[發明專利]基于擴頻反射的導線絕緣故障檢測方法及裝置

無效

• 申請號: 201010225090.6
• 申請日: 2010-07-02
• 公開（公告）號: CN101900776A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 張俊民;周小猛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/02
• 分類號: G01R31/02;G01R31/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及導線絕緣故障檢測的方法及裝置，特別是涉及一種基于擴頻反射原理的導線絕緣故障診斷并定位的方法及裝置。

背景技術

作為信息和能量載體的導線，廣泛應用于各種儀器設備中，其安全穩定性日益受到人們的重視。隨著設備運行時間的增長，導線長期在電、冷熱、振動和輻射等復雜環境下工作，會產生絕緣磨損、老化、腐蝕和變形等故障，并最終造成導線的斷路或短路。檢測并排除早期的絕緣故障，有助于避免可能的嚴重故障的發生，消除潛在危害并降低維修成本。目前，比較成熟的導線絕緣故障檢測方法及裝置有以下幾種。

第一種是電橋法。它分為電阻式和電容式兩種。電阻式電橋通過測量導線的一端到故障處的電阻值，再由導線的一次參數確定故障位置，適用于低阻接地性故障；電容式電橋通過測量導線的對地電容確定故障位置，適用于開路故障。采用電橋法，必須事先獲知導線的相關參數；并且該方法要求引線接觸良好，否則會因接觸電阻而造成較大的定位誤差。

第二種是聲測法。該方法利用電容器給導線施加足夠高的脈沖電壓，將絕緣故障處擊穿，產生音頻及電磁振蕩。對于裸露在外或敷設較淺的導線，直接通過聲音強度確定聲源；對于不易接近的導線，可以通過測量接收到的聲波與電磁波的時間差計算出故障位置。該方法所需電壓較高，適用于高壓電纜的故障定位；此外，由于外界噪聲的干擾及查找經驗的限制，難以準確定位故障點。

第三種是反射法，該方法是給導線送入一個脈沖或類似的高頻信號，來接收導線中出現的暫態響應，通過分析發送端的接收信號，來獲知導線各處特性阻抗的變化情況，從而確定故障。根據入射信號的不同，可將反射法分為時域反射法、閃測法和頻域反射法。

時域反射法將上升時間較短的低壓脈沖或階躍信號發射入導線，通過觀測此信號和故障處反射信號間的時間差來定位故障。該方法適用于檢測導線的低阻短路或接地性故障，而對高阻短路和閃絡性故障無能為力；且定位反射信號起始點時容易受噪聲干擾，誤差較大。

閃測法首先使導線的故障點在足夠高脈沖電壓的作用下擊穿，發生閃絡放電，該閃絡以電磁波的形式在發送點和故障點之間反射；通過分析信號發送端的波形來確定故障位置。該方法適用于高壓電纜；同時所需擊穿電壓隨故障與發送端距離的變化而不同，不能可靠確定放電電壓以發現較小的絕緣故障。

頻域反射法使用一系列的頻率步進的正弦波作為檢測信號。先發射某一頻率下的正弦波給故障導線，用乘法器計算出反射信號和入射信號間相位差，該值與導線的電氣長度成正比；再改變正弦波的頻率，得到相位差值隨頻率變化的曲線；對該曲線進行傅里葉變換，便可以確定故障位置和嚴重程度。該方法工作頻率較高，在幾百兆至數吉赫茲之間，較難用硬件實現，且受噪聲干擾大。

綜上所述，目前的導線故障檢測方法存在著不能有效發現絕緣故障、適用場合受限和易受噪聲干擾等諸多不足。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于擴頻反射的導線絕緣故障檢測方法及裝置。該方法及裝置可以有效檢測導線的絕緣故障，具有抗干擾能力強、定位精度高和實時性好等特點。

本發明提出的導線絕緣故障檢測方法為：使用多級移位寄存器生成m(Maximal?Length)序列；用m序列調制正弦波；向被測導線的一端發送已調m序列作為故障檢測信號；經過一段時間后，反射信號到達導線的發送端，與檢測信號相互疊加，形成接收信號；在發送端采樣該接收信號；計算接收信號和檢測信號的互相關函數；根據互相關函數波形上尖峰的位置和幅值判斷導線故障的位置和嚴重程度。

該方法還包括：

所述調制為BPSK(Binary?Phase?Shift?Keying)調制；和

所述正弦波的頻率與m序列的碼速率相同；和

采用CPLD(Complex?Programmable?Logic?Device)芯片計算互相關函數；和

由于接收信號是無限長的，因此在CPLD芯片中計算互相關函數時，需要將其截取一定長度，該長度由芯片存儲容量和被測導線總長決定，通常為2～3個序列周期。

根據上述方法，本發明設計了基于擴頻反射的導線絕緣故障檢測裝置，其特征在于，包括：時鐘電路，濾波電路，m序列生成電路，BPSK調制和發射電路，采樣電路，CPLD芯片和顯示設備，其中：

時鐘電路用于產生頻率較高的時鐘信號；

濾波電路用于過濾時鐘信號的高次諧波，得到正弦基波，并將其送入BPSK調制和發射電路中；

m序列生成電路在時鐘信號的作用下，生成對應碼速率下的m序列；