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1、电缆断点故障的测距系统毕业论文第一章绪论电缆是信息交互的主要媒质之一对整个通信系统的可靠性以及某些性能指标具有举足轻重的影响。为了快速准确的找到通讯电缆故障所发生的位置，及时修复故障线路，确保整个通讯网络的安全稳定运行，减少因通讯线路故障带来的经济损失，节省巡线的人力和物力。因此，研究通讯线路故障的测试方法，开发出行之有效的故障检测装置是非常有必要的。今二十年来，国外学者在通讯线路故障测距，特别是对架空通讯线路故障测距做了大量的研究工作，研究出许多实用的方法。比较架空线路和掩埋电缆线路，在故障测距方面，虽然两者之间有相同之处，但也存在着明显的不同之处。比如，架空线路较长其故障可以观测，测距结果
2、相对来说比较粗略，其结果可以与实际故障距离误差数百米甚至上千米，但对于长度相对较短的通讯线路来说，因为通讯线路故障是不可观测，如果结果是相差数百米，那么就已失去了测距的价值。因此，通讯线路要求有更为精确的测距方法。本文的任务就是在现有的通讯线路故障测距方法的基础上，通过从原理和方法进行深入的研究，设计出原理上更加准确、工程上更加实用的故障测试方法。 第二章 通讯电缆的故障及分类2.1通讯线路故障分类通讯电缆线路故障按损伤部位可分为芯线损伤和不同相之间及相对地之间绝缘介质损伤产生的故障。前者表现为开路及断线，很少见；后者经常碰到。电缆故障的性质分类有很多，通常有一下的几种：1. 开路路故障凡是电
3、缆绝缘阻值无穷大或虽与正常电阻的绝缘值想通，单思安呀不能反馈至用用户端的故障。（低压脉冲测试时故障有反应，且发射脉冲和返回脉冲的波形相同）。2. 短路故障凡是电缆故障点的绝缘电阻小于该线缆的特性阻抗，甚至直流电阻为零的故障均称为低阻故障 或是短路故障（低压脉冲测试时故障有反应，且发射脉冲和返回脉冲的波形相反）。3. 高阻故障电缆故障点的直流电阻大于该电缆的特性阻抗的故障均称为高阻故障（抵押脉冲测试故障时没有反射）。高阻故障可分为两种故障形式：1) 高阻泄漏性故障：在做电缆高压绝缘试验时，泄漏电流随试验电压的升高而增加，试验电压升高到额定值时（有时还远远达不到额定值），而泄漏电流超过了允许值。2
4、) 高阻闪络性故障：试验电压升至某值时，泄漏电流突然升高，监视泄漏电流的表针闪络性摆动，电压稍下降时，此现象消失，但电缆绝缘仍有极高的阻值。电缆故障点可用图所示的电路来等效。图2.1中Rf为绝缘电阻，G是击穿电压为Vf的击穿间隙，Cf为局部分布电容。Rf、G、Cf数值随不同的故障情况变化很大，并且互相之间并没有必然的联系。间隙击穿电压Vf的大小取决于放电通道的距离。电阻Rf的大小取决于电缆介质的碳化程度。而电容Cf数值很小，一般可以忽略。根据故障电阻与击穿间隙情况，电缆故障可分为开路、低阻与高阻故障。图2-1 电缆故障等效图2.2通讯线路故障产生的原因致使通讯电缆发生故障的原因有很多方面，现将
5、常见的几种主要的原因归纳如下：1. 机械损伤。很多故障是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。有时如果损伤轻微，在几个月甚至几年后损伤部位才发展到铠装、铅（铝）护套穿孔，潮气侵入而导致损伤部位彻底崩溃形成故障。直接受外力作用造成的损伤主要有施工和交通运输所造成的损坏。例如，挖土打桩、起重、搬运等都可能误伤电缆。行驶车辆的振动或冲击性负荷，也会造成穿越公路或铁路以及靠近公路或铁路并与之平行敷设的电缆的铅（铝）护套的疲劳裂损，形成故障。2. 线路外皮的电腐蚀。如果通讯电缆埋设在附近有强地下电场的地面下（如大型行车、电力机车轨道附近），往往出现电缆
6、外皮铅（铝）护套腐蚀致穿的现象，导致潮气侵入，绝缘破坏3。3. 化学腐蚀。通讯电缆路径在有酸碱作业的地区通过，或煤气站的苯蒸汽往往造成电缆铠装和铅（铝）护套大面积长距离被腐蚀。4. 自然力造成损坏。这方面的损坏主要包括：中间接头 、终端头受自然拉力和部绝缘胶膨胀的作用所造成的电缆护套的裂损。因电缆自然胀缩和土壤下沉所形成的过大拉力，拉断中间接头或导体以及终端头护套因受力而破损等。地面下沉现象往往发生在电缆穿越公路、铁路及高大建筑物的地段，由于地面的下沉而使电缆垂直受形变，导致电铠装、铅（铝）护套破裂甚至折断而造成各种类型的故障。5. 电缆绝缘物的流失。尤其是油浸纸电缆， 电缆敷设时地沟凹凸不平
7、，或处在电杆上的户外头，由于电缆的起状、高低落差悬殊，高处的电缆绝缘油流向低处而使高处电缆绝缘性能下降，导致故障发生。6. 过热。造成电缆过热的因素有多方面的， 既有因，又有外因。因主要是电缆绝缘部气隙游离造成局部过热，从而使绝缘炭化；外因是电缆不符合产生过热。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的部分等，都会因本身过热而使绝缘加速损坏。长期运行，会使电缆的温度随之升高，尤其在炎热的夏季，电缆的温升常常导致电缆整体绝缘下降，薄弱处和对接头处首先被击穿。在夏季，电缆故障率高原因正在于此4。7. 拙劣的技工、 拙劣的接头与不按技术要求敷设电缆往往都是形成电缆故障的重要原因。在潮湿的气候
8、条件下做接头， 使接头封装物混入水气而耐不住实验电压，往往形成闪络性故障。8. 过电压。过电压主要是指大气过电压（雷击）和电缆部过电压。对实际故障进行的分析表明，许多户外终端头的故障是由于大气过电压引起的。电缆本身的缺陷也会导致在大气过电压的情况下发生故障。在对通讯电缆故障发生原因的分析中，极重要的是要特别注意了解电缆敷设中的情况。若电缆外表观察到可疑之点，则应查阅电缆安装敷设工作完成后的正确记录。这些记录应包括如下细节：铜芯或铝芯导线的截面积；绝缘方式；各个对接头的精确位置；三通接头的精确位置；电缆路径的走向；某一电缆到别的电缆或接头的情况（这一点要特别注意），以及两种不同截面积的电缆对接头
9、的精确位置和有无反常的敷设深度或者有特别的保护措施，如钢板、穿管和排管等；电缆敷设中的技工和技术员的（这也常常是提供重要线索的来源之一）；历次发生故障的地点及排除经过等。当欲快速定位故障时，所有这些资料是非常有价值的。由于制造缺陷而造成的电缆故障不多，因而对于事故的其他原因分析，应充分考虑到上述细节。第三章 线缆故障的测试方法及原理3.1电缆故障测试的方法任何电缆故障的测试，均以找到故障发生点为最终目的，但就其测试过程来说，一般分为三个步骤：一为故障距离粗测；二是寻找故障电缆埋设路径；三是精确定位故障点。在实际测试中，三个步骤是根据现场情况灵活运用的。3.1.1电缆故障粗测方法1) 电桥法：自
10、从有了地埋电缆以后，电缆故障的检测工作就成了必须解决的问题。最初的电缆故障粗测工作，是用电桥平衡测试原理进行的，当时曾用过电阻电桥、电容电桥、低压电桥、高压电桥等。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，使用计算机技术后，现在也出现了具有更高智能化的电桥测试仪。2) 低压脉冲反射法：到了上世纪七八十年代，电缆故障测试普遍采用了闪测法测试，原理为低压脉冲反射法(也叫雷达法)。所用的仪器以电子管、晶体管电路为主，体积庞大。采用的显示器先后有示波管型闪测仪、存贮示波管型闪测仪等等。到了上世纪九十年代以后，随着
11、计算机技术的普遍应用，智能型电缆故障闪络测试仪(闪测仪)开始投入使用，采用的测试原理依旧是脉冲反射法。采用的闪测仪从显像管显示到液晶显示，普遍应用单片机电路进行控制，使电缆故障的粗测工作进入到一个新境界。3) 二次脉冲法：二次脉冲法其基本原理还是脉冲反射法，是近几年发展中的一种比较前沿的新的电缆故障粗测方法。其技术特点是：高阻故障呈现低压脉冲短路故障波形特征，容易判读。换句话讲，就是在用高压脉冲击穿高阻故障的瞬间，给故障电缆发射低压脉冲信号，用低压脉冲短路故障波形测试电缆高阻故障。与传统的测试方法相比,二次脉冲法的先进之处，是将冲击高压闪络法中的复杂波形简化为简单的低压脉冲短路故障波形。二次脉
12、冲法的关键是要给闪测仪加一个高频高压数据处理器。从测试原理讲，二次脉冲法的测试原理有其先进性，但是其测试仪器相对复杂，仪器使用也较普通的闪测仪复杂。3.1.2电缆路径探测方法采用电磁波进行路径探测，是一种很成熟的方法，实际应用效果也很好。区别在于探测的电缆长度、探测深度，信号频率等各不相同。现在市场上大量应用的路径探测仪器，多为探测停电电缆，探测电缆长度大于10KM，探测电缆深度大于2m，电磁波频率1KHZ20KHZ。如DTC206系列电缆路径探测仪，电磁波频率为16KHZ,路径仪信号源发射峰值功率大于100W,即使电缆埋深2m,路径仪接收信号仍然很大。电缆故障探测仪寻测电缆路径原理为：给被测
13、试电缆加一电磁波信号，通过定点仪磁信号接收路径信号寻测电缆路径。根据电缆正上方地面接收电磁信号最小的特点，可以准确地找到电缆埋设位置。1. 电缆故障精确定点方法电缆故障精确定点方法有以下几种：1) 声测法：采用声测法定点，是从过去到现在普遍采用电缆故障定点的方法。而且是最为行之有效的方法。只不过采用的仪器从过去简单的声电放大器，发展到了现在普遍使用的声磁同步定点仪。声测法定点对高压电缆、低压电缆、直埋电缆、电缆沟电缆等等均适用。2) 电磁法及音频法：用电磁波定点或采用音频法定点，即是利用电缆故障点前后电磁波信号或音频信号的变化来确定故障点，从原理上讲是可行的。但从目前情况看，还没有性能可靠的，
14、能实际应用的定点仪。或者说，采用电磁波定点的定点仪仍旧在各科研机构研发之中，还需实践中进一步验证提高，达到实际应用水平。3) 跨步电压法：采用跨步电压法定点，主要针对对电缆外护套绝缘有要求的外护套接地故障定点，现在对部分直埋的无铠装的低压电缆、电线芯线接地故障、也可以采用跨步电压法定点。4) 磁场预定点技术：电缆故障磁场预定点技术的原理为：通过高压直流脉冲发生器，使电缆的故障点产生电弧，在电弧存在期间，向电缆注入音频信号。此音频信号在电缆故障点，被电弧短路，不再继续向电缆终端传播。采用专用的接收机，接收电缆辐射出的音频电磁波信号，通过比较故障点前后的音频电磁波幅值大小的变化，判断接收机位于故障
15、点之前或之后，从而达到快速预定点的目的。电缆故障磁场预定点技术，是一种较新的故障定点手段，其概念的提出时间较短，仪器的研发和仪器使用时间也较短。故障预定点后，我们仍需要进行故障点的精确定点，然后才能开挖。5) 声磁同步法：是将声测法与电磁波法综合应用，例如DTC003系列声磁同步定点仪，采用了声测法定点与声磁同步定点法相结合定点原理。声测法定点时，定点仪声表头指示声测探头接收到的地震波，同时耳机也反映声测探头接收到的地震声波。在故障点正上方，声波信号最大，离开故障点，声波信号减少，或者无声波信号。声磁同步法定点时，声表头反映声测探头接收到的地震声波，磁表头和耳机同时指示故障点放电时同步接收天线
16、接收到的电磁波。当声测探头放置在故障点上方时，定点仪二个表头指示及耳机声音同步。在未接收到声波信号时，利用声磁同步电磁波接收功能，能够及时掌握球间隙放电节律，有利于在噪杂的环境中分辨出故障点微弱声波信号。另外，声磁同步定点仪可以将故障定点和电缆路径探测工作同步进行，大大提高故障定点效率。采用声磁同步技术的定点仪，是目前应用最广的电缆故障定点仪。第四章低压脉冲反射法工作原理4.1 工作原理测量电缆故障时，电缆可视为一条均匀分布的传输线，根据传输线(长线)理论，在电缆一端加脉冲电压，则此脉冲按一定的速度 (决定于电缆介质的介电常数和导磁系数)沿线传输，当脉冲遇到故障点(或阻抗不均匀点)就会发生反射，用闪测仪记录下发送脉冲和反射脉冲之间的传输时间T，则可按已知的传输速度V来计算出故障点的
