抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)及方法，屬于電力電纜故障探測領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)高壓電纜一般采取單相成纜結(jié)構(gòu)形式。單相電纜受線芯交變電流產(chǎn)生的磁場的影響，金屬護(hù)層上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。為了避免感應(yīng)電動(dòng)勢在金屬護(hù)層中產(chǎn)生環(huán)流，進(jìn)而造成能量損耗和電纜發(fā)熱，單相電纜金屬護(hù)層一般采取單點(diǎn)接地或者交叉互聯(lián)接地方式。然而，高壓電纜發(fā)生護(hù)層故障時(shí)，故障位置金屬護(hù)層產(chǎn)生接地點(diǎn)，破壞了單相電纜金屬護(hù)層單點(diǎn)接地形式，因此，高壓電纜護(hù)層故障必須查找和處理。查找高壓電纜護(hù)層故障的關(guān)鍵步驟是故障測距，目前，高壓電纜護(hù)層故障測距主要有傳統(tǒng)電橋法、電壓比較法和直流電阻法。

傳統(tǒng)電橋法的測試方法如圖11所示，傳統(tǒng)電橋法將電橋兩臂分別連接故障電纜護(hù)層4和非故障電纜護(hù)層5，然后通過導(dǎo)線將故障電纜護(hù)層4和非故障電纜護(hù)層5進(jìn)行短接，調(diào)節(jié)電橋可調(diào)電阻rw1~rw2，使電橋平衡，根據(jù)電橋平衡原理，利用如下公式計(jì)算出電纜故障點(diǎn)到測試端的距離：

其中：l是電纜的全長（即a點(diǎn)和b點(diǎn)之間的長度），lx是電纜故障點(diǎn)到測試端的距離（即a點(diǎn)和c點(diǎn)之間的長度），rw1、rw2分別是電橋兩臂的平衡電阻，rf2是故障電纜護(hù)層4中故障點(diǎn)c的接地電阻。

傳統(tǒng)電橋法存在有如下缺陷：（1）電橋電源電壓低，該方法不能測試高阻故障。（2）電橋法需要非故障電纜的配合，否則無法進(jìn)行測試。（3）即使存在非故障電纜，由于在測試回路中，故障電纜和非故障相電纜之間圍成的測試回路的面積不為零，所以容易引入現(xiàn)場電磁感應(yīng)干擾，因此電橋調(diào)節(jié)平衡比較困難。（4）現(xiàn)場中雖然采用正、反兩次接入求均值的方法抵消干擾影響，但是因?yàn)閮纱螠y試的時(shí)刻不同，而現(xiàn)場干擾往往并非固定不變，因此這種方法消除干擾的效果不理想。

電壓比較法的測試方法如圖12~13所示，電壓比較法同樣通過導(dǎo)線將故障電纜護(hù)層4和非故障電纜護(hù)層5進(jìn)行短接，在測試端將一恒流源e2先后接入故障電纜護(hù)層4和非故障電纜護(hù)層5，然后測量兩次接線中故障電纜護(hù)層4和非故障電纜護(hù)層5之間的電壓，根據(jù)電纜線路長度與導(dǎo)體電阻成比例的原理，可以計(jì)算出電纜故障點(diǎn)到測試端的距離：

式中l(wèi)是電纜的全長（即a點(diǎn)和b點(diǎn)之間的長度），lx是電纜故障點(diǎn)到測試端的距離（即a點(diǎn)和c點(diǎn)之間的長度），u1是第一次測量的電壓，u2是第二次測量的電壓，rf3是故障點(diǎn)接地電阻。

電壓比較法不需要調(diào)零。但是由于同樣需要非故障相配合，而故障電纜和非故障相電纜之間圍成的測試回路的面積同樣不為零，因此電壓比較法仍然存在易受現(xiàn)場電磁感應(yīng)干擾的問題。另外，電壓比較法必須進(jìn)行兩次測試，而兩次測試的時(shí)刻不同，測試中受到的現(xiàn)場干擾也不同且無法抵消，因此測量結(jié)果往往存在明顯的誤差。雖然可以采取改變注入電流極性并且多次測量求平均的方法減小干擾的影響，但現(xiàn)場應(yīng)用效果仍然不理想。

傳統(tǒng)的直流電阻法的測試方法如圖14所示，直流電阻法在故障電纜的遠(yuǎn)端（圖中b點(diǎn)端）直接將故障電纜的故障電纜芯線3與故障電纜護(hù)層4短接，在測試端（圖中a點(diǎn)端）將一電壓源e3接入故障電纜護(hù)層4，并通過電壓表和毫安表測量故障電纜芯線3與故障電纜護(hù)層4之間的電壓u和流入護(hù)層的電流i，根據(jù)歐姆定律算出故障電纜的故障點(diǎn)c到測試端之間護(hù)層電阻的阻值，然后該阻值除以其電阻率ρ，計(jì)算得到電纜故障段的長度lx：

其中：u和i分別為故障電纜芯線3與故障電纜護(hù)層4之間的電壓和流入故障電纜護(hù)層的電流，ρ為故障電纜護(hù)層4的電阻率。

直流電阻法相比較傳統(tǒng)電橋法和電壓比較法具有不需要調(diào)零，測量單芯高壓電纜護(hù)層故障距離時(shí)也不需要非故障相配合的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于測量回路中芯線和護(hù)層圍成的面積為零，因此直流電阻法不易受現(xiàn)場電磁感應(yīng)干擾影響。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的直流電阻法存在易受大地雜散電流干擾的影響的問題，因而容易造成電纜護(hù)層故障距離測量不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)及方法，通過設(shè)置電壓測量單元和電流測量單元，將故障段護(hù)層兩端電阻對應(yīng)的電壓值和故障電纜護(hù)層中所形成的故障電流大小同時(shí)送入微處理器模塊中，避免了因?yàn)闇y量不同時(shí)而導(dǎo)致的電流測量誤差和電壓測量誤差不能抵消的問題，大大降低了大地雜散電流干擾的影響。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)，包括發(fā)生護(hù)層故障的故障電纜，在故障電纜的故障電纜護(hù)層上因故障形成故障點(diǎn)，故障電纜的兩端分別為測量端和遠(yuǎn)端，故障點(diǎn)和測量端之間為故障段，在故障電纜護(hù)層中故障段所對應(yīng)的為故障段護(hù)層，在遠(yuǎn)端將故障電纜護(hù)層和其內(nèi)部的故障電纜芯線短接，在測量端設(shè)置有接入故障電纜護(hù)層的電壓源，其特征在于：設(shè)置有用于測量、轉(zhuǎn)換故障段護(hù)層所對應(yīng)電阻兩端電壓值的電壓測量單元、用于測量、轉(zhuǎn)換所述的電壓源在故障電纜護(hù)層中所形成的故障電流所對應(yīng)的采樣電壓大小的電流測量單元，電壓測量單元和電流測量單元的輸出端同時(shí)與微處理器模塊相連。

優(yōu)選的，所述的電壓測量單元包括：

電壓信號(hào)濾波模塊，其輸入端接入故障段護(hù)層所對應(yīng)電阻兩端的電壓信號(hào)，用于對該電壓信號(hào)進(jìn)行低通濾波；

電壓信號(hào)放大模塊，其輸入端連接電壓信號(hào)濾波模塊的輸出端，用于對電壓信號(hào)進(jìn)行放大；

電壓信號(hào)vfc模塊，其輸入端連接電壓信號(hào)放大模塊的輸出端，用于將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖串信號(hào)，電壓信號(hào)vfc模塊與所述的微處理器模塊相連。

優(yōu)選的，所述的電流測量單元包括：

電流信號(hào)濾波模塊，其輸入端接入故障電流經(jīng)采樣電阻轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)，用于對該電壓信號(hào)進(jìn)行低通濾波；

電流信號(hào)放大模塊，其輸入端連接電流信號(hào)濾波模塊的輸出端，用于對故障電流采樣轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)進(jìn)行放大；

電流信號(hào)vfc模塊，其輸入端連接電流信號(hào)放大模塊的輸出端，用于將電流信號(hào)放大模塊輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖串信號(hào)，電流信號(hào)vfc模塊與所述的微處理器模塊相連。

優(yōu)選的，所述的電壓測量單元和電流測量單元采用兩個(gè)獨(dú)立的通路，且電壓測量單元中的電壓信號(hào)濾波模塊和電流測量單元中的電流信號(hào)濾波模塊采用相同的電路形式，電壓信號(hào)濾波模塊和電流信號(hào)濾波模塊中各個(gè)對應(yīng)元器件的規(guī)格相同；電壓信號(hào)濾波模塊和電流信號(hào)濾波模塊的截止頻率均小于等于5hz。

優(yōu)選的，所述的微處理器模塊包括單片機(jī)以及兩組分別與電壓測量單元和電流測量單元一一對應(yīng)的光耦隔離模塊和非門模塊，電壓測量單元和電流測量單元的輸出端分別經(jīng)過各自的光耦隔離模塊以及非門模塊分別與單片機(jī)內(nèi)置的不同計(jì)數(shù)器的輸入管腳相連。

優(yōu)選的，所述的電壓源為直流高壓電壓源。

一種抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，將故障電纜芯線和故障電纜護(hù)層在故障電纜的遠(yuǎn)端進(jìn)行短接；

步驟2，電壓源一端連接大地，另一端串聯(lián)電流測量單元后在測量端接入故障電纜護(hù)層，電壓測量單元連接在在測量端的故障電纜護(hù)層與故障電纜芯線之間；

步驟3，開始進(jìn)行故障電纜故障段距離的測量；

步驟4，微處理器同時(shí)分別得到電流測量單元測量、轉(zhuǎn)換得到的故障電流所對應(yīng)的信號(hào)和電壓測量單元測量、轉(zhuǎn)換得到的故障段護(hù)層兩端電阻電壓值所對應(yīng)的信號(hào)；

步驟5，微處理器模塊根據(jù)步驟4中由電流測量單元送入信號(hào)根據(jù)故障電流計(jì)算公式計(jì)算得到故障電纜護(hù)層中故障電流的大小；微處理器模塊根據(jù)步驟4中由電壓測量單元送入的信號(hào)通過電壓計(jì)算公式計(jì)算得到故障段護(hù)層所對應(yīng)電阻兩端的電壓值；

步驟6，計(jì)算得到故障電纜中故障段的長度；

微處理器模塊根據(jù)公式：

計(jì)算得到故障段的長度，其中，lx表示故障段的長度，u表示步驟5中電壓計(jì)算公式計(jì)算得到故障段護(hù)層所對應(yīng)電阻兩端的電壓值，i表示步驟5中故障電流計(jì)算公式計(jì)算得到故障電纜護(hù)層中的故障電流的大小，ρ為故障電纜護(hù)層的電阻率。

優(yōu)選的，所述的電壓計(jì)算公式為：

式中，t是微處理器模塊中單片機(jī)內(nèi)置計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間，dv是單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間內(nèi)電壓信號(hào)的計(jì)數(shù)值，rs1是電壓測量單元中電壓信號(hào)vfc模塊輸入管腳的輸入電阻，is1是電壓測量單元中電壓信號(hào)vfc模塊內(nèi)置電流源的電流值，r5、r6分別是電壓測量單元中電壓信號(hào)放大模塊放大電阻的阻值，fin1是電壓測量單元中電壓信號(hào)vfc模塊的時(shí)鐘頻率；

所述的故障電流計(jì)算公式為：

式中，t是微處理器模塊中單片機(jī)內(nèi)置計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間，di是單片機(jī)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間內(nèi)電流信號(hào)的計(jì)數(shù)值，rs2是電流測量單元中電流信號(hào)vfc模塊輸入管腳的輸入電阻，is2是電流測量單元中電流信號(hào)vfc模塊內(nèi)置電流源的電流值，r2是將故障電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的采樣電阻的阻值，r8、r9是電流測量單元中電流信號(hào)放大模塊中放大電阻的阻值，fin2是電流測量單元中電流信號(hào)vfc模塊的時(shí)鐘頻率。

優(yōu)選的，所述的單片機(jī)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間t大于等于40ms，所述的電流信號(hào)vfc模塊和電壓信號(hào)vfc模塊的時(shí)鐘頻率均為500khz。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是：

1、在本抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)及方法中，通過設(shè)置電壓測量單元和電流測量單元，將故障段護(hù)層所對應(yīng)電阻兩端電壓值和故障電纜護(hù)層中所形成的故障電流大小同時(shí)送入微處理器模塊中，避免了因?yàn)闇y量不同時(shí)而導(dǎo)致的電流測量誤差和電壓測量誤差不能抵消的問題，大大降低了故障距離測量時(shí)大地雜散電流干擾的影響。

2、本發(fā)明采用低通濾波器和vfc模塊，分別處理和采集、轉(zhuǎn)換故障段護(hù)層電阻兩端電壓信號(hào)值和故障電纜護(hù)層中故障電流所對應(yīng)的電壓信號(hào)，而vfc模塊本身也具有低通濾波的效果，這樣就降低了大地雜散電流干擾中高頻分量對測量的影響。

3、在電流測量單元和電壓測量單元中采用相同電路形式的低通濾波器，并且令電路pcb布局一致、元器件取值相同且采用精密器件，這樣就能夠保證大地雜散電流干擾中低于低通濾波器截止頻率的分量在電流和電壓測量結(jié)果中占有相同的比例，從而可以在求取測距結(jié)果中完全消除干擾，最終保證高壓電纜護(hù)層故障測距的精度。

4、本發(fā)明抗大地雜散電流干擾的能力強(qiáng)，因此測試中對直流高壓發(fā)生器紋波系數(shù)的要求低，而且由于測量穩(wěn)定性高，因此藉由多次測量取平均可進(jìn)一步提高故障測距的精度。

5、將電壓信號(hào)濾波模塊和電流信號(hào)濾波模塊的截止頻率設(shè)定為較低的小于等于5hz，起到了減輕大地雜散電流干擾的影響的效果。

附圖說明

圖1為抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)測量結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)原理方框圖。

圖3~4為抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)電壓信號(hào)濾波模塊及電流信號(hào)濾波模塊電路原理圖。

圖5為抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)電壓信號(hào)放大模塊電路原理圖。

圖6為抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)電流信號(hào)放大模塊電路原理圖。

圖7~8為抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)電壓信號(hào)vfc模塊及電流信號(hào)vfc模塊電路原理圖。

圖9為抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)微處理器模塊電路原理圖。

圖10為抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距方法流程圖。

圖11為現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)電橋法測量結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12~13為現(xiàn)有技術(shù)中電壓比較法測量結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14為現(xiàn)有技術(shù)中直流電阻法測量結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、電壓測量單元2、電流測量單元3、故障電纜芯線4、故障電纜護(hù)層5、非故障電纜護(hù)層。

具體實(shí)施方式

圖1~10是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖1~14對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1~2所示，抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)，包括發(fā)生故障的故障電纜，故障電纜的故障電纜護(hù)層4上因故障形成故障點(diǎn)，在故障電纜護(hù)層4內(nèi)部有故障電纜芯線3。在故障電纜護(hù)層4上設(shè)置有三點(diǎn)：a點(diǎn)、b點(diǎn)和c點(diǎn)，定義a點(diǎn)處為故障電纜的測量端，b點(diǎn)處為故障電纜的遠(yuǎn)端，其中a點(diǎn)與b點(diǎn)之間的距離為故障電纜護(hù)層4的總長度，定義該距離為長度l。c點(diǎn)為故障電纜護(hù)層4上的故障點(diǎn)，并定義點(diǎn)a與點(diǎn)c之間為故障電纜護(hù)層4的故障段，故障段在故障電纜護(hù)層4中所對應(yīng)的區(qū)段為故障段護(hù)層，其長度為lx，則故障電纜護(hù)層4上點(diǎn)b與點(diǎn)c之間的距離為長度l-lx，故障點(diǎn)c的接地電阻為電阻rf1。

抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距系統(tǒng)，還包括電壓測量單元1和電流測量單元2、直流高壓電源hv1以及電阻r1~r2，首先在故障電纜的遠(yuǎn)端將故障電纜護(hù)層4與故障電纜芯線3進(jìn)行短接，直流高壓電源hv1一端連接大地，另一端串聯(lián)電流測量單元2后在測量端接入故障電纜護(hù)層4，電壓測量單元1在測量端連接在故障電纜護(hù)層4和故障電纜芯線3之間。

電壓測量單元1包括電壓信號(hào)濾波模塊、電壓信號(hào)放大模塊以及電壓信號(hào)vfc模塊，電流測量單元2包括電流信號(hào)濾波模塊、電流信號(hào)放大模塊以及電流信號(hào)vfc模塊。直流高壓電源hv1的輸出正極連接大地，接地電阻rf1一端連接大地，另一端連接故障點(diǎn)c。直流高壓電源的輸出負(fù)極串聯(lián)電阻r1之后同時(shí)并聯(lián)電流信號(hào)濾波模塊的輸入端以及電阻r2的一端，電阻r2的另一端同時(shí)并聯(lián)電路接地端以及電阻rcable的另一端。電壓信號(hào)濾波模塊的輸出端連接電壓信號(hào)放大模塊的輸入端，電壓信號(hào)放大模塊的輸出端連接電壓信號(hào)vfc模塊的輸入端；電流信號(hào)濾波模塊的輸出端連接電流信號(hào)放大模塊的輸入端，電流信號(hào)放大模塊的輸出端連接電流信號(hào)vfc模塊的輸入端，電壓信號(hào)vfc模塊和電流信號(hào)vfc模塊的輸出端同時(shí)連接微處理器模塊的信號(hào)輸入端口。電阻rcable為故障電纜護(hù)層4中故障段護(hù)層的電阻，即點(diǎn)a與點(diǎn)c之間護(hù)層的電阻。

故障段護(hù)層電阻rcable兩端電壓由電壓信號(hào)濾波模塊進(jìn)行低通濾波，其輸出后進(jìn)入電壓信號(hào)放大模塊進(jìn)行信號(hào)放大，信號(hào)放大后經(jīng)過電壓信號(hào)vfc模塊轉(zhuǎn)換變成脈沖串輸出，電壓信號(hào)脈沖串送入微處理器模塊中單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)、運(yùn)算，求出故障段護(hù)層電阻rcable兩端電壓的值。

輸入故障電纜護(hù)層4中的電流通過采樣電阻（電阻r2）取樣轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)由電流信號(hào)濾波模塊低通濾波，其輸出進(jìn)入電流信號(hào)放大模塊進(jìn)行信號(hào)放大，信號(hào)放大后經(jīng)過電流信號(hào)vfc模塊變成脈沖串輸出，電流信號(hào)脈沖串送入微處理器模塊中單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)、運(yùn)算，求出故障電纜護(hù)層4中電流的值。單片機(jī)系統(tǒng)利用故障段護(hù)層電阻兩端電壓的值和故障電纜護(hù)層4中電流的值計(jì)算出電纜護(hù)層故障的距離。

如圖3所示，上述的電壓信號(hào)濾波模塊和電流信號(hào)濾波模塊采用兩組相同的電路實(shí)現(xiàn)：其中電壓信號(hào)濾波模塊采用由電阻r3和電容c1組成的一階rc低通濾波電路。電阻r3的一端以及接地端為低通濾波電路的信號(hào)輸入端，電阻r3的另一端和接地端之間并聯(lián)電容c1，電容c1的兩端為低通濾波電路的信號(hào)輸出端。

電流信號(hào)濾波模塊采用由電阻r4和電容c2組成的一階rc低通濾波電路。電阻r4的一端以及接地端為低通濾波電路的信號(hào)輸入端，電阻r4的另一端和接地端之間并聯(lián)電容c2，電容c2的兩端為低通濾波電路的信號(hào)輸出端。

故障段護(hù)層電阻rcable兩端的電壓信號(hào)以及輸入故障電纜護(hù)層4中的電流采樣轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)分別接入各自的低通濾波電路的信號(hào)輸入端，經(jīng)過由精密電阻和精密電容組成的截止頻率為2.1hz的一階rc低通濾波器后，濾波信號(hào)由電容兩端輸出。

如圖5所示，上述的電壓信號(hào)放大模塊包括二極管d1~d4、電阻r5~r7以及集成運(yùn)算放大器u1。電壓信號(hào)放大模塊的輸入正極依次并聯(lián)二極管d1的陽極、二極管d2的陰極、二極管d3的陽極、二極管d4的陰極以及集成運(yùn)算放大器u1的同相輸入端，電壓信號(hào)放大模塊的輸入負(fù)極以及二極管d1的陰極、二極管d2的陽極連接接地端。二極管d3的陰極、二極管d4陽極同時(shí)連接電阻r7的一端以及集成運(yùn)算放大器u1的反相輸入端，電阻r7的另一端同時(shí)并聯(lián)電阻r5~r6的一端，電阻r6的另一端連接集成運(yùn)算放大器u1的輸出端，電阻r5的另一端接地。

在電壓信號(hào)放大模塊中，由二極管d1~d4起到對輸入信號(hào)限幅保護(hù)的作用，二極管d1~d4采用快速回復(fù)二極管實(shí)現(xiàn)，如fr107。輸入電壓信號(hào)放大模塊的信號(hào)經(jīng)精密電阻r5~r6配合集成運(yùn)算放大器u1組成的放大電路放大后進(jìn)行輸出，集成運(yùn)算放大器u1采用型號(hào)為tlc2652的集成運(yùn)放芯片實(shí)現(xiàn)。

如圖6所示，上述的電流信號(hào)放大模塊包括二極管d5~d18、電阻r8~r9以及集成運(yùn)算放大器u2。電流信號(hào)放大模塊的輸入正極依次并聯(lián)二極管d5的陽極、二極管d16的陰極、二極管d17的陽極、二極管d18的陰極以及集成運(yùn)算放大器u2的同相輸入端；二極管d5的陰極依次串聯(lián)二極管d6~d10后連接接地端，二極管的d11的陽極與電流信號(hào)放大模塊的輸入負(fù)極同時(shí)連接接地端，二極管d11的陰極依次串聯(lián)二極管d12~d15后連接二極管d16的陽極。二極管d17的陰極、二極管d18陽極同時(shí)連接電阻r8~r9的一端以及集成運(yùn)算放大器u2的反相輸入端，電阻r9的另一端連接集成運(yùn)算放大器u2的輸出端，電阻r8的另一端接地。

在電流信號(hào)放大模塊中，由二極管d5~d10以及二極管d11~d16串聯(lián)組成的兩組二極管起到對輸入信號(hào)限幅保護(hù)的作用，二極管d5~d16采用快速回復(fù)二極管實(shí)現(xiàn)，如fr107。輸入電壓信號(hào)放大模塊的信號(hào)經(jīng)精密電阻r8~r9配合集成運(yùn)算放大器u2組成的放大電路放大后進(jìn)行輸出，集成運(yùn)算放大器u2采用型號(hào)為op-07的集成運(yùn)放芯片實(shí)現(xiàn)。

如圖7~8所示，上述的電壓信號(hào)vfc模塊以及電流信號(hào)vfc模塊采用兩組電路設(shè)置相同的由型號(hào)為ad652的集成芯片u3~u4實(shí)現(xiàn)。在電壓信號(hào)vfc模塊中，電壓信號(hào)放大模塊輸出的信號(hào)送入集成芯片u3的第7腳，集成芯片u3由接入其1腳的15v直流電壓供電。集成芯片u3的10腳接入500khz時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，電壓信號(hào)放大模塊輸出的信號(hào)由集成芯片u3轉(zhuǎn)換成脈沖串后由第11腳輸出。

在電流信號(hào)vfc模塊中，電流信號(hào)放大模塊輸出的信號(hào)送入集成芯片u4的第7腳，集成芯片u4由接入其1腳的15v直流電壓供電。集成芯片u4的10腳接入500khz時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，電流信號(hào)放大模塊輸出的信號(hào)由集成芯片u4轉(zhuǎn)換成脈沖串后由第11腳輸出。

如圖9所示，上述的微處理器模塊包括型號(hào)為89c52的單片機(jī)u9，型號(hào)為6n136的光耦u5~u6以及型號(hào)為74hct04的非門芯片u7~u8。電壓信號(hào)vfc模塊輸出的信號(hào)經(jīng)過光耦u6的3腳進(jìn)入光耦u6后經(jīng)光耦u6的6腳輸出，然后經(jīng)過非門芯片u8接入單片機(jī)u9的14腳。電流信號(hào)vfc模塊輸出的信號(hào)經(jīng)過光耦u5的3腳進(jìn)入光耦u5后經(jīng)光耦u5的6腳輸出，然后經(jīng)過非門芯片u7接入單片機(jī)u9的15腳。

單片機(jī)u9的14腳和15腳分別接收到電壓信號(hào)vfc模塊和電流信號(hào)vfc模塊送入的脈沖信號(hào)串之后，其內(nèi)部的計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)40ms后分別得到電壓信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)值和電流信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)值，經(jīng)過計(jì)算后分別對應(yīng)得到故障段護(hù)層電阻rcable兩端的電壓值和故障電纜護(hù)層4中的電流值，然后通過故障段護(hù)層電阻rcable兩端的電壓值和故障電纜護(hù)層4中的電流值計(jì)算得到故障電纜中故障電纜護(hù)層故障點(diǎn)與測量端之間的距離lx的長度，其計(jì)算公式為：

其中，u表示故障段護(hù)層電阻rcable兩端的電壓值，i表示故障電纜護(hù)層4中的電流值，ρ為故障電纜護(hù)層的電阻率。

電纜護(hù)層的電阻率ρ可以通過查電纜手冊得到，也可以利用一條已知長度的完好電纜測量得到。具體方法為：在電纜終端將芯線與護(hù)層短接，同時(shí)將短接線與大地相接，按照直流電阻法的測試方法進(jìn)行測量，得到完好電纜護(hù)層電流以及芯線與護(hù)層之間的電壓，根據(jù)歐姆定律，用該電壓除以電流，得到電纜護(hù)層的電阻值，用該阻值除以電纜的長度，得到電纜護(hù)層的電阻率。

上述故障段護(hù)層電阻rcable兩端電壓值的計(jì)算公式為：

式中，t是單片機(jī)u9計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間（40ms），dv是單片機(jī)u9計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間t內(nèi)電壓信號(hào)的計(jì)數(shù)值，rs1是集成芯片u3（ad652芯片）信號(hào)輸入管腳的輸入電阻，is1是集成芯片u3（ad652芯片）中內(nèi)置電流源的電流值，r5、r6分別是電壓信號(hào)放大模塊中電阻r5~r6的阻值，fin1是集成芯片u3（ad652芯片）的時(shí)鐘頻率500khz。

上述故障電纜護(hù)層4中電流值的計(jì)算公式為：

式中，t是單片機(jī)u9計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間（40ms），di是單片機(jī)u9計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間t內(nèi)電流信號(hào)的計(jì)數(shù)值，rs2是集成芯片u4（ad652芯片）信號(hào)輸入管腳的輸入電阻，is2是集成芯片u4（ad652芯片）中內(nèi)置電流源的電流值，r2是輸入故障電纜護(hù)層4中的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的采樣電阻的阻值，r8、r9是電流信號(hào)放大模塊中電阻r8~r9的阻值，fin2是集成芯片u4（ad652芯片）的時(shí)鐘頻率500khz。

測量故障電纜護(hù)層4中的電流值和故障段護(hù)層的電壓值時(shí)必須遵循以下四方面的技術(shù)措施：首先，測量故障電纜護(hù)層4中的電流值和故障電纜芯線3與故障電纜護(hù)層4之間電壓值必須設(shè)置兩個(gè)相互獨(dú)立的測量通路，并且同時(shí)測量電流值和電壓值；其次，電流信號(hào)濾波模塊和電壓信號(hào)濾波模塊必須采用相同的電路形式，并且要求相應(yīng)電路在pcb板上的布局一致；再次，電流信號(hào)濾波模塊和電壓信號(hào)濾波模塊中各元器件的取值相同，并且要求采用精密器件；最后，電流信號(hào)濾波模塊和電壓信號(hào)濾波模塊截止頻率不大于5hz，且單片機(jī)的計(jì)數(shù)時(shí)間t不短于40ms。

綜上所述，抗大地雜散電流干擾的高壓電纜護(hù)層故障測距方法，如圖10所示，包括如下步驟：

步驟1，將故障電纜芯線和故障電纜護(hù)層進(jìn)行短接；

在故障電纜的遠(yuǎn)端將故障電纜護(hù)層4與故障電纜芯線3進(jìn)行短接。

步驟2，將電壓源、電流測量單元、電壓測量單元以及故障電纜組成測試系統(tǒng)；

直流高壓電源hv1一端連接大地，另一端串聯(lián)電流測量單元2后在測量端接入故障電纜護(hù)層4，電壓測量單元1在測量端連接在故障電纜護(hù)層4與故障電纜芯線3之間。采用直流高壓信號(hào)發(fā)生器hv1作為電壓源，用于產(chǎn)生流入故障電纜護(hù)層4的電流i和故障電纜芯線3與故障電纜護(hù)層4之間的電壓u。

步驟3，開始進(jìn)行故障電纜護(hù)層故障段長度的測量；

步驟4，微處理器模塊得到電流測量單元和電壓測量單元的輸出信號(hào)；

在電流測量單元2中，流入故障電纜護(hù)層4的電流信號(hào)由一個(gè)串聯(lián)精密取樣電阻r2轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；該電壓信號(hào)接入一個(gè)由電阻r4和電容c2組成的低通濾波電路進(jìn)行濾波；濾波電路的輸出經(jīng)過由一組二極管d5~d16構(gòu)成的限壓保護(hù)電路后，接入由集成運(yùn)算放大器u2和精密電阻r8~r9構(gòu)成的直流比例放大電路對電流信號(hào)進(jìn)行放大；直流比例放大電路的輸出信號(hào)接入一個(gè)由集成芯片u4組成的電流信號(hào)vfc模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖串信號(hào)。

在電壓測量單元1中，故障電纜芯線3與故障電纜護(hù)層4之間的電壓接入另一個(gè)由電阻r3和電容c1組成的低通濾波電路進(jìn)行濾波；濾波電路的輸出經(jīng)過由一組二極管d1~d2構(gòu)成的限壓保護(hù)電路后，接入另一個(gè)由集成運(yùn)算放大器u1和精密電阻r5~r7構(gòu)成的直流比例放大電路對電壓信號(hào)進(jìn)行放大；比例放大電路的輸出信號(hào)接入另一個(gè)由集成芯片u3組成的電壓信號(hào)vfc模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖串信號(hào)。

步驟5，微處理器模塊分別得到電流測量單元和電壓測量單元的測量參數(shù)；

電流測量單元2中電流信號(hào)vfc模塊輸出的脈沖串信號(hào)通過光耦u5隔離后通過一個(gè)非門芯片u7接入一個(gè)單片機(jī)u9的計(jì)數(shù)器引腳（15腳）用于脈沖計(jì)數(shù)；單片機(jī)計(jì)數(shù)器在定時(shí)時(shí)間t內(nèi)計(jì)數(shù)，得到電流信號(hào)的計(jì)數(shù)值；并進(jìn)一步計(jì)算出電壓源注入故障電纜的故障電纜護(hù)層4中的電流i。

電壓測量單元1中電壓信號(hào)vfc模塊輸出的脈沖串信號(hào)通過光耦u6隔離后通過一個(gè)非門芯片u8接入同一個(gè)單片機(jī)u9的另一個(gè)計(jì)數(shù)器引腳（14腳）用于脈沖計(jì)數(shù)；單片機(jī)計(jì)數(shù)器在定時(shí)時(shí)間t內(nèi)計(jì)數(shù)，得到電壓信號(hào)的計(jì)數(shù)值；并進(jìn)一步計(jì)算出電壓源在故障電纜護(hù)層4故障段之間產(chǎn)生的電壓u。

步驟6，計(jì)算得到故障電纜護(hù)層5中故障段的長度；

然后通過注入故障電纜護(hù)層4中的電流和故障電纜護(hù)層4故障段兩端的電壓值計(jì)算得到故障電纜護(hù)層4中故障段的長度。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。