電力電纜故障低壓脈沖測距方法

1、電力電纜故障低壓脈沖測距方法    摘要：為實現(xiàn)電力電纜故障的自動定位和故障性質(zhì)的自動判斷，介紹了一種基于低壓脈沖反射法的電力電纜故障自動定位方法，該方法將故障反射波整形為矩形脈沖，通過設(shè)置門檻電壓來克服電纜中間接頭的反射影響，利用相關(guān)函數(shù)，對信號進(jìn)行相關(guān)處理，消除其他各種干擾的影響。能自動計算電纜故障距離，自動判斷電纜的低阻短路故障和開路故障。此方法在基于虛擬儀器的電纜故障測距儀上進(jìn)行了軟件實現(xiàn)，針對電力電纜進(jìn)行了實測試驗，實測結(jié)果驗證了該方法的有效性和正確性。關(guān)鍵詞：電纜故障；低壓脈沖反射法；自動故障定位；虛擬儀器；相關(guān)函數(shù)引言采用電力電纜供電具有安

2、全、可靠、美化城市等優(yōu)點，隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展，電力電纜的使用增長迅速。城鎮(zhèn)市區(qū)人口稠密區(qū)、大型工廠、發(fā)電廠、交通擁擠區(qū)、電網(wǎng)交叉區(qū)等地方要求供電占地面積較小，一般多采用電纜進(jìn)行供電。今后，電纜在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用將越來越廣泛。但由于電纜埋藏于地下，運行環(huán)境復(fù)雜，使電纜故障的尋找較為困難，常常需要花費較長的時間。不僅浪費了大量的人力、物力，而且還會造成難以估量的停電損失。所以快速排除故障對提高電力系統(tǒng)供電可靠性、減少用戶和供電部門的經(jīng)濟(jì)損失有重要意義。目前故障測距多采用行波法u。，由于線芯絕緣介質(zhì)損耗引起的行波信號衰減，中間接頭等的反射和其他干擾等因素，直接實現(xiàn)自動測量較困難，一般是依靠操作人員確

3、定放電脈沖和反射脈沖的起始點。具體的方法是在測距儀器的顯示屏上將故障信號的波形調(diào)整到合適的大小，再把光標(biāo)分別移動到放電脈沖和反射脈沖的起始點，計算出故障距離。此方法用戶用起來常感不太方便且定位精度與使用者的經(jīng)驗有關(guān)。本文采用一種自動故障測量方法，不需要人工移動光標(biāo)便可實現(xiàn)故障定位及故障類型的判斷，對多數(shù)不太復(fù)雜的故障都能自動快速定位，而對于復(fù)雜故障仍可采用移動光標(biāo)，由人工根據(jù)波形判斷計算結(jié)果的正確性。此方法在基于虛擬儀器幢1的電纜故障測距儀舊。上進(jìn)行了軟件實現(xiàn)，定位精度高，具有實用價值。實現(xiàn)原理電纜線路的故障測試一般包括故障測距和精確定點兩部分，其中故障測距是精確定點的依據(jù)，按其基本原理歸納為

4、兩大類：一類為電橋法：另一類為行波法H71。其中行波法又可以分為低壓脈沖反射法、直流高壓閃絡(luò)法和沖擊高壓閃絡(luò)法。當(dāng)前現(xiàn)場測試的主要方法是行波法，下面以低壓脈沖反射法為例，對本文采用的自動故障定位原理進(jìn)行說明。1自動故障定位原理低壓脈沖反射法，副是向故障電纜的導(dǎo)體輸入一個脈沖信號，通過計算故障點發(fā)射脈沖與反射脈沖的時間差f進(jìn)行測距，如果已知行波速度v(州，可以計算出故障距離為，f×v L=根據(jù)反射脈沖波的正負(fù)(極性)可以判斷故障的性質(zhì)，如果采用負(fù)的發(fā)射脈沖，低阻短路故障反射波的脈沖極性正、負(fù)交替，如圖1(a)所示。斷線故障的脈沖極性全部相同，反射波的脈沖極性都是負(fù)，如圖1(b)所示。低

5、壓脈沖反射法具有操作簡單、故障信號的波形直觀、對電纜線路技術(shù)資料的依賴性小等優(yōu)點，并可測試電纜的全長和行波在電纜中的傳播速度。由于中間接頭反射和波形中高頻干擾的影響，直接用尋找發(fā)射波和反射波的最大值的方法自動進(jìn)行故障定位，常常出現(xiàn)錯誤的結(jié)果，定位不準(zhǔn)確。本文采用類似數(shù)字式測距儀檢測故障的方法，用計算機(jī)軟件進(jìn)行處理，將發(fā)射波和反射波整形為矩形脈沖，由于只有“0”和“1”信號，如圖所示，很容易計算出發(fā)射脈沖與反射脈沖的時間差t，從而計算出故障位置。在處理波形時，記錄下波形的正負(fù)極性，便可告訴測試者電纜故障的性質(zhì)。由于采用計算機(jī)進(jìn)行波形處理，具有較高的智能性，可以排除中間接頭反射和各種干擾的影響，大

6、大提高了定位的準(zhǔn)確性和精度。接又反射V u V；壓脈沖法波形圖。2自動故障定位的軟件抗干擾方法21電纜中間接頭的反射波干擾由于電纜長度不夠或電纜出故障后截斷等因素，一些電纜中間存在接頭，采用行波法進(jìn)行故障定位，中間接頭處會產(chǎn)生反射干擾，但中間接頭處產(chǎn)生的反射干擾一般較弱，幅度較故障點反射波的小，故可以通過設(shè)置門檻電壓(在儀器界面上設(shè)置來消除，如圖1(c)所示為消除中間接頭反射干擾后的發(fā)射波和反射波(整形后，全部變?yōu)椤罢?脈沖。22發(fā)射波和反射波中的高頻分量的干擾發(fā)射波和反射波中的高頻分量(在門檻值附近)的存在會導(dǎo)致發(fā)射波和反射波被整形為一個矩形脈沖串，如圖1(c)中脈沖2，造成故障定位和故障

7、極性判斷錯誤。由于這些脈沖相距很近，時間間隔為十一幾十納秒，軟件中可采用計數(shù)(覆蓋)的方法來消除，當(dāng)采樣值大于門檻值時，不論其后的采樣值是否大于門檻值，連續(xù)幾次將采樣值置“1”，便可消除高頻分量的干擾(計數(shù)的次數(shù)可在儀器界面上設(shè)置)，這也增大了發(fā)射波和反射波波形的相似性。23脈沖干擾(c)中脈沖1是一個脈沖干擾，對于脈沖干擾可以采用相關(guān)法來消除，相關(guān)法常用來研究兩個信號的相似性，以實現(xiàn)信號的檢測、識別與提取等。采用行波法進(jìn)行電力電纜故障定位的發(fā)射波和反射波相似程度非常大，可以用相關(guān)法來消除脈沖干擾。設(shè)工(，1)為發(fā)射波，y(，z)為反射波，它們的相關(guān)函數(shù)為勺(m)=石(咒)y(，它們的相關(guān)系數(shù)

8、為x(咒)y(，風(fēng)=_型Li一工2(，z)72(n)1月當(dāng)兩個信號完全相同時，相關(guān)系數(shù)等于l。由于發(fā)射波和反射波被整形為矩形脈沖，相似程度更大，相關(guān)的軟件處理較簡單，不需計算每次移位的相關(guān)值，只需記下發(fā)射波的脈寬，小于12或13(可以在儀器上設(shè)置寬度)發(fā)射波脈寬的脈沖就被判為干擾脈沖。試驗測試結(jié)果某塑料絕緣電纜全長280 m，在距電纜首端處有一接頭，距電纜首端200 m處發(fā)生低阻接地故障，采用低壓脈沖反射法進(jìn)行故障定位，低壓脈沖發(fā)生器發(fā)送的脈沖幅度為200 V，脈沖寬度為05 u s。(a)所示為采用高速AD轉(zhuǎn)換器采集的實測波形，(a)中第一個波為發(fā)射波，極性為負(fù)，中間為接頭反射干擾，最后一個

9、為故障點的反射波，極性為正。中間接頭的反射波較故障點弱，采用設(shè)置門檻電壓和覆蓋的軟件整形后的波形所示，消除了中間接頭的反射和信號中高頻干擾的影響。只采用設(shè)置門檻電壓的軟件整形后的波形所示，可以看出，在波形中反射波附近的高頻干擾被整形為許多寬度很窄的矩形脈沖。所示為利用相關(guān)函數(shù)法進(jìn)行離散相關(guān)計算后得到的相關(guān)曲線，其中一個信號為采用設(shè)置門檻電壓整形后的波形，即：另一個信號為中的發(fā)射波。發(fā)射波與發(fā)射波的相關(guān)是自相關(guān)，發(fā)射波與反射波的相關(guān)是互相關(guān)。根據(jù)相關(guān)曲線最大值之間的時間差，就可以計算出故障距離。從相關(guān)曲線可以看出，干擾信號與發(fā)射波的相關(guān)值較小，而反射波與發(fā)射波的相關(guān)值較大，故將發(fā)射波與測試波形進(jìn)行相關(guān)運算，可以有效地克服干擾信號。但相關(guān)計算量較大，如果利用圖，采用簡化的處理方法，速度較快。經(jīng)利用本文介紹的方法計算，本例故障點在距電纜首端196 m處，根據(jù)極性自動判為短路故障。所示為一200 m長的塑料絕緣電纜，在距電纜首端100 m處有一接頭，在電纜末端200 m處發(fā)生開路。利用本文介紹的方法，采用低壓脈沖反射法進(jìn)行故障定位，自動計算出故障點在距電纜首端206 m處，根據(jù)極性自動判為開路故障。結(jié)論為實現(xiàn)電力電纜故障的自動定位，本文采用了一種用于低壓脈沖反射法測量電力電纜故障的智能自動定位方法，可以自動