CN113466618A - Fdr时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力电缆技术领域，本发明采用的技术方案为：FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法，包括以下主要步骤：S1、基于频域反射的时域振荡脉冲转化；S2、对时域振荡脉冲的传播特性做出对应的反射波峰极性判断；S3、通过仿真和实测测试对基于频域反射的时域振荡脉冲转化进行证明。本发明可以显示出电缆中绝缘热点位置，因此可辅助频域反射曲线进行绝缘热点定位，同时该时域振荡脉冲转化方案可将频域反射技术和时频域反射技术联合起来，借助已有的时频域反射技术实现电缆的频域和时频域联合诊断，可以快速定位到海缆故障位置。
Description
技术领域
本发明涉及电力电缆技术领域，尤其涉及FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法。
背景技术
长电缆的频域反射测试过程中，电缆长度过长导致信号的高频成分在电缆本体中衰减较大，同时电缆首端和测试设备夹具连接处的阻抗失配会导致信号高频成分进一步衰减，因此实际长电缆的频域反射测试过程中信号的高频成分衰减极大，当测试上限频率设置太高时，不仅无法采集到高频部分的反射信息，而且还会引入较大的噪声，降低测试效果，导致无法定位到海缆故障的位置。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中存在的缺点，而提出的FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法，包括以下主要步骤：
S1、基于频域反射的时域振荡脉冲转化；
S2、对时域振荡脉冲的传播特性做出对应的反射波峰极性判断；
S3、通过仿真和实测测试对基于频域反射的时域振荡脉冲转化进行证明。
优选的，所述S1包括：
S11、首先对仿真电缆开展频域反射测试；
S12、然后对频域反射测试数据进行计算；
S13、最后得到频域反射波形和转化的时域振荡脉冲波形图。
优选的，所述S13中得到时域振荡脉冲波形图借助电缆中电磁波波速将时域振荡脉冲波形的横轴由时间转变为距首端的距离，并将电缆首端反射波的横轴位置设置为0，直观地观察绝缘热点的时域振荡脉冲波形。
优选的，所述S2包括：
S21、在转化得到的时域振荡脉冲波形中找到相应的反射振荡波；
S22、确定反射振荡波的上下包络线中心位置，将该位置视为反射波的时间带宽中心，然后将滞后于时间带宽中心的第一个波峰作为主峰，通过该主峰的峰向判断反射波峰的极性；
S23、做出仿真电缆样本的时域中上包络线；
S24、将传统时频域反射技术和频域反射技术相结合；
S25、做出仿真电缆样本的时域脉冲波形。
优选的，所述S24具体操作为：首先将转化后的时域振荡脉冲波形通过希尔伯特变换得到对应的复数信号，然后将复数信号通过魏格纳分布等时频分析方法变换到时频域中，最后借助时频互相关算法实现绝缘热点定位。
优选的，所述S3包括：
S31：在电缆上设置开路故障；
S32：在电缆首端的户外终端头开展频域反射测试在电缆首端的户外终端头开展频域反射测试；
S33：得到频域反射曲线和时域振荡脉冲波形；
S34：做出海底电缆实测数据的时域中上包络线；
S35：得到海底电缆的转化时域脉冲波形。
优选的，所述S3中数据频率范围为150kHz～1.5MHz，测试点数为3000。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明适用于低频段频域反射缺失数据更多的长电缆***，转化得到的时域振荡脉冲上包络线的波形特征受电缆中色散和衰减影响较小，可以显示出电缆中绝缘热点位置，因此可辅助频域反射曲线进行绝缘热点定位，同时该时域振荡脉冲转化方案可将频域反射技术和时频域反射技术联合起来，借助已有的时频域反射技术实现电缆的频域和时频域联合诊断，可以快速定位到海缆故障位置。
附图说明
图1为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的6号仿真电缆样本频域反射曲线图；
图2为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的6号仿真电缆样本转化的时域振荡脉冲波形图；
图3为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的7号仿真电缆样本频域反射曲线图；
图4为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的7号仿真电缆样本转化的时域振荡脉冲波形图；
图5为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的8号仿真电缆样本频域反射曲线图；
图6为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的8号仿真电缆样本转化的时域振荡脉冲波形图；
图7为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的6～8号仿真电缆样本的时域上包络线图；
图8为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的6号仿真电缆的转化时域脉冲波形；
图9为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的7号仿真电缆的转化时域脉冲波形；
图10为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的8号仿真电缆的转化时域脉冲波形；
图11为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的海底电缆实测频域反射曲线图；
图12为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的海底电缆实测转化的时域振荡脉冲波形图；
图13为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的海底电缆实测数据的时域中上包络线图；
图14为本发明FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法的海底电缆实测数据的转化时域脉冲波形图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
提供FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法，包括以下主要步骤：
S1、基于频域反射的时域振荡脉冲转化；
S2、对时域振荡脉冲的传播特性做出对应的反射波峰极性判断；
S3、通过仿真和实测测试对基于频域反射的时域振荡脉冲转化进行证明。
本实施例中，所述S1包括：
S11、首先对仿真电缆开展频域反射测试；
S12、然后对频域反射测试数据进行计算；
S13、最后得到频域反射波形和转化的时域振荡脉冲波形图。
所述S13中得到时域振荡脉冲波形图借助电缆中电磁波波速将时域振荡脉冲波形的横轴由时间转变为距首端的距离，并将电缆首端反射波的横轴位置设置为0，直观地观察绝缘热点的时域振荡脉冲波形。
具体操作方法为：将电缆设置为长电缆，L为3000m，x为2300m，测试频段为150kHz～4MHz，频率间隔为0.001MHz，具体参数见表1所示。
表1仿真长电缆模型的绝缘热点参数设置
对6～8号仿真电缆开展频域反射测试，接着对频域反射测试数据进行计算，得到频域反射波形和转化的时域振荡脉冲波形。
本实施例中，如图8-10所示，所述S2包括：
S21、在转化得到的时域振荡脉冲波形中找到相应的反射振荡波；
S22、确定反射振荡波的上下包络线中心位置，将该位置视为反射波的时间带宽中心，然后将滞后于时间带宽中心的第一个波峰作为主峰，通过该主峰的峰向判断反射波峰的极性；
S23、做出仿真电缆样本的时域中上包络线；
S24、将传统时频域反射技术和频域反射技术相结合；
S25、做出仿真电缆样本的时域脉冲波形。
具体操作方法为：借助电缆中电磁波波速将时域振荡脉冲波形的横轴由时间转变为距首端的距离，并将电缆首端反射波的横轴位置设置为0。
对于图1、2中的6号仿真电缆样本而言，频域反射曲线在距首端2300m和3000m处均出现了反射波峰，虽然该波峰有效给出了绝缘热点的位置，但是没有指出相应波峰的极性，在转化得到的时域振荡脉冲波形中，在距首端2300m和3000m处位置找到相应的反射振荡波，确定反射振荡波的上下包络线中心位置，将该位置视为反射波的时间带宽中心，然后将滞后于时间带宽中心的第一个波峰作为主峰，通过该主峰的峰向判断反射波峰的极性，由此确定距首端2300m和3000m处反射波的主峰分别为主峰x和主峰l，主峰x的峰向为向下，由此判断距首端2300m的反射波峰为负极性，这和经过渡电阻接地故障处阻抗减小的真实情况一致；主峰l的峰向为向上，由此判断距首端3000m的反射波峰为正极性，这和末端设置开路处阻抗增加的真实情况一致。
分析图3-6可以看出，对于7号和8号仿真电缆样本而言，频域反射曲线都在2300m处出现反射波峰，和6号仿真电缆样本类似，频域反射曲线无法确定2300m处反射波峰的极性，理论上7号和8号仿真电缆样本在2300m处反射波峰极性相反，但是在频域反射曲线中近乎一致，在转化得到的7号和8号仿真电缆样本的时域振荡脉冲波形中，在距首端2300m处位置找到相应的时域振荡脉冲，接着确定主峰x，根据主峰x的峰向确定该反射波峰的极性，7号仿真电缆样本的主峰x峰向为向上，由此判断7号仿真电缆样本在距首端2300m处的反射波峰为正，和该位置设置开路故障导致阻抗增加的真实情况一致。8号仿真电缆样本的主峰x峰向为向下，由此判断8号仿真电缆样本在距首端2300m处的反射波峰为负，和该位置设置短路故障导致阻抗减小的真实情况一致。
g(t)在电缆中传播时，其时域中上包络线的波形几乎不会受到衰减和色散效应的影响，反射波的时域中上包络线几乎不会发生畸变，因此该曲线也可用于绝缘热点定位，做出6～8号仿真电缆样本的时域中上包络线如图7所示，6号仿真电缆样本的时域中上包络线在2300m处和3000m处存在峰值，7号和8号仿真电缆样本的时域中上包络线在2300m处存在峰值，因此3组曲线均定位到了各自仿真电缆样本的绝缘热点，该曲线可作为频域反射曲线的补充验证，实现绝缘热点的准确定位。
g(t)为高斯包络窄带信号，因此转化后的时域振荡脉冲波形可用于时频域反射技术中，进而将传统时频域反射技术的优点和频域反射技术相结合，实现绝缘热点的准确定位。该方法的具体操作为：首先将转化后的时域振荡脉冲波形通过希尔伯特变换得到对应的复数信号，然后将复数信号通过魏格纳分布等时频分析方法变换到时频域中，最后借助时频互相关算法实现绝缘热点定位。
如图8-10所示，做出6～8号仿真电缆样本的时域脉冲波形图，从图可以看出，当测试的上限频率过低时，缺失的低频段数据量占比增加，此时转化的时域脉冲波形中基线波动较强，较强的基线波动一方面容易掩盖较弱的时域反射脉冲波形；另一方面会使时域反射脉冲波形发生畸变。同时基线的波动会随着上限频率的减少进一步加大，对转化的时域脉冲波形的污染更大，导致时域反射脉冲波形的时域特征逐渐模糊，将图6-10对比图1-2～图5-6可以看出，转化的时域振荡脉冲不存在基线波动的问题，时域特征更加清晰，综上所述，对于测试上限频率较低的长电缆***而言，基于频域反射的时域振荡脉冲转化方法更能有效提取出绝缘热点的时域波形信息。
本实施例中，所述S3包括：
S31：在电缆上设置开路故障；
S32：在电缆首端的户外终端头开展频域反射测试在电缆首端的户外终端头开展频域反射测试；
S33：得到频域反射曲线和时域振荡脉冲波形；
S34：做出海底电缆实测数据的时域中上包络线；
S35：得到海底电缆的转化时域脉冲波形。
具体操作方法为：为了实际验证本章所提时域振荡脉冲转化方案的可行性，在110kV的交联聚乙烯海底电缆中开展测试，该电缆在7470m处设置了开路故障，在运的高压电缆通常存在户外终端，户外终端和测试夹具的阻抗不匹配现象导致高频信号在该位置发生强烈衰减，另一方面，长电缆***中较大的电缆长度也会导致高频信号的强烈衰减，此时如果把实际频域反射测试中上限频率设置过高，不仅无法增强测试效果，同时会引入更多噪声，因此在长电缆***中上限频率通常较低，由于存在下限频率导致的低频段缺失，当上限频率不高时，会导致低频段的缺失比重增加，导致无法转化出较好的时域脉冲，只能转化为本章中时域振荡脉冲。
在电缆首端的户外终端头开展频域反射测试，数据频率范围为150kHz～1.5MHz，测试点数为3000，将数据进行处理，得到频域反射曲线和时域振荡脉冲波形如11-12所示，从图中可以看出，频域反射曲线在7430m处出现反射峰，在误差允许的情况下，认为曲线成功定位7470m处故障，根据频域反射曲线的定位结果，在转化的时域振荡波形中找到7430m处的反射波，确定该反射波的主峰，该主峰的峰向为向上，由此判断该反射波峰为正，该位置特性阻抗增加，和预设的电缆开路故障情况一致，因此说明本文方法可以有效地定位长电缆中绝缘热点和判断绝缘热点处的反射波峰极性，进而对绝缘热点展开深度分析。
做出海底电缆实测数据的时域中上包络线如图13-所示，从图中可以看出，该曲线在7430m处存在峰值，在误差允许的情况下，该曲线也成功定位到电缆中7430m处故障，和频域反射曲线的定位结果一致，形成了相互验证，实现了绝缘热点的准确定位。
利用得到海底电缆的转化时域脉冲波形如图14所示，从图中可以看出，由于上限频率过低，该时域脉冲波形的基线发生剧烈波动，反射波的时域脉冲波形畸变较大，不利于观察绝缘热点处反射脉冲的时域特征。对比图14和图11-12可以看出，对于测试上限频率较低的长电缆***而言，基于频域反射的时域振荡脉冲转化方法更能有效提取出绝缘热点的时域波形信息。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (7)
1.FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法，其特征在于：包括以下主要步骤：
S1、基于频域反射的时域振荡脉冲转化；
S2、对时域振荡脉冲的传播特性做出对应的反射波峰极性判断；
S3、通过仿真和实测测试对基于频域反射的时域振荡脉冲转化进行证明。
2.根据权利要求1所述的FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法，其特征在于：所述S1包括：
S11、首先对仿真电缆开展频域反射测试；
S12、然后对频域反射测试数据进行计算；
S13、最后得到频域反射波形和转化的时域振荡脉冲波形图。
3.根据权利要求2所述的FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法，其特征在于：所述S13中得到时域振荡脉冲波形图借助电缆中电磁波波速将时域振荡脉冲波形的横轴由时间转变为距首端的距离，并将电缆首端反射波的横轴位置设置为0，直观地观察绝缘热点的时域振荡脉冲波形。
4.根据权利要求1所述的FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法，其特征在于：所述S2包括：
S21、在转化得到的时域振荡脉冲波形中找到相应的反射振荡波；
S22、确定反射振荡波的上下包络线中心位置，将该位置视为反射波的时间带宽中心，然后将滞后于时间带宽中心的第一个波峰作为主峰，通过该主峰的峰向判断反射波峰的极性；
S23、做出仿真电缆样本的时域中上包络线；
S24、将传统时频域反射技术和频域反射技术相结合；
S25、做出仿真电缆样本的时域脉冲波形。
5.根据权利要求1所述的FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法，其特征在于：所述S24具体操作为：首先将转化后的时域振荡脉冲波形通过希尔伯特变换得到对应的复数信号，然后将复数信号通过魏格纳分布等时频分析方法变换到时频域中，最后借助时频互相关算法实现绝缘热点定位。
6.根据权利要求1所述的FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法，其特征在于：所述S3包括：
S31：在电缆上设置开路故障；
S32：在电缆首端的户外终端头开展频域反射测试在电缆首端的户外终端头开展频域反射测试；
S33：得到频域反射曲线和时域振荡脉冲波形；
S34：做出海底电缆实测数据的时域中上包络线；
S35：得到海底电缆的转化时域脉冲波形。
7.根据权利要求1所述的FDR时域振荡脉冲恢复上包络线海缆故障定位方法，其特征在于：所述S3中数据频率范围为150kHz～1.5MHz，测试点数为3000。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhou Kai Inventor after: Meng Pengfei Inventor after: Rao Xianjie Inventor after: Gong Wei Inventor after: Li Yuan Inventor after: Zhu Guangya Inventor after: Cao Xiaoyan Inventor after: Ran Li Inventor before: Zhou Kai Inventor before: Meng Pengfei Inventor before: Li Rong Inventor before: Gong Wei Inventor before: Li Yuan Inventor before: Zhu Guangya Inventor before: Cao Xiaoyan Inventor before: Ran Li |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211001 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |