基于声磁同步法的电缆故障定位

硕士学位论文
基于声磁同步法的电缆故障定位
Power cable fault locator based on the synchronization principle of sound and magnetic
高巧妹
2014 年 3 月
国内图书分类号：TN78 国际图书分类号：621.39
学校代码：10079 密级：公开
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华北电力大学硕士学位论文
目
摘
录
要· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · I
华北电力大学硕士学位论文
摘
要
时代在进步、社会在发展、城域网地改造也得到实施，在城域网改造过程中电 力电缆也得到广泛的应用。虽然电缆供电比架空线路供电有很多优势，但是电缆故 障定位比架空线路故障定位困难的多，这就意味着我们需要找到有效的电缆故障定 位方法，以便及时排除故障，恢复供电。本文查阅了大量资料，基于对目前的电缆 故障定位方法的了解，认为声磁同步法对于电缆故障的排除是一种有效的方法，所 以本文采用此方法来精确查找电缆故障点所在的位置。声磁同步法的原理是利用 声、磁信号的检测时间差来定位故障点的位置。首先利用高压脉冲发生器使电缆故 障点放电，故障点会同时产生―啪啪‖的声响与电磁波辐射，由于这两个信号的传播 速度不同，因而到达检测器的时间存在差异。其次，由于电磁信号的传播速度接近 光速因此可忽略其到达检测器的时间，将检测到电磁信号的时间点作为计时起始时 间，当声音信号到达检测器就停止计时，以此时间差作为声音信号的传播时间，依 据距离公式 L=1/2（T*V）来定位故障点位置。 本文设计了基于 C8051F310 单片机的高压脉冲信号发生器和精确定位系统， 利 用声音和电磁传感器使声磁同步法电缆故障定位切实可行；论述了高压脉冲发生器 的整体设计原理及流程；介绍了声磁同步原理、电缆故障精确定位的整体设计理念 及框图、各部分硬件电路模块的设计原理；实现了整个软件流程图和程序的编写。 通过实验验证了此方法进行故障定位的可行性。 关键词：电力电缆；高压脉冲；故障测距；电磁信号；声音信号
Байду номын сангаас
硕士学位论文
基于声磁同步法的电缆故障定位
硕 士 研 究 生 ：高巧妹 导 师 ：戚宇林教授
申 请 学 位 ：工学硕士 学 专 科 ：信息与通信工程 业 ：通信与信息系统
所 在 学 院 ：电气与电子工程学院 答 辩 日 期 ：2014 年 3 月 授予学位单位 ：华北电力大学
Classified Index: TN78 U.D.C: 621.39
Gao Qiaomei Prof. QI Yulin School of Electrical and Electronic Engineering March, 2014 North China Electric Power University
华北电力大学硕士学位论文原创性声明
本人郑重声明： 此处所提交的硕士学位论文 《基于声磁同步法的电缆故障定位》 ， 是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得 的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。 本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日
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华北电力大学硕士学位论文
Abstract
With the social development and Era progress, the MAN reconstruction has also been implemented.The power cable has also been widely used in the MAN reconstruction process. Although the power cable has more incomparable advantages than the overhead power line supply , the cable fault location is more difficult than the overhead line fault location , which means we need to find an effective method of the cable fault location for timely troubleshooting to restore power. In this paper we decide to adopt the synchronous method of the magnetic and sound through examining a large amount of literatures , for it being an effective way to pinpoint currently . This method uses the time difference of receiving the magnetic and sound signals to locate the position of the failure point . First,we use the high-voltage pulse generator to make the cable fault point discharge ,which will has a " flap" sound and electromagnetic radiation , but the time to reach the detector is different due to the different propagation velocity of these two signals . Since the propagation speed of the electromagnetic signals is close to the speed of light ,the time of reaching the detector can be ignored.Secondly,we make the time point of receiving the electromagnetic signal as a start timing , when the sound signal reaches the detector ,we stop timing and make this time difference as the audio signal propagation time , according to the distance formula L = 1/2 (T * V) to locate the fault point . In this paper,we design the high voltage pulse generator and the precise positioning systems ,all the both based on C8051F310 MCU.The application of the sound and electromagnetic sensors makes this method of the cable fault location feasible. It discusses the overall design principles and processes high-voltage of the pulse generator;.It describes the synchronization principle of the sound and the magnetic signals,the block diagram and overall design concept of the cable fault precise positioning , and the design principles of each part of the hardware circuit module.It achieves a flow chart and writes the entire software program. The experiment verificats the feasibility of this approach for locating faults . Key words: Power cable; High voltage pulse; Fault location; Electromagnetic sign al; Voice signal;
华北电力大学硕士学位论文使用授权书
《基于声磁同步法的电缆故障定位》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间 在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论 文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、 使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本， 同意学校将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，允许论文被查阅 和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文， 可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于（请在以下相应方框内打―√‖） ： 保密□，在 不保密□ 作者签名： 导师签名： 日期： 日期： 年 年 月 月 日 日 年解密后适用本授权书
Abstract · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · II 第 1 章 绪 论· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6 1.1 研究背景和意义 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6 1.2 国内外研究动态 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6 1.3 电缆故障定位概述 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7 1.3.1 判断故障类型[21,22] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7 1.3.2 预定位 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 8 1.3.1.1 基于阻抗测距[25] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 8 1.3.1.2 行波法 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 9 1.3.3 精确定位[30-32] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 9 1.4 本文使用的电缆 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10 1.5 故障定位 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11 1.5.1 电缆输电线路分布原理[34,35] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11 1.5.2 定位方法 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 13 1.6 本文主要内容及其结构 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 14 第 2 章 脉冲信号源的设计 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 16 2.1 信号源整体设计 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 16 2.1.1 主回路实现 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 16 2.1.1.1 主回路中 C1 的作用
Thesis for the Master Degree Power cable fault locator based on the synchronization principle of sound and magnetic
Candidate： Supervisor： School： Date of Defence： Degree-Conferring-Institution：