基于分布式參數電路模型檢測電纜故障

“十二五”期間，國家將投巨資進行電網升級改造，如何做到迅速查找電纜故障點并予以修復，是智能電網建設的一項重要內容。
　電纜在運行過程中，易受砸、壓、碰以及有害物質的腐蝕，發生漏電、短路、斷線等故障。電纜的故障是電力系統安全運行的薄弱環節，因電纜斷路、短路引發的各類重大事故的案例屢見不鮮。另外，電纜鋪設具有隱蔽性，傳輸距離較長，查找故障點十分困難。
　本文利用電力電纜的分布式參數特征，在反射法基礎上，以SoPC為硬件，設計了一種電力電纜故障點檢測系統，及時發現并定位電力電纜故障，提高現場故障判斷的準確性、快速性，對于用電安全具有重要意義，應用前景廣泛。
1 分布參數模型檢測電纜故障點原理
　為檢測電纜故障類型及其位置，在電纜上發送的信號波長遠小于電纜長度，即可把電纜看成分布參數模型[1]，若電纜分布式參數沿線均勻，則電纜上信號電壓通解為：

　利用長線終端開路、短路等不同情況，反射系數也不同，來判斷故障類型，進而判斷故障點大致位置。

　比較圖1和圖2可以發現，信號電壓和電流峰值位置不同，阻抗的性質也不同，將反射信號波形顯示出來，通過波形可判斷故障性質。
利用信號的傳播速度，測出發送、接收信號的時間差Δt，即可通過L=ν·Δt/2，計算出故障點位置。其中，ν為發射信號的傳播速度。
2 電纜故障點檢測設備的硬件架構
　以SoPC為硬件，電纜故障點檢測系統的硬件架構如圖3所示。NiosⅡ軟核CPU及各種所需的外設均通過SoPC Builder集成在一片FPGA中[3]，構成本系統所需硬件的可重構部分，實現真正的可編程片上系統。為了在低成本情況下完成預定功能，選擇了Cyclone FPGA系列器件中的EP1C6。EP1C6無論是從邏輯資源還是存儲器均能滿足設計要求。