基于声磁同步法的电缆故障定位
浅谈电缆故障精确定点的声磁同步法的改进
TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2019年11月上 75浅谈电缆故障精确定点的声磁同步法的改进郭子建 章赞武 徐文华 顾立威 时晶国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司 浙江 绍兴 312000摘 要 电力电缆普及度逐年提高故障查找手段也逐渐增多。
故障一般查找步骤故障距离粗测、寻找故障电缆埋设路径、精确定位故障点。
目前精确定位故障点的技术主要采用声磁同步法，其主要存在得到的信息少，测寻主要依靠经验等缺点。
因此，在声磁同步法上改进方法提高精度是主要的研究目的。
在地下环境模拟为球面的情况下，虚拟出三维坐标，根据声磁传播特性及声音传播的非瞬时性可以根据一定距离的信号时差来推算地下坐标。
改良后的声磁同步法在精度和直观度上有飞跃式的提高，虚拟化和数字化电缆故障查找也是未来的必然发展方向。
关键词 电缆故障；精确定点；声磁同步法；三维坐标运算1 声磁同步法的改良目的和基本思路改进的方法从接收信号的参数数量入手，如以原方法中二维信号所构建的面，来判断三维中的点，这样，只缺少一个深度参数。
虽然缺少深度参数仍然会造成误差，但比较而言，准确度相比原先仍可以提高若干倍。
同时其，测量三维信号，则除了信号衰减和地层密度影响，几乎可以将故障点直接通过计算找出。
同时，探测器接收的信号点的增多，也同时增强了接收信号的抗干扰的能力，对准确寻找故障点起到另一种辅助作用。
为达到设计要求，探测器探头将采用对地“天线”的形式，分为二维信号“天线”和三维信号“天线”。
采用目前设计的旋扣式接口与探棒相连接，用USB 转接口等数字通信形式使信号导出。
使用数字屏或数字式输出信号。
数据处理主要是以一个电缆故障的信号点向四周放出同心圆信号为基本数学模型。
不同探测点收到同一信号的延迟，根据“天线”尺寸来计算故障点所在方位。
因为探测的模式并不改变，所以抗干扰的模块和声音放大的模块可以沿用原先设计[1]。
2 声磁同步法改良的原理及方案2.1 根据需求设计探测器模型由于要测量地下三维坐标，需要得出3个坐标的数值，因此运算需要至少能列出3个三元一次方程，即最少取得3组参数值。
电缆故障定位方法
电缆故障定位方法阻抗法若测量端到故障点的阻抗可以测量和计算出，并且线路参数是确定的，那么由特定故障点方程可计算出故障距离，这种方法称之为阻抗法。
这种方法能够实现的前提为电缆线路是均匀的，且不考虑线路的分布参数。
电桥法作为阻抗法这一大类方法中的一种，在电缆故障定位技术发展初期应用广泛，电桥法进行定位时，将电缆视为集中参数元件，因此相同时刻上，电缆各处电流大小相等、相位相同，线路的电阻与长度成正比。
电桥法原理图如图1-1 a)所示。
在进行故障定位时，需要将电缆一端发生故障的一相与非故障相接，电桥两臂分别和电缆另一端的故障相、非故障相相接，调节电阻器R2的阻值，使电桥平衡，电流检流计没有电流流过。
图1-1 中图b)是图a)的等效电路图。
行波法利用行波法进行故障定位，最早是利用低压脉冲法来实现的。
根据电磁波的反射原理，在向电缆注入低压脉冲后，该脉冲沿电缆传播到故障点时，由于阻抗不匹配会产生反射回波，由接收测试仪器接收并记录反射波传回脉冲注入点的时间，可计算出故障点位置。
低压脉冲反射法实现简单，测量参数少，只需要电缆长度值、脉冲波速和时间差便可进行故障定位，还可由反射脉冲波形区分出断线故障或短路故障两种不同类型。
低压脉冲法发展至今，已不需要根据示波器接收到的波形人为判断时间差，而是由专用接收仪器自动计算，提高了测量精度。
但是这种方法的发射脉冲电压值较低，在测量高阻故障时不会产生反射回波也就无法进行故障定位。
与低压脉冲法相比，脉冲电流法弥补了其不能测量高阻故障的缺点。
脉冲电流法是对电流进行采样来进行故障定位的。
需要将电缆故障点用高压击穿，形成短路电弧，故障点产生跃变电流行波信号，再使用电流互感器提取行波信息，根据往返时间得到故障距离。
这种方法较安全、可靠，但是仪器有盲区，且波形有时不够明显或是比较复杂，不易判断，误差相对较大。
二次脉冲法是20世纪90年代发展起来的电缆故障定位方法，直接发送低压脉冲没有办法测量高阻故障，但是可以先发送一个低压脉冲，得到电缆的开路全长波形，再发一个高压脉冲将故障点击穿，与此同时发送一个低压测试脉冲，即可在故障点发生反射，第二次接收到的反射波极性与发射脉冲的极性相反。
电缆故障点的查找方法
文档归纳不易，仅供学习参考电缆故障点的查找方法一旦电缆绝缘被破坏产生故障、造成供电中断后，测试人员一般需要选择适宜的测试方法和适宜的仪器，按照肯定的方法来寻找故障点，今天要讲的是故障定点方法。
1.声测法该方法是在对故障电缆施加高压脉冲使故障点放电时，通过听故障点放电的声音来找出故障点的方法。
该方法比较简单理解，但由于外界环境一般比较嘈杂，干扰很大，有时很难分辩出真正的故障点的声音。
2.声磁同步法这种方法也需对故障电缆施加高压脉冲使故障点放电。
当向故障电缆中施加高压脉冲信号时，在电缆的周围就会产生一个脉冲磁场信号，同时因为故障点的放电又会产生一个放电的声音信号，由于脉冲磁场信号传播的速度比较快，声音信号传播的速度比较慢，它们传到地面时就会有一个时间差，用仪器的探头在地面上同时接收故障点放电产生的声音和磁场信号，测量出这个时间差，并通过在地面上移动探头的位置，找到这个时间差最小的地方，其探头所在位置的正下方就是故障点的位置。
用这种方法定点的最大优点就是：在故障点放电时，仪器有一个明确直观的指示，从而易于排出环境干扰；同时这种方法定点的精度较高〔<0.1m〕，信号易于理解、区分。
3.音频信号法此方法主要是用来探测电缆的路径走向。
在电缆两相间或者和金属护层之间〔在对端短路的情况下〕参加一个音频电流信号，用音频信号接收器接收这个音频电流产生的音频磁场信号，就能找出电缆的敷设路径；在电缆中间有金属性短路故障时，对端就不需短路，在发生金属性短路的两者之间参加音频电流信号后，音频信号接收器在故障点正上方接收到的信号会突然增强，过了故障点之后音频信号会明显减弱或者消逝，用这种方法可以找到故障点。
这种方法主要用于查找金属性短路故障或距离比较近的开路故障的故障点〔线路中的分布电容和故障点处电容的存在可以使这种较高频率的音频信号得到传输〕。
对于故障电阻大于几十欧姆以上的短路故障或距离比较远的开路故障，这种方法不再适用。
DLD-230电力电缆故障定点仪
目录第一章概述 (1)第二章特点 (1)第三章技术指标 (2)第四章面板 (3)1、前面板 (3)第五章定点仪的使用 (5)5.1 故障定点前的准备工作 (5)5.2 工作原理 (6)5.3 仪器的现场安装 (7)5.4 屏幕内容 (8)5.5 增益调节 (10)5.6 路径的辅助探测 (11)5.7 故障定点 (12)5.8 关机 (16)第六章路径的精确探测 (17)6.1 电缆路径接受仪的界面图 (17)6.2路径仪的测试方法：音峰法和音谷法 (19)第七章充电 (21)第八章注意事项 (22)第一章概述DLD-230型电力电缆故障定点仪（简称DLD-230），是应用现代微电子技术研制成功的智能化电缆故障定点及路径探测仪。
应用声磁同步测试原理，配合电缆测试高压信号发生器，通过接受电缆故障点放电的磁场与声音信号，进行电缆故障的精确定点，配合DLL-330电缆路径仪发射机，还可以查找出电缆的路径。
第二章特点●测试精度高，电缆故障定点的误差不大于0.2m。
●同步接收电缆故障点放电时发出的磁场和声音信号，并可对信号进行数字处理，使仪器具有很强的抗干扰能力。
●磁场和故障点的声音信号波形，在液晶显示器上显示，波形直观，容易识别。
●探测方法以波形识别为主，耳机监听为辅，操作者不易疲劳。
●利用磁场和声音信号之间的延时，进而确定测量点与故障点的相对距离，便于准确快速地测定故障点的位置。
●具有背光、自动关机及充电保护等功能。
●锂电池供电，具有自放电率低、无记忆效应的优点。
●体积小，重量轻，便于携带。
第1页第三章技术指标●故障定点精度：≤0.2m●路径探测精度：≤0.02m●功耗：1.5W●充电器输入电压：AC 220V±10%●充电器输出电压：DC 9.1V●重量: 1kg(不含探头)●体积: 260×145×140mm●使用环境温度: -10︒C～+40︒C第2页第 3 页第四章 面 板1、前面板图4.1 DLD-230前面板液晶显示屏：用于显示采集到的磁场、声音波形以及各种提示信息。
电力电缆故障点精确定位的原理及方法
电力电缆故障点精确定位的原理及方法（一）一、声测法：声测法是电缆故障定点的主要方法，多用于测试高阻、闪络性故障和部分低阻故障。
使用的设备与冲闪法相同，采用声电转换器将很小的震动波转换成电信号进行放大处理，用耳机来侦听，听测出最响点即位故障点位置。
二、声磁同步法：在实际测试中，环境噪声的干扰增加了声测法准确辨别的难度，由于故障点放电时，除了产生放电声外，还会产生高频电磁波向地面传播，通过同时接收声波和电磁波方法来判断当前的声波是否由故障点放电引起，这就是声磁同步法。
它是对声波测试方法的改进，提高抗干扰能力。
定点环境不可避免存在各种连续噪声和脉冲冲击噪声的干扰。
目前单纯的声测法定点仪已经被淘汰，取而代之的是声磁同步法定点仪。
此类仪器通过观察在现场接收电缆被冲击高压击穿时的辐射电磁波和故障点的震动声波同步与否来人为排除现场噪声干扰，利用故障点震动声音的最大点确定精确故障点位置。
尽管此法定点精度不高，一般也能满足要求。
国内大多数厂家生产的定点仪均属此类方法。
少数厂家也在液晶屏幕上显示电磁波与地震波的时间差来精确判断故障点位置，这无疑是一重大改进。
我公司研制生产的DDY-3000数显同步电缆故障定点仪具备了查找电缆路径、声磁同步法和显示声磁时间差法的全部优点，并且将声磁时间差转换为定点探头与电缆故障点的实际距离数，并在液晶屏上直接显示出来。
在液晶屏上利同时显示故障距离、电磁信号大小、声波信号大小、同时具有存储记录功能，在故障点正上方，地震波声音最大（此时的地震波声音大小变化已不重要），读数最小，而且此读数就是故障点距地面的埋设深度。
在故障点正上方，探头无论左右移动还是前后移动，但读数都会变大，尽管地震波声音变化不明显。
也就是说，此功能在现场同时也实现了对电缆路径的精确判断。
所以，DDY-3000数显同步电缆故障定点仪是目前国内同类型产品中功能最全，抗干扰能力最强、定点最准确的电缆故障精确定位仪。
DDY-3000电缆故障定位仪采用本公司所独创的电缆定点新理论。
基于增强现实技术的电缆故障定位
基于增强现实技术的电缆故障定位发布时间：2023-01-04T07:47:59.162Z 来源：《福光技术》2022年24期作者：姜敬元[导读] 增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息"无缝"集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息、声音、味道、触觉等）通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。
国网沭阳县供电公司江苏省沭阳县 223600摘要：如今，城市主要采用地下电缆的方式进行电力传输，这种方式不但能够保证电力的稳定传输，也能够降低电力电缆线路出现故障的概率。
但地下电缆的电力传输也会出现故障，需要进行维修。
在地下检修电缆电力线路会更加困难，尤其是要对故障的位置进行定位，需要消耗大量的人力、物力和财力，而且也不利于保障供电线路的可靠性。
鉴于此，本文将基于增强现实技术进行电缆故障定位的研究。
关键词：增强现实技术；电缆；故障；定位1增强现实技术增强现实（Augmented Reality，简称AR），也被称为扩增现实。
增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息"无缝"集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息、声音、味道、触觉等）通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。
[1]真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。
在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。
增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。
高低压电缆故障点的测定方法
高低压电缆故障点的测定方法摘要：随着电力、能源行业的发展，各种电缆越来越多地运用到生产生活的各个领域，而且一般都埋入地下，当电缆发生故障后，如何快速准确的查找故障点，尽快恢复供电，是长期困扰我们的难题。
长期以来，人们对于电缆故障的认识往往是高压和低压电缆混淆在一起的，认为都是电缆，只要电缆发生故障以后，不管是高压电缆还是低压电缆，都采用传统的高压冲击“闪络法”来测试故障。
关键词：电力电缆；故障；测定方法随着城市的快速发展，供电企业大量使用电力电缆作为输配电线路的敷设方式。
电力电缆的大量使用，一方面，提高了城市整体的美观程度，另一方面节省了地面以上的空间，为城市发展带来好处。
但是，电力电缆的使用中一旦发生故障，对故障点的确定一直困扰着供电企业。
故障点不能精确定位，产生的不必要及无目的的开挖造成大量人力物力的浪费。
同时破坏了城市的道路及绿地等公共设施。
这就要求供电企业能够更精确的对电力电缆故障进行有效的、准确的定位。
一、电缆故障1、电缆本体或附件绝缘受潮。
受潮原因是由电缆附件的安装工艺不良，安装中电缆纵向进水以及终端头或中间接头设计、制作结构不紧密造成的绝缘材料内部进水导致。
电缆制造质量不良以及金属护套被尖刺物等刺伤或在制作运输中金属护套上残留有裂缝和孔洞等缺陷也会使电缆局部进水而受潮。
2、电缆外皮的电、化学腐蚀。
因受到土壤中酸、碱等化学物质和杂散电流的影响，使埋在地下的电力电缆金属护套受到电腐蚀或化学腐蚀而产生故障。
3、电缆过热造成的故障。
电缆在运行过程中，电流流过导体时会产生大量的发热损耗，如果电缆自身的发热不能及时散去，就会使电缆产生过热现象。
当电缆敷设于隧道，沟槽，排管等封闭位置内时，如果没有采取有效的散热措施，电缆长时间运行在较高的温度下，就会产生过热故障。
另外，在冬夏等大负荷期间，电缆如果产生过负荷，或长时间运行在大负荷下都会产生过热现象，这种现象不能持续时间较长，时间较长则会引起电缆故障。
电力电缆故障探测测距与定点方法
电力电缆故障探测测距与定点方法摘要：电力电缆作为整个电力系统的重要组成部分，一旦发生故障将直接影响着整个电力系统的安全运行。
因此，如何快速、准确地查找电缆故障，减少故障修复费用及停电损失，成为电力工程领域与研究界日益关注的问题。
文章分析了电力电缆故障的原因及分类，探讨了电力电缆的故障测距与定点方法。
关键词：电力电缆；故障测距；故障定点；引言随着我国经济建设的高速发展，我国的城市电网改造工作大力地开展。
由于电力电缆应用成本的下降，以及电力电缆自身所具有的供电可靠性高、不受地面、空间建筑物的影响、不受恶劣气候侵害、安全隐蔽耐用等特点，因而获得了越来越广泛的应用。
然而，与架空输电线路相比，虽然电力电缆的上述优点却为后期电缆的维护工作特别是故障测距与定位带来了较大的难度，尤其电缆长度相对较短、线路故障不可观测性等特点都决定了电缆线路要求有更精确的故障测距方法。
另一方面，电力电缆作为整个电力系统的重要组成部分，一旦发生故障将直接影响着整个电力系统的安全运行，并且如故障发现不及时，则可能导致火灾、大规模停电等较大的事故后果。
因此，如何快速、准确地查找电缆故障，减少故障修复费用及停电损失，成为电力工程领域与研究界日益关注的问题。
1电力电缆故障原因及类型1.1电力电缆故障原因随着电缆数量的增多及运行时间的延长，由于电缆绝缘老化特性等因素，故障发生概率大大增加。
电缆故障点的查找与测量是通讯和电力供应畅通的有力保障，但是因为电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资料不完善以及测试设备的局限性，使电缆故障的查找非常困难。
尤其是在狂风、暴雨等恶劣天气中，给故障的查找、维修带来了很大不便。
了解电缆故障的原因，对于减少电缆的损坏，快速地判定出故障点是十分重要的。
电缆发生故障的原因是多方面的，常见的几种主要原因包括：1.1.1机械损伤。
主要由于电缆安装敷设时不小心造成的机械损伤或安装后靠近电缆路径作业造成的机械损伤而直接引起的。
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Thesis for the Master Degree Power cable fault locator based on the synchronization principle of sound and magnetic
Candidate： Supervisor： School： Date of Defence： Degree-Conferring-Institution：
- II -
华北电力大学硕士学位论文
目
摘
录
要· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · I
硕士学位论文
基于声磁同步法的电缆故障定位
Power cable fault locator based on the synchronization principle of sound and magnetic
高巧妹
2014 年 3 月
国内图书分类号：TN78 国际图书分类号：621.39
学代码：10079 密级：公开
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华北电力大学硕士学位论文
Abstract
With the social development and Era progress, the MAN reconstruction has also been implemented.The power cable has also been widely used in the MAN reconstruction process. Although the power cable has more incomparable advantages than the overhead power line supply , the cable fault location is more difficult than the overhead line fault location , which means we need to find an effective method of the cable fault location for timely troubleshooting to restore power. In this paper we decide to adopt the synchronous method of the magnetic and sound through examining a large amount of literatures , for it being an effective way to pinpoint currently . This method uses the time difference of receiving the magnetic and sound signals to locate the position of the failure point . First,we use the high-voltage pulse generator to make the cable fault point discharge ,which will has a " flap" sound and electromagnetic radiation , but the time to reach the detector is different due to the different propagation velocity of these two signals . Since the propagation speed of the electromagnetic signals is close to the speed of light ,the time of reaching the detector can be ignored.Secondly,we make the time point of receiving the electromagnetic signal as a start timing , when the sound signal reaches the detector ,we stop timing and make this time difference as the audio signal propagation time , according to the distance formula L = 1/2 (T * V) to locate the fault point . In this paper,we design the high voltage pulse generator and the precise positioning systems ,all the both based on C8051F310 MCU.The application of the sound and electromagnetic sensors makes this method of the cable fault location feasible. It discusses the overall design principles and processes high-voltage of the pulse generator;.It describes the synchronization principle of the sound and the magnetic signals,the block diagram and overall design concept of the cable fault precise positioning , and the design principles of each part of the hardware circuit module.It achieves a flow chart and writes the entire software program. The experiment verificats the feasibility of this approach for locating faults . Key words: Power cable; High voltage pulse; Fault location; Electromagnetic sign al; Voice signal;
Abstract · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · II 第 1 章 绪 论· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6 1.1 研究背景和意义 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6 1.2 国内外研究动态 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6 1.3 电缆故障定位概述 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7 1.3.1 判断故障类型[21,22] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7 1.3.2 预定位 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 8 1.3.1.1 基于阻抗测距[25] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 8 1.3.1.2 行波法 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 9 1.3.3 精确定位[30-32] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 9 1.4 本文使用的电缆 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10 1.5 故障定位 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11 1.5.1 电缆输电线路分布原理[34,35] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11 1.5.2 定位方法 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 13 1.6 本文主要内容及其结构 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 14 第 2 章 脉冲信号源的设计 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 16 2.1 信号源整体设计 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 16 2.1.1 主回路实现 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 16 2.1.1.1 主回路中 C1 的作用