论文总字数：18025字

摘 要

本次毕业设计简明扼要地描述了电缆故障产生的原因、类型以及确定故障点的方法，并且设计一种将单片机与传统测量方法相结合的故障检测系统。本次论文查阅了大量资料，对比了目前的许多电缆故障定位方法，如声磁同步法、二次脉冲法 、电桥法、磁场判断法。最后，发现声磁同步法是一种查询故障点的有效方法，且用来设计单片机检测系统也比较容易，所以本次论文决定采用该种方法来查找电缆故障点位置。本文设计了一种利用声音传感器和电磁传感器传递信号给单片机，并在单片机处理，最后反映到显示屏的精确定位系统。这篇论文详细介绍了声磁同步检测系统硬件电路设计与软件程序设计。最后，通过仿真模拟验证了此方法对故障点定位的可靠性。

关键词：电缆 故障检测 声磁同步法 单片机

Abstract

In this thesis, it is brief to describe the causes, types of cable faults and methods of determining fault. Meanwhile, a fault detection system has been designed, which combines the microcontrollers with the traditional measurement method. In this thesis, it has been compared in a large amount of data compared many current methods of cable fault location, such as magnetic sound synchronization, dual magnet synchronous method, sound judgment method, field judgment method. Finally, it has been found that the magnetic sound synchronization is an effective method to found the fault, and it is relatively easy to design the microcontrollers detection system, so it has been decided to use this method to find the cable fault. In this thesis, it has been designed an accurate positioning system which use voice sensors and electromagnetic sensors to transmit signals to the microcontroller, processed in the microcontroller, and finally reflected to the display. In this thesis, it has been introduced that the hardware circuit design and software program design of the acoustic magnetic synchronous detection system in detail. Finally, the reliability of this method to find the faults is verified by simulation.

Key words: cable; fault detection； acoustic magnetic synchronous method; single chip microcomputer.

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

第2章 电力电缆的种类及结构 2

第3章 电力电缆故障的原因和分类 4

2.2 电缆故障的分类 5

第4章 电力电缆故障检测的方法 8

4.1 电力电缆故障检测的主要方法 8

4.2 电缆故障检测系统的具体方法 9

第5章 声磁同步法确定电缆故障点的硬件电路设计 12

5.1 系统组成 12

5.2 传感器 12

5.2.2 声音传感器 13

5.3 电路设计 14

5.3.1 滤波电路 14

5.3.2 放大电路 15

5.3.3整流电路 16

5.3.4 液晶显示电路 17

第6章 声磁同步法确定电缆故障点的软件程序设计 18

6.1 软件设计 18

6.1.1 单片机简介 18

6.1.2 软件流程 18

6.2 程序设计 19

6.2.1 单片机端口初始化 19

6.2.2 A/D程序 19

6.2.3 定时程序 21

6.2.4 显示程序 22

第7章 仿真及结果分析 28

7.1 对电缆单相接地故障仿真电路及故障波形 28

7.2 测距仿真结果分析 28

第8章 结论 31

参考文献 32

第1章 绪论

电缆芯线是电力电缆的核心部分，电力依靠其传输，包含有单根或多根导线。电缆芯线外面包裹着绝缘层和保护层，传输电力或信息是电缆线的基本功能。随着国民经济的不停发展以及城市和乡镇的电网不断完善，电缆在配电网地改造工作中具有重要的地位，与同架空线相比，其供电安全可靠，不易受大风、雷雨、大雪等恶劣天气的影响，并避免因此而造成威胁人员、财产安全的意外事故。同时，其高效的输送能力，低廉的维护成本，这都是架空线路无法相比的。当然，与架空线路相比，电力电缆也有一处很明显的不足，那就是对故障点的确定比较麻烦，这也是本次论文的写作目的。

随着现代科技的发展,以及国内的基础设施建设不断从城市向偏远的乡村延伸，大量的大型电缆线路也进行了大规模的铺设，各种电缆与我们的生活可谓息息相关。但是随之而来的问题就是当电缆发生断开、短路故障时,我们的生产生活将会受到严重的影响，所以，如何快速有效地查询并排除故障是我们迫切需要解决的问题。目前,市场上能买到的电缆故障检测仪器其价格都比较昂贵，其复杂的结构也增加了其操作步骤。为此，本论文设计了一种以单片机为主的简易的障检测系统。

第2章 电力电缆的种类及结构

2.1 电力电缆的基本结构

在所有的电力电缆中，导电线芯、绝缘层、防护层这三个部分是必不可少的，电力电缆的故障大都发生在这三部分中。然而对于中高压等级的电力电缆，电缆在输送电能的同时，具有较高的电位。这个时候我们在电缆中加入了内外屏蔽层用来组隔拥有较大电压差的部分，以杜绝尖端放电现象。由此，我们也会在以上的结构中，额外加一个屏蔽层，这就是一般电缆最常用的组合。我们通过改变这四部分的组成和结构，就可以得到各种类型的电缆，并按照需求进行灵活生产，随着新材料的研制与结构的优化，更多功能强大、性能优秀的电缆也相继问世。对于多芯电缆，我们还应该在增加一个填充层，用来隔开各个电缆线芯，并使电缆结构更加稳定。

1. 导体（或称导电线芯）：

电力电缆中只有导体有导电功能。有绞合和实芯之分。一般选铜为主要材料，有时也会用到铝、银等其他材料。

1. 耐火层：

耐火层是耐火型电缆所特有的结构。其主要作用就是防火耐火，可用于应急电缆或高温环境。这种电缆可以在火灾中提供宝贵电力，对挽救人员生命财产有重要的作用。

1. 绝缘层：

紧挨着导体，并将导体与电缆其他部分完全阻隔的部分就是绝缘层。绝缘层对电缆保护起决定性作用，是保护电缆，防止电流泄露的第一道防线。绝缘材料有诸多种类，具体使用要根据现场环境与施工要求决定。主要要求有电介系数小、耐高温、耐腐蚀等。

1. 屏蔽层：

在绝缘层外及外护层内之间，其目的是限制电磁和电场的干扰。如何选择屏蔽层所使用的材料，需要我们对不同型号的电缆进行具体的分析。

1. 填充层：
2. 填充层主要起到一种辅助功能，主要使电力电缆更加稳定，并且也有一定的防火防水防漏电功能。塑料、玻璃纤维、石棉、橡皮、塑胶等材料由于其良好的绝缘性与透水性，经常被充当填充层的材料。
3. 内护层：

内护层是用来隔绝绝缘线芯与铠装层或屏蔽层的，以保护绝缘线芯。内护层一般只需要的采用绕包或纵包形式，更好的则采用挤包形包形式。

1. 铠装层：

铠装层作用主要是保护电缆不被外力损伤。主要使用钢制铠甲，也有使用铝合金或其他合金铠甲，具体使用以实际为主。

1. 外护层：

外护层就是电缆最外层的保护护套。选择材料时，主要根据实际需要，挑选塑料、金属、橡胶等材料。

2.2电力电缆的分类

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