CN110261739B - 一种电缆软故障定位装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

一种电缆软故障定位装置及定位方法，实现方式简单且能够精确定位，属于线缆软故障定位领域。本发明的定位装置包括标准电缆、定点定位器和故障检测设备；定点定位器用于模拟特性阻抗失配的情况；标准电缆的一端与故障检测设备的第一端口连接，标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，待测电缆的另一端与故障检测设备的第二端口连接；标准电缆及待测电缆为同种类型的电缆；故障检测设备，用于获取与其连接的电缆的势函数分布曲线，当所述势函数分布曲线上出现了两个峰值，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置。

Description

一种电缆软故障定位装置及定位方法

技术领域

本发明属于线缆软故障定位领域，具体涉及一种电缆软故障的检测过程中对电缆软故障进行定位的装置及方法。

背景技术

当前电缆在与国民经济相关的诸多领域得到广泛应用，其重要性已不言而喻。然而电缆在长期的运行中易受到包括电磁场、机械应力、化学腐蚀以及热效应等影响因素的作用，有可能导致绝缘老化和破损，造成电缆的软故障。软故障指的是电缆的结构和性质发生变化但在导电路径仍然保持连接的故障，软故障随着故障的加剧可进一步发展成为硬故障，对系统造成不可预料的伤害，一直是影响系统稳定运行的一大隐患，因此，如果能在系统的定期检修中有效的定位出系统中所用电缆的软故障，并及时对故障进行排除，那么就能在很大程度的提高系统工作的安全可靠性。

目前，比较常见的电缆故障定位方法有阻抗法和行波法，阻抗法行波法原理简单，但是阻抗法只能定位电缆的断路故障，且需要知道电缆的具体参数，电磁波的波速误差对行波法的实施会有较大的影响，这两种定位方法不适用对电缆软故障的定位。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种实现方式简单且能够精确定位的电缆软故障定位装置及定位方法。

本发明的一种电缆软故障定位装置，包括标准电缆、定点定位器和故障检测设备；

所述定点定位器用于模拟特性阻抗失配的情况；标准电缆的一端与故障检测设备的第一端口连接，标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，待测电缆的另一端与故障检测设备的第二端口连接；

所述标准电缆及待测电缆为同种类型的电缆；

故障检测设备，用于获取与其连接的电缆的势函数分布曲线，当所述势函数分布曲线上出现了两个峰值，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置。

作为优选，所述定点定位器包括两个电缆接头和两根/组电线；所述电线的阻抗不同于待测电缆和标准电缆；

一根/组电线的两端分别连接两个电缆接头的内导体，另一根/组电线的两端分别连接两个电缆接头的屏蔽层；

两个电缆接头分别用于连接标准电缆的另一端和待测电缆的一端。

作为优选，所述标准电缆和定点定位器的长度的选择依据为：

判断待测电缆的破坏程度，依据定点定位器的电线长度越短、标准电缆越长使势函数的第一个峰值越小，及电缆被破坏得越严重，其对应的势函数的第二个峰值越大的结论，选择标准电缆和定点定位器的长度及定点定位器的电线材料，使势函数的两个峰值的差异尽量小。

作为优选，所述故障检测设备，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置的具体过程包括：

势函数分布曲线两个峰值对应的时间分别为t₀和t，标准电缆长度为l₀，待测电缆故障位置距离待测电缆的始端的距离为l，根据

求取l，进而确定待测电缆软故障的位置。

作为优选，所述故障检测设备包括矢量网络分析仪和处理器；

标准电缆的一端与矢量网络分析仪的第一端口连接，标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，待测电缆的另一端与矢量网络分析仪的第二端口连接；

矢量网络分析仪用于检测与其连接的电缆的散射参数；

处理器，与矢量网络分析仪连接，用于根据矢量网络分析仪的检测的散射参数，获取势函数分布曲线，当所述势函数分布曲线上出现了两个峰值，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置。

本发明还提供一种电缆软故障定位方法，所述方法包括：

S1、将标准电缆的一端与故障检测设备的第一端口连接，将标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，将定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，将待测电缆的另一端与故障检测设备的第二端口连接；所述定点定位器用于模拟特性阻抗失配的情况；所述标准电缆及待测电缆为同种类型的电缆；

S2、运行故障检测设备，得到电缆的势函数分布曲线；

S3、若待测电缆有软故障，所述势函数分布曲线上会出现两个峰值，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置。

作为优选，所述定点定位器包括两个电缆接头和两根/组电线；所述电线的阻抗不同于待测电缆和标准电缆；

一根/组电线的两端分别连接两个电缆接头的内导体，另一根/组电线的两端分别连接两个电缆接头的屏蔽层；

两个电缆接头分别用于连接标准电缆的另一端和待测电缆的一端。

作为优选，所述标准电缆和定点定位器的长度的选择依据为：

判断待测电缆的破坏程度，依据定点定位器的电线长度越短、标准电缆越长使势函数的第一个峰值越小，及电缆被破坏得越严重，其对应的势函数的第二个峰值越大的结论，选择标准电缆和定点定位器的长度及定点定位器的电线材料，使势函数的两个峰值的差异尽量小。

作为优选，所述S3包括：

势函数分布曲线两个峰值对应的时间分别为t₀和t，标准电缆长度为l₀，待测电缆故障位置距离待测电缆的始端的距离为l，根据

求取l，进而确定待测电缆软故障的位置。

作为优选，所述故障检测设备包括矢量网络分析仪和处理器；

S1具体为：将标准电缆的一端与矢量网络分析仪的第一端口连接，将标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，将定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，将待测电缆的另一端与矢量网络分析仪的第二端口连接；

S2、运行处理器，处理器控制矢量网络分析仪测量电缆的散射参数，并根据散射参数，获取势函数分布曲线；

S3、当所述势函数分布曲线上出现了两个峰值，处理器根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置。

本发明的有益效果，本发明提供了一种电缆软故障检测中对软故障进行定位的装置及方法，具体是在标准电缆和待测电缆之间模拟出特性阻抗失配的情况，在使用故障检测设备获取电缆势函数分布曲线的基础上，根据时间与电缆上任意一点距电缆始端的距离成比例的关系，计算出待测电缆上软故障的位置。这种故障定位方法与传统方法相比，能够定位的故障类型更加广泛，定位精度更高，实现的方式更加简单。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为电缆软故障检测中的势函数曲线分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：本实施方式的一种电缆软故障定位装置，如图1所示，包括标准电缆、定点定位器和故障检测设备；

本实施方式的标准电缆及待测电缆均为同轴电缆；选取一根长度为l₀的电缆作为标准电缆，将两端制作成连接器接头，便于连接定点定位器和故障检测设备；选取待检测的故障电缆样品，将两端制作成连接器接头，便于连接定点定位器和故障检测设备；标准电缆及待测电缆为同种类型的电缆；

定点定位器用于模拟特性阻抗失配的情况；

标准电缆的一端与故障检测设备的第一端口连接，标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，待测电缆的另一端与故障检测设备的第二端口连接；

当电磁波在电缆的行进过程中遇到特性阻抗不均匀时将会发生散射现象，即部分电磁波保持原有的方向继续向前传播称为透射，而另一部分沿着原有路径向信号源方向返回称为反射，当电缆中的散射现象是由于电缆故障导致时，可以用反射系数反应故障的严重程度。利用反射系数构建电缆的阻抗特性，再依据势函数与电缆特性阻抗的关系，获得势函数分布曲线；

故障检测设备，用于获取与其连接的电缆的势函数分布曲线，当获取的势函数分布曲线上出现了两个峰值，第一个峰值是由定点定位器造成的电缆特性阻抗的失配所导致的，另一个峰值则对应待测电缆上的软故障，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置。

本实施方式的定点定位器是为了模拟特性阻抗失配的情况，可以采用软件模型模拟阻抗失配，根据标准电缆输入给定点定位器的信号源，再输出信号源给待测电缆，利用软件模型模拟阻抗失配的这种方式比较复杂，本实施方式为了在标准电缆和待测电缆之间模拟出特性阻抗失配的情况，考虑到普通电线电缆的阻抗与同轴电缆阻抗不匹配，用一根/组普通的电线线缆连接两个BNC接头的内导体，另一根/组电线连接BNC接头的屏蔽层，来模拟电缆的失配情况。

本实施方式的内导体和屏蔽层都是导电体，内导体为电磁波提供前向路径，而屏蔽层提供返回路径相当于地线，此外屏蔽层还起到隔绝内、外场信号之间相互干扰的作用。

优选实施例中，本实施方式的故障检测设备，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置的具体过程包括：

势函数分布曲线上的两个峰值分别对应两个不同的时间t₀和t，待测电缆故障位置距离待测电缆的始端的距离为l；

电缆中电磁波的传播速率可以认为是一个恒定的值，而x＝Vt，时间t与电缆上任意一点与初始端的相对位置x是成比例的，据此可得公式一：

进一步整理得公式二：

t₀和t可直接从势函数分布曲线上读出，标准电缆长度l₀是已确定的值，根据公式二可求出l，进而确定待测电缆软故障的位置。

本实施方式的的故障检测设备包括矢量网络分析仪和处理器；

矢量网络分析仪为一种电磁波能量的测试设备，本实施方式利用矢量网络分析仪测量电缆的散射参数；

标准电缆的一端与矢量网络分析仪的第一端口连接，标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，待测电缆的另一端与矢量网络分析仪的第二端口连接；

矢量网络分析仪用于检测与其连接的电缆的散射参数；

处理器，与矢量网络分析仪连接，用于根据矢量网络分析仪的检测的散射参数，获取势函数分布曲线及计算待测电缆软故障的位置。

具体实施方式二：本实施方式的一种电缆软故障定位方法，包括：

S1、将标准电缆的一端与故障检测设备的第一端口连接，将标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，将定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，将待测电缆的另一端与故障检测设备的第二端口连接；所述定点定位器用于模拟特性阻抗失配的情况；标准电缆及待测电缆为同种类型的电缆；

S2、运行故障检测设备，得到电缆的势函数分布曲线；

S3、若待测电缆有软故障，所述势函数分布曲线上会出现两个峰值，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置。

优选实施例中，本实施方式定点定位器包括两个电缆接头和两根/组电线；所述电线的阻抗不同于待测电缆和标准电缆；

一根/组电线的两端分别连接两个电缆接头的内导体，另一根/组电线的两端分别连接两个电缆接头的屏蔽层；

两个电缆接头分别用于连接标准电缆的另一端和待测电缆的一端。

优选实施例中，本实施方式S3包括：

势函数分布曲线两个峰值对应的时间分别为t₀和t，标准电缆长度为l₀，待测电缆故障位置距离待测电缆的始端的距离为l，根据

求取l，进而确定待测电缆软故障的位置。

优选实施例中，本实施方式故障检测设备包括矢量网络分析仪和处理器；

S1具体为：将标准电缆的一端与矢量网络分析仪的第一端口连接，将标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，将定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，将待测电缆的另一端与矢量网络分析仪的第二端口连接；

S2、运行处理器，处理器控制矢量网络分析仪测量电缆的散射参数，并根据散射参数，获取势函数分布曲线；

S3、当所述势函数分布曲线上出现了两个峰值，处理器根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置。

具体实施方式一和具体实施方式二的定点定位器连接用的电线有铜线和铝线两种，线的长度有长中短(分别为16.5厘米、8.8厘米和4.2厘米)三种类型，本实施方式将六种定点定位器分别称为：长铜定位器、长铝定位器、中铜定位器、中铝定位器、短铜定位器和短铝定位器。制作一条20米长的标准电缆，其后接上不同的定点定位器，再在定点定位器后面接上无故障电缆，使用软故障检测平台来检测整条电缆，从检测结果可以得出：

1)每一种定点定位器对应的势函数曲线都有一个明显的峰值，说明定点定位器的确模拟了电缆特性阻抗失配的情况。

2)每一个峰值都在相同的时间点出现，说明当标准电缆的长度l₀确定时，势函数峰值对应的时间t₀也是确定的，不同类型的定点定位器也不影响t₀的值。

3)对比相同长度铜线定点定位器和铝线定点定位器对应的势函数曲线，可以看出铜线定点定位器所引发的势函数峰值小于铝线定点定位器。

4)对比同种材料不同长度线缆的定点定位器对应的势函数曲线可以发现：无论铜线还是铝线，越短的电线电缆的定点定位器对应的势函数峰值越小。

由于不同电缆软故障类型对应的势函数曲线峰值不同，根据这些结论，可以为不同的软故障类型选择不同的定点定位器，使得软故障检测结果更加精确。

上述六种定位器，即使是短铜定位器，他所对应的势函数峰值也达到了0.2以上，为了方便对势函数较小的电缆故障的检测，用更短的铜线(2厘米)制作定点定位器，做不同长度的标准电缆的的对比试验，可以得出，标准电缆越长，其对应的势函数曲线的峰值越低。由于故障电缆所对应的势函数峰值与其受破坏的部位及程度有关，电缆被破坏得越严重，其对应的势函数的第二个峰值越大，反之则越小，而利用本发明得到的两个峰值的幅值差异越小，定位的精度越高；

所以在检测一段待测电缆的软故障时，判断待测电缆的破坏程度，依据定点定位器的电线长度越短、标准电缆越长使使势函数的第一个峰值越小，及电缆被破坏得越严重，其对应的势函数的第二个峰值越大的结论，选择标准电缆和定点定位器的长度及定点定位器的电线材料，使势函数的两个峰值的差异尽量小。虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (8)

1.一种电缆软故障定位装置，其特征在于，包括标准电缆、定点定位器和故障检测设备；

所述定点定位器用于模拟特性阻抗失配的情况；标准电缆的一端与故障检测设备的第一端口连接，标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，待测电缆的另一端与故障检测设备的第二端口连接；

所述标准电缆及待测电缆为同种类型的电缆；

故障检测设备，用于获取与其连接的电缆的势函数分布曲线，当所述势函数分布曲线上出现了两个峰值，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置；

所述故障检测设备，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置的具体过程包括：

势函数分布曲线两个峰值对应的时间分别为t₀和t，标准电缆长度为l₀，待测电缆故障位置距离待测电缆的始端的距离为l，根据

求取l，进而确定待测电缆软故障的位置。

2.根据权利要求1所述的电缆软故障定位装置，其特征在于，所述定点定位器包括两个电缆接头和两根/组电线；所述电线的阻抗不同于待测电缆和标准电缆；

一根/组电线的两端分别连接两个电缆接头的内导体，另一根/组电线的两端分别连接两个电缆接头的屏蔽层；

两个电缆接头分别用于连接标准电缆的另一端和待测电缆的一端。

3.根据权利要求2所述的电缆软故障定位装置，其特征在于，所述标准电缆和定点定位器的长度的选择依据为：

判断待测电缆的破坏程度，依据定点定位器的电线长度越短、标准电缆越长使势函数的第一个峰值越小，及电缆被破坏得越严重，其对应的势函数的第二个峰值越大的结论，选择标准电缆和定点定位器的长度及定点定位器的电线材料，使势函数的两个峰值的差异尽量小。

4.根据权利要求1所述的电缆软故障定位装置，其特征在于，所述故障检测设备包括矢量网络分析仪和处理器；

标准电缆的一端与矢量网络分析仪的第一端口连接，标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，待测电缆的另一端与矢量网络分析仪的第二端口连接；

矢量网络分析仪用于检测与其连接的电缆的散射参数；

处理器，与矢量网络分析仪连接，用于根据矢量网络分析仪的检测的散射参数，获取势函数分布曲线，当所述势函数分布曲线上出现了两个峰值，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置。

5.一种电缆软故障定位方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、将标准电缆的一端与故障检测设备的第一端口连接，将标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，将定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，将待测电缆的另一端与故障检测设备的第二端口连接；所述定点定位器用于模拟特性阻抗失配的情况；所述标准电缆及待测电缆为同种类型的电缆；

S2、运行故障检测设备，得到电缆的势函数分布曲线；

S3、若待测电缆有软故障，所述势函数分布曲线上会出现两个峰值，根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置；

所述S3包括：

势函数分布曲线两个峰值对应的时间分别为t₀和t，标准电缆长度为l₀，待测电缆故障位置距离待测电缆的始端的距离为l，根据

求取l，进而确定待测电缆软故障的位置。

6.根据权利要求5所述的电缆软故障定位方法，其特征在于，所述定点定位器包括两个电缆接头和两根/组电线；所述电线的阻抗不同于待测电缆和标准电缆；

一根/组电线的两端分别连接两个电缆接头的内导体，另一根/组电线的两端分别连接两个电缆接头的屏蔽层；

两个电缆接头分别用于连接标准电缆的另一端和待测电缆的一端。

7.根据权利要求6所述的电缆软故障定位方法，其特征在于，所述标准电缆和定点定位器的长度的选择依据为：

判断待测电缆的破坏程度，依据定点定位器的电线长度越短、标准电缆越长使势函数的第一个峰值越小，及电缆被破坏得越严重，其对应的势函数的第二个峰值越大的结论，选择标准电缆和定点定位器的长度及定点定位器的电线材料，使势函数的两个峰值的差异尽量小。

8.根据权利要求5所述的电缆软故障定位方法，其特征在于，所述故障检测设备包括矢量网络分析仪和处理器；

S1具体为：将标准电缆的一端与矢量网络分析仪的第一端口连接，将标准电缆的另一端与定点定位器的一端连接，将定点定位器的另一端与待测电缆的一端连接，将待测电缆的另一端与矢量网络分析仪的第二端口连接；

S2、运行处理器，处理器控制矢量网络分析仪测量电缆的散射参数，并根据散射参数，获取势函数分布曲线；

S3、当所述势函数分布曲线上出现了两个峰值，处理器根据第二个峰值的时间，确定待测电缆软故障的位置。

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