基于暂态分析的超长电缆故障检测方法研究

摘要

电缆故障测距仪是一种应用于检测电缆故障位置信息的重要电子设备，广泛应用于电力、通信等电缆故障检测系统中。近年来，随着科学技术的发展，运用各种不同测距原理的电缆故障测距设备层出不穷，测距的速度和精度都得到了很大的提升，大大提高了电力系统的稳定性。但是，这些电缆测距设备都仅限于短电缆的测距中，没有充分考虑在超长电缆检测方面的局限性，所以在该领域中还存在较大的空白。另外，在现有的电力电缆测距方法中，行之有效且在工程中得到实际应用最多的是基于故障暂态行波时域特征的故障测距方法，该方法在理论上具有测距精度高、可靠性高、稳定性好、适用范围广等优点。但是，由于行波在超长电缆传输中，能量损耗和波形畸变会造成暂态行波难以检测，给故障测距带来较大的困难。
　　首先，本文通过对行波传输特性的研究，提出一种采用连续高频脉冲信号来代替传统单脉冲信号作为入射波的方法，并研究了入射信号频率与幅值损耗的非线性关系，确定了入射信号的频率以及宽度；其次，利用脉冲积累法处理反射信号，有效地提高了反射信号的信噪比，增加了反射信号的检测效率。并在Matlab中进行仿真，验证了该方法的可行性；再次，针对以上提出的理论方法，本文提出了一种使用“ARM+FPGA”为核心架构的用于超长电缆故障测距的实施方案。ARM作为主控制器件，完成各个外部扩展功能模块的程序调度，FPGA作为高速信号采集器件，主要完成入射信号的生成以及反射信号的采集工作，并将相关信息通过SPI接口传送给主控制器进行处理。基于上述总体设计方案，详细介绍了该设备的主要功能模块以及相关的关键硬件模块电路，包括电压驱动电路、入射信号生成电路、信号放大电路、模数转换电路、LCD液晶显示电路以及GSM模块无线数据传输电路等；最后，在硬件电路的基础上，完成测距算法的实现，以及各个扩展功能模块的程序设计。
　　本文在理论上对行波法进行了改进，即采用连续高频脉冲信号来代替传统的单脉冲信号作为入射波的方法，并采用检波后的脉冲积累方法完成信号处理，有效地提高了反射波的信噪比，提高了该方法在超长电缆故障检测中的有效性。

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2电缆故障及其测距方法

1.3电缆故障测距仪的发展

1.4论文的主要工作及内容安排

第二章 行波测距理论分析

2.1电力电缆的分布模型及等效电路

2.2有损传输线的波过程

2.3本章总结

第三章 基于行波测距法的测距方法改进

3.1发射信号分析与优化

3.2脉冲积累法用于故障检测

3.3本章小结

第四章 电缆测距仪总体方案及硬件设计

4.1电缆测距仪总体设计方案

4.2电缆故障测距仪硬件电路组成

4.3本章小结

第五章 电缆故障测距仪软件设计

5.1总体程序功能的分配

5.2主控芯片ARM的程序设计

5.3 FPGA可编程逻辑单元设计

5.4测距核心算法程序实现

5.5本章小结

第六章 电缆故障测距仪性能测试及实验

6.1电缆故障测距仪实验与分析

6.2实验结论

第七章 总结与展望

7.1论文总结

7.2论文展望

参考文献

致谢

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