CN103558490A - 一种振动冲击波在沙土介质中传播的研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振动冲击波在沙土介质中传播的研究方法，包括以下步骤：步骤1、将故障电力埋在沙土中，通过高压脉冲发生器给电缆施加高压脉冲，使电缆在故障处放电发生冲击振动形成振动冲击波，并将振动冲击波的波形传向沙土；步骤2、测出振源周围一个位置的振动波形，并将数据输入计算机进行处理；步骤3、计算机通过数学计算，得出振动传播方向当振动传播到远处某个点的振动波形，所述振动波形是具有具体位置及时间的冲击波波形。具有监测精度高和成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲击波传播技术，特别涉及一种振动冲击波在沙土介质中传播的研究方法，该研究方法是针对一种110kVXLPE高压电力电缆振动冲击波在沙土介质中传播的研究方法，即对冲击波形进行傅里叶变换，分析傅里叶变换后的正弦波的传播衰减状况，最后波形传输一段距离后再反傅里叶变换求出冲击波形的方法。
背景技术
目前在光纤瑞丽散射测量填沙直埋110kVXLPE故障距离的研究工作中，需要研究振动冲击波在沙土中的衰减情况。然而过去，研究振动衰减多是通过采用高昂的高精度级别振动测试仪在振动传播方向进行测量的方法，将搜集的数据进行拟合计算出电缆振动冲击波衰减波形。这种方法费时费力，由于受制于仪器探头对微振动的敏感程度以及仪器本身的测量精度等问题，当振动冲击波传输距离较远时，会出现仪器测量不准或者感应不到振动的情况。出现这种情况使得高压电力电缆在沙土中短路故障振动冲击的研究出现瓶颈性问题，可见，传统方法中存在研究110kVXLPE高压电力电缆振动冲击波远距离传播后仪器测不准或者测不出结果的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种振动冲击波在沙土介质中传播的研究方法，该研究方法是一种有效的研究高压电力电缆短路故障冲击波的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种振动冲击波在沙土介质中传播的研究方法，包括以下步骤：
步骤1、将故障电力埋在沙土中，通过高压脉冲发生器给电缆施加高压脉冲，使电缆在故障处放电发生冲击振动形成振动冲击波，并将振动冲击波的波形传向沙土；
步骤2、测出振源周围一个位置的振动波形，并将数据输入计算机进行处理；
步骤3、计算机通过数学计算，得出振动传播方向当振动传播到远处某个点的振动波形，所述振动波形是具有具体位置及时间的冲击波波形。
在步骤3中，所述数学计算的计算过程包括以下步骤：
步骤A、假定在时刻t,低精度振动测量仪器在振源附近C点测量振动波形测得数据输入计算机，并将此时的振动波形进行傅里叶变换为不同频率的正弦纵波；
步骤B、根据振动波速，推算振动波形传播到D点的时刻为在t+Δt时刻，C点与D点距离s,则对应的各种频率正弦波形幅值衰减为A（fn；s；B），其中，fn表示不同的频率值；
步骤C、将衰减进行反傅里叶变换计算传播到D点的冲击波形。
在步骤1中，振动冲击波源自高压脉冲在电缆故障放电，所述振动冲击波传播的介质为B因子已知的沙土。
在步骤2中，所述振动波形通过通过低精度振动测量仪的测量探头测得。
在步骤3中，计算机对所述振动波形进行处理的处理方式包括以下步骤：
（1）通过傅里叶变换将冲击波形分解为正弦纵波；
（2）根据正弦纵波的衰减情况进行衰减计算；
（3）根据衰减后正弦纵波波形通过反傅里叶变换为冲击波形。
本发明的技术方案详细描述如下：
本研究模型包括110kVXLPE高压电力电缆、沙土、电缆故障点、高压脉冲发生器、振动测试仪和计算机，利用高压脉冲发器对110kVXLPE高压电力电缆施加高压脉冲，使高压电力电缆故障点发生单相对地短路放电，从而引起故障点附近电缆的冲击振动，这种冲击振动传向沙土并沿着沙土向四周扩散，最终被放在故障点附近沙土内的故障测试仪的探头感应到，并将振动信息通过振动测试仪传递给计算机。计算机通过一系列数据处理计算出冲击波传播到更远某位置处的冲击波波形。
具体过程如下：
1）高压脉冲发生器发出高压脉冲作用于110kVXLPE高压电力电缆，并在故障点放电产生冲击振动，并向四周沙土中传播。
2）各种振动纵波衰减与沙土介质的温度t、湿度h、颗粒大小系数p等因素有关，这里将沙土对振动冲击波衰减影响因子统一个B因子，另外衰减也与振动传播距离s和振动频率f有关，假定振动纵波在沙土中传播衰减函数为A(f；s；B)；
3）假定在时刻t,低精度振动测量仪器在振源附近C点测量振动波形测得数据输入计算机，并将此时的振动波形进行傅里叶变换为不同频率的正弦纵波。
4）根据振动波速，推算振动波形传播到D点的时刻为在t+Δt时刻，C点与D点距离s,则对应的各种频率正弦波形幅值衰减为A（fn；s；B），fn表示不同的频率值。
5）将衰减进行反傅里叶变换计算传播到D点的冲击波形。
本发明研究方法的原理图：将振动波形经过傅里叶变换成不同角频率和幅值的三角波波形，根据传播距离算出三角波波形的衰减状况，最后经过傅里叶反变换得出传播衰减后的冲击波形。
本发明的工作原理：本发明利用振动测试仪测量出高压电力电缆短路故障周围的振动波形，将振动波形输入计算机，计算机将冲击波形傅里叶变换处理成不同角频率的三角波形，不同角频率的三角波在沙土介质传播衰减状况不同，最后计算机根据冲击波传播的距离以及结合不同角频率三角波的衰减状况，通过波形的反傅里反变换计算出传播衰减后的振动冲击波。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、有效克服了传统方法中存在研究110kVXLPE高压电力电缆振动冲击波远距离传播后仪器测不出结果的问题，推动了光纤瑞丽散射测试110kV高压电力电缆冲击波测试电力电缆故障的研究工作。
2、许多振动在线监测装置的研制过程，都会经过更高精度级别的高昂的振动测量装置进行长久的验证工作，使监测装置的灵敏度达到要求。本法的提出可以有效解决问题，根据振动在介质中的传播衰减，推算振动衰减后的波形，减少了振动在线监测装置研制验证阶段的工作量，也降低研制成本。
3、在许多单一介质并且振源处无法放置探头而又急需模拟振源振动情况的场合，本方法完全可以好的解决这一问题。
4、本方法比较灵活，根据介质本身的衰减特性，在某点位置振动波形已知情况下，可以计算振动冲击波传播方向上，其附近任何位置、任何时间的振动中波形。
附图说明
图1是本发明的研究模型图。
图2是本发明研究方法的原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，为本发明的研究模型图，本研究模型包括110kVXLPE高压电力电缆、沙土、电缆故障点、高压脉冲发生器、振动测试仪和计算机，利用高压脉冲发器对110kVXLPE高压电力电缆施加高压脉冲，使高压电力电缆故障点发生单相短路故障，从而引起故障点附近电缆的冲击振动，这种冲击振动传向沙土并沿着沙土向四周扩散，最终被放在故障点附近沙土内的故障测试仪的探头感应到，并将振动信息通过振动测试仪转化为电信号传递给计算机。计算机通过一系列数据处理及计算出，得出具体位置及时间的冲击波波形。
具体过程如下：
1）高压脉冲发生器发出高压脉冲作用于110kVXLPE高压电力电缆，并在故障点放电产生冲击振动，并向四周沙土中传播。
2）各种振动纵波衰减与沙土介质的温度t、湿度h、颗粒大小系数p等因素有关，这里将沙土对振动冲击波衰减影响因子统一个B因子，另外衰减也与振动传播距离s和振动频率f有关，假定振动纵波在沙土中传播衰减函数为A(f；s；B)；
3）假定在时刻t,低精度振动测量仪器在振源附近C点测量振动波形测得数据输入计算机，并将此时的振动波形进行傅里叶变换为不同频率的正弦纵波。
4）根据振动波速，推算振动波形传播到D点的时刻为在t+Δt时刻，C点与D点距离s,则对应的各种频率正弦波形幅值衰减为A（fn；s；B），fn表示不同的频率值。
5）将衰减进行反傅里叶变换计算传播到D点的冲击波形。
如图2所示，是本发明研究方法的原理图，将振动波形经过傅里叶变换成不同角频率和幅值的三角波波形，根据传播距离算出三角波波形的衰减状况，最后经过傅里叶反变换得出传播衰减后的冲击波形。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.振动冲击波在沙土介质中传播的研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将故障电力电缆埋在沙土中，通过高压脉冲发生器给电缆施加高压脉冲，使电缆在故障处放电发生冲击振动形成振动冲击波，并将振动冲击波传向沙土；
步骤2、测出振源周围一个位置的振动波形，并将数据输入计算机进行处理；
步骤3、计算机通过数学计算，得出振动传播方向当振动传播到远处某个点的振动波形，所述振动波形是具有具体位置及时间的冲击波波形。
2.根据权利要求1所述的研究方法，其特征在于，在步骤3中，所述数学计算的计算过程包括以下步骤：
步骤A、假定在时刻t,低精度振动测量仪器在振源附近C点测量振动波形测得数据输入计算机，并将此时的振动波形进行傅里叶变换为不同频率的正弦纵波；
步骤B、根据振动波速，推算振动波形传播到D点的时刻为在t+Δt时刻，C点与D点距离s,则对应的各种频率正弦波形幅值衰减为A（fn；s；B），其中，fn表示不同的频率值；
步骤C、将衰减正弦纵波进行反傅里叶变换计算传播到D点的冲击波形。
3.根据权利要求1所述的研究方法，其特征在于，在步骤1中，振动冲击波源自高压脉冲在电缆故障放电，所述振动冲击波传播的介质为B因子已知的沙土。
4.根据权利要求1所述的研究方法，其特征在于，在步骤2中，所述振动波形通过低精度振动测量仪的测量探头测得。
5.根据权利要求1所述的研究方法，其特征在于，在步骤3中，计算机对所述振动波形进行处理的处理方式包括以下步骤：
（1）通过傅里叶变换将冲击波形分解为正弦纵波；
（2）根据正弦纵波的衰减情况进行衰减计算；
（3）根据衰减后正弦纵波波形通过反傅里叶变换为冲击波形。
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