CN103913738A - 在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法，所述方法包括：使故障电缆产生振动波，测量距振源一定距离的多个最大振动加速度值；采用乘幂衰减公式和指数衰减公式分别对测量数据进行拟合；根据光纤能检测到的最小振动加速度值，确定光纤与电缆的最大间距。本发明方法在将光纤振动传感技术和瑞利散射原理应用在电缆故障点定位时，可以先确定光纤与电缆的最大间距，然后再采用光纤对故障点进行定位，既可避免光纤距离电缆太远检测不到振动波信号，又可避免光纤距离电缆太近会受到损伤，能广泛应用于城市的电力电缆故障点定位。

Description

在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法

技术领域

本发明涉及一种确定光纤与电缆最大间距的方法，尤其是一种在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法，属于电力技术领域。

背景技术

目前的电力电缆已广泛地应用于城市中，一旦电力电缆出现故障，需要对电力电缆进行准确的故障点定位，尽快找出故障原因，使电力系统快速恢复供电，有着重要的现实性与经济性意义。

将光纤振动传感技术和瑞利散射原理应用在电缆故障点定位方面，其优点在于，故障电力电缆被击穿放电产生的振动波是一种机械波，不会受到电磁的干扰；但由于光纤距离电缆太远检测不到振动波信号，光纤距离电缆太近会受到损伤，基于此，需要确定光纤与电缆的最大间距。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种实施简单，可以有效检测振动波信号的在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法，其特征在于所述方法包括：使故障电缆产生振动波，测量距振源一定距离的多个最大振动加速度值；采用乘幂衰减公式和指数衰减公式分别对测量数据进行拟合；根据光纤能检测到的最小振动加速度值，确定光纤与电缆的最大间距。

作为一种实施方案，所述使故障电缆产生振动波，测量距振源一定距离的多个最大振动加速度值具体如下：

对故障电缆施加高电压脉冲，使电缆被击穿产生振动波，在距振源一定距离处依次布置多个加速度传感器，每两个相邻的加速度传感器之间具有一定间距，每个加速度传感器与振源之间的距离为传播衰减距离，通过每个加速度传感器测量得到多个最大振动加速度值。

作为一种实施方案，所述多个加速度传感器中，与振源距离最近的加速度传感器为第一个加速度传感器，每两个相邻的加速度传感器之间的间距和第一个加速度传感器与振源之间的距离相同。

作为一种实施方案，所述采用乘幂衰减公式对测量数据进行拟合，其拟合公式如下：

y₁=kx^-β

式中，y₁为振动波的最大振动加速度，x为传播衰减距离，k为衰减系数，β为衰减指数；由此得到乘幂衰减拟合曲线y₁-x。

作为一种实施方案，所述采用指数衰减公式对测量数据进行拟合，其拟合公式如下：

y₂=Ae^-αx

式中，y₂为振动波的最大振动加速度，x为传播衰减距离，A为衰减系数，α为衰减指数；由此得到乘幂衰减拟合曲线y₂-x。

作为一种实施方案，所述根据光纤能检测到的最小振动加速度值，确定光纤与电缆的最大间距，具体如下：

首先获取光纤能检测到的最小振动加速度值a_min，再作y=a_min与曲线y₁-x、曲线y₂x分别交于点Q₁和Q₂，点Q1、Q2对应的横坐标分别为x₁、x₂，通过下式取x₁和x₂中的较小值作为光纤与电缆的最大间距：

x_max=min{x₁，x₂}

若x₁>x₂，则得到光纤与电缆的最大间距x_max=x₂；若x₁<x₂，则得到光纤与电缆的最大间距x_max=x₁。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

本发明方法在将光纤振动传感技术和瑞利散射原理应用在电缆故障点定位时，可以先确定光纤与电缆的最大间距，然后再采用光纤对故障点进行定位，既可避免光纤距离电缆太远检测不到振动波信号，又可避免光纤距离电缆太近会受到损伤，能广泛应用于城市的电力电缆故障点定位。

附图说明

图1为本发明实施例1的总体布置方案示意图。

图2为本发明实施例1的电缆故障点处径向截面加速度传感器布置示意图。

图3为本发明实施例1的实验数据以及y₁-x、y₂-x和y=a_min的曲线示意图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例以实验方案为例进行说明，具体包括以下步骤：

1)如图1所示，在木箱周围放置了防震泡膜，箱体中填满从电缆沟中取出的沙土，将故障电缆放置于沙土中，由人为制造出电缆故障点；

2)如图2所示，在故障点铅直方向布置7个加速度传感器，编号由下至上分别为1、2、3、4、5、6和7，每两个相邻的加速度传感器之间的间距为10cm，其中加速度传感器1与电缆故障点之间的距离(即传播衰减距离)为10cm、加速度传感器2与电缆故障点之间的距离为20cm……加速度传感器7与电缆故障点之间的距离为70cm；

3)如图1和图2所示，对故障电缆施加高电压脉冲，使其被击穿产生振动波，振动波在沙土中衰减传播，加速度传感器1-7分别测量不同传播衰减距离的最大振动加速度值，将测量得到的数据传送到数据采集器中，测量数据如图3和下表1所示：

表1最大振动加速度值随传播衰减距离的变化

4)采用乘幂衰减公式和指数衰减公式分别对测量数据进行拟合，其中：

采用乘幂衰减公式对测量数据进行拟合，其拟合公式如下：

y₁=kx^-β             (1)

式中，y₁为振动波的最大振动加速度，x为传播衰减距离，k为衰减系数，β为衰减指数；

用最小二乘法拟合，对式(1)两边取对数，得到

lny₁=lnk-βlnx

令Y₁=lny₁，K₁=lnk，X=lnx，变为：

Y₁=K₁-βX

将上表1中的代入该式可以算出K₁和β，又，那么y₁=827.13x^-1.47，由此得到乘幂衰减拟合曲线y₁-x，如图3所示；

采用指数衰减公式对测量数据进行拟合，其拟合公式如下：

y₂=Ae^-αx     (2)

式中，y₂为振动波的最大振动加速度，x为传播衰减距离，A为衰减系数，α为衰减指数；

同样用最小二乘法拟合，对式(2)两边取对数，得到

lny₂=lnA-αx

令Y₂=lny₂，K₂=lnA，X=x，变为：

Y₂=K₂-αX

将上表1中的代入该式可以算出K₂和α，又，那么y₂=28.74e^-0.05x，由此得到乘幂衰减拟合曲线y₂-x，如图3所示；

5)获取光纤能检测到的最小振动加速度值a_min，作y=a_min与曲线y₁-x、曲线y₂-x分别交于点Q₁和Q₂，如图3所示，点Q1、Q2对应的横坐标分别为x₁、x₂，通过下式取x₁和x₂中的较小值作为光纤与电缆的最大间距：

x_max=min{x₁，x₂}     (3)

由图3中可以看到，由于x₁<x₂，则得到光纤与电缆的最大间距x_max=x₁。

综上所述，本发明方法在将光纤振动传感技术和瑞利散射原理应用在电缆故障点定位时，可以先确定光纤与电缆的最大间距，然后再采用光纤对故障点进行定位，既可避免光纤距离电缆太远检测不到振动波信号，又可避免光纤距离电缆太近会受到损伤，能广泛应用于城市的电力电缆故障点定位。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (6)

1.在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法，其特征在于所述方法包括：使故障电缆产生振动波，测量距振源一定距离的多个最大振动加速度值；采用乘幂衰减公式和指数衰减公式分别对测量数据进行拟合；根据光纤能检测到的最小振动加速度值，确定光纤与电缆的最大间距。

2.根据权利要求1所述的在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法，其特征在于：所述使故障电缆产生振动波，测量距振源一定距离的多个最大振动加速度值具体如下：

对故障电缆施加高电压脉冲，使电缆被击穿产生振动波，在距振源一定距离处依次布置多个加速度传感器，每两个相邻的加速度传感器之间具有一定间距，每个加速度传感器与振源之间的距离为传播衰减距离，通过每个加速度传感器测量得到多个最大振动加速度值。

3.根据权利要求2所述的在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法，其特征在于：所述多个加速度传感器中，与振源距离最近的加速度传感器为第一个加速度传感器，每两个相邻的加速度传感器之间的间距和第一个加速度传感器与振源之间的距离相同。

4.根据权利要求2所述的在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法，其特征在于：所述采用乘幂衰减公式对测量数据进行拟合，其拟合公式如下：

y₁=kx^-β

式中，y₁为振动波的最大振动加速度，x为传播衰减距离，k为衰减系数，β为衰减指数；由此得到乘幂衰减拟合曲线y₁-x。

5.根据权利要求4所述的在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法，其特征在于：所述采用指数衰减公式对测量数据进行拟合，其拟合公式如下：

y₂=Ae^-αx

式中，y₂为振动波的最大振动加速度，x为传播衰减距离，A为衰减系数，α为衰减指数；由此得到乘幂衰减拟合曲线y₂-x。

6.根据权利要求5所述的在电力电缆故障中确定光纤与电缆最大间距的方法，其特征在于：所述根据光纤能检测到的最小振动加速度值，确定光纤与电缆的最大间距，具体如下：

首先获取光纤能检测到的最小振动加速度值a_min，再作y=a_min与曲线y₁-x、曲线y₂-x分别交于点Q₁和Q₂，点Q1、Q2对应的横坐标分别为x₁、x₂，通过下式取x₁和x₂中的较小值作为光纤与电缆的最大间距：

x_max=min{x₁，x₂}

若x₁>x₂，则得到光纤与电缆的最大间距x_max=x₂；若x₁<x₂，则得到光纤与电缆的最大间距x_max=x₁。