[发明专利]用于提高电缆故障测距精度的脉冲优化方法和脉冲发生电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用脉冲时域反射法进行电缆故障测距时提高电缆故障测距精度的脉冲优化方法和电路，属于电力电子技术领域。

背景技术

电缆供电以其安全、可靠、有利于美化城市与工矿布局等优点，获得了广泛应用。但是随着电缆使用量日益增多，电缆故障也在不断增加，如何快速准确地检测出故障点距离及定位，找到故障点位置，这就要求检测人员首先选择性能优良的检测仪器，并能正确识别波形。

脉冲时域反射法是电缆故障测距的重要方法，适用于低阻和断线性质的电缆故障测距。电缆作为传输线，发生故障时，故障点位置会造成阻抗不匹配。根据电磁波在传输线中的传播理论，电磁波在阻抗不匹配处会产生反射，利用这一原理可以测量电缆故障点的距离。

脉冲时域反射法测距就是检测仪器的脉冲发生器产生一个脉冲电压波，在测量端通过引线注入到电缆故障相上，该脉冲电压波会沿着电缆线路向远端传播，当遇到故障点时，由于阻抗不匹配，会产生反射波返回到测量端。测量端的检测仪器会将发射脉冲和反射脉冲记录下来。根据波形上发射脉冲和反射脉冲的起始位置时间差推算出故障距离。断线故障反射脉冲和发射脉冲极性相同，低阻故障反射脉冲和发射脉冲极性相同。如图1所示。

目前基于脉冲时域反射法设计的电缆故障测距仪在波形采集、显示、分析上存在的主要不足是：检测仪器的发射的脉冲电压波存在一定的宽度，由于仪器的输出阻抗与电缆的波阻抗不匹配，电缆测量端上得到发射脉冲会存在“拖尾效应”，当故障点距离测量端很近，故障点反射脉冲与发射脉冲就会重叠，波形上无法找到反射脉冲的起始位置，造成显著的测量盲区，如图2所示；另外，仪器同时采集、显示发射脉冲和反射脉冲，当故障点距离测量端很远时，由于电缆的衰减效应，故障点反射脉冲幅值会远远小于发射脉冲，为了提高故障点反射脉冲幅值，往往需要提高仪器放大器增益，这样做常常会造成仪器脉冲信号采集放大电路饱和，出现所谓的“阻塞”现象，导致信号采集失真，不利于波形分析。

为了消除发射脉冲对测量结果的影响，消除“拖尾效应”，也有专利技术提到一种阻抗平衡网络，如图3所示，就是在仪器内部用电阻、电容、电感、脉冲变压器等元件模拟电缆阻抗网络特性，实现仪器内部阻抗和电缆阻抗匹配，达到消除发射脉冲影响的目的，但这种方法无法解决上述前置放大电路信号“阻塞”问题；同时，由于模拟阻抗与电缆真实阻抗无法完全匹配，又使用了大量的变压器元件，当电缆较长时，电缆的电感和电容与变压器T2会使发射脉冲形成较严重的震荡，造成波形杂乱，无法分辨。

在实际测量中，上述不足之处会造成波形分析困难，不易确定反射脉冲的起始时间，容易误判，导致不必要的经济损失。

发明内容

针对上述现有检测仪器的不足之处，经过大量的探索和经验总结，本发明提出了一种用于提高电缆故障测距精度的脉冲优化方法，一方面大大减小了检测仪器的测距盲区，测量时不会产生震荡波形，同时避免了脉冲信号采集放大电路的“阻塞”现象。新方法使电缆故障测距波形简洁、清楚、易于分析。

按照本发明提供的技术方案，所述的用于提高电缆故障测距精度的脉冲优化方法是：利用脉冲时域反射法进行电缆故障测距时，产生一个发射脉冲电压波，分两路连接到脉冲变压器原边的两端，其中一路发射脉冲正常注入电缆，另一路发射脉冲在AD采集前抵消注入电缆的发射脉冲，使脉冲变压器副边AD采集到的信号中只有电缆故障点的反射脉冲，而没有发射脉冲。

所述脉冲变压器原边两端的发射脉冲幅值相同、极性相同。

本发明还设计了一种用于提高电缆故障测距精度的脉冲发生电路，其包括：发射脉冲产生电路、一阶无源高通滤波器、2路对称的发射脉冲分离电路、电缆接口电路和脉冲变压器，发射脉冲产生电路的输出连接一阶无源高通滤波器，一阶无源高通滤波器的输出分别通过2路对称的发射脉冲分离电路连接脉冲变压器原边的两端，其中一路发射脉冲分离电路还连接电缆接口电路，脉冲变压器的副边连接AD采集的电路；所述发射脉冲产生电路将特定宽度脉冲通过驱动N沟道增强型mosfet三极管输出发射脉冲，然后由一阶无源高通滤波器滤除信号中的低频分量，再经过2路对称的发射脉冲分离电路在脉冲变压器的原边产生2个幅值相同、极性相同的发射脉冲，其中一路发射脉冲还通过电缆接口电路注入故障电缆，所述电缆接口电路同时用于接收电缆故障点反射脉冲信号，脉冲变压器副边输出的发射脉冲被抵消，AD采集的信号中就只有电缆故障点的反射脉冲。

具体的，所述脉冲变压器采用隔离脉冲变压器。