專利名稱：一種基于二次脈沖方式測試電力電纜故障的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電纜故障的檢測方法，特別涉及一種基于二次脈沖方式 檢測電力電纜故障的方法。
背景技術(shù)：
在檢測電力電纜故障時，現(xiàn)有成熟的技術(shù)是依據(jù)行波理論(即雷達(dá)反射 原理)的脈沖反射原理。通常的方法有兩種低壓脈沖法；高壓脈沖法(閃 絡(luò)法)。低壓脈沖法主要用來檢測電纜中出現(xiàn)的斷線開路故障和低阻短路故 障，但這兩類故障在實(shí)際中比較少見，因此低壓脈沖法對故障種類的適用性 較差。高壓脈沖法主要用來檢測除上述兩類故障以外的其它各種類型的高阻 值故障，即通過外加直流高壓(幾Kv 幾百Kv)給電纜故障相，通過電纜 中的故障點(diǎn)瞬間放電，故障點(diǎn)放電后自身產(chǎn)生一個瞬間高壓脈沖在故障點(diǎn)與 電纜的測試端之間來回反射，這樣在測試端可通過檢測儀器，記錄下故障點(diǎn) 來回反射波，通過路程公式S二Vt，以及相鄰兩次反射波時間，即可計(jì)算出故 障點(diǎn)到測試端的距離，典型的一種高壓脈沖法測試線路如圖l所示。由于電 纜故障的復(fù)雜性以及給電纜故障點(diǎn)所加的電壓很高且無定量的規(guī)律性(根據(jù) 經(jīng)驗(yàn))等因素。故障點(diǎn)的高壓脈沖反射波形往往比較復(fù)雜，干擾成分較多， 無現(xiàn)場操經(jīng)驗(yàn)的工作人員很難掌握這一技術(shù)。
相比較而言，低壓脈沖法則是由電纜故障測試儀器(記錄測試儀)本身 發(fā)射一個幾十伏左右的脈沖給故障電纜。對低阻短路故障而言，其測試波形 干擾小，相對規(guī)矩，比較好識別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于二次脈沖方式的電纜故障檢測方法，利用球隙放電產(chǎn)生一次高壓脈沖使電纜故障點(diǎn)短路形成延遲，再將二次低壓脈沖 加到電纜故障相形成干擾小、識別性強(qiáng)的測試波形，有效的檢測出電纜的各 種高阻故障。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的
一種基于二次脈沖方式測試電力電纜故障的方法，包括下述步驟-
第一步，在典型高壓脈沖測試線路的貯能電容C的接地端與地之間串接 一個包括電位器、同步觸發(fā)電路和低壓脈沖產(chǎn)生器的二次脈沖發(fā)生單元，該 二次脈沖發(fā)生單元通過第三接口 、第四接口和第六接口與一個包括CPU及與 其連接的輸入電路和高速A/D的二次脈沖測試單元雙向信號連接；
第二步，在t。時刻，將貯能電容器C中所貯直流高壓能量擊穿放電球隙 Js，把瞬間高壓通過測試端a加到電纜故障相，電纜中的故障點(diǎn)在高壓作用 放電后產(chǎn)生t、至t2定向的來回反射波；
在t0時亥ij，同步觸發(fā)電路產(chǎn)生一個同步觸發(fā)脈沖經(jīng)第三端口給CPU,CPU 延遲lt', t'2l時間，之后在t,時刻一路給高速A/D，啟動高速A/D開始采集測 試波形，另一路通過第四端口給低壓脈沖產(chǎn)生器施加同步輸出脈沖；
第三步，低壓脈沖產(chǎn)生器即刻產(chǎn)生低壓輸出脈沖，通過第五端口輸出， 經(jīng)貯能電容器C、放電球隙Js后加到電纜故障相，當(dāng)故障點(diǎn)仍處于電弧短路 狀態(tài)時，則出現(xiàn)二次脈沖反射波形；
第四步，高速A/D將采集到的二次脈沖反射波形數(shù)據(jù)經(jīng)CPU處理，通 過CPU多功能輸出接口輸出測試波形，該測試波形剔除了 t', t'2時間段的來 回反射波，保留了t「t2時間段的抗干擾、識別性強(qiáng)的脈沖波形，最終檢測出 電纜的各種高阻故障。
上述方法中，所述低壓輸出脈沖為80-100伏、寬度為0.1 10ps。所述電 位器可并聯(lián)有一次脈沖過電壓保護(hù)的壓敏電阻器R、以及用于阻抗匹配的固 定電阻器R0。所述CPU多功能輸出接口包括顯示接口和通訊打印接口 。
本發(fā)明方法與現(xiàn)有測試方法相比，其優(yōu)點(diǎn)是，它將現(xiàn)有的高低壓兩種脈 沖方法有機(jī)的結(jié)合在一起，在給電纜各種高阻故障加直流高壓時，不是記錄 故障點(diǎn)本身產(chǎn)生的來回反射波，而是利用故障點(diǎn)在高壓作用下產(chǎn)生放電，并形成短路故障且維持一段時間(一段在幾十^ 幾百ms)這一物理原理，在
該段時間通過將二次低壓脈沖再加到電纜故障相，而形成類似于低壓法的干 擾小、識別性強(qiáng)的測試波形，有效的檢測出電纜的各種高阻故障。
硬件方面，本發(fā)明將二次脈沖發(fā)生單元及測試單元串接在高壓電容C的 接地端與地之間,使測試裝置處于很低的電壓狀態(tài)，非常安全可靠，同時它們
與球隙Js二者合二為一，體積很小，重量只有2 3Kg，其測試單元通過功能 接口即可方便的與外部輸入輸出設(shè)備連接，便攜、操作簡單，功率消耗最大 為10%，最小可乎略不計(jì)。


圖1為一種典型的高壓脈沖測試裝置線路圖。圖中VT為調(diào)壓器；PT 為高壓變壓器；D為整流二極管；C為貯能電容器；Js為放電球隙。 圖2為本發(fā)明測試裝置總體結(jié)構(gòu)圖。
圖3為圖2虛框中的本發(fā)明基于二次脈沖方式的測試電路結(jié)構(gòu)框圖。圖 中:R為壓敏電阻器；R0為固定電阻器；W為電位器。 圖4為圖3電路的工作時序圖。
圖5為本發(fā)明二次脈沖法得到的測試波形圖。圖中S即為故障點(diǎn)到測試
端的距離。
圖6為圖3中的同步觸發(fā)電路原理圖。
圖7為圖3中的低壓脈沖產(chǎn)生器電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 如圖2所示，本發(fā)明測試裝置包括一個輸入端連接調(diào)壓器VT的20Kv 的高壓變壓器PT，其輸出端通過整流二極管D連接貯能電容器C及放電球 隙Js的第一放電球，放電球隙Js的第二放電球通過測試端a連到電力電纜的 故障相。在貯能電容器C的接地端1與地之間串接有二次脈沖發(fā)生單元，該 二次脈沖發(fā)生單元與二次脈沖測試單元雙向信號連接。如圖3所示，二次脈沖發(fā)生單元包括一個同步觸發(fā)電路、 一個低壓脈沖 產(chǎn)生器、串接在貯能電容器C接地端1與地之間的相互并聯(lián)的壓敏電阻器R、
固定電阻器RO和電位器W。壓敏電阻器R的功率大于5KW，保護(hù)電壓為 1000~3000V，其作用是將圖4②的電壓波形控制在1000 3000V以內(nèi)，對設(shè) 備起保護(hù)作用。固定電阻器RO的阻值為1KQ，功率大于IOOW，主要起到 阻抗匹配作用。電位器W的阻值為IOOKQ，功率1W，作用是調(diào)節(jié)同步觸發(fā) 電路輸入電壓和二次脈沖測試單元中輸入電路的輸入電壓。
二次脈沖測試單元包括一個用于信號處理及控制的CPU，該CPU與一 個高速A/D雙向信號連接，并控制連接一個輸入電路，該輸入電路連接高速 A/D的輸入端；CPU輸出分別通過通訊打印接口、顯示接口和鍵盤接口與外 部相應(yīng)功能設(shè)備連接。
電位器W的電阻調(diào)節(jié)端分兩路， 一路通過端口 2與同步觸發(fā)電路連接， 另一路通過端口 6與輸入電路連接；低壓脈沖產(chǎn)生器通過端口 5連接貯能電 容器C的接地端1;同歩觸發(fā)電路通過端口 3連接CPU， CPU再通過端口4 連接低壓脈沖產(chǎn)生器。
如圖4、圖5所示，本發(fā)明基于二次脈沖方式測試電力電纜故障的方法 按以下步驟進(jìn)行
在t。時刻，將貯能電容器C中所貯直流高壓能量擊穿放電球隙Js (通過 提高調(diào)壓器VT的輸出電壓)，把瞬間高壓(負(fù)高壓)通過測試端a加到電纜
故障相，電纜中的故障點(diǎn)在高壓作用放電后產(chǎn)生t',至t'2定向的來回反射波(圖 4②)；
在to時刻，圖3中的同步觸發(fā)電路產(chǎn)生圖4③所示的同步觸發(fā)脈沖經(jīng)端 口 3給CPU, CPU延遲lt廣t'2l時間，之后在"時刻一路給高速A/D，啟動A/D 開始采集測試波形，另一路通過端口 4給低壓脈沖產(chǎn)生器輸入圖4④所示的 同步輸出脈沖，低壓脈沖產(chǎn)生器即刻產(chǎn)生80-100伏、寬度為0.1 1C^s的低 壓輸出脈沖(圖4 )，通過端口5輸出，經(jīng)貯能電容器C、放電球隙Js后加 到電纜故障相，此時，當(dāng)故障點(diǎn)仍處于電弧短路狀態(tài)，則出現(xiàn)圖4 所示的 二次脈沖反射波形。最后，高速A/D將采集到的二次脈沖反射波形數(shù)據(jù)經(jīng)CPU處理，通過 通訊打印接口或顯示接口輸出圖5所示的測試波形，該波形剔除了 t', t'2時間 段的來回反射波，保留了t廣t2時間段的抗千擾、識別性強(qiáng)脈沖波形，從而可 檢測出電纜的各種高阻故障。
如圖6所示，同步觸發(fā)電路包括兩個三極管Ql、 Q2，三個或門反相器 U1A、 U1B、 U1C和一個或非門U2A等元器件。當(dāng)電纜通過放電球隙Js放 電時，信號通過圖3中的電位器W由端口2進(jìn)入同步觸發(fā)電路，即圖6中的 輸入端，跨接在輸入端與地之間的瞬態(tài)抑制二極管TVS將輸入信號保持在 一定的電壓幅度，以便對后面的電路起到保護(hù)作用。如果輸入的是正信號， 則信號通過電容C1，電阻R1進(jìn)入三極管Q1，三極管Q1反相后輸出一負(fù)信號 經(jīng)過電容C2給反相器U1A (74LS04)，反相器U1A再對信號反相一次變成 正信號輸出給或非門U2A(74LS02)，或非門U2A同步輸出一個負(fù)信號給 CPU。如果輸入的是負(fù)信號，則信號通過電容C3,R5進(jìn)入三極管Q2，三極管 Q2反相后輸出一正信號通過電容C4，經(jīng)過兩個反相器U1B、 U1C(74LS04) 反相后輸出一個正信號給或非門U2A，或非門U2A同步輸出一個負(fù)信號給 CPU。這樣就保證了輸入信號無論是正信號還是負(fù)信號都能輸出一個正信號 給CPU，起到同步觸發(fā)作用。
如圖7所示，低壓脈沖產(chǎn)生器包括一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、兩個脈沖整形三 極管、兩個脈沖放大三極管QQ3、 QQ4及偏置元器件等。當(dāng)CPU接收到圖 6中的同步輸出信號后，延時| t', t'2 l時間輸出一正脈沖到圖7中的輸入端， 經(jīng)過電容CC1后進(jìn)入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC221的腳A，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器同步產(chǎn) 生一個窄脈沖，經(jīng)其腳Q輸出給電阻RR2，脈沖經(jīng)電阻RR2后進(jìn)入三極管 QQ1基級，脈沖經(jīng)過三極管QQ1反相后通過電容CC3及電阻RR4進(jìn)入三極 管QQ2的基級，三極管QQ2再對脈沖進(jìn)行一次反相整形后通過電容CC4及 電阻RR7進(jìn)入三極管QQ3的基級，脈沖經(jīng)過三極管QQ3放大反相后通過電 容CC5及電阻RR9進(jìn)入三極管QQ4的基級，三極管QQ4再對脈沖進(jìn)行一 個反相后，通過電容CC6輸出一個80 100V的脈沖通過端口 5經(jīng)儲能電容C 及放電球隙Js加到電纜故障相上。
權(quán)利要求
1、一種基于二次脈沖方式測試電力電纜故障的方法，其特征在于，包括下述步驟第一步，在典型高壓脈沖測試線路的貯能電容C的接地端與地之間串接一個包括電位器、同步觸發(fā)電路和低壓脈沖產(chǎn)生器的二次脈沖發(fā)生單元，該二次脈沖發(fā)生單元通過第三接口、第四接口和第六接口與一個包括CPU及與其相連的輸入電路和高速A/D的二次脈沖測試單元雙向信號連接；第二步，在t0時刻，將貯能電容器C中所貯直流高壓能量擊穿放電球隙Js，把瞬間高壓通過測試端a加到電纜故障相，電纜中的故障點(diǎn)在高壓作用放電后產(chǎn)生t′1至t′2定向的來回反射波；在t0時刻，同步觸發(fā)電路產(chǎn)生一個同步觸發(fā)脈沖經(jīng)第三端口給CPU，CPU延遲|t′1～t′2|時間，之后在t1時刻一路給高速A/D，啟動高速A/D開始采集測試波形，另一路通過第四端口給低壓脈沖產(chǎn)生器施加同步輸出脈沖；第三步，低壓脈沖產(chǎn)生器即刻產(chǎn)生低壓輸出脈沖，通過第五端口輸出，經(jīng)貯能電容器C、放電球隙Js后加到電纜故障相，當(dāng)故障點(diǎn)仍處于電弧短路狀態(tài)時，則出現(xiàn)二次脈沖反射波形；第四步，高速A/D將采集到的二次脈沖反射波形數(shù)據(jù)經(jīng)CPU處理，通過CPU的多功能輸出接口輸出測試波形，該測試波形剔除了t′1～t′2時間段的來回反射波，保留了t1～t2時間段的抗干擾、識別性強(qiáng)的脈沖波形，最終檢測出電纜的各種高阻故障。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于二次脈沖方式測試電力電纜故障的方法，其 特征在于，所述低壓輸出脈沖幅值為80-100伏、寬度為0.1 l(His。
3、 如權(quán)利要求1所述的基于二次脈沖方式測試電力電纜故障的方法，其 特征在于，所述電位器并聯(lián)有一次脈沖過電壓保護(hù)的壓敏電阻器R、以及用 于阻抗匹配的固定電阻器R0。
4、 如權(quán)利要求1所述的基于二次脈沖方式測試電力電纜故障的方法，其 特征在于，所述CPU多功能輸出接口包括顯示接口和通訊打印接口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于二次脈沖方式測試電力電纜故障的方法，其與現(xiàn)有測試方法相比的特點(diǎn)是，它將現(xiàn)有的高低壓兩種脈沖測試方法有機(jī)的結(jié)合在一起，在給電纜各種高阻故障施加直流高壓時，不是記錄故障點(diǎn)本身產(chǎn)生的來回反射波，而是利用故障點(diǎn)在高壓作用下產(chǎn)生放電，并形成短路故障且維持一段時間這一物理原理，在該段時間通過將二次低壓脈沖再加到電纜故障相，從而形成類似于低壓法的干擾小、識別性強(qiáng)的測試波形，最終有效的檢測出電力電纜的各種高阻故障。
文檔編號G01R31/11GK101435848SQ200810236459
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者東 許, 韓伯鋒 申請人:西安四方機(jī)電有限責(zé)任公司