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基于ARM的地埋电缆故障检测方法与分析

作　者: 顾霄
导　师: 刘建业
学　校: 河北科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: ARM 地埋电缆低压脉冲电流脉冲二次脉冲声磁同步音频感应
分类号: TM762.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着工业的快速发展，人们对电力的需求越来越大，电力电缆广泛应用于人们的生产生活中。地埋电缆作为一种重要的电力电缆，在电力传输方面得到了普遍的应用。相对于架空线路，地埋电缆在传输能力方面符合更高的要求，在铺设方面更加节省空间，节省了不必要的架空设备。由于其深埋于地下，地埋电缆还有很高的安全性。地埋电缆铺设于地下的铺设渠中，一般情况下铺设在地下2米处左右，所以地埋电缆具有不可视性。同时，地埋电缆的故障种类比较多，故障原因繁杂，给检修人员带来了不便。针对当前检测中存在的不足，本文从提高测量精度、提高测量速度以及提高检测过程中的安全性做了研究。设计一种基于ARM的嵌入式电缆故障检测系统，实现了电缆故障的可视性，设计的检测系统便于现场测量和观察。通过实际测量和实验研究，对故障电缆的测试方法进行了深入的研究，明确了当前几种常用检测方法以及各种检测方法对应的故障类型。本文完整介绍了地埋电缆故障的原因、类型、测量方法以及测量原理，从实际角度对检测系统进行了分析和规划，并且进行了实验研究。在实验过程中，将测量步骤分为初步测量和精确测量。在初步测量中，通过利用相关的探测设备，利用低压脉冲法、电流脉冲法、二次脉冲反射法对地埋电缆的低阻故障、高阻故障进行了检测。利用行波信号遇到不同的故障点会有不同的反射信号的特点，对电缆的低阻故障和高阻故障进行脉冲探测，并对反射波形进行分析。在对波形分析过程中，利用波形比较法确定反射波形的起始点，有效确定出行波在故障线路中的传输时间。得到初步测量数据后，利用声磁同步法和音频感应法对故障电缆进行了精确测量。通过精确测量，利用声磁信号在不同距离会有不同的声磁时间差，确定了故障点的精确位置。通过音频感应法对故障电缆施加周期性的高压信号，在故障点形成的有规律的声音信号，通过辨别声音信号的大小确定了故障点的精确位置。实验证明，初步测量可以确定故障类型以及故障点的位置，误差范围在半米以内，精确测量可以准确找到故障点的位置。实验方法有效、可行、省时，是检测地埋电缆故障的有效方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状及发展方向  11
  1.3 嵌入式系统的发展概述  11-13
    1.3.1 嵌入式系统的特点  12
    1.3.2 嵌入式系统的发展方向  12-13
  1.4 行波检测故障电缆的发展概述  13-15
  1.5 本课题研究的主要内容  15-18
第2章地埋电缆故障的原因及其故障分类  18-24
  2.1 地埋电缆故障的产生原因  18-19
  2.2 地埋电缆故障的分类  19-21
    2.2.1 地埋电缆故障的分类  19
    2.2.2 电缆故障等效电路  19-21
  2.3 电缆故障常见原因和定位方法  21-22
  2.4 本章小结  22-24
第3章行波在电缆中传播的基础理论  24-32
  3.1 长线的等效电路  24
  3.2 电缆中的波速度与波阻抗  24-30
    3.2.1 波速度  24-25
    3.2.2 波阻抗  25-26
    3.2.3 行波的反射现象和透射现象  26
    3.2.4 行波的反射系数  26-29
    3.2.5 行波的透射系数  29-30
  3.3 本章小结  30-32
第4章脉冲反射法在地埋故障电缆检测中的应用  32-36
  4.1 脉冲反射法的工作原理  32-33
    4.1.1 适用故障类型和工作原理  32
    4.1.2 发射脉冲形状和宽度选择  32-33
  4.2 脉冲的反射波形及起始点的标定  33-34
    4.2.1 几种故障的反射波形  33-34
    4.2.2 反射脉冲起始点的标定方法  34
  4.3 波形比较法  34-35
  4.4 本章小结  35-36
第5章地埋电缆故障检测系统整体设计  36-58
  5.1 嵌入式开发的原理及方法  36-38
    5.1.1 嵌入式系统开发基本流程  36-38
    5.1.2 嵌入式系统开发的优势  38
  5.2 嵌入式处理器的类型  38-42
    5.2.1 ARM 处理器简介  38-39
    5.2.2 STM32 处理器特性  39-42
  5.3 硬件电路的设计  42-52
    5.3.1 电源电路  42-43
    5.3.2 系统内部存储器电路  43-45
    5.3.3 外部存储 SD 卡槽电路  45-46
    5.3.4 JTAG 接口电路  46-47
    5.3.5 A/D 转换电路  47
    5.3.6 LED 显示电路  47-48
    5.3.7 音频接口电路  48-50
    5.3.8 系统通信接口电路  50-51
    5.3.9 系统时钟与复位电路  51-52
  5.4 系统软件  52-56
    5.4.1 uC/OS 操作系统的特点  52
    5.4.2 uC/OS 内核结构  52-53
    5.4.3 任务状态及其转换关系  53-55
    5.4.4 任务控制块  55
    5.4.5 任务调度器  55
    5.4.6 中断服务  55-56
    5.4.7 时钟节拍  56
    5.4.8 uC/OS-II 的初始化和启动  56
  5.5 本章小结  56-58
第6章地埋电缆检测的应用  58-78
  6.1 地埋故障电缆铺设情况  58-61
    6.1.1 地埋故障电缆的情况  59
    6.1.2 故障性质诊断  59-61
  6.2 初步测量——故障测距  61-68
    6.2.1 故障电缆的预定位  61
    6.2.2 低压脉冲法  61-63
    6.2.3 脉冲电流法  63-66
    6.2.4 二次脉冲法  66-68
  6.3 电缆故障的精确定位——声磁同步法  68-72
    6.3.1 声磁同步法  68-69
    6.3.2 声磁同步法的探测步骤  69-72
  6.4 电缆低阻短路故障的探测  72-75
    6.4.1 电缆的故障性质诊断  72
    6.4.2 低压脉冲反射法测量低阻故障  72-75
  6.5 电缆故障的精确定位——音频信号感应法  75-77
    6.5.1 音频信号感应法使用条件  75
    6.5.2 音频信号感应法所需设备  75
    6.5.3 音频信号感应法的应用  75-77
  6.6 本章小结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-84
攻读硕士学位期间所发表的论文  84-86
致谢  86

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