基于分布式參數(shù)電路模型檢測(cè)電纜故障

“十二五”期間，國(guó)家將投巨資進(jìn)行電網(wǎng)升級(jí)改造，如何做到迅速查找電纜故障點(diǎn)并予以修復(fù)，是智能電網(wǎng)建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
　電纜在運(yùn)行過(guò)程中，易受砸、壓、碰以及有害物質(zhì)的腐蝕，發(fā)生漏電、短路、斷線等故障。電纜的故障是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，因電纜斷路、短路引發(fā)的各類重大事故的案例屢見(jiàn)不鮮。另外，電纜鋪設(shè)具有隱蔽性，傳輸距離較長(zhǎng)，查找故障點(diǎn)十分困難。
　本文利用電力電纜的分布式參數(shù)特征，在反射法基礎(chǔ)上，以SoPC為硬件，設(shè)計(jì)了一種電力電纜故障點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位電力電纜故障，提高現(xiàn)場(chǎng)故障判斷的準(zhǔn)確性、快速性，對(duì)于用電安全具有重要意義，應(yīng)用前景廣泛。
1 分布參數(shù)模型檢測(cè)電纜故障點(diǎn)原理
　為檢測(cè)電纜故障類型及其位置，在電纜上發(fā)送的信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于電纜長(zhǎng)度，即可把電纜看成分布參數(shù)模型[1]，若電纜分布式參數(shù)沿線均勻，則電纜上信號(hào)電壓通解為：

　利用長(zhǎng)線終端開(kāi)路、短路等不同情況，反射系數(shù)也不同，來(lái)判斷故障類型，進(jìn)而判斷故障點(diǎn)大致位置。

　比較圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，信號(hào)電壓和電流峰值位置不同，阻抗的性質(zhì)也不同，將反射信號(hào)波形顯示出來(lái)，通過(guò)波形可判斷故障性質(zhì)。
利用信號(hào)的傳播速度，測(cè)出發(fā)送、接收信號(hào)的時(shí)間差Δt，即可通過(guò)L=ν·Δt/2，計(jì)算出故障點(diǎn)位置。其中，ν為發(fā)射信號(hào)的傳播速度。
2 電纜故障點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備的硬件架構(gòu)
　以SoPC為硬件，電纜故障點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)如圖3所示。NiosⅡ軟核CPU及各種所需的外設(shè)均通過(guò)SoPC Builder集成在一片F(xiàn)PGA中[3]，構(gòu)成本系統(tǒng)所需硬件的可重構(gòu)部分，實(shí)現(xiàn)真正的可編程片上系統(tǒng)。為了在低成本情況下完成預(yù)定功能，選擇了Cyclone FPGA系列器件中的EP1C6。EP1C6無(wú)論是從邏輯資源還是存儲(chǔ)器均能滿足設(shè)計(jì)要求。