是很危险的。若直接输入到高速模拟数字转换器ADC10，极易击穿放大器或对高速模拟数字转换器ADC10的芯片造成损坏。如图4所示，脉冲在输入给运放之前加入了钳位处理，采用两组倒置的IN4148二极管D1、D2、D3、D4并联，避免脉冲过高击穿运算放大器U1。在输入到高速模拟数字转换器ADC10前，采用了ADS831数据手册上推荐的AC耦合，双极性放大器(MAX4108)的接法。C1、C2、C3、C4以及C5均表示电容，R1、R2、R3、R4、R5、R6以及R7均表示电阻。
主单片机：
本实用新型中采用两片单片机，分主从单片机，构成单片机***。两片单片机的型号均为AT89S52。
主单片机为***的核心芯片，具有控制***，数据处理和通信等功能，对实时性要求不高。单片机***使用11.0592MHz的时钟，与***高速时钟无联系。
主单片机主要工作流程如下：当接收到脉冲发生信号时，通知FPGA逻辑单元3发生脉冲，通过脉冲发送电路送到电缆上，同时启动高速模拟数字转换器ADC10。在接收到从故障点返回到的脉冲后，将脉冲波形的数据存放在采样存储器9中。然后主单片机将数据从采样存储器9中取出，并进行数据处理后存入波形数据存储器7中。这是主单片机可控制LCD显示屏4显示相应的波形，通过观察波形的特性和屏上定位方法，确定故障的性质和故障点距离。***还可通过串口RS232接口5与PC机12相连。
从单片机：
从单片机与移位存储器构成键盘处理器2。移位存储器的型号为74HC164。键盘处理器2完成的功能相对比较简单，它主要负责管理键盘8，其中键盘矩阵由2行×8列16个按键组成。从单片机提供两个I/O口与移位存储器相连，分别为移位存储器时钟线和数据线。此外还提供两个中端口(INT0，INTI)与键盘矩阵的行线相连，作为键盘矩阵的行扫描信号线。这样从单片机只提供两个端口，便可实现16个按键的小键盘功能。当键盘8有键按下时，通过从单片机向主单片机发中断请求，并将键值放在总线上，当中断响应后，主单片机从总线上取走键值，并完成相应的操作。
高速模拟数字转换器ADC10采样：
高速模拟数字转换器ADC10用于对反射回波进行高速采样，采样数据存储于采样存储器9中，采样存储器9的型号为IS61LV256，高速模拟数字转换器ADC10很大程度上决定了最终的测量精度和效果。理论上讲，在波速确定的情况下，越快的高速模拟数字转换器ADC10采样速度会得到更高的故障定位精度。在本实用新型中选用的是ADS831，采样频率可达80MHz，单算输入，8位并行输出。
数据采样部分采用图5所示的电路结构。由于高速模拟数字转换器ADC10的输出不是三态，因此需要在高速模拟数字转换器ADC10与静态随机存储器SRAM之间加入高速缓冲器，高速缓冲器的型号为74LVC245。在采样时，高速缓冲器的使能脚/OE为“0”，总线开通，高速模拟数字转换器ADC10的数据直接存进静态随机存储器SRAM，FPGA逻辑单元3总线必须保持为高组态。测试完成后，缓冲器关闭，由FPGA逻辑单元3对静态随机存储器SRAM进行读取操作。在采样时并不与单片机***通信，采样结束后才通知单片机读取数据。
通过电缆故障测试中积累的大量电缆故障波形数据，建立数据库，通过数据库的智能分析，自动判断出电缆的故障距离。
Claims (5)
1.高压电缆线路故障定位控制***，其特征是：包括主处理器MCU(1)、键盘处理器(2)、FPGA逻辑单元(3)、LCD显示屏(4)、RS232接口(5)、字模存储器(6)、波形数据存储器(7)、键盘(8)、采样存储器(9)、高速模拟数字转换器ADC(10)、收发耦合器(11)和PC机(12)，所述主处理器MCU(1)分别与键盘处理器(2)、FPGA逻辑单元(3)、LCD显示屏(4)、RS232接口(5)、字模存储器(6)以及波形数据存储器(7)连接；所述RS232接口(5)与PC机(12)连接；所述FPGA逻辑单元(3)分别与采样存储器(9)、高速模拟数字转换器ADC(10)以及收发耦合器(11)连接；所述收发耦合器(11)通过脉冲发送电路接收FPGA逻辑单元(3)发送的脉冲信号，收发耦合器(11)通过前置放大电路发送信号给高速模拟数字转换器ADC(10)；所述键盘处理器(2)包括单片机和移位寄存器，键盘处理器(2)与键盘(8)连接。
2.根据权利要求1所述的高压电缆线路故障定位控制***，其特征是：所述主处理器MCU(1)和键盘处理器(2)均采用AT89S52单片机。
3.根据权利要求1所述的高压电缆线路故障定位控制***，其特征是：所述FPGA逻辑单元(3)采用XC95144XL芯片。
4.根据权利要求1所述的高压电缆线路故障定位控制***，其特征是：所述键盘(8)为两行八列按键式键盘。
5.根据权利要求1所述的高压电缆线路故障定位控制***，其特征是：所述高速模拟数字转换器ADC(10)采用ADS831芯片。
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Cited By (1)
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| CN112014685A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-01 | 盐城市产品质量监督检验所 | 一种智能化电缆检测装置 |
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2017
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