CN117630561A - 一种基于传输线模型的电缆老化缺陷无损定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆缺陷检测的技术领域，公开了一种基于传输线模型的电缆老化缺陷无损定位方法，本方法包括：利用专业设备测量，获取电缆首端阻抗谱数据；建立含缺陷段的电缆首端阻抗谱模型；构建沿线特性诊断函数；通过函数关系描绘定位波形；对定位波形进行滤波和去噪处理；结合分析图形，进行局部缺陷判断及定位。该方法可以在不破坏电缆的情况下更好地检测电缆运行时实际状态，检测电缆内部是否早期缺陷及老化，并能实现缺陷、老化、故障定位。与目前的检测方法相比，本方法无需对电缆进行破坏即可完成检测，电压等级兼容性更好，可实现缺陷点，老化点，故障点定位。
Description
技术领域
本发明涉及电缆老化缺陷定位的技术领域，尤其涉及一种基于传输线模型的电缆老化缺陷无损定位方法。
背景技术
随着工业化进程的不断推进和电力设备的广泛应用，电缆作为电力传输的重要组成部分，已经成为现代社会中不可或缺的重要设备之一。电力电缆已是支持国民经济的重要支柱产业之一，年产值超过万亿元人民币。由于电缆敷设环境的复杂性而导致的电缆破损以及电缆自身的老化等因素影响，致使电缆故障的发生频率较高，可能会导致电力***的短路等故障。进而引起火灾、大范围断电等事故，严重影响电力***的稳定运行，给居民生活带来不便与损失。电缆故障往往由早期缺陷演化而成，若对这些缺陷放置不管可能演化为各类不可逆故障，因此提前检测并定位电缆缺陷，尽早掌握电缆运行异常情况的准确信息对用电安全具有重要意义。
电缆早期的缺陷、老化不易通过破坏性检测方法直接发现，且破坏性检测方法会加速脆弱部位的老化，另外，缺陷及局部老化发生的位置很难进行准确定位。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于传输线模型的电缆老化缺陷无损定位方法，该方法可以在不破坏电缆的情况下更好地检测电缆运行时实际状态，检测电缆内部是否早期缺陷及老化，并能实现缺陷、老化、故障定位。与目前的检测方法相比，本方法无需对电缆进行破坏即可完成检测，电压等级兼容性更好，可实现缺陷点，老化点，故障点定位。
本申请提供了一种基于传输线模型的电缆老化缺陷无损定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用矢量网络分析仪测量电缆首端的输入阻抗幅值和相位频谱Z(f)；
设电缆首端位置为坐标原点，正方向为首端指向末端方向，电缆长度为l，沿电缆长度的各个位置坐标为x，则电缆的阻抗值为Zx，电缆特性阻抗为Z0，传播系数为γ，则含缺陷段的电缆首端(首端位置的反射系数为ρL)的阻抗谱模型为：
由于Zl可由矢量网络分析仪测得，因此可以得到ρL随频率变化的曲线，即电缆首端反射系数谱；
电缆缺陷处的反射系数与完好段存在较大差异，将反射系数利用欧拉公式展开，考虑其实部的三角函数部分：
对上式分析处理后可以构建电缆沿线诊断函数F(x)；
使用DFT进行细化处理，得到定位曲线中的局部细化信息；
使用Kaiser窗函数滤波，抑制波形图中的高频旁瓣干扰：
式中：I0是第一类零阶贝塞尔函数，β是性能参数；
使用距离窗处理提高定位曲线空间分辨率，提高局部缺陷的识别灵敏度，距离窗函数为：
式中：D0为原始数据；s为可调距离窗长度；j为距离窗中的数据点数；Fmean表示平均处理；
对处理后图像进行研判，若图像中出现尖峰则说明电缆存在局部缺陷，尖峰所在处为缺陷所在位置。
本申请与现有电缆运行状态检测算法相比，本申请主要优点有：
1.可实现无损检测，测试不会导致电缆破坏，不影响电缆使用寿命；
2.电压范围兼容好，可适用各级电压，无需根据电压等级重新配置设备；
3.可实现事前检测，在电缆发生故障前，对绝缘薄弱点，缺陷点进行查找和定位，而非发生故障后进行检测。
附图说明
图1是根据本发明对电缆样品A和电缆样品B进行老化缺陷无损定位的效果示意图；
图2是根据本发明对电缆样品C和电缆样品D进行老化缺陷无损定位的效果示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
第一方面，参照图1-2所示，一种基于传输线模型的电缆老化缺陷无损定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用矢量网络分析仪测量电缆首端的输入阻抗幅值和相位频谱Z(f)；
设电缆首端位置为坐标原点，正方向为首端指向末端方向，电缆长度为l，沿电缆长度的各个位置坐标为x，则电缆的阻抗值为Zx，电缆特性阻抗为Z0，传播系数为γ，则含缺陷段的电缆首端(首端位置的反射系数为ρL)的阻抗谱模型为：
由于Zl可由矢量网络分析仪测得，因此可以得到ρL随频率变化的曲线，即电缆首端反射系数谱；
电缆缺陷处的反射系数与完好段存在较大差异，将反射系数利用欧拉公式展开，考虑其实部的三角函数部分：
对上式分析处理后可以构建电缆沿线诊断函数F(x)；
使用DFT进行细化处理，得到定位曲线中的局部细化信息；
使用Kaiser窗函数滤波，抑制波形图中的高频旁瓣干扰：
式中：I0是第一类零阶贝塞尔函数，β是性能参数；
使用距离窗处理提高定位曲线空间分辨率，提高局部缺陷的识别灵敏度，距离窗函数为：
式中：D0为原始数据；s为可调距离窗长度；j为距离窗中的数据点数；Fmean表示平均处理；
对处理后图像进行研判，若图像中出现尖峰则说明电缆存在局部缺陷，尖峰所在处为缺陷所在位置。
本申请与现有电缆运行状态检测算法相比，本申请主要优点有：
1.可实现无损检测，测试不会导致电缆破坏，不影响电缆使用寿命；
2.电压范围兼容好，可适用各级电压，无需根据电压等级重新配置设备；
3.可实现事前检测，在电缆发生故障前，对绝缘薄弱点，缺陷点进行查找和定位，而非发生故障后进行检测。
图1和图2为通过本申请的方法进行电缆缺陷检测的实验结果，由图1和图2可知，在波形曲线图中明显观察到尖峰位置，验证了其可行性，可有效检测定位到电缆缺陷。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (1)
1.一种基于传输线模型的电缆老化缺陷无损定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用矢量网络分析仪测量电缆首端的输入阻抗幅值和相位频谱Z(f)；
设电缆首端位置为坐标原点，正方向为首端指向末端方向，电缆长度为l，沿电缆长度的各个位置坐标为x，则电缆的阻抗值为Zx，电缆特性阻抗为Z0，传播系数为γ，则含缺陷段的电缆首端(首端位置的反射系数为ρL)的阻抗谱模型为：
由于Zl可由矢量网络分析仪测得，因此可以得到ρL随频率变化的曲线，即电缆首端反射系数谱；
电缆缺陷处的反射系数与完好段存在较大差异，将反射系数利用欧拉公式展开，考虑其实部的三角函数部分：
对上式分析处理后可以构建电缆沿线诊断函数F(x)；
使用DFT进行细化处理，得到定位曲线中的局部细化信息；
使用Kaiser窗函数滤波，抑制波形图中的高频旁瓣干扰：
式中：I0是第一类零阶贝塞尔函数，β是性能参数；
使用距离窗处理提高定位曲线空间分辨率，提高局部缺陷的识别灵敏度，距离窗函数为：
式中：D0为原始数据；s为可调距离窗长度；j为距离窗中的数据点数；Fmean表示平均处理；
对处理后图像进行研判，若图像中出现尖峰则说明电缆存在局部缺陷，尖峰所在处为缺陷所在位置。
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