CN101435848A - 一种基于二次脉冲方式测试电力电缆故障的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二次脉冲方式测试电力电缆故障的方法，其与现有测试方法相比的特点是，它将现有的高低压两种脉冲测试方法有机的结合在一起，在给电缆各种高阻故障施加直流高压时，不是记录故障点本身产生的来回反射波，而是利用故障点在高压作用下产生放电，并形成短路故障且维持一段时间这一物理原理，在该段时间通过将二次低压脉冲再加到电缆故障相，从而形成类似于低压法的干扰小、识别性强的测试波形，最终有效的检测出电力电缆的各种高阻故障。

Description

一种基于二次脉冲方式测试电力电缆故障的方法

技术领域

本发明属于电力电缆故障的检测方法，特别涉及一种基于二次脉冲方式检测电力电缆故障的方法。

背景技术

在检测电力电缆故障时，现有成熟的技术是依据行波理论(即雷达反射原理)的脉冲反射原理。通常的方法有两种：低压脉冲法；高压脉冲法(闪络法)。低压脉冲法主要用来检测电缆中出现的断线开路故障和低阻短路故障，但这两类故障在实际中比较少见，因此低压脉冲法对故障种类的适用性较差。高压脉冲法主要用来检测除上述两类故障以外的其它各种类型的高阻值故障，即通过外加直流高压(几Kv～几百Kv)给电缆故障相，通过电缆中的故障点瞬间放电，故障点放电后自身产生一个瞬间高压脉冲在故障点与电缆的测试端之间来回反射，这样在测试端可通过检测仪器，记录下故障点来回反射波，通过路程公式S＝vt，以及相邻两次反射波时间，即可计算出故障点到测试端的距离，典型的一种高压脉冲法测试线路如图1所示。由于电缆故障的复杂性以及给电缆故障点所加的电压很高且无定量的规律性(根据经验)等因素。故障点的高压脉冲反射波形往往比较复杂，干扰成分较多，无现场操经验的工作人员很难掌握这一技术。

相比较而言，低压脉冲法则是由电缆故障测试仪器(记录测试仪)本身发射一个几十伏左右的脉冲给故障电缆。对低阻短路故障而言，其测试波形干扰小，相对规矩，比较好识别。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二次脉冲方式的电缆故障检测方法，利用球隙放电产生一次高压脉冲使电缆故障点短路形成延迟，再将二次低压脉冲加到电缆故障相形成干扰小、识别性强的测试波形，有效的检测出电缆的各种高阻故障。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种基于二次脉冲方式测试电力电缆故障的方法，包括下述步骤：

第一步，在典型高压脉冲测试线路的贮能电容C的接地端与地之间串接一个包括电位器、同步触发电路和低压脉冲产生器的二次脉冲发生单元，该二次脉冲发生单元通过第三接口、第四接口和第六接口与一个包括CPU及与其连接的输入电路和高速A/D的二次脉冲测试单元双向信号连接；

第二步，在t₀时刻，将贮能电容器C中所贮直流高压能量击穿放电球隙Js，把瞬间高压通过测试端a加到电缆故障相，电缆中的故障点在高压作用放电后产生t′₁至t′₂定向的来回反射波；

在t₀时刻，同步触发电路产生一个同步触发脉冲经第三端口给CPU，CPU延迟|t′₁～t′₂|时间，之后在t₁时刻一路给高速A/D，启动高速A/D开始采集测试波形，另一路通过第四端口给低压脉冲产生器施加同步输出脉冲；

第三步，低压脉冲产生器即刻产生低压输出脉冲，通过第五端口输出，经贮能电容器C、放电球隙Js后加到电缆故障相，当故障点仍处于电弧短路状态时，则出现二次脉冲反射波形；

第四步，高速A/D将采集到的二次脉冲反射波形数据经CPU处理，通过CPU多功能输出接口输出测试波形，该测试波形剔除了t′₁～t′₂时间段的来回反射波，保留了t₁～t₂时间段的抗干扰、识别性强的脉冲波形，最终检测出电缆的各种高阻故障。

上述方法中，所述低压输出脉冲为80-100伏、宽度为0.1～10μs。所述电位器可并联有一次脉冲过电压保护的压敏电阻器R、以及用于阻抗匹配的固定电阻器R0。所述CPU多功能输出接口包括显示接口和通讯打印接口。

本发明方法与现有测试方法相比，其优点是，它将现有的高低压两种脉冲方法有机的结合在一起，在给电缆各种高阻故障加直流高压时，不是记录故障点本身产生的来回反射波，而是利用故障点在高压作用下产生放电，并形成短路故障且维持一段时间(一段在几十μs～几百ms)这一物理原理，在该段时间通过将二次低压脉冲再加到电缆故障相，而形成类似于低压法的干扰小、识别性强的测试波形，有效的检测出电缆的各种高阻故障。

硬件方面，本发明将二次脉冲发生单元及测试单元串接在高压电容C的接地端与地之间，使测试装置处于很低的电压状态，非常安全可靠，同时它们与球隙Js二者合二为一，体积很小，重量只有2～3Kg，其测试单元通过功能接口即可方便的与外部输入输出设备连接，便携、操作简单，功率消耗最大为10％，最小可乎略不计。

附图说明

图1为一种典型的高压脉冲测试装置线路图。图中：VT为调压器；PT为高压变压器；D为整流二极管；C为贮能电容器；Js为放电球隙。

图2为本发明测试装置总体结构图。

图3为图2虚框中的本发明基于二次脉冲方式的测试电路结构框图。图中：R为压敏电阻器；R0为固定电阻器；W为电位器。

图4为图3电路的工作时序图。

图5为本发明二次脉冲法得到的测试波形图。图中S即为故障点到测试端的距离。

图6为图3中的同步触发电路原理图。

图7为图3中的低压脉冲产生器电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图2所示，本发明测试装置包括一个输入端连接调压器VT的20Kv的高压变压器PT，其输出端通过整流二极管D连接贮能电容器C及放电球隙Js的第一放电球，放电球隙Js的第二放电球通过测试端a连到电力电缆的故障相。在贮能电容器C的接地端1与地之间串接有二次脉冲发生单元，该二次脉冲发生单元与二次脉冲测试单元双向信号连接。

如图3所示，二次脉冲发生单元包括一个同步触发电路、一个低压脉冲产生器、串接在贮能电容器C接地端1与地之间的相互并联的压敏电阻器R、固定电阻器R0和电位器W。压敏电阻器R的功率大于5KW，保护电压为1000～3000V，其作用是将图4②的电压波形控制在1000～3000V以内，对设备起保护作用。固定电阻器R0的阻值为1KΩ，功率大于100W，主要起到阻抗匹配作用。电位器W的阻值为100KΩ，功率1W，作用是调节同步触发电路输入电压和二次脉冲测试单元中输入电路的输入电压。

二次脉冲测试单元包括一个用于信号处理及控制的CPU，该CPU与一个高速A/D双向信号连接，并控制连接一个输入电路，该输入电路连接高速A/D的输入端；CPU输出分别通过通讯打印接口、显示接口和键盘接口与外部相应功能设备连接。

电位器W的电阻调节端分两路，一路通过端口2与同步触发电路连接，另一路通过端口6与输入电路连接；低压脉冲产生器通过端口5连接贮能电容器C的接地端1；同步触发电路通过端口3连接CPU，CPU再通过端口4连接低压脉冲产生器。

如图4、图5所示，本发明基于二次脉冲方式测试电力电缆故障的方法按以下步骤进行：

在t₀时刻，将贮能电容器C中所贮直流高压能量击穿放电球隙Js(通过提高调压器VT的输出电压)，把瞬间高压(负高压)通过测试端a加到电缆故障相，电缆中的故障点在高压作用放电后产生t′₁至t′₂定向的来回反射波(图4②)；

在t₀时刻，图3中的同步触发电路产生图4③所示的同步触发脉冲经端口3给CPU，CPU延迟|t′₁～t′₂|时间，之后在t₁时刻一路给高速A/D，启动A/D开始采集测试波形，另一路通过端口4给低压脉冲产生器输入图4④所示的同步输出脉冲，低压脉冲产生器即刻产生80-100伏、宽度为0.1～10μs的低压输出脉冲(图4⑤)，通过端口5输出，经贮能电容器C、放电球隙Js后加到电缆故障相，此时，当故障点仍处于电弧短路状态，则出现图4⑥所示的二次脉冲反射波形。

最后，高速A/D将采集到的二次脉冲反射波形数据经CPU处理，通过通讯打印接口或显示接口输出图5所示的测试波形，该波形剔除了t′₁～t′₂时间段的来回反射波，保留了t₁～t₂时间段的抗干扰、识别性强脉冲波形，从而可检测出电缆的各种高阻故障。

如图6所示，同步触发电路包括两个三极管Q1、Q2，三个或门反相器U1A、U1B、U1C和一个或非门U2A等元器件。当电缆通过放电球隙Js放电时，信号通过图3中的电位器W由端口2进入同步触发电路，即图6中的输入端，跨接在输入端与地之间的瞬态抑制二极管TVS将输入信号保持在一定的电压幅度，以便对后面的电路起到保护作用。如果输入的是正信号，则信号通过电容C1，电阻R1进入三极管Q1，三极管Q1反相后输出一负信号经过电容C2给反相器U1A(74LS04)，反相器U1A再对信号反相一次变成正信号输出给或非门U2A(74LS02)，或非门U2A同步输出一个负信号给CPU。如果输入的是负信号，则信号通过电容C3，R5进入三极管Q2，三极管Q2反相后输出一正信号通过电容C4，经过两个反相器U1B、U1C(74LS04)反相后输出一个正信号给或非门U2A，或非门U2A同步输出一个负信号给CPU。这样就保证了输入信号无论是正信号还是负信号都能输出一个正信号给CPU，起到同步触发作用。

如图7所示，低压脉冲产生器包括一个单稳态触发器、两个脉冲整形三极管、两个脉冲放大三极管QQ3、QQ4及偏置元器件等。当CPU接收到图6中的同步输出信号后，延时|t′₁～t′₂|时间输出一正脉冲到图7中的输入端，经过电容CC1后进入单稳态触发器74HC221的脚A，单稳态触发器同步产生一个窄脉冲，经其脚Q输出给电阻RR2，脉冲经电阻RR2后进入三极管QQ1基级，脉冲经过三极管QQ1反相后通过电容CC3及电阻RR4进入三极管QQ2的基级，三极管QQ2再对脉冲进行一次反相整形后通过电容CC4及电阻RR7进入三极管QQ3的基级，脉冲经过三极管QQ3放大反相后通过电容CC5及电阻RR9进入三极管QQ4的基级，三极管QQ4再对脉冲进行一个反相后，通过电容CC6输出一个80～100V的脉冲通过端口5经储能电容C及放电球隙Js加到电缆故障相上。

Claims (4)

1、一种基于二次脉冲方式测试电力电缆故障的方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步，在典型高压脉冲测试线路的贮能电容C的接地端与地之间串接一个包括电位器、同步触发电路和低压脉冲产生器的二次脉冲发生单元，该二次脉冲发生单元通过第三接口、第四接口和第六接口与一个包括CPU及与其相连的输入电路和高速A/D的二次脉冲测试单元双向信号连接；

第二步，在t₀时刻，将贮能电容器C中所贮直流高压能量击穿放电球隙Js，把瞬间高压通过测试端a加到电缆故障相，电缆中的故障点在高压作用放电后产生t′₁至t′₂定向的来回反射波；

在t₀时刻，同步触发电路产生一个同步触发脉冲经第三端口给CPU，CPU延迟|t′₁～t′₂|时间，之后在t₁时刻一路给高速A/D，启动高速A/D开始采集测试波形，另一路通过第四端口给低压脉冲产生器施加同步输出脉冲；

第三步，低压脉冲产生器即刻产生低压输出脉冲，通过第五端口输出，经贮能电容器C、放电球隙Js后加到电缆故障相，当故障点仍处于电弧短路状态时，则出现二次脉冲反射波形；

第四步，高速A/D将采集到的二次脉冲反射波形数据经CPU处理，通过CPU的多功能输出接口输出测试波形，该测试波形剔除了t′₁～t′₂时间段的来回反射波，保留了t₁～t₂时间段的抗干扰、识别性强的脉冲波形，最终检测出电缆的各种高阻故障。

2、如权利要求1所述的基于二次脉冲方式测试电力电缆故障的方法，其特征在于，所述低压输出脉冲幅值为80-100伏、宽度为0.1～10μs。

3、如权利要求1所述的基于二次脉冲方式测试电力电缆故障的方法，其特征在于，所述电位器并联有一次脉冲过电压保护的压敏电阻器R、以及用于阻抗匹配的固定电阻器R0。

4、如权利要求1所述的基于二次脉冲方式测试电力电缆故障的方法，其特征在于，所述CPU多功能输出接口包括显示接口和通讯打印接口。

Images