CN107015116A - 抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统及方法 - Google Patents

Abstract

抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统及方法，属于电力电缆故障探测领域。包括故障电缆，其特征在于：设置有电压测量单元（1）、电流测量单元（2）和微处理器模块，电压测量单元（1）和电流测量单元（2）的输出端同时与微处理器模块相连。在本抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统及方法中，通过设置电压测量单元和电流测量单元，将故障段护层所对应电阻两端电压值和故障电缆护层中所形成的故障电流大小同时送入微处理器模块中，避免了因为测量不同时而导致的电流测量误差和电压测量误差不能抵消的问题，大大降低了故障距离测量时大地杂散电流干扰的影响。

Description

抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统及方法

技术领域

抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统及方法，属于电力电缆故障探测领域。

背景技术

电力系统高压电缆一般采取单相成缆结构形式。单相电缆受线芯交变电流产生的磁场的影响，金属护层上会产生感应电动势。为了避免感应电动势在金属护层中产生环流，进而造成能量损耗和电缆发热，单相电缆金属护层一般采取单点接地或者交叉互联接地方式。然而，高压电缆发生护层故障时，故障位置金属护层产生接地点，破坏了单相电缆金属护层单点接地形式，因此，高压电缆护层故障必须查找和处理。查找高压电缆护层故障的关键步骤是故障测距，目前，高压电缆护层故障测距主要有传统电桥法、电压比较法和直流电阻法。

传统电桥法的测试方法如图11所示，传统电桥法将电桥两臂分别连接故障电缆护层4和非故障电缆护层5，然后通过导线将故障电缆护层4和非故障电缆护层5进行短接，调节电桥可调电阻RW₁~RW₂，使电桥平衡，根据电桥平衡原理，利用如下公式计算出电缆故障点到测试端的距离：

其中：L是电缆的全长（即A点和B点之间的长度），L_X是电缆故障点到测试端的距离（即A点和C点之间的长度），RW₁、RW₂分别是电桥两臂的平衡电阻，R_f2是故障电缆护层4中故障点C的接地电阻。

传统电桥法存在有如下缺陷：（1）电桥电源电压低，该方法不能测试高阻故障。（2）电桥法需要非故障电缆的配合，否则无法进行测试。（3）即使存在非故障电缆，由于在测试回路中，故障电缆和非故障相电缆之间围成的测试回路的面积不为零，所以容易引入现场电磁感应干扰，因此电桥调节平衡比较困难。（4）现场中虽然采用正、反两次接入求均值的方法抵消干扰影响，但是因为两次测试的时刻不同，而现场干扰往往并非固定不变，因此这种方法消除干扰的效果不理想。

电压比较法的测试方法如图12~13所示，电压比较法同样通过导线将故障电缆护层4和非故障电缆护层5进行短接，在测试端将一恒流源E2先后接入故障电缆护层4和非故障电缆护层5，然后测量两次接线中故障电缆护层4和非故障电缆护层5之间的电压，根据电缆线路长度与导体电阻成比例的原理，可以计算出电缆故障点到测试端的距离：

式中L是电缆的全长（即A点和B点之间的长度），L_X是电缆故障点到测试端的距离（即A点和C点之间的长度），U₁是第一次测量的电压，U₂是第二次测量的电压，R_f3是故障点接地电阻。

电压比较法不需要调零。但是由于同样需要非故障相配合，而故障电缆和非故障相电缆之间围成的测试回路的面积同样不为零，因此电压比较法仍然存在易受现场电磁感应干扰的问题。另外，电压比较法必须进行两次测试，而两次测试的时刻不同，测试中受到的现场干扰也不同且无法抵消，因此测量结果往往存在明显的误差。虽然可以采取改变注入电流极性并且多次测量求平均的方法减小干扰的影响，但现场应用效果仍然不理想。

传统的直流电阻法的测试方法如图14所示，直流电阻法在故障电缆的远端（图中B点端）直接将故障电缆的故障电缆芯线3与故障电缆护层4短接，在测试端（图中A点端）将一电压源E3接入故障电缆护层4，并通过电压表和毫安表测量故障电缆芯线3与故障电缆护层4之间的电压U和流入护层的电流I，根据欧姆定律算出故障电缆的故障点C到测试端之间护层电阻的阻值，然后该阻值除以其电阻率ρ，计算得到电缆故障段的长度L_X：

其中：U和I分别为故障电缆芯线3与故障电缆护层4之间的电压和流入故障电缆护层的电流，ρ为故障电缆护层4的电阻率。

直流电阻法相比较传统电桥法和电压比较法具有不需要调零，测量单芯高压电缆护层故障距离时也不需要非故障相配合的优点，同时由于测量回路中芯线和护层围成的面积为零，因此直流电阻法不易受现场电磁感应干扰影响。但是，现有技术中的直流电阻法存在易受大地杂散电流干扰的影响的问题，因而容易造成电缆护层故障距离测量不准确。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统及方法，通过设置电压测量单元和电流测量单元，将故障段护层两端电阻对应的电压值和故障电缆护层中所形成的故障电流大小同时送入微处理器模块中，避免了因为测量不同时而导致的电流测量误差和电压测量误差不能抵消的问题，大大降低了大地杂散电流干扰的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统，包括发生护层故障的故障电缆，在故障电缆的故障电缆护层上因故障形成故障点，故障电缆的两端分别为测量端和远端，故障点和测量端之间为故障段，在故障电缆护层中故障段所对应的为故障段护层，在远端将故障电缆护层和其内部的故障电缆芯线短接，在测量端设置有接入故障电缆护层的电压源，其特征在于：设置有用于测量、转换故障段护层所对应电阻两端电压值的电压测量单元、用于测量、转换所述的电压源在故障电缆护层中所形成的故障电流所对应的采样电压大小的电流测量单元，电压测量单元和电流测量单元的输出端同时与微处理器模块相连。

优选的，所述的电压测量单元包括：

电压信号滤波模块，其输入端接入故障段护层所对应电阻两端的电压信号，用于对该电压信号进行低通滤波；

电压信号放大模块，其输入端连接电压信号滤波模块的输出端，用于对电压信号进行放大；

电压信号VFC模块，其输入端连接电压信号放大模块的输出端，用于将电压信号转换为脉冲串信号，电压信号VFC模块与所述的微处理器模块相连。

优选的，所述的电流测量单元包括：

电流信号滤波模块，其输入端接入故障电流经采样电阻转换得到的电压信号，用于对该电压信号进行低通滤波；

电流信号放大模块，其输入端连接电流信号滤波模块的输出端，用于对故障电流采样转换得到的电压信号进行放大；

电流信号VFC模块，其输入端连接电流信号放大模块的输出端，用于将电流信号放大模块输出的电压信号转换为脉冲串信号，电流信号VFC模块与所述的微处理器模块相连。

优选的，所述的电压测量单元和电流测量单元采用两个独立的通路，且电压测量单元中的电压信号滤波模块和电流测量单元中的电流信号滤波模块采用相同的电路形式，电压信号滤波模块和电流信号滤波模块中各个对应元器件的规格相同；电压信号滤波模块和电流信号滤波模块的截止频率均小于等于5Hz。

优选的，所述的微处理器模块包括单片机以及两组分别与电压测量单元和电流测量单元一一对应的光耦隔离模块和非门模块，电压测量单元和电流测量单元的输出端分别经过各自的光耦隔离模块以及非门模块分别与单片机内置的不同计数器的输入管脚相连。

优选的，所述的电压源为直流高压电压源。

一种抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，将故障电缆芯线和故障电缆护层在故障电缆的远端进行短接；

步骤2，电压源一端连接大地，另一端串联电流测量单元后在测量端接入故障电缆护层，电压测量单元连接在在测量端的故障电缆护层与故障电缆芯线之间；

步骤3，开始进行故障电缆故障段距离的测量；

步骤4，微处理器同时分别得到电流测量单元测量、转换得到的故障电流所对应的信号和电压测量单元测量、转换得到的故障段护层两端电阻电压值所对应的信号；

步骤5，微处理器模块根据步骤4中由电流测量单元送入信号根据故障电流计算公式计算得到故障电缆护层中故障电流的大小；微处理器模块根据步骤4中由电压测量单元送入的信号通过电压计算公式计算得到故障段护层所对应电阻两端的电压值；

步骤6，计算得到故障电缆中故障段的长度；

微处理器模块根据公式：

计算得到故障段的长度，其中，Lx表示故障段的长度，U表示步骤5中电压计算公式计算得到故障段护层所对应电阻两端的电压值，I表示步骤5中故障电流计算公式计算得到故障电缆护层中的故障电流的大小，ρ为故障电缆护层的电阻率。

优选的，所述的电压计算公式为：

式中，T是微处理器模块中单片机内置计数器的计数时间，D_V是单片机计数器计数时间内电压信号的计数值，R_S1是电压测量单元中电压信号VFC模块输入管脚的输入电阻，I_S1是电压测量单元中电压信号VFC模块内置电流源的电流值，R₅、R₆分别是电压测量单元中电压信号放大模块放大电阻的阻值，F_in1是电压测量单元中电压信号VFC模块的时钟频率；

所述的故障电流计算公式为：

式中，T是微处理器模块中单片机内置计数器的计数时间，D_I是单片机计数器计数时间内电流信号的计数值，R_S2是电流测量单元中电流信号VFC模块输入管脚的输入电阻，I_S2是电流测量单元中电流信号VFC模块内置电流源的电流值，R₂是将故障电流转换为电压信号的采样电阻的阻值，R₈、R₉是电流测量单元中电流信号放大模块中放大电阻的阻值，F_in2是电流测量单元中电流信号VFC模块的时钟频率。

优选的，所述的单片机计数器的计数时间T大于等于40ms，所述的电流信号VFC模块和电压信号VFC模块的时钟频率均为500kHz。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、在本抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统及方法中，通过设置电压测量单元和电流测量单元，将故障段护层所对应电阻两端电压值和故障电缆护层中所形成的故障电流大小同时送入微处理器模块中，避免了因为测量不同时而导致的电流测量误差和电压测量误差不能抵消的问题，大大降低了故障距离测量时大地杂散电流干扰的影响。

2、本发明采用低通滤波器和VFC模块，分别处理和采集、转换故障段护层电阻两端电压信号值和故障电缆护层中故障电流所对应的电压信号，而VFC模块本身也具有低通滤波的效果，这样就降低了大地杂散电流干扰中高频分量对测量的影响。

3、在电流测量单元和电压测量单元中采用相同电路形式的低通滤波器，并且令电路PCB布局一致、元器件取值相同且采用精密器件，这样就能够保证大地杂散电流干扰中低于低通滤波器截止频率的分量在电流和电压测量结果中占有相同的比例，从而可以在求取测距结果中完全消除干扰，最终保证高压电缆护层故障测距的精度。

4、本发明抗大地杂散电流干扰的能力强，因此测试中对直流高压发生器纹波系数的要求低，而且由于测量稳定性高，因此藉由多次测量取平均可进一步提高故障测距的精度。

5、将电压信号滤波模块和电流信号滤波模块的截止频率设定为较低的小于等于5Hz，起到了减轻大地杂散电流干扰的影响的效果。

附图说明

图1为抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统测量结构示意图。

图2为抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统原理方框图。

图3~4为抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统电压信号滤波模块及电流信号滤波模块电路原理图。

图5为抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统电压信号放大模块电路原理图。

图6为抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统电流信号放大模块电路原理图。

图7~8为抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统电压信号VFC模块及电流信号VFC模块电路原理图。

图9为抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统微处理器模块电路原理图。

图10为抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距方法流程图。

图11为现有技术中传统电桥法测量结构示意图。

图12~13为现有技术中电压比较法测量结构示意图。

图14为现有技术中直流电阻法测量结构示意图。

其中：1、电压测量单元 2、电流测量单元 3、故障电缆芯线 4、故障电缆护层 5、非故障电缆护层。

具体实施方式

图1~10是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~14对本发明做进一步说明。

如图1~2所示，抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统，包括发生故障的故障电缆，故障电缆的故障电缆护层4上因故障形成故障点，在故障电缆护层4内部有故障电缆芯线3。在故障电缆护层4上设置有三点：A点、B点和C点，定义A点处为故障电缆的测量端，B点处为故障电缆的远端，其中A点与B点之间的距离为故障电缆护层4的总长度，定义该距离为长度L。C点为故障电缆护层4上的故障点，并定义点A与点C之间为故障电缆护层4的故障段，故障段在故障电缆护层4中所对应的区段为故障段护层，其长度为Lx，则故障电缆护层4上点B与点C之间的距离为长度L-Lx，故障点C的接地电阻为电阻R_f1。

抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统，还包括电压测量单元1和电流测量单元2、直流高压电源HV1以及电阻R₁~R₂，首先在故障电缆的远端将故障电缆护层4与故障电缆芯线3进行短接，直流高压电源HV1一端连接大地，另一端串联电流测量单元2后在测量端接入故障电缆护层4，电压测量单元1在测量端连接在故障电缆护层4和故障电缆芯线3之间。

电压测量单元1包括电压信号滤波模块、电压信号放大模块以及电压信号VFC模块，电流测量单元2包括电流信号滤波模块、电流信号放大模块以及电流信号VFC模块。直流高压电源HV1的输出正极连接大地，接地电阻R_f1一端连接大地，另一端连接故障点C。直流高压电源的输出负极串联电阻R₁之后同时并联电流信号滤波模块的输入端以及电阻R₂的一端，电阻R₂的另一端同时并联电路接地端以及电阻R_Cable的另一端。电压信号滤波模块的输出端连接电压信号放大模块的输入端，电压信号放大模块的输出端连接电压信号VFC模块的输入端；电流信号滤波模块的输出端连接电流信号放大模块的输入端，电流信号放大模块的输出端连接电流信号VFC模块的输入端，电压信号VFC模块和电流信号VFC模块的输出端同时连接微处理器模块的信号输入端口。电阻R_Cable为故障电缆护层4中故障段护层的电阻，即点A与点C之间护层的电阻。

故障段护层电阻R_Cable两端电压由电压信号滤波模块进行低通滤波，其输出后进入电压信号放大模块进行信号放大，信号放大后经过电压信号VFC模块转换变成脉冲串输出，电压信号脉冲串送入微处理器模块中单片机进行计数、运算，求出故障段护层电阻R_Cable两端电压的值。

输入故障电缆护层4中的电流通过采样电阻（电阻R₂）取样转换为电压信号，该电压信号由电流信号滤波模块低通滤波，其输出进入电流信号放大模块进行信号放大，信号放大后经过电流信号VFC模块变成脉冲串输出，电流信号脉冲串送入微处理器模块中单片机进行计数、运算，求出故障电缆护层4中电流的值。单片机系统利用故障段护层电阻两端电压的值和故障电缆护层4中电流的值计算出电缆护层故障的距离。

如图3所示，上述的电压信号滤波模块和电流信号滤波模块采用两组相同的电路实现：其中电压信号滤波模块采用由电阻R₃和电容C₁组成的一阶RC低通滤波电路。电阻R₃的一端以及接地端为低通滤波电路的信号输入端，电阻R₃的另一端和接地端之间并联电容C₁，电容C₁的两端为低通滤波电路的信号输出端。

电流信号滤波模块采用由电阻R₄和电容C₂组成的一阶RC低通滤波电路。电阻R₄的一端以及接地端为低通滤波电路的信号输入端，电阻R₄的另一端和接地端之间并联电容C₂，电容C₂的两端为低通滤波电路的信号输出端。

故障段护层电阻R_Cable两端的电压信号以及输入故障电缆护层4中的电流采样转换得到的电压信号分别接入各自的低通滤波电路的信号输入端，经过由精密电阻和精密电容组成的截止频率为2.1Hz的一阶RC低通滤波器后，滤波信号由电容两端输出。

如图5所示，上述的电压信号放大模块包括二极管D₁~D₄、电阻R₅~R₇以及集成运算放大器U₁。电压信号放大模块的输入正极依次并联二极管D₁的阳极、二极管D₂的阴极、二极管D₃的阳极、二极管D₄的阴极以及集成运算放大器U₁的同相输入端，电压信号放大模块的输入负极以及二极管D₁的阴极、二极管D₂的阳极连接接地端。二极管D₃的阴极、二极管D₄阳极同时连接电阻R₇的一端以及集成运算放大器U₁的反相输入端，电阻R₇的另一端同时并联电阻R₅~R₆的一端，电阻R₆的另一端连接集成运算放大器U₁的输出端，电阻R₅的另一端接地。

在电压信号放大模块中，由二极管D₁~D₄起到对输入信号限幅保护的作用，二极管D₁~D₄采用快速回复二极管实现，如FR107。输入电压信号放大模块的信号经精密电阻R₅~R₆配合集成运算放大器U₁组成的放大电路放大后进行输出，集成运算放大器U₁采用型号为TLC2652的集成运放芯片实现。

如图6所示，上述的电流信号放大模块包括二极管D₅~D₁₈、电阻R₈~R₉以及集成运算放大器U₂。电流信号放大模块的输入正极依次并联二极管D₅的阳极、二极管D₁₆的阴极、二极管D₁₇的阳极、二极管D₁₈的阴极以及集成运算放大器U₂的同相输入端；二极管D₅的阴极依次串联二极管D₆~D₁₀后连接接地端，二极管的D₁₁的阳极与电流信号放大模块的输入负极同时连接接地端，二极管D₁₁的阴极依次串联二极管D₁₂~D₁₅后连接二极管D₁₆的阳极。二极管D₁₇的阴极、二极管D₁₈阳极同时连接电阻R₈~R₉的一端以及集成运算放大器U₂的反相输入端，电阻R₉的另一端连接集成运算放大器U₂的输出端，电阻R₈的另一端接地。

在电流信号放大模块中，由二极管D₅~D₁₀以及二极管D₁₁~D₁₆串联组成的两组二极管起到对输入信号限幅保护的作用，二极管D₅~D₁₆采用快速回复二极管实现，如FR107。输入电压信号放大模块的信号经精密电阻R₈~R₉配合集成运算放大器U₂组成的放大电路放大后进行输出，集成运算放大器U₂采用型号为OP-07的集成运放芯片实现。

如图7~8所示，上述的电压信号VFC模块以及电流信号VFC模块采用两组电路设置相同的由型号为AD652的集成芯片U₃~U₄实现。在电压信号VFC模块中，电压信号放大模块输出的信号送入集成芯片U₃的第7脚，集成芯片U₃由接入其1脚的15V直流电压供电。集成芯片U₃的10脚接入500kHz时钟驱动，电压信号放大模块输出的信号由集成芯片U₃转换成脉冲串后由第11脚输出。

在电流信号VFC模块中，电流信号放大模块输出的信号送入集成芯片U₄的第7脚，集成芯片U₄由接入其1脚的15V直流电压供电。集成芯片U₄的10脚接入500kHz时钟驱动，电流信号放大模块输出的信号由集成芯片U₄转换成脉冲串后由第11脚输出。

如图9所示，上述的微处理器模块包括型号为89C52的单片机U₉，型号为6N136的光耦U₅~U₆以及型号为74HCT04的非门芯片U₇~U₈。电压信号VFC模块输出的信号经过光耦U₆的3脚进入光耦U₆后经光耦U₆的6脚输出，然后经过非门芯片U₈接入单片机U₉的14脚。电流信号VFC模块输出的信号经过光耦U₅的3脚进入光耦U₅后经光耦U₅的6脚输出，然后经过非门芯片U₇接入单片机U₉的15脚。

单片机U₉的14脚和15脚分别接收到电压信号VFC模块和电流信号VFC模块送入的脉冲信号串之后，其内部的计数器开始计数，计数器计数40ms后分别得到电压信号脉冲计数值和电流信号脉冲计数值，经过计算后分别对应得到故障段护层电阻R_Cable两端的电压值和故障电缆护层4中的电流值，然后通过故障段护层电阻R_Cable两端的电压值和故障电缆护层4中的电流值计算得到故障电缆中故障电缆护层故障点与测量端之间的距离Lx的长度，其计算公式为：

其中，U表示故障段护层电阻R_Cable两端的电压值，I表示故障电缆护层4中的电流值，ρ为故障电缆护层的电阻率。

电缆护层的电阻率ρ可以通过查电缆手册得到，也可以利用一条已知长度的完好电缆测量得到。具体方法为：在电缆终端将芯线与护层短接，同时将短接线与大地相接，按照直流电阻法的测试方法进行测量，得到完好电缆护层电流以及芯线与护层之间的电压，根据欧姆定律，用该电压除以电流，得到电缆护层的电阻值，用该阻值除以电缆的长度，得到电缆护层的电阻率。

上述故障段护层电阻R_Cable两端电压值的计算公式为：

式中，T是单片机U₉计数器的计数时间（40ms），D_V是单片机U₉计数器计数时间T内电压信号的计数值，R_S1是集成芯片U₃（AD652芯片）信号输入管脚的输入电阻，I_S1是集成芯片U₃（AD652芯片）中内置电流源的电流值，R₅、R₆分别是电压信号放大模块中电阻R₅~R₆的阻值，F_in1是集成芯片U₃（AD652芯片）的时钟频率500kHz。

上述故障电缆护层4中电流值的计算公式为：

式中，T是单片机U₉计数器的计数时间（40ms），D_I是单片机U₉计数器计数时间T内电流信号的计数值，R_S2是集成芯片U₄（AD652芯片）信号输入管脚的输入电阻，I_S2是集成芯片U₄（AD652芯片）中内置电流源的电流值，R₂是输入故障电缆护层4中的电流信号转换为电压信号的采样电阻的阻值，R₈、R₉是电流信号放大模块中电阻R₈~R₉的阻值，F_in2是集成芯片U₄（AD652芯片）的时钟频率500kHz。

测量故障电缆护层4中的电流值和故障段护层的电压值时必须遵循以下四方面的技术措施：首先，测量故障电缆护层4中的电流值和故障电缆芯线3与故障电缆护层4之间电压值必须设置两个相互独立的测量通路，并且同时测量电流值和电压值；其次，电流信号滤波模块和电压信号滤波模块必须采用相同的电路形式，并且要求相应电路在PCB板上的布局一致；再次，电流信号滤波模块和电压信号滤波模块中各元器件的取值相同，并且要求采用精密器件；最后，电流信号滤波模块和电压信号滤波模块截止频率不大于5Hz，且单片机的计数时间T不短于40ms。

综上所述，抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距方法，如图10所示，包括如下步骤：

步骤1，将故障电缆芯线和故障电缆护层进行短接；

在故障电缆的远端将故障电缆护层4与故障电缆芯线3进行短接。

步骤2，将电压源、电流测量单元、电压测量单元以及故障电缆组成测试系统；

直流高压电源HV1一端连接大地，另一端串联电流测量单元2后在测量端接入故障电缆护层4，电压测量单元1在测量端连接在故障电缆护层4与故障电缆芯线3之间。采用直流高压信号发生器HV1作为电压源，用于产生流入故障电缆护层4的电流I和故障电缆芯线3与故障电缆护层4之间的电压U。

步骤3，开始进行故障电缆护层故障段长度的测量；

步骤4，微处理器模块得到电流测量单元和电压测量单元的输出信号；

在电流测量单元2中，流入故障电缆护层4的电流信号由一个串联精密取样电阻R₂转换成电压信号；该电压信号接入一个由电阻R₄和电容C₂组成的低通滤波电路进行滤波；滤波电路的输出经过由一组二极管D₅~D₁₆构成的限压保护电路后，接入由集成运算放大器U₂和精密电阻R₈~R₉构成的直流比例放大电路对电流信号进行放大；直流比例放大电路的输出信号接入一个由集成芯片U₄组成的电流信号VFC模块进行转换，将电流信号转换为脉冲串信号。

在电压测量单元1中，故障电缆芯线3与故障电缆护层4之间的电压接入另一个由电阻R₃和电容C₁组成的低通滤波电路进行滤波；滤波电路的输出经过由一组二极管D₁~D₂构成的限压保护电路后，接入另一个由集成运算放大器U₁和精密电阻R₅~R₇构成的直流比例放大电路对电压信号进行放大；比例放大电路的输出信号接入另一个由集成芯片U₃组成的电压信号VFC模块进行转换，将电压信号转换为脉冲串信号。

步骤5，微处理器模块分别得到电流测量单元和电压测量单元的测量参数；

电流测量单元2中电流信号VFC模块输出的脉冲串信号通过光耦U₅隔离后通过一个非门芯片U₇接入一个单片机U₉的计数器引脚（15脚）用于脉冲计数；单片机计数器在定时时间T内计数，得到电流信号的计数值；并进一步计算出电压源注入故障电缆的故障电缆护层4中的电流I。

电压测量单元1中电压信号VFC模块输出的脉冲串信号通过光耦U₆隔离后通过一个非门芯片U₈接入同一个单片机U₉的另一个计数器引脚（14脚）用于脉冲计数；单片机计数器在定时时间T内计数，得到电压信号的计数值；并进一步计算出电压源在故障电缆护层4故障段之间产生的电压U。

步骤6，计算得到故障电缆护层5中故障段的长度；

然后通过注入故障电缆护层4中的电流和故障电缆护层4故障段两端的电压值计算得到故障电缆护层4中故障段的长度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统，包括发生护层故障的故障电缆，在故障电缆的故障电缆护层（4）上因故障形成故障点，故障电缆的两端分别为测量端和远端，故障点和测量端之间为故障段，在故障电缆护层（4）中故障段所对应的为故障段护层，在远端将故障电缆护层（4）和其内部的故障电缆芯线短接，在测量端设置有接入故障电缆护层（4）的电压源，其特征在于：设置有用于测量、转换故障段护层所对应电阻两端电压值的电压测量单元（1）、用于测量、转换所述的电压源在故障电缆护层（4）中所形成的故障电流所对应的采样电压大小的电流测量单元（2），电压测量单元（1）和电流测量单元（2）的输出端同时与微处理器模块相连。

2.跟据权利要求1所述的抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统，其特征在于：所述的电压测量单元（1）包括：

电压信号滤波模块，其输入端接入故障段护层所对应电阻两端的电压信号，用于对该电压信号进行低通滤波；

电压信号放大模块，其输入端连接电压信号滤波模块的输出端，用于对电压信号进行放大；

电压信号VFC模块，其输入端连接电压信号放大模块的输出端，用于将电压信号转换为脉冲串信号，电压信号VFC模块与所述的微处理器模块相连。

3.根据权利要求1所述的抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统，其特征在于：所述的电流测量单元（2）包括：

电流信号滤波模块，其输入端接入故障电流经采样电阻转换得到的电压信号，用于对该电压信号进行低通滤波；

电流信号放大模块，其输入端连接电流信号滤波模块的输出端，用于对故障电流采样转换得到的电压信号进行放大；

电流信号VFC模块，其输入端连接电流信号放大模块的输出端，用于将电流信号放大模块输出的电压信号转换为脉冲串信号，电流信号VFC模块与所述的微处理器模块相连。

4.根据权利要求1所述的抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统，其特征在于：所述的电压测量单元（1）和电流测量单元（2）采用两个独立的通路，且电压测量单元（1）中的电压信号滤波模块和电流测量单元（2）中的电流信号滤波模块采用相同的电路形式，电压信号滤波模块和电流信号滤波模块中各个对应元器件的规格相同；电压信号滤波模块和电流信号滤波模块的截止频率均小于等于5Hz。

5.根据权利要求1所述的抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统，其特征在于：所述的微处理器模块包括单片机以及两组分别与电压测量单元（1）和电流测量单元（2）一一对应的光耦隔离模块和非门模块，电压测量单元（1）和电流测量单元（2）的输出端分别经过各自的光耦隔离模块以及非门模块分别与单片机内置的不同计数器的输入管脚相连。

6.根据权利要求1所述的抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统，其特征在于：所述的电压源为直流高压电压源。

7.一种利用权利要求1~6任一项所述的抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距系统实现的抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，将故障电缆芯线（3）和故障电缆护层（4）在故障电缆的远端进行短接；

步骤2，电压源一端连接大地，另一端串联电流测量单元（2）后在测量端接入故障电缆护层（4），电压测量单元（1）连接在在测量端的故障电缆护层（4）与故障电缆芯线（3）之间；

步骤3，开始进行故障电缆故障段距离的测量；

步骤4，微处理器同时分别得到电流测量单元（2）测量、转换得到的故障电流所对应的信号和电压测量单元（1）测量、转换得到的故障段护层两端电阻电压值所对应的信号；

步骤5，微处理器模块根据步骤4中由电流测量单元（2）送入信号根据故障电流计算公式计算得到故障电缆护层（4）中故障电流的大小；微处理器模块根据步骤4中由电压测量单元（1）送入的信号通过电压计算公式计算得到故障段护层所对应电阻两端的电压值；

步骤6，计算得到故障电缆中故障段的长度；

微处理器模块根据公式：

计算得到故障段的长度，其中，Lx表示故障段的长度，U表示步骤5中电压计算公式计算得到故障段护层所对应电阻两端的电压值，I表示步骤5中故障电流计算公式计算得到故障电缆护层（4）中的故障电流的大小，ρ为故障电缆护层的电阻率。

8.根据权利要求7所述的抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距方法，其特征在于：所述的电压计算公式为：

式中，T是微处理器模块中单片机内置计数器的计数时间，D_V是单片机计数器计数时间内电压信号的计数值，R_S1是电压测量单元（1）中电压信号VFC模块输入管脚的输入电阻，I_S1是电压测量单元（1）中电压信号VFC模块内置电流源的电流值，R₅、R₆分别是电压测量单元（1）中电压信号放大模块放大电阻的阻值，F_in1是电压测量单元（1）中电压信号VFC模块的时钟频率；

所述的故障电流计算公式为：

式中，T是微处理器模块中单片机内置计数器的计数时间，D_I是单片机计数器计数时间内电流信号的计数值，R_S2是电流测量单元（2）中电流信号VFC模块输入管脚的输入电阻，I_S2是电流测量单元（2）中电流信号VFC模块内置电流源的电流值，R₂是将故障电流转换为电压信号的采样电阻的阻值，R₈、R₉是电流测量单元（2）中电流信号放大模块中放大电阻的阻值，F_in2是电流测量单元（2）中电流信号VFC模块的时钟频率。

9.根据权利要求8所述的抗大地杂散电流干扰的高压电缆护层故障测距方法，其特征在于：所述的单片机计数器的计数时间T大于等于40ms，所述的电流信号VFC模块和电压信号VFC模块的时钟频率均为500kHz。