1。4  课题研究的主要内容

本课题主要利用电桥法对1kv低压XLPE电缆进行故障检测。电桥法具有测量原理通俗易懂、操作起来不复杂、定位准确度高、价格便宜等优点。是最早被用来检测电缆故障的方法之一，发展了这么多年技术已经成熟，多年来一直是检测电缆故障的主要手段。这种方法被广泛用于电缆接地和两条电缆间发生短路故障。但它不适用于故障电阻值高的电缆故障和闪络性故障，因为故障电阻很高情况下，电桥电流很小，由于受仪器精度限制，会使故障测量精度大大降低。本课题在传统电桥法基础上研究了智能电桥法。将计算机技术和传统电桥法相结合。传统电桥法使用机械电位器调节电桥平衡由于是手动调节电桥平衡，所以误差大且不方便。智能电桥法测量电桥两端电压值是否为零。利用单片机控制数字电位器使得电桥平衡，调节方便且精度高。当电缆发生故障时，电桥失衡，电桥两端出现电压差，利用A/D转换器转换成数字变量传至单片机可检测电缆故障。

2  系统工作原理及总体设计方案

2。1  测试系统技术要求

（1）工作电压：1000V/50Hz；

（2）测试环境：温度-25℃~+45℃；湿度20%~80%

（3）测试电缆：YJV22-0。6/1KV-3×240mm

（4）搭建电缆电桥，并用单片机实现电桥自动调平衡。

（5）在故障时，能检测出电桥失去平衡，并显示电缆故障。

2。2  传统电桥法原理

传统电桥法是一种测量电缆故障的经典方法，在20世纪60年代被发达国家广泛使用[10]。电桥法在测量单相接地和电缆两相短路故障时精度较高，而大部分的电缆故障为单相接地故障，所以电桥法应用广泛。如图2。1所示。将两条电缆论文网

图2。1  传统电桥法原理图

用跨接线短接，用两个机械电位器和两条电缆组成电桥的四臂。调节电桥两臂上的机械电位器，使电桥平衡。当电缆线发生故障时，电桥则会再次失去平衡。如果已知电缆长度，电桥法还可以利用桥臂间的比例关系求得故障电缆的接地阻值，后根据电阻和电缆距离成正比这一个关系可求得故障点。在本课题中由于没有涉及，所以不详述。传统电桥法的实用范围有限，由于十分依赖检流计来判断电桥是否平衡。但是电桥电流一般很小不宜探测，所以对检流计精度要求很高。对高阻和闪络性故障，传统电桥法不是很适合。

2。3  智能电桥法原理

智能电桥法是在传统电桥法的基础上把它和计算机技术相结合产生的一种新的电桥法[10]。智能电桥法对XLPE电缆的故障监测原理如图2。2所示。电桥两端的电压信号是差分信号。利用差分放大器测量电桥两端的电压信号并放大。后把信号传至比较器，再用A/D转换器把模拟信号转换成数字信号。由单片机进

图2。2  智能电桥法原理图

行处理分析后控制数字电位器来实现自动平衡电桥。当电缆发生故障后，电桥失去平衡。系统检测出电桥两端的电压差分信号，通过单片机显示在数码显示管上。与传统电桥法相比智能电桥法省去了昂贵的机械电位器，并用便宜的数字电位器来代替。数字电位器与机械电位器相比，用单片机控制取代了人为控制。操作简单且精确度高。由于调节和检测均由单片机完成，所以智能电桥法检测电缆故障的速度也更快。这有利于故障被讯速排除，防止故障变得更加严重。

2。4  系统模块设计

系统分硬件模块和软件模块。硬件模块有电源部分，单片机部分，数字电位器部分，放大器部分，绝对值部分，A/D转换部分，显示部分。电源部分中使用整流桥对1000V交流电进行整流滤波。单片机部分中利用单片机控制数字电位器来调节电桥平衡。放大器部分中要先把电桥两端的电压信号进行差分放大，然后经过一个同相放大器把电压信号再次放大。在差分放大器和同相放大器间需要接一个绝对值电路使所有的负信号转变成正信号，最后把信号传至A/D转换器。由A/D转换器把模拟信号转换成数字信号输入单片机中，并在显示模块中显示出来。软件模块主要包括A/D转换程序，数字电位器调节电桥平衡程序。在此只是粗略介绍，在后续章节中会详细讲述。