基于分布式參數(shù)電路模型檢測電纜故障

“十二五”期間，國家將投巨資進行電網(wǎng)升級改造，如何做到迅速查找電纜故障點并予以修復，是智能電網(wǎng)建設(shè)的一項重要內(nèi)容。
　電纜在運行過程中，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不鮮。另外，電纜鋪設(shè)具有隱蔽性，傳輸距離較長，查找故障點十分困難。
　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)計了一種電力電纜故障點檢測系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)并定位電力電纜故障，提高現(xiàn)場故障判斷的準確性、快速性，對于用電安全具有重要意義，應(yīng)用前景廣泛。
1 分布參數(shù)模型檢測電纜故障點原理
　為檢測電纜故障類型及其位置，在電纜上發(fā)送的信號波長遠小于電纜長度，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，則電纜上信號電壓通解為：

　利用長線終端開路、短路等不同情況，反射系數(shù)也不同，來判斷故障類型，進而判斷故障點大致位置。

　比較圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，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，通過波形可判斷故障性質(zhì)。
利用信號的傳播速度，測出發(fā)送、接收信號的時間差Δt，即可通過L=ν·Δt/2，計算出故障點位置。其中，ν為發(fā)射信號的傳播速度。
2 電纜故障點檢測設(shè)備的硬件架構(gòu)
　以SoPC為硬件，電纜故障點檢測系統(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無論是從邏輯資源還是存儲器均能滿足設(shè)計要求。