CN110687396A - 一种提高线缆故障测量精度的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高线缆故障测量精度的方法及系统，所述方法包括：根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段；向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号；根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号确定线缆中的故障位置和故障类型，本发明提供的技术方案，将被测线缆划分为n个待测区段，可以减小测量的盲区距离，提高中间故障点的测量精度；向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号，可以减小因固定宽度的脉冲信号传输速度的变化引起的测量误差。

Description

一种提高线缆故障测量精度的方法及系统
技术领域
本发明涉及时域反射测量线缆故障领域，具体涉及一种提高线缆故障测量精度的方法及系统。
背景技术
线缆是光缆、电缆的统称，主要用于供电设备和用电设备之间的连接，担负着设备连接、电力输送等多重任务。线缆相比于架高空输电线，其优点主要是投资小、运行可靠、布局方便。随着我国城镇化建设的逐步推进，线缆的应用范围越来越广，但线缆具有复杂的施工工艺，一旦发生故障，会直接影响到电网供电，给人们的生产生活造成严重损失。因此，各企业也越来越重视线缆故障的检测。
目前对于线缆故障检测较为成熟的方法是时域反射测量法(TDR)。这种方法是通过向线缆中注入脉冲信号，脉冲信号通过线缆上阻抗变化点处发生反射，根据发射脉冲和反射脉冲可以确定线缆故障的位置。但是，由于脉冲波速变化使该测量方法极易产生测量误差，并且线缆越长，即测量范围越大，脉冲信号内高频分量损失越大，进而导致测量误差越大。
发明内容
本发明提供一种提高线缆故障测量精度的方法及系统，其目的是减小测量的盲区距离，提高中间故障点的测量精度且减小因脉冲信号传输速度的变化引起的测量误差。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种提高线缆故障测量精度的方法，其改进之处在于，所述方法包括：
根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段；
向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号，并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号；
根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，确定线缆中的故障类型和故障位置。
优选的，所述根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段，包括：
按下式确定被测线缆中第i个待测区段的区段长度li：
Figure BDA0002223243250000021
其中，L为被测线缆的实际总长度，n为将被测线缆划分待测区段的区段个数。
优选的，所述向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号，并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，包括：
先向第i个待测区段内发送预设宽度最小的脉冲信号，以采集所述待测区段内阻抗变化位置处的反射信号，其中，i从1开始。
进一步的，在所述先向第i个待测区段内发送预设宽度最小的脉冲信号之后，所述方法包括：
在未获得所述第i个待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号的情况下，则增大向第i个待测区段内发送脉冲信号的宽度，并向所述第i个待测区域发送增大宽度后的脉冲信号，直至获得第i个待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号或向第i个待测区段内发送脉冲信号的宽度达到最大预设阈值。
优选的，所述故障类型包括：线缆的断线和线缆的混线。
优选的，所述根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，确定线缆中的故障类型，包括：
获取待测区段内阻抗变化位置处的反射波的极值点和各极值点中绝对值最大的点；
若所述各极值点中绝对值最大的点为正值，则所述线缆中的故障类型为线缆的断线；
所述各极值点中绝对值最大的点为负值，则所述线缆中的故障类型为线缆的混线。
进一步的，所述根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，确定线缆中的故障位置，包括：
若所述线缆中的故障类型为线缆的断线，则以所述各极值点中绝对值最大的点为起始点，沿着该反射波的上升段，获取与所述各极值点中绝对值最大的点横坐标差值最小的拐点；
根据所述拐点的横坐标和所述阻抗变化位置处的反射波的传播速度，确定线缆中故障位置。
进一步的，所述根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，确定线缆中的故障位置，包括：
若所述线缆中的故障类型为线缆的混线，则以所述各极值点中绝对值最大的点为起始点，沿着该反射波的下降段，获取与所述各极值点中绝对值最大的点横坐标差值最小的拐点；
根据所述拐点的横坐标和所述阻抗变化位置处的反射波的传播速度，确定线缆中故障位置。
一种提高线缆故障测量精度的系统，其改进之处在于，所述系统包括：
划分单元，用于根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段；
信号发送与采集单元，用于向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号，并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号；
确定单元，用于根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，确定线缆中的故障位置和故障类型。
优选的，所述信号发送与采集单元，具体用于先向第i个待测区段内发送预设宽度最小的脉冲信号，以采集所述待测区段内阻抗变化位置处的反射信号，其中，i从1开始。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的技术方案，根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段；向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号；根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号确定线缆中的故障位置和故障类型。基于本发明提供的技术方案，根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段，可以减小测量的盲区距离，提高中间故障点的测量精度；向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号；可以减小因脉冲信号传输速度的变化引起的测量误差，提高测量精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例1提供的一种提高线缆故障测量精度的电子设备的结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的一种提高线缆故障测量精度的方法的流程图；
图3是本发明实施例3提供的一种提高线缆故障测量精度的系统的结构示意图；
其中，1-线缆接口，2-阻抗匹配模块，3-模拟信号放大模块，4-ADC信号采集模块，5-信号控制与处理模块，6-FPGA控制模块，7-脉冲控制模块。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
实施例1
本申请的实施例公开了一种提高线缆故障测量精度的电子设备，如图1所示，包括：
线缆接口1、阻抗匹配模块2、模拟信号放大模块3、ADC信号采集模块4、信号控制与处理模块5、FPGA控制模块6和脉冲控制模块7；
所述阻抗匹配模块2、模拟信号放大模块3、ADC信号采集模块4、信号控制与处理模块5、FPGA控制模块6和脉冲控制模块7依次连接；
所述FPGA控制模块6和所述ADC信号采集模块4连接；
所述线缆接口1和所述阻抗匹配模块2连接；
所述线缆接口1用于连接被测线缆；
所述脉冲控制模块7用于向阻抗匹配模块2接入的被测线缆的各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号；
所述阻抗匹配模块2用于采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号；
所述模拟信号放大模块3用于将所述阻抗匹配模块2发送的各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号放大；所述ADC信号采集模块4用于将经过所述模拟信号放大模块3放大的反射脉冲信号转化为数字信号，并将该数字信号发送至信号控制与处理模块5；
所述信号控制与处理模块5用于根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号的数字信号，确定线缆中的故障类型和故障位置；
其中，所述信号控制与处理模块5内预存有将被测线缆划分待测区段的区段个数和脉冲信号宽度递增的幅度；
信号控制与处理模块5包括单片机和缓存RAM；
所述FPGA控制模块6用于接收所述信号控制与处理模块5发送的控制命令，产生相应的脉冲信号，并将该脉冲信号发送至脉冲控制模块7；所述FPGA控制模块6还用于控制所述ADC信号采集模块4的采集，同时通过地址总线控制信号控制与处理模块5采集到的数字信号。
该电子设备可以为控制器、PC机或控制平台所在设备。
实施例2
本申请的实施例公开了一种提高线缆故障测量精度的方法，如图2所示，所述方法包括：
S1：根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段；
具体地，根据预设的被测线缆划分待测区段的区段个数和被测线缆的实际总长度确定被测线缆中各待测区段的区段长度。或根据被测线缆的实际总长度，从被测线缆的一端开始，取小于被测线缆的实际总长度的一段为待测区段，若在该待测区段内确定了故障位置和故障类型，则结束所有操作，若在该待测区段内未确定故障位置且/或未确定故障类型，则仍从被测线缆的上述一端开始，取长度大于上一待测区段的线缆为新的待测区段进行检测，重复上述步骤。
将被测线缆划分为n个待测区段之后，需向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号。
因此，本申请实施例向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号，并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号。
先向第一个待测区段内发送预设宽度最小的脉冲信号，以采集该待测区段内阻抗变化位置处的反射信号，若未获得第一个待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，则增大向第一个待测区段内发送脉冲信号的宽度，并将增大宽度后的脉冲信号发送到第一个待测区段内，直至获得第一个待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号或者向第一个待测区段内发送脉冲信号的宽度达到最大预设阈值；若向第一个待测区段内发送脉冲信号的宽度达到最大预设阈值时，仍未获得该区域内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，则进入下一待测区段重复上述检测过程，直至在合适的待测区段内获得了该待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号。
所述故障类型包括：线缆的断线和线缆的混线。
向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号之后，还需根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号确定线缆中的故障位置和故障类型，因此，本申请实施例根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号确定线缆中的故障位置和故障类型；
获取待测区段内阻抗变化位置处的反射波的极值点和各极值点中绝对值最大的点；其中，极值点包括极大值点和极小值点。
若各极值点中绝对值最大的点为正值，则所述线缆中的故障类型为线缆的断线；若各极值点中绝对值最大的点为负值，则所述线缆中的故障类型为线缆的混线。
当所述线缆中故障类型为线缆的断线时，则以所述各极值点中绝对值最大的点为起始点，沿着该反射波的上升段，获取与所述各极值点中绝对值最大的点横坐标差值最小的拐点；当所述线缆中的故障类型为线缆的混线，则以所述各极值点中绝对值最大的点为起始点，沿着该反射波的下降段，获取与所述各极值点中绝对值最大的点横坐标差值最小的拐点；获取各极值点中绝对值最大的点横坐标差值最小的拐点后，无论哪种故障类型，均需根据拐点的横坐标和所述阻抗变化位置处的反射波的传播速度，确定线缆中故障位置。
实施例3
基于实施例2提供的一种提高线缆故障测量精度的方法的同一构思，本实施例还提供一种提高线缆故障测量精度的系统，如图3所示，所述系统包括：
划分单元，用于根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段；
信号发送与采集单元，用于向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号；
确定单元，用于根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号确定线缆中的故障位置和故障类型。
所述划分单元，具体用于：
按下式确定被测线缆中第i个待测区段的区段长度li：
Figure BDA0002223243250000081
其中，L为被测线缆的实际总长度，n为将被测线缆划分待测区段的区段个数。
所述信号发送与采集单元，具体用于：
先向第i个待测区段内发送预设宽度最小的脉冲信号，以采集所述待测区段内阻抗变化位置处的反射信号，其中，i从1开始。
在未获得所述第i个待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号的情况下，则增大向第i个待测区段内发送脉冲信号的宽度，并向所述第i个待测区域发送增大宽度后的脉冲信号，直至获得第i个待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号或向第i个待测区段内发送脉冲信号的宽度达到最大预设阈值。
所述确定单元，具体用于：
获取待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号的极值点；
以所述阻抗变化位置处的反射脉冲信号的极值点为起始点，沿着该脉冲信号的上升段，获取与所述极值点坐标差值最小的拐点；
根据所述拐点的横坐标和所述阻抗变化位置处的反射脉冲信号的传播速度，确定线缆中故障位置。
若所述待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号的极值点为正值，则所述线缆中的故障类型为线缆的断线；
若所述待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号的极值点为负值，则所述线缆中的故障类型为线缆的混线。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种提高线缆故障测量精度的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段；
向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号，并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号；
根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，确定线缆中的故障类型和故障位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段，包括：
按下式确定被测线缆中第i个待测区段的区段长度li：
Figure FDA0002223243240000011
其中，L为被测线缆的实际总长度，n为将被测线缆划分待测区段的区段个数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号，并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，包括：
先向第i个待测区段内发送预设宽度最小的脉冲信号，以采集所述待测区段内阻抗变化位置处的反射信号，其中，i从1开始。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述先向第i个待测区段内发送预设宽度最小的脉冲信号之后，所述方法包括：
在未获得所述第i个待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号的情况下，则增大向第i个待测区段内发送脉冲信号的宽度，并向所述第i个待测区域发送增大宽度后的脉冲信号，直至获得第i个待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号或向第i个待测区段内发送脉冲信号的宽度达到最大预设阈值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障类型包括：线缆的断线和线缆的混线。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，确定线缆中的故障类型，包括：
获取待测区段内阻抗变化位置处的反射波的极值点和各极值点中绝对值最大的点；
若所述各极值点中绝对值最大的点为正值，则所述线缆中的故障类型为线缆的断线；
所述各极值点中绝对值最大的点为负值，则所述线缆中的故障类型为线缆的混线。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，确定线缆中的故障位置，包括：
若所述线缆中的故障类型为线缆的断线，则以所述各极值点中绝对值最大的点为起始点，沿着该反射波的上升段，获取与所述各极值点中绝对值最大的点横坐标差值最小的拐点；
根据所述拐点的横坐标和所述阻抗变化位置处的反射波的传播速度，确定线缆中故障位置。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，确定线缆中的故障位置，包括：
若所述线缆中的故障类型为线缆的混线，则以所述各极值点中绝对值最大的点为起始点，沿着该反射波的下降段，获取与所述各极值点中绝对值最大的点横坐标差值最小的拐点；
根据所述拐点的横坐标和所述阻抗变化位置处的反射波的传播速度，确定线缆中故障位置。
9.一种提高线缆故障测量精度的系统，其特征在于，所述系统包括：
划分单元，用于根据被测线缆的实际总长度将所述被测线缆划分为n个待测区段；
信号发送与采集单元，用于向各待测区段内发送宽度递增的脉冲信号，并采集各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号；
确定单元，用于根据所述各待测区段内阻抗变化位置处的反射脉冲信号，确定线缆中的故障位置和故障类型。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述信号发送与采集单元，具体用于先向第i个待测区段内发送预设宽度最小的脉冲信号，以采集所述待测区段内阻抗变化位置处的反射信号，其中，i从1开始。
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