基于行波测距的电缆故障测试装置

 华意电力是一家专业研发生产电缆故障测试仪的厂家，本公司生产的电缆故障测试仪在行业内都广受好评，以打造最具权威的“电缆故障测试仪“高压设备供应商而努力。

  相对于传统的输电线路故障测距方法而言，采用检测输电线路中的行波信号进行故障检测，具有模型简单、不受硬件系统参数和因故障而产生的电阻的影响，并具有故障定位精度高等优点。因此，一直以来，行波测距的原理都备受国内外关注。近年来，随着高速数据采集技术和相关数学原理的不断完善和发展，行波测距也从理论探索进入到了真正实用化的阶段。高速数据采集、大容量数据存储及施加脉冲信号的收发是基于行波故障测距系统没计过程中的关键性问题，本文在对行波测距基本原理进行分析和研究的基础上，设计并实现了一个的基于行波测距的电缆故障测试装置，为解决电缆故障测试提供了一种新的途径。

1．行波测距基本原理

  行波测距是基于行波传输理论的测距方法。当电缆线路发生故障时，在故障出会产生沿电缆向两边传输的故障行波，改行波会在故障点和其他阻抗不连续点产生折、发射，利用故障行波在电缆缆中的传输时间来计算故障距离，从而定位故障位置，并可以根据故障行波的波形来判断故障的类型。综合现有的各种行波测距的方法，主要分为A、B、C、D四种类型。

  A 型是利用故障点产生的故障行波，传输到测量点(测量行波第一次到达时刻)，由测量点母线反射的行波传向故障点，又在故障点发生反射，重新传向测量点(测量行波第二次到达时刻)，根据测量点故障点往返一次的时间和行波波速，确定故障点距离。

  B、C 型包括外部施加的脉冲或采用现有的信号发生器，是发生故障后人为的施加外部信号，根据雷达反射原理构成，其中B 型采用双端法，C 型采用单端法。

  D 型利用故障点产生的故障行波到达电缆两端的时间差进行故障定位，该方法需要实现故障两端实现通信，且故障两端的时间同步时需要解决的关键问题。

综合考虑各种方法，本文所设计的电缆故障测试装置采用的是C 型方法，即自己设计外部施加的脉冲电路加以实现。

  系统硬件设计

  系统的整体设计构思是基于C 型方法原理，故障测试装置对故障电缆施加一个脉宽可调的脉冲信号，脉冲信号在遇到电缆故障时则产生故障行波信号并反射回来，故障测试装置的脉冲信号接收电路予以接收并送到采样电路进行采样，数据处理模块对采样信号进行计算并判别，最终得出故障的距离及故障的类型。所以，该故障测试装置主要由脉冲发生电路、脉冲接收电路及数据采集电路三大部分构成；同时，为了使用者能够方便的使用该装置，还对系统进行了人机交互系统设计，主要包括：键盘电路及显示电路。系统的硬件结构图如图1 所示。

  其中，主处理模块主要实现人机交互功能，主要包括键盘信号的接收、采集波形的现实控制、上位机与数据处理模块的通信等功能。数据处理模块主要实现脉冲信号的产生、故障行波信号的采集处理。数据采集模块实现对故障行波信号的采集。具体实现时，主处理模块采用单片机实现，数据处理模块采用可编程器件实现。

  脉冲发生电路设计

  脉冲发生电路主要发出的是系统测试时所对电缆施加的脉冲信号，脉冲发生电路的设计关键就是所发生的脉冲宽度必须是可调的，为了使所设计的电缆测试装置在检测电缆时实用性更加广泛，使用性更加友好并能够适用于各种型号的电缆，所以，在本文设计中可以通过外部的设置来改变脉冲的宽度。

  脉冲发生的实现有多种方式，但因为在本文设计中需要灵活改变其脉冲宽度，所以采用了可编程器件来实现脉冲的发生。采用可变程器件来实现脉冲的发生灵活和方便，且脉冲波形工整。采用可编程器件所设计出来的脉冲发生电路，从理论上分析，采用该种方案所设计的脉冲发生电路所发出的脉冲宽度的可调范围，是从一个可编程时钟周期到N 倍的时钟周期，可以对脉冲宽度进行灵活的调整。

  综合考虑，应该使用低速的采样芯片来实现高速的采样目的，既节约了成本，又实现了设计目的。目前有两种方案可以实现这一目的，一种方案是在空间实现并行，采用N 个低速的采样芯片来同时采样故障行波信号，但同时必须在时间上进行连续采样，把行波故障信号分成N 段，每个低速采样芯片来负责一段信号的采集，这样就实现的采样速率就是低速采样芯片的N 倍；另一种方案是进行多次采样，每次减少采样次数，但经过多次的采样后，同样可以完成对故障行波信号的采样，采用这种方案同样能用低速的采样芯片实现高速采集的目的。但第二种方案因为要进行多次采样，所以仅仅能够用于对周期固定的故障行波波形进行采样，在本文设计中采用的是第二种方案。