电力电缆故障检测与定位系统设计

摘要

电力电缆故障对城市用电造成巨大的影响，电力电缆故障检测与定位系统致力于提供迅速准确的故障定位信息。论文设计了准确、智能和便携的检测与定位系统，给出了系统的整体设计，并落实了系统核心设备定位仪的样机研发。
　　系统分为设备、网络与服务功能三个部分。系统设备包括定位仪、路径仪以及千伏高压发生器，其中定位仪根据行波原理，使用低压脉冲法对开路故障以及低阻短路故障进行故障检测，利用小波奇异点检测算法进行故障定位;路径仪采用信号注入法，用于故障现场的故障寻踪;千伏高压发生器配合定点仪使用，采用二次脉冲法对高阻短路故障进行检测与定位。系统网络包括服务器与终端网络模块，搭建通讯网络供设备与服务使用。服务功能包括远程技术支持、历史数据管理、系统在线更新以及后续的扩展服务功能。
　　定位仪搭载了基于Xilinx Zynq-7000 FPGA的处理平台，采用FPGA内嵌ARM硬核的方式取代传统的FPGA加ARM双核架构，实现了更高性能的高速信号采集处理并具有很好的可扩展性。论文使用了Xilinx Vivado开发套件进行定位仪的软件开发，在FPGA层次使用Verilog语言进行板块设计，在ARM层次使用C语言进行嵌入式软件开发。论文还完成了模拟服务器程序设计以及简单的人机交互程序设计。
　　论文讨论了小波奇异点检测算法在定位仪上的应用，使用了2阶B样条小波对数据进行分解，通过细节系数模极大值的搜索，自动判读故障点并计算故障距离。为了排除了一些判定错误，定义了信号极性功率，通过极性功率对信号进行预处理，最终使系统获得了优秀的定位效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的背景与意义

1．1．1 电力电缆故障抢修情况

1．2 研究现状及分析

1．3 低压脉冲法及二次脉冲法原理

1．4 论文的主要工作与创新点

1．5 论文结构安排

第二章 电力电缆故障检测与定位系统设计

2．1 系统设计目标

2．2 系统设计

2．2．1 设备方案设计

2．2．2 网络方案设计

2．2．3 服务方案设计

2．3 本章小结

第三章 电力电缆故障定位仪设计

3．1 定位仪硬件电路设计

3．1．1 采样单元设计

3．1．2 控制单元设计

3．1．3 脉冲发生单元设计

3．1．4 电源及整体线路设计

3．2 定位仪软件架构设计

3．2．1 采样与控制软件架构设计

3．2．2 人机交互单元软件架构设计

3．2．3 模拟服务器软件架构设计

3．2．4 算法架构软件设计

3．3 本章小结

第四章 电力电缆故障定位算法研究

4．1 小波奇异点检测基本理论

4．1．1 小波分解的基本理论

4．1．2 基于小波分解的奇异点检测

4．2 小波奇异点检测在电缆故障检测中的应用

4．2．1 算法的调试与讨论

4．3 本章小结

第五章 电力电缆故障定位仪的实现

5．1 定位仪的仿真研究

5．2 定位仪硬件及软件平台的实现

5．3 定位仪算法的实现

5．3．1 数据预处理目标

5．3．2 数据预处理实现

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所获得的科研成果