[发明专利]基于SOPC技术的电缆故障在线检测与定位装置

说明书

技术领域

本发明属于电工技术领域，特别涉及一种针对电缆故障的在线检测与定位装置。

背景技术

电力化、信息化社会的发展使得作为能量和信息传递媒介的电缆的应用范围越来越广泛，航空航天、公共运输、家居生活都离不开电缆提供电力的传输和信号的传送。在这些应用领域中，电缆常常深埋于地下、墙体中、汽车和航空航天器的结构之中，而不像传统的输配电线路大量使用高架线，电线裸露在外，这样的安装方式给电缆故障的检测与维护带来了很大的麻烦。

电缆长期处于振动、辐射、冷热等复杂的环境下工作，随着时间的增长，会出现绝缘磨损、老化、腐蚀等电缆破损情况，继而导致出现短路、断路、电弧等不可复现的间断性故障，最终导致电缆的短路、断路故障。

为了解决电缆故障，电缆故障的检测与定位工作就成了必须解决的问题。现阶段，国内外的电缆故障检测与定位大量采用阻抗法和时域反射法，这两种方法都是离线检测。

最初的电缆故障粗测工作，是利用电桥平衡测试原理进行的。用电桥原理测试电缆故障距离，曾是上世纪六七十年代普遍采用的方法。到了2000年以后，使用电桥法测试原理的仪器还继续使用并且有所发展，这种方法历史时间长，电路实现简单，成本和体积都容易控制，但是这种方法测量时必须对电缆两端同时操作，对操作人员要求较高且操作麻烦，测量精度受人为因素影响较大。

应用时域反射技术进行电缆故障定位的测量原理经过十多年的发展已经成熟，目前被广泛应用于电缆故障的检测与定位当中，该方法测量时只需一人单端操作，测量仪表自动完成故障距离和故障类型的判定，基本不受人为因素的影响，但是这种方法由于入射的检测信号采用单一的直流电压脉冲，因而易受干扰，测量精度较差，且只能应用于离线电缆故障的检测与判断中。

综上所述，现阶段的电缆故障检测与定位方法只能够对电缆故障进行离线的检测与定位，对于电缆上出现的短路、断路、电弧等不可复现的间断性故障不能够进行很好的检测与定位，从而给电缆的安全运行带来了极大的隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种基于SOPC技术的电缆故障在线检测与定位装置，其可实现对电缆故障的实时检测与定位，具有测试准确、测试精度高、抗干扰能力强、集成度高等特点。

本发明为解决以上技术问题，所采用的技术方案是：

一种基于SOPC技术的电缆故障在线检测与定位装置，包括带NIOS II软核处理器的FPGA模块、高速DA模块、信号调理模块、隔离耦合模块和高速AD模块，其中，FPGA模块产生用于电缆故障检测的检测信号，经过高速DA模块转换为模拟信号，再经过信号调理模块转换为合适幅值的检测信号，经过隔离耦合模块耦合到处于工作状态的被测电缆中，同时从隔离耦合模块接收电缆故障点的反射信号，经过高速AD模块转换为数字信号送入构建有NIOS II软核处理器的FPGA模块中经过相关运算与故障检测与定位算法得到被测电缆的故障类型及故障距离信息。

其中，利用带NIOS II软核处理器的FPGA模块产生检测所用的高频检测信号，该高频检测信号为m序列与正弦波1∶1的调制信号，m序列利用硬件描述语言实现，正弦波信号的产生基于带NIOS II软核处理器的FPGA模块内部自带的存储器，采用查表的方式实现，并利用产生的正弦波的二进制序列的最高位作为产生m序列的驱动时钟，从而使得正弦波的频率与m序列的频率相同，实现准确的1∶1调制。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

(1)利用FPGA来实现电缆故障检测信号的产生，使得检测信号的产生具有可编程的特性，从而使得其能够灵活的应用于各种长度电缆的测试，使得测试具有更大的灵活性；

(2)能够实现对电缆中出现的不可复现的间断性短路、断路、电弧故障的检测；

(3)隔离耦合模块能够实现对被测装置与待测电缆的电气隔离，同时将检测信号耦合到被测的电缆中；

(4)利用FPGA实现故障检测算法，由于FPGA并行处理的能力，使得该检测装置具有很强的实时性；

(5)将检测信号产生及电缆故障检测与定位算法集中于FPGA内部实现，大大提高了检测装置的灵活性及集成度；

(6)可以实现对低频电力电缆和高频信号电缆的检测，通用性强；

(7)利用NIOS II软核处理器实现本系统，减少了装置上所用器件的数量，可以大大减小板上面积，提高系统的集成度、可靠度，同时由于采用软核实现，可以实现不间断的升级与维护。

附图说明