基于軟件無線電的電纜故障檢測方法綜述

楊易蒲 張兆楠 崔鵬飛 韓宇 郭慧姍

摘要：隨著現(xiàn)代化城市的通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，電纜在通信系統(tǒng)、廣播電視等領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。但隨著其運(yùn)行時(shí)間的增長，故障的發(fā)生也愈發(fā)頻繁。因此研究開發(fā)電纜故障檢測檢測系統(tǒng)具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。而基于軟件無線電的測量能夠高效快捷的知道電纜故障點(diǎn)的位置。大大減少了電纜故障維修的時(shí)間。半導(dǎo)體技術(shù)的的飛速發(fā)展，也讓電纜故障檢測和軟件無線電的結(jié)合，綜合時(shí)域反射計(jì)（TDR）和頻域反射計(jì)（FDR）的實(shí)施方法，通過對(duì)故障點(diǎn)的反射信號(hào)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的距離問題得到故障點(diǎn)距離。

關(guān)鍵詞：電纜線路；軟件無線電；時(shí)域反射計(jì)（TDR）；頻域反射計(jì)（FDR）；故障檢測

一、電纜故障問題的提出

最近幾年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展，通信供電要求安全經(jīng)濟(jì)可靠，使得供電電纜的一系列的優(yōu)點(diǎn)得到認(rèn)可，供電電纜也隨之廣泛的進(jìn)去了人們的生活之中，電纜具有占地面積小，不受外界的干擾，維護(hù)工作少，安全可靠。電纜的廣泛應(yīng)用也伴隨著電纜出現(xiàn)故障之后如何檢修成為一個(gè)值得思考的問題，怎么樣才能迅速高效準(zhǔn)確的知道電纜故障點(diǎn)的位置和故障類型成為了現(xiàn)如今人們研究電纜故障的重點(diǎn)。目前我國正在進(jìn)行城市農(nóng)村的電網(wǎng)改造，把可見線路轉(zhuǎn)移到地下通過電纜通電，廣大人民和各個(gè)供電部門以及各大電網(wǎng)集團(tuán)都關(guān)注電纜運(yùn)行的正常狀態(tài)。

各種各樣的電纜出現(xiàn)在不同領(lǐng)域，電力、通信領(lǐng)悟應(yīng)用較為廣泛，同樣也大量應(yīng)用在冶金、化工、交通運(yùn)輸以及煤礦等國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。由于供電電纜通常埋在地下，電纜故障隱蔽性強(qiáng)，導(dǎo)致工作人員查找和維護(hù)相對(duì)困難。如何準(zhǔn)確、迅速、經(jīng)濟(jì)的查找電路故障成為重要技術(shù)問題。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)

電纜故障檢測有三個(gè)主要步驟：故障類型診斷、故障定位和準(zhǔn)確定位。故障類型診斷主要是確定電纜故障點(diǎn)屬于高電阻接地或低電阻接地的故障相位，以便于測試人員選擇合適的檢測方法。故障測距又稱預(yù)定位、故障電纜芯線測試信號(hào)或在線測量、故障信息的分析、故障距離的初步確定，盡量減小故障范圍，以便于準(zhǔn)確定位。前置法一般可以概括為兩類，即經(jīng)典方法（如橋接法）和現(xiàn)代方法（如低壓脈沖法、高壓閃絡(luò)法）。精確定位是基于預(yù)定距離，準(zhǔn)確地確定故障位置的實(shí)際位置。精確定點(diǎn)法主要包括聲學(xué)測量點(diǎn)法、感應(yīng)定點(diǎn)法、時(shí)差定點(diǎn)法和同步定點(diǎn)法。對(duì)于低電阻磨損、短路和開路故障，可以將脈沖信號(hào)應(yīng)用于電纜芯。信號(hào)通過電纜傳輸和反射。用數(shù)字示波器或筆記本虛擬示波器測量脈沖波形，以計(jì)算故障位置。

三、課題研究內(nèi)容

隨著半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和編程技術(shù)的發(fā)展，分別經(jīng)歷了從模擬通信到數(shù)字通信，從固定通信到移動(dòng)通信兩大換代后，目前正在醞釀并進(jìn)行第三次更新?lián)Q代，即從硬件無線電通信向軟件無線電通信———軟件無線電（SDR）跨越；系統(tǒng)綜合了時(shí)域反射計(jì)（TDR）的思路和頻域反射計(jì)（FDR）的實(shí)施方法。檢測電纜時(shí)先向待測電纜中注入不同頻率的高頻低壓電磁波，測量各頻點(diǎn)駐波功率，然后對(duì)所得數(shù)據(jù)做IFFT運(yùn)算，將頻域響應(yīng)轉(zhuǎn)化為時(shí)域響應(yīng)；通過一定的算法將時(shí)間信息轉(zhuǎn)化為距離信息，得到不同距離處的反射信號(hào)強(qiáng)度信息。反射信號(hào)相對(duì)強(qiáng)度大即阻抗失配嚴(yán)重的點(diǎn)即為故障點(diǎn)。

四、FDR和TDR的發(fā)展

基于時(shí)域反射法的電纜故障檢測原理已經(jīng)發(fā)展了十多年。測量中只需要一個(gè)人和一個(gè)終端操作。故障距離和故障類型可由測量儀器自動(dòng)確定，不受人為因素的影響。然而，該方法使用單個(gè)直流電壓脈沖作為入射信號(hào)。它只能測量新線路和混合線路的顯著故障，不能識(shí)別潛在的故障，如浸沒故障、接觸不良等。同時(shí)，它僅適用于測量電纜的直流或基帶信號(hào)的傳輸，不能準(zhǔn)確測量高頻射頻電纜的故障檢測。它主要應(yīng)用在特定場合的電纜故障檢測中。

五、電纜故障檢測儀組成

（1）將軟件無線電（SDR）技術(shù)與電纜檢測的需求相結(jié)合；

（2）利用軟件無線電系統(tǒng)來完成電磁波的收發(fā)；

（3）采用時(shí)域反射計(jì)與頻域反射計(jì)相結(jié)合的方法；可實(shí)現(xiàn)多故障檢測、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、突變檢測、遠(yuǎn)程告警、HDMI輸出等功能。

最終通過射頻板向待測電纜發(fā)射不同頻率高頻低壓電磁波，系統(tǒng)板接受電纜反射的電磁波信號(hào)，在系統(tǒng)板上測量各點(diǎn)駐波頻率，進(jìn)行IFFT運(yùn)算，最后得到不同強(qiáng)度信號(hào)的距離信息，找到電纜故障點(diǎn)的距離。

六、結(jié)語

本文所介紹還有許多不足，有些問題尚未進(jìn)行深入研究，需要進(jìn)一步完善。如何更加有效快捷的把時(shí)域反射和頻域反射相結(jié)合得到更好的優(yōu)點(diǎn)。如何優(yōu)化成本等?？傊S著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子元件集成度越來越高，我相信會(huì)有更加科學(xué)的測量方法，測量準(zhǔn)確度也會(huì)進(jìn)一步提高。會(huì)有更加好的方案。

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