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隨著工業(yè)的快速發(fā)展,，人們對電力的需求越來越大,，電力電纜廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中,。地埋電纜作為一種重要的電力電纜,，在電力傳輸方面得到了普遍的應(yīng)用,。相對于架空線路,，地埋電纜在傳輸能力方面符合更高的要求，在鋪設(shè)方面更加節(jié)省空間,，節(jié)省了不必要的架空設(shè)備,。由于其深埋于地下，地埋電纜還有很高的安全性,。
地埋電纜鋪設(shè)于地下的鋪設(shè)渠中,，一般情況下鋪設(shè)在地下2米處左右，所以地埋電纜具有不可視性,。同時,，地埋電纜的故障種類比較多，故障原因繁雜,，給檢修人員帶來了不便,。針對當前檢測中存在的不足，本文從提高測量精度,、提高測量速度以及提高檢測過程中的安全性做了研究,。設(shè)計一種基于ARM的嵌入式電纜故障檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了電纜故障的可視性,，設(shè)計的檢測系統(tǒng)便于現(xiàn)場測量和觀察,。通過實際測量和實驗研究，對故障電纜的測試方法進行了深入的研究,，明確了當前幾種常用檢測方法以及各種檢測方法對應(yīng)的故障類型,。
本文完整介紹了地埋電纜故障的原因、類型,、測量方法以及測量原理,，從實際角度對檢測系統(tǒng)進行了分析和規(guī)劃,，并且進行了實驗研究,。在實驗過程中，將測量步驟分為初步測量和精確測量,。在初步測量中,，通過利用相關(guān)的探測設(shè)備，利用低壓脈沖法,、電流脈沖法,、二次脈沖反射法對地埋電纜的低阻故障、高阻故障進行了檢測,。利用行波信號遇到不同的故障點會有不同的反射信號的特點,，對電纜的低阻故障和高阻故障進行脈沖探測，并對反射波形進行分析,。在對波形分析過程中,，利用波形比較法確定反射波形的起始點,，有效確定出行波在故障線路中的傳輸時間。得到初步測量數(shù)據(jù)后,，利用聲磁同步法和音頻感應(yīng)法對故障電纜進行了精確測量,。通過精確測量，利用聲磁信號在不同距離會有不同的聲磁時間差,，確定了故障點的精確位置,。通過音頻感應(yīng)法對故障電纜施加周期性的高壓信號，在故障點形成的有規(guī)律的聲音信號,，通過辨別聲音信號的大小確定了故障點的精確位置,。
實驗證明，初步測量可以確定故障類型以及故障點的位置,，誤差范圍在半米以內(nèi),，精確測量可以準確找到故障點的位置。實驗方法有效,、可行,、省時，是檢測地埋電纜故障的有效方法,。
根據(jù)故障的探測原理,，當儀器處于閃絡(luò)觸發(fā)方式時，故障點瞬時擊穿放電所形成的閃絡(luò)回波是隨機的單次瞬態(tài)波形,，因此測試儀器應(yīng)具備存儲示波器的功能,，可捕獲和顯示單次瞬態(tài)波形。電纜故障測試儀采用數(shù)字存儲技術(shù),，利用高速A/D轉(zhuǎn)換器采樣,，將輸入的瞬態(tài)模擬信號實時地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，存儲在高速存儲器中,，經(jīng)CPU微處理器處理后,，送至LCD顯示控制電路，變?yōu)闀r序點陣信息,，于是在LCD屏幕上顯示當前采樣的波形參數(shù),。
當儀器處于脈沖觸發(fā)方式時，儀器按一定周期發(fā)出探測脈沖加入被測電纜和輸入電路,，即時啟動A/D工作,，其采樣、存儲,、處理和顯示與前述過程相同,。LCD顯示屏上應(yīng)有反射回波。
2.儀器的組成
儀器是以微處理器為核心,，控制信號的發(fā)射,、接收及數(shù)字化處理過程,。儀器的工作原理方框圖如圖6所示。
圖6 工作原理方框圖
微處理器完成的數(shù)字處理任務(wù)包括：數(shù)據(jù)的采集,、儲存,、數(shù)字濾波、光標移動,、距離計算,、圖形比較、圖像的比例擴展,，直到送LCD顯示,。也可根據(jù)需要由通訊口與PC機通訊。
脈沖發(fā)生器是根據(jù)微處理器送來的編碼信號,，自動形成一定寬度的邏輯脈沖,。此脈沖經(jīng)發(fā)射電路轉(zhuǎn)換成高幅值的發(fā)射脈沖，送至被測電纜上,。
高速A/D發(fā)生器是將被測電纜上返回的信號經(jīng)輸入電路送高速A/D采樣電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,，最后送微處理器進行處理。
鍵盤是人機對話的窗口,，操作人員可根據(jù)測試需要通過鍵盤將命令輸入給計算機,，然后由計算機控制儀器完成某一測試功能。
2.2 面板控制機構(gòu)和按鍵菜單的作用
1.控制機構(gòu)
(1)觸發(fā)：供選擇觸發(fā)工作方式用,。按下開關(guān)（ 位置）為閃絡(luò)法工作方式,。在使用脈沖法測試時，開關(guān)置于 位置,。
(2)輸出：儀器輸出線連接被測電纜的測試端,。
(3)充電：儀器使用直流蓄電池組，若儀器顯示電量不足,，插入電源充電指示燈亮即可,。
2.按鍵作用說明
(1)“開、關(guān)"鍵：控制儀器電源開啟/關(guān)斷,。按下此鍵,，儀器電源接通,，顯示屏將顯示工作視窗,。
(2)“采樣"鍵：按鍵向被測線路上發(fā)射脈沖，每按一次,，儀器就發(fā)射一次脈沖并進行采樣,，若按下三秒鐘，儀器則連續(xù)發(fā)射脈沖,，只有當其它鍵按下時才停止,。
(3)“??"鍵：具有兩種作用：
儀器測試功能時,，為活動光標左右移動操作。
儀器菜單功能時,，為左,、右移動選擇菜單項操作。
(4)“+○—"鍵：LCD液晶顯示屏對比度調(diào)節(jié),。
3.菜單功能的作用及操作
(1)范圍：用于故障檢查,，因為在故障查找時，一般都是從近距離開始逐步向遠距離檢查的,。
開機時,，儀器的測量范圍為198m，也就是說你所查找的故障范圍是否在0～198m之間,，如果沒有出現(xiàn)故障波則必須改變測量范圍值,，測量范圍從198m開始，每增加一次,，范圍增大一倍,。為了不同長度電纜的測試，當改變測量范圍時,，發(fā)射脈沖的寬度隨著范圍的增大而加寬,。
操作步驟如下：
按下測量范圍鍵，每按一次 ,，范圍增大一倍,。
(2)起點：用以高速光標計數(shù)的起點位置。開機時屏幕上有兩光標分別在屏上最右端（起點）和中間位置,。若需要改變光標起點位置,，則可調(diào)節(jié)“??"鍵將中間活動光標調(diào)到所需起點位置，然后按“零點"菜單選擇接受,，此時原起點光標與活動光標重合變?yōu)樾缕瘘c光標,，數(shù)據(jù)顯示為0m。操作步驟如下：
按下比例鍵,，當儀器下方菜單中出現(xiàn)零點菜單時,，則可調(diào)節(jié)“??"鍵使之高亮，然后按下比例鍵,。
(3)比例：用以在檢查到故障位置后為了精確定位而將波形進行擴展,。操作步驟如下：
按下比例鍵，當儀器下方菜單中出現(xiàn)比例菜單時,，則可調(diào)節(jié)“??"鍵使之高亮,，然后按下比例鍵。
(4)波速：由于電波在不同結(jié)構(gòu)的電纜上的傳播速度是不同的,，因此,，在測試各種不同型號的電纜時,，必須適應(yīng)該電纜傳輸?shù)牟ㄋ僦怠ｉ_機時,，儀器的傳播速度自動置為200m/ns,，測試中應(yīng)根據(jù)電纜而修改。操作步驟如下：
按下波速鍵,，使波速值高亮,，然后按“??"鍵調(diào)節(jié)波速，到達所需波速按下波速鍵使之高亮消失,。
(5) 存儲：儀器具有波形及參數(shù)存儲功能,，用此功能可將儀器測試的波形及參數(shù)分別存入儀器中提供的非易失性存儲器單元中，以備將來調(diào)出比較,。操作步驟如下：
按下比例鍵,，當儀器下方菜單中出現(xiàn)存儲菜單時，則可調(diào)節(jié)“??"鍵使之高亮,，然后按下比例鍵,。
(6) 調(diào)出：由于儀器采用了非易失性存儲器，所存儲的波形關(guān)機后都不會易失,。因此,，儀器可以在任何時候?qū)⒋鎯Φ牟ㄐ渭皡?shù)調(diào)出來分析，也可以將存儲的波形調(diào)出來與當前測試的波形進行比較,，可進一步精確判斷故障點,。操作步驟如下：
按下比例鍵，當儀器下方菜單中出現(xiàn)調(diào)出菜單時,，則可調(diào)節(jié)“??"鍵使之高亮,，然后按下比例鍵。
(7)日期：按下日期鍵 ,，調(diào)節(jié)“??"鍵改變數(shù)值,，按下日期鍵轉(zhuǎn)到下一值。完畢按日期鍵確認,。
(8) 打?。喊聪麓蛴℃I，自動完成打印,。
上述菜單操作過程中,，屏幕下方會有操作對話提示出現(xiàn)。
2.3 測試前的準備工作
1.儀器正常狀態(tài)的檢查
使用儀器前,，可按以下步驟,，檢查儀器是否正常工作。
(1)脈沖觸發(fā)工作狀態(tài)下,，按下電源開鍵,，液晶顯示屏上將顯示儀器主視窗口，顯示屏上有故障距離,、波速,、測量范圍，比例等字樣及數(shù)據(jù),。
(2) 按面板“?或?"鍵,，儀器中間位置的活動光標將會移動，此時,，故障距離數(shù)據(jù)相應(yīng)變動,。
(3)調(diào)節(jié)增益電位器，儀器屏上顯示的波形幅度將會增大或減小,。
按照前述范圍菜單操作步驟,，改變測量范圍，儀器顯示屏上測量范圍和發(fā)射脈沖寬度將發(fā)生相應(yīng)變化,，至此,，表明儀器工作正常。
2.故障種類的初步判斷
測試前對故障原因和種類的分析是很必要的,?？蛇x用通用儀表如歐姆表、兆歐表等結(jié)合現(xiàn)場情況和實際經(jīng)驗作初步分析判斷,。
3.選擇觸發(fā)工作方式
如果是斷線,、接觸不良、低阻接地與短路故障,，應(yīng)采用脈沖法,。若為電力電纜的高阻閃絡(luò)故障則應(yīng)采用閃絡(luò)法。并將觸發(fā)工作方式選擇開關(guān)置于相應(yīng)的位置,。
2.4 儀器的使用和故障測試方法
1.低壓脈沖法
低壓脈沖法的適用范圍是通信和電力電纜的斷線,，接觸不良，低阻性接地和短路故障以及電纜的全長和波速的測量,。
一般步驟如下：
a．將面板上觸發(fā)工作方式開關(guān)置于“脈沖"（ ）位置,。
b．將測試線插入儀器面板上輸入插座內(nèi)，再將測試線的接線夾與被測電纜相連,。若為接地故障應(yīng)將黑色夾子與被測電纜的地線相連,。
c．斷開被測電纜線對的局內(nèi)設(shè)備。
d．搜索故障回波及判斷故障性質(zhì),。
使儀器增益最大,，觀察屏幕上有無反射脈沖，若沒有，則按照“六,、中3,、的1"的方法改變測量范圍，每改變一檔范圍并觀察有無反射脈沖,，一檔一檔地搜索并仔細觀察,，至搜索到反射脈沖時為止。故障性質(zhì)由反射回波的極性判斷,。若反射脈沖為正脈沖,，則為開路斷線故障，若反射脈沖為負脈沖,，則為短路或接地故障,。
e．距離測試，按增益控制鍵“▲或▼"使反射脈沖前沿最徒,。然后按光標移動鍵“?或?"三秒左右快速移動,，光標自動移至故障回波的前沿拐點處自動停下，此時屏幕上方顯示的距離即為故障點到測試端的距離,。為了提高精度,，按波速的方法改變波形比例，將波形擴展后,，按上述方法進行精確定位,。
2.直流高壓閃絡(luò)法
(1)首先檢查觸發(fā)工作方式選擇開關(guān)位置于閃絡(luò)（ ）位置，傳播速度應(yīng)為被測電纜的波速值,。
(2)適用范圍：故障點電阻很高,，尚未形成穩(wěn)定通道，在一定的直流高壓作用下,，可產(chǎn)生閃絡(luò)放電故障的電力電纜（即高阻閃絡(luò)性故障）,。預(yù)防性擊穿電壓試驗一般采用此法測試。
(3)直流高壓閃絡(luò)故障持續(xù)時間有長有短,，短的僅閃絡(luò)幾次即消失,。直閃法波形簡單，容易判斷,，故障測量的準確度較高,，因此應(yīng)珍惜該過程的測試。
(4)直閃法的測試原理圖如圖2,。在實際測試時利用高壓設(shè)備和本公司高壓測試裝置,，按圖8所示線路連接。
T1 調(diào)壓器 2KVA
T2 高壓變壓器 0～50KV,，2KVA
D 高壓磚硅堆 反向電壓100KV,，正向電流100mA
C 高壓電容器 0.1μF＞10KV
交直流電壓表：0～300V,，直流電流表：100mA
放電球隙內(nèi)，電阻阻值：30±20/5kΩ
輸出電阻：500Ω±10%
(5)接通儀器電源,，屏幕出現(xiàn)視窗,。然后逐步調(diào)節(jié)調(diào)壓器升高測試電壓，當故障點產(chǎn)生閃絡(luò)現(xiàn)象時,，毫安表中電流突然增大,，電壓表指針抖動,。顯示屏上應(yīng)出現(xiàn)圖3所示波形,。由圖3可知，t1～t2間為故障距離,。
(6)高壓直閃法的試驗電壓高幾千伏至幾十千伏,，應(yīng)遵守高壓操作規(guī)程。應(yīng)將高壓試驗設(shè)備的接地端,，放電球隙的地線端和儀器的地線直接接至電纜鉛包,，鉛包要可靠地接大地?；虬础熬?、中3、"條要求接好地線,。使用前應(yīng)檢查高壓測試裝置內(nèi)的水阻及分壓電阻是否正確,。
3.沖擊高壓閃絡(luò)法
(1) 沖閃法的適用范圍：故障電阻雖高但已形成穩(wěn)定通道的電力電纜，高壓設(shè)備受容量限制,，直流電壓加不上時,，應(yīng)改用沖閃法。其方法是通過放電球間隙向電壓加沖擊高壓,，使故障點擊穿產(chǎn)生閃絡(luò),。凡直閃法和脈沖法無法測出的故障原則上均可用此法測試，適應(yīng)范圍較大,。
(2)同樣須先檢查工作方式開關(guān)是否置于閃絡(luò)位置,，高壓測試裝置中水阻及分壓電阻是否正確。
(3)按圖9所示線路連接設(shè)備,。地線按“八,、中2、的6）"條和“九,、中3,、" 條要求接好。其中儲能電容C要求大于1μF,，耐壓應(yīng)能滿足試驗要求,。其它設(shè)備要求與直閃法相同。電感一般取放電球隙中的2或3，也可視被測電纜段的長度或根據(jù)反射波形適當增大或減小,。
(4)測試方法：調(diào)節(jié)調(diào)壓器升高試驗電壓至故障能被擊穿為止,。放電調(diào)節(jié)器球間隙的距離應(yīng)視故障電阻和試驗電壓能正常放電決定。沖擊閃絡(luò)故障點放電正常與否可由放電的全過程波形判斷,。
(5) 亦可由球間隙放電響聲及電表指示判斷是否出現(xiàn)故障點擊穿閃絡(luò)現(xiàn)象,。若放電不好可適當提高試驗電壓，加大球間隙距離或加大儲能電容器的容量,。
(6) 故障距離的測試與前述方法相同,。
