【正文】 低 ，故障主要原因 是 電纜本體絕緣樹枝狀老化擊穿和附 件 呼吸 效應(yīng) 進(jìn)潮而發(fā)生沿面放電 ； 運(yùn)行后期 （ 25 年后 )， 電纜本體絕緣樹枝老化 、 電熱老化以及附件材料老化加劇 ， 電力電纜運(yùn)行故障率 大幅上升 [16]。 1） 絕緣老化變質(zhì) 。 2） 過熱 ， 電纜絕緣內(nèi)部氣隙游離造成局部 過熱 ， 使絕緣炭化 。 3） 機(jī)械損傷 。 4） 護(hù)層的腐蝕 。 5） 絕緣受潮 。 6） 過電壓 ， 主要指大氣過電壓和 內(nèi)過電壓。 故障類型 電力電纜故障的分類方法比較多，本文采用開路故障、低阻故障、高阻故障的分類方法 [11]。 ①開路故障： 電纜相間或相對(duì)地絕緣電阻在要求的規(guī)范值范圍內(nèi)，但工作電壓不能傳輸?shù)浇K端；或者雖然終端有電壓，但是負(fù)載能力很差。開路故障的典型例子就是斷線故障。 ②低阻故障： 電纜相間或相對(duì)地絕緣受損，其絕緣電阻小到能用低壓脈沖法測(cè)量的一類故障。故障電阻一般小于 10Zc(Zc 為電纜的波阻抗，一般不超過 40Ω)。短路故障是低阻故障的特例。 ③高阻故障： 與低阻故障相對(duì)而言，電纜相間或者相 對(duì)地絕緣受損，但是絕緣電阻較大，不能用低壓脈沖法測(cè)量的一類故障。故障電阻一般大于 10Zc。它又包括泄露性高阻故障和閃絡(luò)性高阻故障兩類。 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 表 故障性質(zhì) 絕緣電阻 R 間隙的擊穿情況 開路 無窮大 直流或高壓脈沖作用下?lián)舸? 低阻 小于 10Zc R不是太低時(shí)可用高壓脈沖擊穿 高阻 大于 10Zc 高壓脈沖擊穿 閃絡(luò) 無窮大 直流或高壓脈沖作用下?lián)舸? 注：表中 Zc 為電纜的特性阻抗值，電纜的特性阻抗值一般為 10～ 40? 之間 。 電力電纜故障分析主要有以下三方面的內(nèi)容 : ①故障診斷：通過測(cè)量電纜的導(dǎo)電性能和絕緣性能來檢測(cè)故障是否存在，分辨故障和非故障電纜芯線，初步確定故障的類型。 ②故障粗測(cè) (故障測(cè)距 )：在故障電纜芯線上施加測(cè)試信號(hào)或者在線測(cè)量、分析故障信息，初步確定故障的距離，為精確定點(diǎn)提供足夠精確的信息。 ③精測(cè)定點(diǎn)：在粗測(cè)距離的基礎(chǔ)上，精確地確定故障點(diǎn)所在實(shí)際位置，以便于立即進(jìn)行檢修。精測(cè)定點(diǎn)方法主要有聲測(cè)定點(diǎn)法、感應(yīng)定點(diǎn)法、時(shí)差定點(diǎn)法以及同步定點(diǎn)法等 [12]。 本課題主要探討故障測(cè)距即故障粗測(cè)方法。 電纜故障測(cè)距概述 的現(xiàn)狀 電力電纜的故障測(cè)距方法很多，總的來看，分為阻抗法和行波法兩類。目前實(shí)際應(yīng)用的大多是離線測(cè)距 [4]。 阻抗法 阻抗法通過測(cè)量和計(jì)算故障點(diǎn)到測(cè)量端的阻抗，然后根據(jù)線路參數(shù)，列寫求解故障點(diǎn)方程，求得故障距離 [13]。該方法多以線路的集中參數(shù)建立模型，原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，多年來是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。在實(shí)際的阻抗法電纜故障測(cè)距中，一般都是應(yīng)用電橋法來實(shí)現(xiàn)的。阻抗法中最常用的就是經(jīng)典電橋法。將被測(cè)電纜故障相與非故障相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相。調(diào)節(jié)電橋兩臂上的一第 1 章 引言 5 個(gè)可調(diào)電阻器，使電橋平衡，利用比例關(guān)系和己知 的電纜長(zhǎng)度就能得出故障距離。電橋法的優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單，精度較高，但是它的適用范圍小，一般的高阻和閃絡(luò)性故障，由于故障電阻很大，電橋電流很小，不易探測(cè)。電橋法必須已知電纜準(zhǔn)確長(zhǎng)度，當(dāng)一條電纜線路內(nèi)由導(dǎo)體材料或截面不同的電纜組成時(shí)還要進(jìn)行換算。電橋法不能測(cè)量三相短路故障。經(jīng)典的阻抗法以線路的集中參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)故障電阻比較大時(shí)，就無能為力了。為解決這個(gè)問題，提出一種計(jì)算高阻故障的方法，它以分布參數(shù)線路理論為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出故障測(cè)距方程，原理簡(jiǎn)述如下：對(duì)帶有高阻故障的電纜施加正弦高壓信號(hào)，使高阻故障點(diǎn)閃絡(luò)，此時(shí)故障點(diǎn) 的高阻故障就變?yōu)殡娀‰娮?。因電弧呈現(xiàn)電阻性，流過故障點(diǎn)的電流和故障點(diǎn)兩端的電壓同相位，采集到線路首端的電壓與電流后，基于分布參數(shù)線路理論就可以求出沿線路各點(diǎn)的電壓與電流，從而定位故障點(diǎn)。但該方法還存在一些缺陷，主要有： ① 故障距離與電纜測(cè)試端的電壓相量和電流相量差密切相關(guān)，如果相量差為零，說明故障距離為零，相量差越大，故障距離越大。這樣，當(dāng)故障接近測(cè)試端時(shí)，相量差很接近于零，相對(duì)誤差是很大的。另外，現(xiàn)場(chǎng)工頻電場(chǎng)的干擾是不可忽略的，使得測(cè)量精度得不到保證。 ② 該方法的出發(fā)點(diǎn)是電弧為純電阻，事實(shí)上電 纜故障點(diǎn)的電弧是非線性的(特別是對(duì)小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障來說 )，受其影響，用穩(wěn)態(tài)電氣量的方法進(jìn)行故障測(cè)距會(huì)引起較大誤差。 行波法 行波測(cè)距法，就是確定行波傳播速度后，通過測(cè)量行波的傳播時(shí)間來確定故障位置 [2]。總的來說，行波離線測(cè)距法有如下四類： 低壓脈沖反射法：此方法乃本文的所采用的主要方法在這里不做介紹 ,將在后面做詳細(xì)介紹和分析。 脈沖電壓法：又稱閃測(cè)法，利用直流高壓或脈沖高壓信號(hào)擊穿電纜故障點(diǎn)，由放電電壓脈沖在觀察點(diǎn)與故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間來測(cè)距，適用于高阻和閃絡(luò)故障。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不必把高阻 或閃絡(luò)性故障永久性燒穿，利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖信號(hào)，測(cè)試速度快。 缺點(diǎn)是： 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 ① 安全性差，儀器與高壓回路有電禍合，易發(fā)生高壓信號(hào)竄入，損壞儀器。 ② 用該方法測(cè)距時(shí)，高壓電容對(duì)脈沖信號(hào)呈短路狀態(tài)，需要串入電阻或者電感以便產(chǎn)生電壓信號(hào)，這樣就降低了高壓電容放電時(shí)加在電纜上的電壓，使故障點(diǎn)不容易擊穿。 ③ 故障放電時(shí)，分壓器禍合的電壓波形變化不尖銳，不易分辨。 脈沖電流法 ： 脈沖電流法采用線性電流禍合器采集電纜中的電流行波信號(hào)，將電纜故障點(diǎn)用高電壓擊穿，使用儀器采集并記錄下故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流行波信號(hào)， 通過分析判斷電流行波信號(hào)在測(cè)量端與故障點(diǎn)往返一次所需時(shí)間來計(jì)算故障距離 [5]。 與脈沖電壓法比較，脈沖電流法使用線性電流禍合器，與高壓回路無直接電氣連接，這樣對(duì)試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)人員比較安全 [14]。線性電流禍合器產(chǎn)生的電流脈沖信號(hào)也比較容易分辨。所以相比脈沖電壓法而言，該方法得到了更為廣泛的應(yīng)用。 脈沖電流法有直流高壓閃絡(luò)法和沖擊高壓閃絡(luò)法兩種測(cè)試方法。 直流高壓閃絡(luò)法 (直閃法 )適用于測(cè)量閃絡(luò)擊穿性故障，該類故障的故障電阻很高，用高壓設(shè)備把電壓升高到一定數(shù)值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿。通過調(diào)壓器和一個(gè)高壓試驗(yàn)變壓器對(duì) 儲(chǔ)能電容器充電，電容器串一電阻與電纜連接形成回路，線性電流禍合器與該回路禍合，檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)電容器電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，電纜故障點(diǎn)被高壓擊穿，形成短路電弧，故障點(diǎn)電壓迅速接近于零，產(chǎn)生一個(gè)突跳電壓和突跳電流，從故障點(diǎn)向兩端傳播。在電纜的一端檢測(cè)電流脈沖在測(cè)量端和故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間就能獲得故障距離。直閃法波形簡(jiǎn)單、容易理解，準(zhǔn)確度較高。但是由于電容器本身以及電纜存在雜散電感，使得本來應(yīng)該是負(fù)脈沖的波形上出現(xiàn)一個(gè)小的正脈沖，影響測(cè)距精度。而且，故障經(jīng)過幾次直閃法后，故障電阻下降，不能再用該方法，所以前幾次的 試驗(yàn)非常重要。 沖擊高壓閃絡(luò)法 (沖閃法 )適用于測(cè)試大部分閃絡(luò)故障。沖閃法試驗(yàn)電路與直閃法基本相同，只是在充電電容器與電纜之間增加一個(gè)球型放電間隙。對(duì)充電電容充電，電壓到達(dá)一定數(shù)值后，球型放電間隙就會(huì)擊穿放電，電纜線路得到一個(gè)瞬時(shí)高壓，當(dāng)該高電壓大于故障點(diǎn)臨界擊穿電壓時(shí)，就使故障點(diǎn)擊穿放電，產(chǎn)生電流電壓信號(hào)向兩端傳播。捕捉到該信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。與直閃法相比沖閃法波形比較復(fù)雜，辨別難度較大，準(zhǔn)確度較低，但是適用范圍更廣一些。 第 1 章 引言 7 二次脈沖法 ： 二次脈沖法 (SIM)是最新發(fā)展的電纜故障預(yù)定位方法。特點(diǎn)是易操作、多 功能，回波圖形解釋簡(jiǎn)單。原理是 :由回波儀釋放一個(gè)發(fā)射脈沖，在高阻或間歇性電纜故障點(diǎn)不能被反射，儀器將顯示整個(gè)電纜長(zhǎng)度的波形存儲(chǔ)起來，此波形圖叫 “完好軌跡獷設(shè)備高壓電容器放電，使電纜故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)，故障點(diǎn)的電弧表現(xiàn)為阻值非常低的電阻。同時(shí)回波儀被觸發(fā)送出第二個(gè)發(fā)射脈沖 (低壓脈沖 )，這個(gè)加在高壓信號(hào)上的脈沖將從故障點(diǎn)反射。這樣，帶自動(dòng)數(shù)據(jù)處理的回波儀存儲(chǔ)故障點(diǎn)反射波形，并將完好軌跡和故障軌跡進(jìn)行疊加，兩條軌跡將有一個(gè)清楚的發(fā)散點(diǎn)。這個(gè)發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)的反射波形點(diǎn)。 二次脈沖法的優(yōu)點(diǎn)是，可以避開故障點(diǎn)閃絡(luò)時(shí)引起強(qiáng) 烈的電磁干擾 ； 低壓脈沖寬度可以調(diào)節(jié) ； 較長(zhǎng)線路也能記錄到清晰的信號(hào)波形，提高測(cè)量精度。缺點(diǎn)是 ：所用儀器較多 ； 由于故障點(diǎn)電阻要降到很小的數(shù)值，如果故障點(diǎn)受潮嚴(yán)重，故障點(diǎn)擊穿過程較長(zhǎng)，測(cè)試時(shí)間相應(yīng)增加 ； 故障點(diǎn)維持低阻狀態(tài)的時(shí)間不確定，施加二次脈沖的控制有難度。 其他方法 除上述行波法和阻抗法之外 ， 還有利用分布式光纖溫度傳感器監(jiān)測(cè)電纜沿線的溫度變化情況來進(jìn)行故障定位的方法 。 目前大部分電纜故障測(cè)距方法主要為離線進(jìn)行 ， 但在線故障測(cè)距方法也已出現(xiàn) 。 其出發(fā)點(diǎn) 是 將環(huán)形線路開路或在線路末端設(shè)置開路點(diǎn) ， 利 用 故障時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓 或電流在開路點(diǎn)發(fā)生正 的 或負(fù)的全反射 ， 通過設(shè)于開路點(diǎn)附近的傳感器 得到脈沖信號(hào) ， 然后測(cè)出其脈沖間隔時(shí)間實(shí)現(xiàn)測(cè)距 。 另外采用脈沖電流法 ， 由光纖電流互感器測(cè)量 故障 時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流信號(hào) ， 利用快速 A/D 技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)距 ， 但也僅實(shí)現(xiàn)了不帶分支出線電纜的在線故障測(cè)距 ， 在線測(cè)距在實(shí)際應(yīng)用中并未得到推廣 ， 其原因在于電纜線路在檢修與維護(hù)方面的 特 殊性 ， 而且在線方法相對(duì)于離線方法并無明顯 優(yōu) 勢(shì) 。 在電纜故障測(cè)距方法上 ， 離線與在線測(cè)距 方 法將會(huì)長(zhǎng)期并存 ，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看 ， 在線測(cè)距才 是 未來的發(fā)展方向 。 本章小結(jié) 電力電纜的離線故障測(cè)距發(fā)展己經(jīng)較成熟且意 義深遠(yuǎn)，對(duì)低阻和斷路故障而言，電橋法和低壓脈沖反射法能很好地解決問題，同時(shí)達(dá)到很高的測(cè)距精度而直閃法、沖閃法以及二次脈沖法用于解決高阻和閃絡(luò)故障，效果較理想。但是離線電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 測(cè)距意味著斷電和較長(zhǎng)的故障修復(fù)時(shí)間，所以，在線故障測(cè)距是發(fā)展的趨勢(shì)。為了保證電力系統(tǒng)能安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，除了要求迅速測(cè)定故障距離外，還要求能夠?qū)收线M(jìn)行預(yù)測(cè)，以便降低故障發(fā)生的幾率，減少經(jīng)濟(jì)損失，這就要求將電力電纜的在線狀態(tài)檢測(cè)和在線故障診斷、故障測(cè)距應(yīng)該結(jié)合起來，組成實(shí)時(shí)的專家系統(tǒng)，使得這些故障檢測(cè)技術(shù)能最大限度地發(fā)揮作用。 第 2 章 低壓脈沖回波法的原理及液晶顯示 LCD1602 9 第 2章 低壓脈沖回波法 的原理及液晶顯示 LCD1602 低壓脈沖回波法的原理 在均勻傳輸線中，由傳輸電報(bào)方程的穩(wěn)態(tài)解可得終端和始端的電壓和關(guān)系，1 0 0010ccU U ch rl I Z sh rlUI I ch rl sh rlZ???? （ 21） 式中 1U 、 0U 為終端及始端的電壓矢量， 1I 、 0I 為終端及始端的電流矢量， r為線路的傳輸常數(shù)， l 為線路長(zhǎng)度， cZ 為傳輸線的特性阻抗 [2]。 根據(jù)上述關(guān)系，當(dāng)一個(gè)外加脈沖信號(hào)從電纜的始端向終端傳輸時(shí)，在終端會(huì)反射回一列波，它 與發(fā)射端的入射波相遇，在Ｘ軸上這列波方向相反，當(dāng)傳輸線終端開路時(shí)，反射系數(shù)的模為 1，也稱全反射。 低壓脈沖法是測(cè)試時(shí)向電纜注入一低壓脈沖 ， 該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點(diǎn) ， 如斷路點(diǎn)、短路點(diǎn)、中間接頭等 ， 通過故障點(diǎn)反射脈沖與 發(fā)射 脈沖的時(shí)間差原理來測(cè)距 。 根據(jù)波形極性還可判斷故障性質(zhì) ， 如短路故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖 極性相反 ， 斷路故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性向同 （如圖 和圖 )， 因此低壓脈沖法適用于測(cè)試交聯(lián)電纜低阻、短路、斷路故障 [8]。 圖 電纜末端短路時(shí)首端理想測(cè)量波形 圖 電纜末端 開路時(shí)首端理想測(cè)量波形 由于電纜本身存在著損耗，行波在電纜中傳輸會(huì)發(fā)生畸變現(xiàn)象，實(shí)際波形與電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 理想波形相比會(huì)有一定差距。 低壓脈沖法測(cè)距公式為： 2tvL ?? （ 22） 其中 L 為故障距離， t? 為入射行波和反射行波之間的時(shí)間差， v 為行波在電纜中的傳播速度。 低壓脈沖反射法具有操作簡(jiǎn)單、 故障信號(hào)的波形直觀、對(duì)電纜線路技術(shù)資料的 依賴性小等優(yōu)點(diǎn)，并可測(cè)試電纜的全長(zhǎng)和行波在電纜中的傳播速度。 [15] 液晶顯示模塊 LCD1602 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V正電源。 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10KΩ的電位器調(diào)整對(duì)比度 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS 和 RW 共同為低電 平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15～ 16 腳：空腳。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如表 所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、