CN105388397B - 一种分支结构电缆故障定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分支结构电缆故障定位装置及方法，包括：分别安装在各分支电缆末端的故障测量终端；故障测量终端包括：微控制器单元、扫频信号发生单元、耦合器单元和幅相检测单元；所述微控制器单元与扫频信号发生单元连接，扫频信号发生单元与耦合器单元连接，所述耦合器单元与被测电缆和幅相检测单元分别连接；本发明有益效果：当分支结构电缆的某一个分支发生故障时，通过故障测量终端的测量，结合数据分析，可以准确定位故障发生在某一个分支，从而实现准确定位故障点，为电力电缆的维护提供有效可靠的数据，保障电缆传输电力的稳定性和可靠性。

Description

一种分支结构电缆故障定位装置及方法

技术领域

本发明涉及电缆故障定位技术领域，尤其涉及一种分支结构电缆故障定位装置及方法。

背景技术

电力电缆是用于电力的传输和分配，随着社会的发展和进步，电缆用量在整个电力传输线路中所占的比例日益提高，电缆和架空线路相比较，具有可靠性高，不容易受周围环境和污染的影响，线间绝缘距离小，占地少，无干扰电波的有点，所以使用很广泛。电缆在地下铺设时，不占地面和空间，既安全又可靠，还不容易暴露目标。

由于绝大多数的电缆铺设在地下，随着电缆的大量使用，电缆发生故障以后，故障点的查找成了一个重大的问题。

利用电缆故障测量终端可以测出故障点到测量端的距离，如果电缆是没有分支的简单结构，那么根据这个距离便可以直接得出故障点的确切位置。然而实际应用中，电缆往往是一种有分支的拓扑结构，对于这样的分支结构仅凭一个终端的测量结果，往往不能得到确切的故障位置信息。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种分支结构电缆故障定位装置及方法，该装置及方法可以实现分支电缆故障时，故障点的准确定位。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种分支结构电缆故障定位装置，包括：分别安装在各分支电缆末端的故障测量终端；

所述故障测量终端包括：微控制器单元、扫频信号发生单元、耦合器单元和幅相检测单元；所述微控制器单元与扫频信号发生单元连接，扫频信号发生单元与耦合器单元连接，所述耦合器单元与被测电缆和幅相检测单元分别连接；

所述微控制器单元控制扫频信号发生单元发出设定频率的正弦波，经耦合单元耦合到被测电缆上，从被测电缆回来的反射信号和施加到被测电缆的正向发射信号都经耦合器单元取样后送到幅相检测单元，通过幅相检测单元得到时域反射系数；根据时域反射系数的波形确定故障测量终端到故障点的往返时间，进而确定故障点与故障测量终端的距离。

进一步地，所述故障测量终端通过扫频来实现故障点测距。

一种分支结构电缆故障定位方法，包括以下步骤：

步骤1：以某一点O为中心分支，以点O为中心确定分支电缆的数量，在每一段分支电缆末端分别安装故障测量终端；

步骤2：当分支电缆发生故障时，扫频信号发生单元发出设定频率的正弦波，经耦合单元耦合到被测电缆上，从电缆回来的反射信号和施加到电缆的正向发射信号都经耦合器单元取样，取样信号送到幅相检测单元，由幅相检测单元测出矢量反射系数；

步骤3：得到矢量反射系数以后，经过频域到时域的变换，得到时域反射系数；

步骤4：根据时域反射系数波形确定电波在故障测量终端到故障点的往返时间，根据电波往返时间和电波在介质中的传播速度，确定故障点与故障测量终端的距离；

步骤5：根据各故障测量终端测得的故障距离值，判断故障点实际所在的位置。

进一步地，所述步骤4中，电缆屏蔽层的故障点会在时域反射系数波形上形成一个起伏点，起伏点离中心点O的距离对应电波从测量终端到故障点的往返时间。

进一步地，所述步骤5中，故障分支为别为OA和OB，故障发生时，各故障测量终端的测距值分别为AP和BP；

1)当满足BP>BO，AP<AO；BP+AP≈BO+AO时；判定故障点在AO段的P点位置；

2)当满足AP>AO，BP<BO；AP+BP≈AO+BO时；判定故障点在BO段的P点位置。

进一步地，所述步骤5中，故障分支为别为OA，OB和OC，故障发生时，各故障测量终端的测距值分别为AP、BP和CP；

1)当满足BP>BO，CP>CO，AP<AO；BP+AP≈BO+AO；CP+AP≈CO+AO；判定故障点在AO段的P点位置；

2)当满足AP>AO，CP>CO，BP<BO；AP+BP≈AO+BO；CP+BP≈CO+BO；判定故障点在BO段的P点位置；

3)当满足AP>AO，BP>BO，CP<CO；AP+CP≈AO+CO；BP+CP≈BO+CO；判定故障点在CO段的P点位置。

进一步地，所述步骤5中，故障分支为别为OA，OB，OC和OD，故障发生时，各故障测量终端的测距值分别为AP、BP、CP和DP；

1)当满足BP>BO，CP>CO，DP>DO；AP<AO；BP+AP≈BO+AO；CP+AP≈CO+AO；DP+AP≈DO+AO；判定故障点在AO段的P点位置；

2)当满足AP>AO，CP>CO，DP>DO；BP<BO；AP+BP≈AO+BO；CP+BP≈CO+BO；DP+BP≈DO+BO；判定故障点在BO段的P点位置；

3)当满足AP>AO，BP>BO，DP>DO；CP<CO；AP+CP≈AO+CO；BP+CP≈BO+CO；DP+CP≈DO+CO；判定故障点在CO段的P点位置；

4)当满足AP>AO，BP>BO，CP>CO，DP<DO；AP+DP≈AO+DO；BP+DP≈BO+DO；CP+DP≈CO+DO；判定故障点在CO段的P点位置。

本发明的有益效果：

通过本发明的实施，当分支结构电缆的某一个分支发生故障时，通过故障测量终端的测量，结合数据分析，可以准确定位故障发生在某一个分支，从而实现准确定位故障点，为电力电缆的维护提供有效可靠的数据，保障电缆传输电力的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为分支电缆示意图；

图2为故障点在AO段时示意图；

图3为故障点在AO段时示意图；

图4为故障点在AO段时示意图；

图5为故障测量终端结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明进行详细说明：

一种分支结构电缆故障定位装置，如图5所示，包括：分别安装在各分支电缆末端的故障测量终端；

故障测量终端包括：微控制器单元、扫频信号发生单元、耦合器单元和幅相检测单元；所述微控制器单元与扫频信号发生单元连接，扫频信号发生单元与耦合器单元连接，所述耦合器单元与被测电缆和幅相检测单元分别连接；

故障测量终端通过扫频测量来实现故障点的定位，也就是选定平垫测量被测目标的频域反射系数。具体过程是，由微控制器单元控制扫频信号发生单元发出特定频率的正弦波，经耦合单元耦合到被测电缆上，从电缆回来的反射信号和施加到电缆的正向发射信号都经耦合器单元取样，取样信号送到幅相检测单元，由幅相检测单元测出矢量反射系数。

得到矢量反射系数以后，经过频域到时域的变换，也就是进行逆向傅里叶变换，得到时域反射系数。电缆屏蔽层的故障点会在属于波形上形成一个起伏点，起伏点离坐标原点的距离对应电波从测量终端到故障点的往返时间；根据时域波形的电波往返时间和电波在介质中的传播速度，确定故障点与故障测量终端的距离。其中，时域波形，是时域反射系数的波形，横坐标是时间，纵坐标是不同时间点的反射系数。

一种分支结构电缆故障定位方法，包括以下步骤：

步骤1：以某一点O为中心分支，以点O为中心确定分支电缆的数量，在每一段分支电缆末端分别安装故障测量终端；

步骤2：当分支电缆发生故障时，扫频信号发生单元发出设定频率的正弦波，经耦合单元耦合到被测电缆上，从电缆回来的反射信号和施加到电缆的正向发射信号都经耦合器单元取样，取样信号送到幅相检测单元，由幅相检测单元测出矢量反射系数；

步骤3：得到矢量反射系数以后，经过频域到时域的变换，得到时域反射系数；

步骤4：根据时域反射系数波形确定电波在故障测量终端到故障点的往返时间，根据电波往返时间和电波在介质中的传播速度，确定故障点与故障测量终端的距离；

步骤5：根据各故障测量终端测得的故障距离值，判断故障点实际所在的位置。

本发明实施例以3路分支电缆为实施例对本发明方法做进一步说明。对于两条分支以及3条以上分支的情况，本领域技术人员能够根据本实施例的判断原则同理得出。

如图1所示，为3路分支电缆的一个实施案例图。分支为三段时，标识为OA，OB，OC。

如图2所示，当AO分支电缆发生故障时，安装在A,B,C三点的故障测量终端，分别测得故障距离为AP，BP，CP，分析：当满足BP>BO，CP>CO，AP<AO；BP+AP≈BO+AO；

CP+AP≈CO+AO；判定故障点在AO段的P点位置。

如图3所示，当BO分支电缆发生故障时，安装在A,B,C三点的故障测量终端，分别测得故障距离为AP，BP，CP，分析：当满足AP>AO，CP>CO，BP<BO；AP+BP≈AO+BO；

CP+BP≈CO+BO；判定故障点在BO段的P点位置。

如图4所示，当CO分支电缆发生故障时，安装在A,B,C三点的故障测量终端，分别测得故障距离为AP，BP，CP，分析：当满足AP>AO，BP>BO，CP<CO；AP+CP≈AO+CO；

BP+CP≈BO+CO；判定故障点在CO段的P点位置。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种分支结构电缆故障定位方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：以某一点O为中心分支，以点O为中心确定分支电缆的数量，在每一段分支电缆末端分别安装故障测量终端；

步骤2：当分支电缆发生故障时，扫频信号发生单元发出设定频率的正弦波，经耦合单元耦合到被测电缆上，从电缆回来的反射信号和施加到电缆的正向发射信号都经耦合器单元取样，取样信号送到幅相检测单元，由幅相检测单元测出矢量反射系数；

步骤3：得到矢量反射系数以后，经过频域到时域的变换，得到时域反射系数；

步骤4：根据时域反射系数波形确定电波在故障测量终端到故障点的往返时间，根据电波往返时间和电波在介质中的传播速度，确定故障点与故障测量终端的距离；

步骤5：根据各故障测量终端测得的故障距离值，判断故障点实际所在的位置；

故障分支分别为OA和OB，故障发生时，各故障测量终端的测距值分别为AP和BP；

1)当满足BP>BO，AP<AO；BP+AP≈BO+AO时；判定故障点在AO段的P点位置；

2)当满足AP>AO，BP<BO；AP+BP≈AO+BO时；判定故障点在BO段的P点位置。

2.如权利要求1所述的一种分支结构电缆故障定位方法，其特征是，所述步骤4中，电缆屏蔽层的故障点会在时域反射系数波形上形成一个起伏点，起伏点离中心点O的距离对应电波从测量终端到故障点的往返时间。

3.如权利要求1所述的一种分支结构电缆故障定位方法，其特征是，所述步骤5中，故障分支为别为OA，OB和OC，故障发生时，各故障测量终端的测距值分别为AP、BP和CP；

1)当满足BP>BO，CP>CO，AP<AO；BP+AP≈BO+AO；CP+AP≈CO+AO；判定故障点在AO段的P点位置；

2)当满足AP>AO，CP>CO，BP<BO；AP+BP≈AO+BO；CP+BP≈CO+BO；判定故障点在BO段的P点位置；

3)当满足AP>AO，BP>BO，CP<CO；AP+CP≈AO+CO；BP+CP≈BO+CO；判定故障点在CO段的P点位置。

4.如权利要求1所述的一种分支结构电缆故障定位方法，其特征是，所述步骤5中，故障分支为别为OA，OB，OC和OD，故障发生时，各故障测量终端的测距值分别为AP、BP、CP和DP；

1)当满足BP>BO，CP>CO，DP>DO；AP<AO；BP+AP≈BO+AO；CP+AP≈CO+AO；DP+AP≈DO+AO；判定故障点在AO段的P点位置；

2)当满足AP>AO，CP>CO，DP>DO；BP<BO；AP+BP≈AO+BO；CP+BP≈CO+BO；DP+BP≈DO+BO；判定故障点在BO段的P点位置；

3)当满足AP>AO，BP>BO，DP>DO；CP<CO；AP+CP≈AO+CO；BP+CP≈BO+CO；DP+CP≈DO+CO；判定故障点在CO段的P点位置；

4)当满足AP>AO，BP>BO，CP>CO，DP<DO；AP+DP≈AO+DO；BP+DP≈BO+DO；CP+DP≈CO+DO；判定故障点在CO段的P点位置。