CN205941778U - 一种电缆故障测距装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电缆故障测距装置，属于电缆故障诊断探测技术领域。该电缆故障测距装置，包括低压脉冲发射模块、信号采集模块以及MCU主控模块，其特征是，其中：信号采集模块包括检波电路、ADC芯片、采样FPGA芯片和信号调理电路。本产品适用于开路故障、低阻故障和高阻故障，大大减少了维修人员需要携带的设备；本产品通过FPGA对放电电路的控制实现脉宽可调，确保盲区在合理范围内，同时又可以保证脉冲在长电缆中的回波能量足够大。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电缆故障测距装置，属于电缆故障诊断探测技术领域。
背景技术
随着城市化建设的不断推进，越来越多的架空线被电力电缆所代替。在电缆运行过程中，由于绝缘老化变质、过热、过电压、腐蚀等原因，电力电缆会出现各种故障。按照故障绝缘电阻大小可以将电缆故障分为开路故障、低阻故障和高阻故障。目前，电缆故障测距方法使用最多的是行波法。
行波法也叫脉冲反射法，该方法适用范围广，测距速度快。脉冲反射法通常分为低压脉冲法、脉冲电压法、脉冲电流法、二次脉冲等。低压脉冲法适用于低阻和开路故障，其余的方法适用于高阻故障。
行波法故障测距的原理是根据行波在电缆中的传播速度，以及从测试端发出行波到接收到故障反射行波的时间差计算出故障距离。目前，国内做的比较成熟的厂家有山东威特等，它们的仪器由于脉冲宽度不可调，导致对不同故障距离的电缆自适应能力不强；还有仪器本身不具备自动测距功能，这样对操作人员的技能要求较高。国外最具代表性的厂家是德国赛巴，它们的仪器携带方便，同时可以实现自动测距，但是仪器只适用于特定的电缆故障类型，适用范围不广泛，无法应用于故障类型较多的现场。因此，设计一台电缆故障测距装置显得十分有必要。
中国专利号“201010270413.3”公开了一种电缆故障点距离测量装置，是基于低压脉冲法的，向电缆注入低压高频脉冲，对采样数据进行处理并显示，虽然装置简单、携带方便，但是适用的故障类型局限于低阻故障和开路故障，无法测出高阻故障距离。
中国专利号“201520364908.0”公开了一种电力电缆故障测距仪装置，虽然结合了低压脉冲反射和脉冲电流两种方式，适用于各种电缆故障类型。但是其低压脉冲宽度不可调，如果故障距离过大，脉冲能量在传播过程中消耗很大以至于回波能量很小甚至仪器无法接收到回波，会导致无法测出故障距离。
实用新型内容
本实用新型的目的在提供一种电缆故障测距装置，解决现有产品存在的不足之处，适用于开路故障、低阻故障和高阻故障，大大减少了维修人员需要携带的设备。
本实用新型目的通过以下技术方案实现：
一种电缆故障测距装置，其特征是，包括低压脉冲发射模块、信号采集模块以及MCU主控模块，其中：
信号采集模块包括检波电路、ADC芯片、采样FPGA芯片和信号调理电路，所述检波电路的输入端为信号接收端，输出端与采样FPGA芯片相连， 所述的MCU主控模块一边通过信号调理电路与ADC芯片相连，另一边与采样FPGA芯片相连。
作为优选，低压脉冲发射模块包括电池、升压芯片、储能电容、MOS管和发射FPGA芯片，所述电池经升压芯片升压后给储能电容充电，所述的发射FPGA芯片通过MOS管控制储能电容放电来对电缆发射低压脉冲信号。
作为优选，所述的MCU主控模块包括显示触摸屏、外部存储器、FPGA通信芯片和MCU芯片，显示触摸屏、外部存储器、FPGA通信芯片均与MCU芯片相连。
作为优选，所述的低压脉冲发射模块还包括测试按键，测试按键触发发射FPGA芯片。
作为优选，所述的电池电压源为+5V，通过升压芯片将+5V电压源升至+30V电压源。
作为优选，所述的检波电路采用高速双路电压比较器芯片。
作为优选，所述的显示触摸屏为TFTLCD屏。
作为优选，所述的外部存储器包括SRAM、FLASH以及SD CARD。
作为优选，所述的发射FPGA芯片、采样FPGA芯片和FPGA通信芯片，为同一FPGA芯片实现了多种功能。
与现有技术相比，本产品的优点在于：
（1）本产品通过不同的接发装置可以工作在低压脉冲、脉冲耦合、多次脉冲三种不同模式，适用于开路故障、低阻故障和高阻故障，大大减少了维修人员需要携带的设备。
（2）本产品通过FPGA对放电电路的控制实现脉宽可调，确保盲区在合理范围内，同时又可以保证脉冲在长电缆中的回波能量足够大。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
图2是图1中低压脉冲发射模块的结构示意图。
图3是图1中信号采集模块的结构示意图。
图4是图1中MCU主控模块的结构示意图。
标号说明： 低压脉冲发射模块1、电池11、升压芯片12、储能电容13、MOS管14、发射FPGA芯片15、测试按键16、信号采集模块2、检波电路21、ADC芯片22、采样FPGA芯片23、信号调理电路24、MCU主控模块3、显示触摸屏31、外部存储器32、FPGA通信芯片33、MCU芯片34。
具体实施方式
以下结合具体实施例来说明本实用新型，下列实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，并不限定本实用新型的保护范围。
实施例：
如图1所示，本装置中低压脉冲模式主要包括低压脉冲发射模块1、信号采集模块2以及MCU主控模块3。低压脉冲发射模块1利用电容的储能特性，通过发射FPGA芯片15控制电容放电的时间来实现放电脉冲宽度的调节；信号采集模块2基于香农采样定理，采用两片高速AD芯片并联对数据进行采集，提高了波形的保真度。
本装置中脉冲电流模式和多次脉冲模式采集外部脉冲源替代仪器内部脉冲源来作为发射模块，主要包括检波电路21、信号采集模块2以及MCU主控模块3。检波电路21模块检测脉冲信号发射时刻，并将该信息发送到FPGA来控制数据采集；数据采集模块基于香农采样定理，采用两片高速AD芯片并联对数据进行采集，确保采集的波形不失真。
如图2所示，本装置硬件电路电池11供电电压为+5V，为了使脉冲信号能量足够强，通过升压芯片12将+5V电压源升至+30V电压源，通过该电源给电容充电储能。测试时，当发射FPGA芯片15检测到测试按键16被按下，便控制储能电容13放电来对电缆发射低压脉冲信号，该低压脉冲信号的宽度调节可以通过发射FPGA芯片15控制储能电容13的放电时间来实现。
本装置采用锂电池11供电，并且能够通过充电器给锂电池11充电，解决了现场电源供电难问题，以满足郊外作业的需求。仪器内部能够实时监测电池11电量，在TFTLCD屏上显示剩余电池11电量，若电池11电量过低仪器便会给出提示信息并自动关机。
如图3所示，本装置信号采集模块2主要包括检波电路21和ADC采样两部分。检波电路21采用高速双路电压比较器芯片，输入端与信号接收端相连，输出端与采样FPGA芯片23的引脚相连。当没有输入信号时采样FPGA芯片23引脚读取到高电平；当有输入信号时，采样FPGA芯片23引脚读取到低电平，即出现下降沿。此时采样FPGA芯片23控制启动ADC芯片22，并将ADC芯片22采样数据缓存至FPGA内部RAM中，数据收取完成之后，给MCU主控模块3发送中断信号，等待MCU主控模块3来读取数据。其中ADC芯片22采用ADI公司的AD9283芯片，该芯片最高采样率为100Msps，设计中使用两片ADC芯片22间隔半个时钟周期采样来达到最高200Msps的采样率。
如图4所示，本装置中用的MCU芯片34是ST公司的STM32F407ZGT6，该芯片是系统的主处理器，MCU主控模块3包括了显示触摸屏31、外部存储器32、FPGA通信芯片33和MCU芯片34。本仪器显示屏使用的7寸TFTLCD显示触摸屏31，其通过FSMC总线与MCU芯片34相连，实现两者之间的通信。显示触摸屏31是由GT811芯片进行驱动。外部存储器32包括SRAM、FLASH以及SD CARD，SRAM通过FSMC总线与MCU芯片34直连，FLASH通过MCU芯片34自带的SPI接口与其连接，SD CARD通过MCU芯片34自带的SDIO与其相连接。FPGA通过FSMC总线与MCU芯片34相连。MCU芯片34控制着整个系统的运行，FPGA作为协从处理器。本实施例中的发射FPGA芯片15、采样FPGA芯片23和FPGA通信芯片33，实际为同一芯片实现了三种功能。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种电缆故障测距装置，包括低压脉冲发射模块、信号采集模块以及MCU主控模块，其特征是，其中：
信号采集模块包括检波电路、ADC芯片、采样FPGA芯片和信号调理电路，所述检波电路的输入端为信号接收端，输出端与采样FPGA芯片相连， 所述的MCU主控模块一边通过信号调理电路与ADC芯片相连，另一边与采样FPGA芯片相连。
2.根据权利要求1所述的电缆故障测距装置，其特征在于：所述的低压脉冲发射模块包括电池、升压芯片、储能电容、MOS管和发射FPGA芯片，所述电池经升压芯片升压后给储能电容充电，所述的发射FPGA芯片通过MOS管控制储能电容放电来对电缆发射低压脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的电缆故障测距装置，其特征在于：所述的MCU主控模块包括显示触摸屏、外部存储器、FPGA通信芯片和MCU芯片，显示触摸屏、外部存储器、FPGA通信芯片均与MCU芯片相连。
4.根据权利要求2所述的电缆故障测距装置，其特征在于：所述的低压脉冲发射模块还包括测试按键，测试按键触发发射FPGA芯片。
5.根据权利要求2所述的电缆故障测距装置，其特征在于：所述的电池电压源为+5V，通过升压芯片将+5V电压源升至+30V电压源。
6.根据权利要求1或2所述的电缆故障测距装置，其特征在于：所述的检波电路采用高速双路电压比较器芯片。
7.根据权利要求3所述的电缆故障测距装置，其特征在于：所述的显示触摸屏为TFTLCD屏。
8.根据权利要求3所述的电缆故障测距装置，其特征在于：所述的外部存储器包括SRAM、FLASH以及SD CARD。
9.根据权利要求3所述的电缆故障测距装置，其特征在于：所述的发射FPGA芯片、采样FPGA芯片和FPGA通信芯片，为同一FPGA芯片。
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| CN201620814897.6U CN205941778U (zh) | 2016-08-01 | 2016-08-01 | 一种电缆故障测距装置 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109917232A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-06-21 | 国家电网有限公司 | 一种自动优化测距参数的故障测距方法及系统 |
| CN113064024A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-07-02 | 海南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种电缆故障测距方法及装置 |
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