基于分布式參數電路模型檢測電纜故障

“十二五”期間，國家將投巨資進(jìn)行電網(wǎng)升級改造，如何做到迅速查找電纜故障點(diǎn)并予以修復，是智能電網(wǎng)建設的一項重要內容。
　電纜在運行過(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(xiàn)等故障。電纜的故障是電力系統安全運行的薄弱環(huán)節，因電纜斷路、短路引發(fā)的各類(lèi)重大事故的案例屢見(jiàn)不鮮。另外，電纜鋪設具有隱蔽性，傳輸距離較長(cháng)，查找故障點(diǎn)十分困難。
　本文利用電力電纜的分布式參數特征，在反射法基礎上，以SoPC為硬件，設計了一種電力電纜故障點(diǎn)檢測系統，及時(shí)發(fā)現并定位電力電纜故障，提高現場(chǎng)故障判斷的準確性、快速性，對于用電安全具有重要意義，應用前景廣泛。
1 分布參數模型檢測電纜故障點(diǎn)原理
　為檢測電纜故障類(lèi)型及其位置，在電纜上發(fā)送的信號波長(cháng)遠小于電纜長(cháng)度，即可把電纜看成分布參數模型[1]，若電纜分布式參數沿線(xiàn)均勻，則電纜上信號電壓通解為：

　利用長(cháng)線(xiàn)終端開(kāi)路、短路等不同情況，反射系數也不同，來(lái)判斷故障類(lèi)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，信號電壓和電流峰值位置不同，阻抗的性質(zhì)也不同，將反射信號波形顯示出來(lái)，通過(guò)波形可判斷故障性質(zhì)。
利用信號的傳播速度，測出發(fā)送、接收信號的時(shí)間差Δt，即可通過(guò)L=ν·Δt/2，計算出故障點(diǎn)位置。其中，ν為發(fā)射信號的傳播速度。
2 電纜故障點(diǎn)檢測設備的硬件架構
　以SoPC為硬件，電纜故障點(diǎn)檢測系統的硬件架構如圖3所示。NiosⅡ軟核CPU及各種所需的外設均通過(guò)SoPC Builder集成在一片FPGA中[3]，構成本系統所需硬件的可重構部分，實(shí)現真正的可編程片上系統。為了在低成本情況下完成預定功能，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器均能滿(mǎn)足設計要求。