基于声磁同步原理电力电缆故障定位的研究.pdf
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1、第 5 1卷第 1 0期 2 0 1 4年5月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e m e n t& I n s t r u m e n t a t i o n VO 1 51 No 1 0 M a y 2 5, 2 01 4 基 于声磁 同步原理 电力电缆故 障定位 的研究 高巧妹, 戚宇林 ( 华北电力大学, 河北 保定 0 7 1 0 0 0 ) 摘要: 通过查阅大量资料选用了一种基于声磁 同步法 的精确故 障定位方法 ,并设计 了声 、 磁信号传感器 , 使 电 力电缆精确定位更为直观。首先用脉冲发生器对电缆施加放电脉冲 , 此时故
2、障点就会释放出声音信号与电磁 信号 , 而电磁信号的传播速度接近光速瞬问到达故障点 , 在检测到 电磁信号后通知单片机定时器 T l对 内部 机 器周期计数, 直到检测到声音信号为止, 由液晶屏显示测量结果, 并沿着电缆寻找时间值最小点即为故障点所 在的位置 , 其方法对电网的可靠运行具有积极作用。 关键词: 电力 电缆; 故障定位; 声音信号 ; 电磁信号 中图分类号: T M 9 3 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 4 ) 1 0 0 0 2 8 0 5 Th e S t u d y o f t he Po we r Ca b l e
3、Fa ul t Lo c a t i o n Ba s e d o n t he Ac o u s t i c a n d M a g ne t S y n c hr o n o us Pr i nc i pl e G AO Q i a o me i , Q I Y u l i n ( N o r t h C h i n a E l e c t r i c P o w e r U n i v e r s i t y ,B a o d i n g 0 7 1 0 0 0, H e b e i ,C h i n a ) Ab s t r ac t :Th i s p a p e r i n t r
4、 o d u c e s a n a c c ur a t e f a u l t l o c a t i o n me t h o d be a s e d o n t h e p r i n c i p l e o f t h e ma g n e t i c a n d s o un d s y n c h r o n i z a t i o n, t h r o u n g s e a r c h i n g a l a r g e n u mb e r o f p a p e r s We d e s i g n e d t h e a c o u t i c s i g n a l
5、 s e n s o r a n d ma g n e t i c s i g - n a l s e n s o r ,wh i c h ma k e s t he p o we r c a b l e t o p i n p o i n t mo r e i n t ui t i v e F i r s t ,t h e p u l s e g e n e r a t o r a p p l i e s a d i s c h a r g e p u l s e t o t h e c a b l e , a n d t h e n t h e f a u l t p o i n t wi
6、 l l r e l e a s e t h e a u d i o s i g n a l s a n d t h e e l e c t r o ma g n e t i c s i g n a l s As t h e p r o p a g a t i o n s p e e d o f e l e c t r o ma g n e t i c s i g n a l s a c c r o s e t o t h e s p e e d o f l i g h t ,t h e e l e c t r o ma g ne t i c s i g n a l a r r i v e s
7、 t h e f a i l u r e p o i n t mo me n t a r i l y Whe n t h e mi c r o c o n t r o l l e r d e t e c t e s t h e e l e c t r o ma g n e t i c s i g n a l s,t h e T1 t i me r wi l l b e c o u nt i n g u n t i l t h e s o u n d s i g n a l i s d e t e c t e d At l a s t t h e LCD d i s p l a i e s me
8、 a s u r e me n t r e s u l t s ,a n d whe r e t h e r e s u l t s i s t h e mi n i mum v a l u e i s wh e r e t h e l o c a t i o n o f t he p o i n t o f f a i l u r e i s Ke y wo r d s: p o we r c a b l e,f a u l t l o c a t i o n,ma g ne t i c s i g n a l s,s o un d s i g n a l s 0 引 言 随着城域网改造的实
9、施 , 电力 电缆 获得 越来越 越广泛的应用。同架空线相 比, 电力 电缆具 有送 电 可靠受环境污染小 、 不需要 占用地 上面积从而保障 人身安全 、 可以提高输 电线路的输送能量等 J 。但 是地下 电缆一旦发生故 障将很难将其 寻找到 , 如果 处理不及时不仅会浪费大量 的人力 物力 , 而且会造 成难以估计 的停 电损 失。因此能找到一种快 速、 准 确的电缆故障定位方法 , 成为 国内外科研人员 的共 同 目标 。 众所周知国内外在 电力 电缆故障查找 时一般分 为两大步 , 一是电缆故障测距 , 即查找故 障点所在的 大概 的 范 围 ; 二 是 查 找 故 障 点 所 在 的
10、 精 确 位 一 2 8 一 置 。 _ 4 - 5 1 在精确定点 中有声测法 、 音频感应法和声磁 同步法等。本文只对精确定点中的声磁 同步法做 了 研究 , 即在 1 0米范围内快速而准确 的查找到故障点 的位置 , 对电网的可靠运行具有积极作用。 1 标基于声磁同步法的电缆故障定点仪系统组成 如图 1所示为该设计 的整体构框图。电缆故障 点放电会产生声音信号 和电磁信 号 , 用声音传 感器 和电磁传感器分别检测故 障点在放 电击 穿时所产生 的声音信号和 电磁信 号; 检测到 的信号带 有很多干 扰信号所以要经过滤波排除干扰; 信号经过滤波以 后会有部分低频强信号删除掉, 剩下微弱的
11、高频信 号所以需要进行方大处理 ; 由于放大 电路器 件本身 可能会产生热噪声对信号造成干扰 , 所以需要再次进 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 l卷第 l 0期 2 0 1 4年5月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e m e nt& I n s t r u m e n t a t i o n VO 1 5 1 N0 1 0 M a y 2 5, 2 0 1 4 图 1 整 体设计 框 图 Fi g 1 Bl o c k di a g r a m o f t he o v e r a l l d e s
12、 i g n 行滤波 ; 二次滤波出来 的信 号经过精密整流整成直 流信号 ; 信号进入单片机进行 A D转换 ( 由软件控制 单片机完成) ; 最终结果在显示屏上显示出来。 可能有人会 质疑 C 8 0 5 1 F X系列 单片机 有 内部 A D转换器 吗?回答是肯定 的, 正是基 于此原 因我 们选用了这款单 片机 , 其缩 减 了整个 电路空 间的设 计同时也节约了成本 。 2 硬件电路的设计 2 1 电磁信号传感器 色码 电感线 圈是一种 高频 电感线 圈, 具有 固定 电感 量 的 电 感 器。 它 的 工 作 频 率 为 l O k H z至 2 0 0 M Hz , 电感量一般
13、 在 0 1 到 3 3 0 0 h之 间。色 码电感器的电感量标志方法 同电阻一样 以色环来标 记。其单位为 。由色码电感设计的电磁传感器如 图 2所示 。 图2 电磁传感器 Fi g 2 Th e e l e c t l o ma g n e t i c s e n s o r 我们根据电磁感应 原理 , 用色 码电感设计检测 模块 , 给检测模块提供直流电压 , 则 色码 电感 中会有 电流流过, 当其周围有变化的磁场时候 , 电感就能产 生电磁感应, 感应到的电磁信号经两级放大输出。 电感值越大 , 感应磁场信号能力越强 , 检测的范围也 越大。测试结果如表 l所示。 电缆故障点放 电
14、产生 的脉冲磁场一般是一衰减 的余弦信号 , 信号持续的时间长度大约是 电缆上 高 压信号存在的时间, 图3给出了传感模块检测到的磁 场信号。 表 1 测量结果 T a b 1 Me a s u r e me n t r e s u l t s 色环 电感值 mh 检测范 围 m 4 7 5 6 6 6 7 8 8 8 9 0 2 9 1 2 9 2 2 9 4 4 I 八 7 CH2 5 0 0 mV M5 O Op s CH2 2 图 3检 测的 电磁 信 号 F i g 3 T h e d e t e c t i n g e l e c t r o ma g n e t i c s i
15、g n a l s 2 2 声音传感器原理 2 2 1 声音传感器原理 传感器的基本结构 由一片单面涂有金属 的驻极 体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极( 背称为 背 电极 ) 构成 。驻极体 面与背电极相对 , 中间有一个 极小的空气 隙 , 形成一个 以空气 隙和驻极 体作绝缘 介质 , 以背电极和驻极体上 的金属层作 为两个 电极 构成一个 平板 电容 器。电容 的两极 之 间有输 出 电 极 。由于驻极体薄膜上分布有 自由电荷 。当声波 引 起驻极体薄膜振动而产生位移 时; 改变了电容两极 版之间的距离 , 从而引起电容 的容量发生变化 J , 由 于驻极体上 的电荷数始终保持恒定
16、, 根据公式 : Q= C U所 以当 C变化时必然引起 电容器两端 电压 U的 变化 , 从而输出电信号 , 实现声一电的变换 。驻极体 话筒的内部结构如图4所示 。 蒜 一 图 4 驻 极体 话 筒 Fi g 4 Th e e l e c t r e t mi c r o p h o n 一 29 2 4 ;。 1 2 3 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 1卷第 1 0期 2 0 1 4年5月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c al M e a s u r e m e n t& I n s t r u m e n t a t i
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