【導(dǎo)讀】根據(jù)各測(cè)距算法采用。各測(cè)距算法的優(yōu)點(diǎn)及存在的問(wèn)題，指出了每種測(cè)距算法的適用范圍和應(yīng)用局限性。1的統(tǒng)一時(shí)標(biāo),從而可實(shí)現(xiàn)高精度的雙端行波法測(cè)距。明本系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案確實(shí)可行。理論和仿真結(jié)果表明，本文所作的工作提高了行波故障測(cè)距。在不同線路結(jié)果情況下的適應(yīng)性、精度和可靠性。電力行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，優(yōu)質(zhì)可靠的電力供應(yīng)是現(xiàn)代化社會(huì)持。因此，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，可靠性，快速性等。系統(tǒng)運(yùn)行，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活的危害也與日俱增。所以，及時(shí)排除輸電。容易辨別，有些故障則難以發(fā)覺(jué)，如在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，再者，多數(shù)故障往往發(fā)生在風(fēng)雪，雷雨等較為惡劣的天氣中發(fā)生。另外，我國(guó)電力系統(tǒng)的巡線裝備簡(jiǎn)陋，使得故障。的巨大經(jīng)濟(jì)損失和巡線所耗費(fèi)的大量人力、財(cái)力、物力。患，從而采取積極的預(yù)防措施，避免形成永久故障，節(jié)約檢修時(shí)間和費(fèi)用。

　　

【正文】 ，且采樣頻率可以相同，也可以不同，只是要求采樣的頻率較高 (50OkH以上 )。因此，本文研制的系統(tǒng)均采用統(tǒng)一的高采樣頻率，通過(guò)系統(tǒng)硬件的分析最終可得到故障線路的距離。模擬信號(hào)采集單元，一般主要有交流變換器、信號(hào)調(diào)整器和比較器三種。 二次 CT和 PT將一次側(cè) CT和 PT的電流、電壓信號(hào)變成弱電壓信號(hào)后再通過(guò)信號(hào)調(diào)整器最后進(jìn) 入高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (A/D)。 該單元的主要作用有 [48]: (l)隔離效果。由于來(lái)自一次側(cè)的高電壓和大電流可以通過(guò)二次側(cè) CT 和 PT 轉(zhuǎn)變成可以進(jìn)行采集和測(cè)量的低電壓信號(hào)，在進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，這樣可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力； (2)電平調(diào)節(jié)。將來(lái)自 CT 二次側(cè)的輸入電流轉(zhuǎn)換成電壓，并將該電壓同比 調(diào)節(jié)到適合 A/D的輸入范圍。 由于故障電流的動(dòng)態(tài)范圍比較大，因此二次 CT 的選取必須要滿足以下技術(shù) 要求 : (l)對(duì)工頻量變換器要求在額定工作狀態(tài)下電流較小，要保證其有較高的變換精度測(cè)量誤差應(yīng)小于 %，在短路大電流以及含有 直流分量的情況下，二次 CT應(yīng)不會(huì)發(fā)生飽和，波形不畸變。 20倍額定電流下的誤差應(yīng)應(yīng)小于 50k，帶寬在 :O5OKHZ； (2)對(duì)暫態(tài)行波變換器要求同樣具備工頻量變換器要求外，還要滿足寬帶傳變的要求。帶寬 :O2OOKHz。 (3)電流 CT的選用還要遵循高精度、響應(yīng)時(shí)間快、低功耗和寬溫度范圍等技術(shù)指標(biāo)。 信號(hào)調(diào)整器主要有濾波器和放大器兩種。 (l)濾波器 為防止信號(hào)出現(xiàn)的混疊現(xiàn)象，電流信號(hào)在 A/D采樣之前需要先經(jīng)低通濾波器濾掉信號(hào)中的高頻分量。通過(guò) n型 LC 濾波器，使得減少了干擾能力，且 濾波效果好。但是這種濾波器電感線圈體積大而笨重，成本又高。 (3)放大器 從濾波器出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器，使得模擬信號(hào)得到了一定得放大 , 其放大倍數(shù)要電路本身的參數(shù)來(lái)決定，在圖中可以根據(jù)實(shí)際情況 需要來(lái)改變參數(shù) R1和 R2的值，從而達(dá)到所需的倍數(shù)。該電路的目的是通過(guò)信號(hào)放大來(lái)調(diào)整為 A/D轉(zhuǎn)換用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 通過(guò)放大電路中的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器，然后通入可編程邏輯控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速 A/D的控制，本文所選用的是 LM339比較器。 LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是 ： (1)失調(diào)電壓小，典型值為 ZmV。 (2)電源電壓范圍寬，單電源為 2一 36V，雙電源電壓為士 1V一土 18V； (3)對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬； (4)共模范圍很大； (5)差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； (6)輸出端電位可靈活方便地選用。 LM339 集成塊采用 C14 型封裝，圖中為外型及管腳排列圖。由于 LM339使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大工 C生產(chǎn)廠和公司竟相推出自己的四比較器，如 IR233 ANI33SF339等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。 LM339類似于增益不可調(diào) 的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸 出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“十”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端， 用“一”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電 壓 (也稱為門限電平，它可選擇 LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn) )，另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“ +”端電壓高于“一”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng)“一”端電壓高于“ +”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于 IOmV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM339用在弱 信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。 LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，其在使用時(shí)輸出端到正電源之間一般須接一只電阻 (稱為上拉電阻，選 315K)。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值，故選擇不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。此外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 高速 A/D轉(zhuǎn)換器 A型測(cè)距原理，主要依據(jù)故障行波信號(hào)第一次到達(dá)線路末端，以及由線路末 端反射到故障點(diǎn)后再次反射到達(dá)線路末端的時(shí)間來(lái)計(jì)算故障點(diǎn)的距離。而 D型 測(cè)距原理是需 要記錄行波信號(hào)到達(dá)線路兩端的時(shí)間。由于故障行波信號(hào)是頻率 在幾十 KHz到幾百 KHZ之間的高頻暫態(tài)信號(hào)，所以在進(jìn)行故障測(cè)距時(shí)，如果要 提高測(cè)距的精度，就必須對(duì)高頻行波信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集，該單元的核心部件為高速 A/D，運(yùn)放輸出的模擬量作為 A/D的輸入。此單元的工作原理是 :高精 度晶體振蕩器經(jīng)計(jì)數(shù)分頻輸出的高頻脈沖作為 A/D的采樣時(shí)鐘， A/D的采樣頻率 為 500KHz， A/D將數(shù)據(jù)采樣好后，發(fā)信號(hào)中斷 DSP， DSP將采樣的數(shù)據(jù)取走。這 樣可以準(zhǔn)確記錄故障行波的波形。 現(xiàn)在 A/D轉(zhuǎn)換器種類很多，像美國(guó)模擬器件公司 (AnalogDeviCes工 ) 推出一款小型低功耗和高性能 12 位單片模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)AD9237。其取樣頻率為20/40/65MSPS，且有助于降低手持儀表、超聲波、高端成像、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀和低功耗通信應(yīng)用板的空間。 AD9237 引腳上和現(xiàn)有的高性能 ADC 系列產(chǎn)品兼容，系統(tǒng)升級(jí)時(shí)系統(tǒng)板的重新改動(dòng)工作量最小。 本文選用的是 AD9237ADC，其為現(xiàn)有 AD9235系列的超低功耗的擴(kuò)展。該器 件在 65MSPS時(shí)的功率消耗為 19OmW，在 4OMSPS時(shí)為 135mw， ZOMSPS時(shí)為 gomW， 使得有更高的通道數(shù)目，從而簡(jiǎn)化手持 12位系統(tǒng)的信號(hào)通路。采用縮放特性可 進(jìn)一步節(jié)省功耗，當(dāng)轉(zhuǎn)換器的速度降低時(shí)，也降低了功耗。 AD9237以 3V 電源工 作，具有單獨(dú)的數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)，以適應(yīng) 3V邏輯系列。 AD9237與 ADI的 10位 AD921 12位 AD9235和 14位 AD924520/40/65MSPSADC，以及 12位 AD9236 和 14位 AD9245SOMSPSADC 引腳兼容。這使得設(shè)計(jì)者很容易改變分辨率和速度，或在下一代系統(tǒng)中升級(jí)性能。此外，片內(nèi)集成有高性能的抽樣和保持放大器，輸入信號(hào)可以采用單端輸入，也可以采用差分輸入。這一點(diǎn)特別適合對(duì)采集的行波信號(hào)進(jìn)行波形比較，以求得正確的行波波頭到達(dá)時(shí)刻。 AD9237模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作溫度范圍為 40℃到 85℃，它采用 5x5mm32引腳 LFCSP封裝。 數(shù)字信號(hào)處理器 (OSP) (1)DSP的概述 [49] 數(shù)字信號(hào)處理是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。 20世紀(jì) 60年代以來(lái)，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并 得到迅速的發(fā)展。在過(guò)去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理 技術(shù)已經(jīng)在通信等 領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 DsP芯片，即數(shù)字信號(hào)處理芯片，也稱數(shù)字信號(hào)處理器， 是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速 地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。世界上第一片單片 DSP芯片是 1978年 AMI公司 宣布的 52811， 1979年美國(guó) Intel公司宣布誕生的商用可編程器件 2920是 DSP 芯片的一個(gè)主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒(méi)有現(xiàn)在 DSP芯片所必須有的單周 期乘法器。 1980年，日本 NEC公司推出的 pPD772O是第一片具有乘法器的商用 DSP芯片。第一個(gè)采用 CMOS工藝生產(chǎn)浮點(diǎn) DSP芯片的是日本的 Hitachi公司， 該公司于 1982年推出了浮點(diǎn) DSP。 1983年，日本 Fujitsu公司推出的 MB8764， 其指令周期為 12OnS，且具有雙內(nèi)部總線，從而使處理的吞吐量發(fā)生了一個(gè)大的 飛躍。而第一片高性能的浮點(diǎn) DSP芯片是 ATamp。T公司于 1984年推出的 DSP32。最 成功的 DSP芯片當(dāng)數(shù)美國(guó)德州儀器公司 (Texas工 nstruments，簡(jiǎn)稱 TI)的一系 列產(chǎn)品。 TI公司在 1982年成功推出其第一代 DSP芯片 TMS32O10及其系列產(chǎn)品， 它生產(chǎn)出第一個(gè)單片數(shù)字信號(hào)處 理器 (DSP)。至今為止， DSP技術(shù)的發(fā)展已超過(guò) 20個(gè)年頭。在此間 20 年里， DSP技術(shù)得到飛速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。產(chǎn)生 了多個(gè)有影響的系列產(chǎn)品，例如 :德州儀器、 AD公司和 Motorola等幾個(gè)主要廠 家都推出了多種系列的 DSP芯片和開(kāi)發(fā)工具，運(yùn)算能力涵蓋了從 10MIPS到幾千 MIPS的很寬的范圍 [50,51]。 (2)DSP的發(fā)展 DSP的技術(shù)在不斷的發(fā)展。在 DSP問(wèn)世之初，它針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的最常用 運(yùn)算類型的特點(diǎn)，采用了與通用處理器不相同的體系結(jié)構(gòu)，而哈佛結(jié)構(gòu)成為 DSP 的主要內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分離了數(shù) 據(jù)流和指令流，并且使用“乘法累加器”的運(yùn)算內(nèi)核和流水線結(jié)構(gòu)，對(duì)于常用純數(shù)值運(yùn)算，基本可達(dá)到單指令周期完成一次基本運(yùn)算。與當(dāng)時(shí)通用處理器完成一次乘法運(yùn)算需要幾十個(gè)指令周期相比，運(yùn)算效率大大提高。這使得 DSP一經(jīng)問(wèn)世，就得到了工程設(shè)計(jì)界認(rèn)可，很快成為運(yùn)算密集的便攜設(shè)備的主要核心處理器。建立在 VLSI技術(shù)整體高速發(fā)展的基礎(chǔ)上， DSP芯片的性能不斷提高、價(jià)格連續(xù)下降、單位運(yùn)算量的功耗顯著降低。 DSP自身設(shè)計(jì)也在不斷采用新的技術(shù)，并與其它處理器技術(shù)不斷融合，擴(kuò)大應(yīng)用范圍?？偟膩?lái)說(shuō)， DSP是朝著用并行化進(jìn)一步提高運(yùn)算能 力的方向發(fā)展。并行化體現(xiàn)在 3個(gè)方面，一是提供了多處理器間通信和并行操作的能力，使得用多片處理器構(gòu)成并行處理系統(tǒng)的難度大大下降 。二是片內(nèi)多處理器集成 (MIDI)，使單片處理器能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求，且保持低價(jià)格 ； 三是片內(nèi)多運(yùn)算器并行 (SIMD)，在保持單一指令流與比較簡(jiǎn)單的編程技術(shù)的情況下，達(dá)到高速并行處理能力，典型技術(shù)是超長(zhǎng)指令字技術(shù) (VLIW)。在新的形勢(shì)下， DSP面臨的要求是處理速度更高、性能更多更全，功耗更低，存儲(chǔ)器用量更少。其發(fā)展趨勢(shì)主要由以下幾點(diǎn) : ，多通道 結(jié)構(gòu)和單指令多重?cái)?shù)據(jù) (SIMD)特大指令字組 (VLIM)將在新的高性能處理器中將占主導(dǎo)地位，如 Analog Deviees的 ADSP一 2116x。 。微處理器是低成本的，主要執(zhí)行智能定向控制任 務(wù)的通用處理器能很好執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是數(shù)字信號(hào)處理功能很差。而 DSP 的功能正好與之相反。在許多應(yīng)用中均需要同時(shí)具有智能控制和數(shù)字信號(hào)處理兩種功能，如數(shù)字蜂窩電話就需要監(jiān)測(cè)和聲音處理功能。因此，把 DSP和微處理器結(jié)合起來(lái)，用單一芯片的處理器實(shí)現(xiàn)這兩種功能，將加速個(gè)人通信機(jī)、智能電話、無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，同時(shí)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減小 PCB體積，降低功耗和整個(gè)系統(tǒng)的成本。例如，有多個(gè)處理器的 Motorola公司的 DSP5665x，有協(xié)處理器功能的 Massan公司 FILU200，把 MCU功能擴(kuò)展成 DSP和 MCU功能的 TI公司的 TMS32OC27xx以及 Hitaehi公司的 SHDSP，都是 DSP和 MCU融合在一起的產(chǎn)品。互聯(lián)網(wǎng)和多媒體的應(yīng)用需要將進(jìn)一步加速這一融合過(guò)程 。 CPU的融合。大多數(shù)高檔 GPP如 Pentium和 PowerPC都是 SIMD 指令組的超標(biāo)量結(jié)構(gòu)，速度很快。 LS工 LogiC公司的 LS工 4012 采用高檔 CPU 的分支預(yù)示和動(dòng)態(tài)緩沖技術(shù)，結(jié)構(gòu)規(guī)范，利于編程，不用擔(dān)心指令排隊(duì)，使得性能大幅度提高。工 ntel公司涉足數(shù)字信號(hào)處理器領(lǐng)域?qū)?huì)加速這種融合； SOC的融合。 SOC(System 一 On一 Chip)是指把一個(gè)系統(tǒng)集成在一塊芯片上。這個(gè)系統(tǒng)包括 DSP 和系統(tǒng)接口軟件等。比如 Virata公司購(gòu)買了 LS工 Logic公司的 ZSP40O處理器內(nèi)核使用許可證，將其與系統(tǒng)軟件如 USB、 10BASET、以太網(wǎng)、 UART、 GP 工 0、 HDLC等一起集成在芯片上，應(yīng)用在 xDSL上，得到 了很好的經(jīng)濟(jì)效益。 FPGA的融合。 FPGA是現(xiàn)場(chǎng)編程門陣列器件。它和 DSP集成在一塊 芯片上，可實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)處理，大大提高信號(hào)處理速度。據(jù)報(bào)道， Xilinx公司的 Virtex一 HFPGA 對(duì)快速傅立葉變換 (FFT)的處理可提高 30 倍以上。它的芯片中有自由的 FPGA 可供編程。 xilinx公司開(kāi)發(fā)出一種稱作 Turbo卷積編譯碼器的 高性能內(nèi)核。 要設(shè)計(jì) DSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇 DSP芯片是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。只有選定了 DSP芯片才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)其外圍電路及系統(tǒng)的其它電路。 總的來(lái)說(shuō)， DSP芯片的 選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)需要而確定 [16]。不同的 DsP 應(yīng)用系統(tǒng)由于應(yīng)用場(chǎng)合、應(yīng)用目的等一些因素不同，所以對(duì) DSP芯片的選擇也有所不同。一般來(lái)說(shuō)，選擇 DSP芯片時(shí)應(yīng)考慮到如下諸多因素： (l)芯片的運(yùn)算速度； (2)芯片的運(yùn)算精度； (3)芯片的功耗； (4)芯片的硬件資源 。 (5)芯片的開(kāi)發(fā)工具 。 (6)芯片的價(jià)格 。 (7)其它因素。 Tl 公司的 eZ000系列芯片較適合應(yīng)用于控制場(chǎng)合 [47]； TMs32oe62xx系列和 TMS32OC64XX系列芯片是 TI 公司的最新一代產(chǎn)品，特別是 三款最新器件 TMS32OC641 TMS32OC6415 和TMS32OC6416，其性能大為提高，速度是現(xiàn)今最快 DSP的 10倍，工作頻率高達(dá) 6OOMHZ，計(jì)算速度接近每秒 50億次指令，而功耗僅為現(xiàn)有器件的三分之一，只不過(guò)價(jià)格昂貴一點(diǎn)。它們可通過(guò)一條單獨(dú)接入家庭的 寬帶線路傳輸大量的個(gè)性化數(shù)據(jù)、視頻和語(yǔ)音，并可通過(guò)