CN111257701A - 一种高压电缆故障快速定位在线监测方法、系统及介质 - Google Patents

一种高压电缆故障快速定位在线监测方法、系统及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压电缆故障快速定位在线监测方法、系统及介质，本发明高压电缆故障快速定位在线监测方法的实施步骤包括：获取高压电缆在其一端被施加扫频信号后获得的入射波、反射波的叠加波形；获取叠加波形中相邻波腹的频率差Δf；根据L＝v/(2Δf)计算高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离L；本发明的系统及介质为前述方法完全对应的系统及介质。本发明利用频域范围的计算来避免时域容易受到的干扰，频域信号对于噪声不敏感，排除了外界干扰，精确度也大幅提升，有效解决了电缆故障的精准定位问题，有效解决了高压电缆故障快速定位问题，具有检测准确度高、抗干扰性好的优点。

Description

一种高压电缆故障快速定位在线监测方法、系统及介质
技术领域
本发明涉及电力传输技术领域，具体涉及一种高压电缆故障快速定位在线监测方法、系统及介质。
背景技术
高压电缆是承载城市高速发展的重要电力设备。一旦电缆发生故障，容易造成城市部分范围停电甚至大面积停电，严重影响居民生活水平。因此，如何快速定位电缆故障点，是实现快速抢修、恢复电缆线路供电的重要基础。
目前电力公司普遍采用的是脉冲电流法，即向电缆一端施加一个高压脉冲信号，通过计算发射波和反射波的时间差来判断电缆故障位置，也叫时域反射法。这种方法在长距离电缆故障时，容易受到外界干扰，测量误差较大；测量距离较短时，受到脉冲宽度的限制，会产生测量盲区，无法测得故障点。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种高压电缆故障快速定位在线监测方法、系统及介质，本发明利用频域范围的计算来避免时域容易受到的干扰，频域信号对于噪声不敏感，排除了外界干扰，精确度也大幅提升，有效解决了电缆故障的精准定位问题，有效解决了高压电缆故障快速定位问题，具有检测准确度高、抗干扰性好的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高压电缆故障快速定位在线监测方法，实施步骤包括：
1)获取高压电缆在其一端被施加扫频信号后获得的入射波、反射波的叠加波形；
2)获取叠加波形中相邻波腹的频率差Δf；
3)根据L＝v/(2Δf)计算高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离L，其中v为电磁波在电缆中的传播速度。
可选地，步骤1)中入射波的函数表达式为：
Figure BDA0002435518110000011
上式中，φ1为入射波，E为入射波的幅值，ω为角频率，t为时间，x为高压电缆上的某一点，v为电磁波在高压电缆中的传播速度，
Figure BDA0002435518110000012
为初始相位。
可选地，步骤1)中反射波的函数表达式为：
Figure BDA0002435518110000013
上式中，φ2为反射波，α为反射系数，E为入射波的幅值，ω为角频率，t为时间，L为高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离，x为高压电缆上的某一点，v为电磁波在高压电缆中的传播速度，
Figure BDA0002435518110000021
为初始相位。
可选地，步骤1)中入射波、反射波的叠加波形的函数表达式为：
Figure BDA0002435518110000022
上式中，φ3为入射波、反射波的叠加波形，E为入射波的幅值，α为反射系数，L为高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离，x为高压电缆上的某一点，λ为入射波的波长，ω为角频率，t为时间，
Figure BDA0002435518110000023
为初始相位。
此外，本发明还提供一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，包括：
波形获取单元，用于获取高压电缆在其一端被施加扫频信号后获得的入射波、反射波的叠加波形；
频率差计算程序单元，用于获取叠加波形中相邻波腹的频率差Δf；
故障距离计算程序单元，用于根据L＝v/(2Δf)计算高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离L，其中v为电磁波在电缆中的传播速度。
此外，本发明还提供一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程或配置以执行所述高压电缆故障快速定位在线监测方法的步骤。
此外，本发明还提供一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，包括计算机设备，所述计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行所述高压电缆故障快速定位在线监测方法的计算机程序。
此外，本发明还提供一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，包括扫频信号发生器、录波器、后台计算器，所述扫频信号发生器的输出端与被测的高压电缆的一端相连，所述扫频信号发生器的反馈端通过录波器与后台计算器的输入端相连，所述后台计算器被编程或配置以执行所述高压电缆故障快速定位在线监测方法的步骤，或者所述后台计算器的存储器上存储有被编程或配置以执行所述高压电缆故障快速定位在线监测方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明获取高压电缆在其一端被施加扫频信号后获得的入射波、反射波的叠加波形后，通过获取叠加波形中相邻波腹的频率差Δf，并根据L＝v/(2Δf)即可计算高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离L，本发明利用频域范围的计算来避免时域容易受到的干扰，频域信号对于噪声不敏感，排除了外界干扰，精确度也大幅提升，有效解决了电缆故障的精准定位问题，有效解决了高压电缆故障快速定位问题，具有检测准确度高、抗干扰性好的优点。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例中的一种系统的实现示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例高压电缆故障快速定位在线监测方法的实施步骤包括：
1)获取高压电缆在其一端被施加扫频信号后获得的入射波、反射波的叠加波形；
2)获取叠加波形中相邻波腹的频率差Δf；
3)根据L＝v/(2Δf)计算高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离L，其中v为电磁波在电缆中的传播速度。
本实施例中，步骤1)中入射波的函数表达式为：
Figure BDA0002435518110000031
上式中，φ1为入射波，E为入射波的幅值，ω为角频率，t为时间，x为高压电缆上的某一点，v为电磁波在高压电缆中的传播速度，
Figure BDA0002435518110000032
为初始相位。
本实施例中，步骤1)中反射波的函数表达式为：
Figure BDA0002435518110000033
上式中，φ2为反射波，α为反射系数，E为入射波的幅值，ω为角频率，t为时间，L为高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离，x为高压电缆上的某一点，v为电磁波在高压电缆中的传播速度，
Figure BDA0002435518110000034
为初始相位。
本实施例中，入射波频率记为f1，反射波频率记为f2。根据叠加原理，驻波波函数为：
Figure BDA0002435518110000035
因此，可推导得到本实施例中步骤1)中入射波、反射波的叠加波形的函数表达式为：
Figure BDA0002435518110000036
上式中，φ3为入射波、反射波的叠加波形，E为入射波的幅值，α为反射系数，L为高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离，x为高压电缆上的某一点，λ为入射波的波长，ω为角频率，t为时间，
Figure BDA0002435518110000037
为初始相位。本实施例相邻波腹的频率差为Δf＝fn+1-fn＝v/2L，因此根据L＝v/(2Δf)计算高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离L，其中v为电磁波在电缆中的传播速度。
综上所述，本实施例高压电缆故障快速定位在线监测方法通过对相邻两个波腹的频率差进行计算，从而计算得到故障点距离，频域信号对于噪声不敏感，排除了外界干扰，精确度也大幅提升，有效解决了电缆故障的精准定位问题。
此外，本实施例还提供一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，包括：
波形获取单元，用于获取高压电缆在其一端被施加扫频信号后获得的入射波、反射波的叠加波形；
频率差计算程序单元，用于获取叠加波形中相邻波腹的频率差Δf；
故障距离计算程序单元，用于根据L＝v/(2Δf)计算高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离L，其中v为电磁波在电缆中的传播速度。
此外，本实施例还提供一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程或配置以执行所述高压电缆故障快速定位在线监测方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，包括计算机设备，所述计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行所述高压电缆故障快速定位在线监测方法的计算机程序。
如图2所示，本实施例还提供一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，包括扫频信号发生器1、录波器2、后台计算器3，所述扫频信号发生器1的输出端与被测的高压电缆的一端相连，所述扫频信号发生器1的反馈端通过录波器2与后台计算器3的输入端相连，所述后台计算器3被编程或配置以执行前述高压电缆故障快速定位在线监测方法的步骤，或者所述后台计算器3的存储器上存储有被编程或配置以执行前述高压电缆故障快速定位在线监测方法的计算机程序。图2中，a表示入射波，b表示反射波，L表示入射波的入射端到故障点之间的距离，反射波到达节点后反向并在经过故障点后与入射波形成重叠波形。
本实施例中，扫频信号发生器1的扫频信号为1000M频段，并占据60M的带宽，具体频率范围为970MHz～1030MHz。录波器2的采样频率≥6000Hz，分辨率≥0.01ms，测距精度≥1％。作为一种优选的实施方式，本实施例中后台计算器3还可将录波器记录波腹之差进行计算，并取多次波腹之差做平均值以提高计算精度。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高压电缆故障快速定位在线监测方法，其特征在于实施步骤包括：
1)获取高压电缆在其一端被施加扫频信号后获得的入射波、反射波的叠加波形；
2)获取叠加波形中相邻波腹的频率差Δf；
3)根据L＝v/(2Δf)计算高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离L，其中v为电磁波在电缆中的传播速度。
2.根据权利要求1所述的高压电缆故障快速定位在线监测方法，其特征在于，步骤1)中入射波的函数表达式为：
Figure FDA0002435518100000011
上式中，φ1为入射波，E为入射波的幅值，ω为角频率，t为时间，x为高压电缆上的某一点，v为电磁波在高压电缆中的传播速度，
Figure FDA0002435518100000012
为初始相位。
3.根据权利要求2所述的高压电缆故障快速定位在线监测方法，其特征在于，步骤1)中反射波的函数表达式为：
Figure FDA0002435518100000013
上式中，φ2为反射波，α为反射系数，E为入射波的幅值，ω为角频率，t为时间，L为高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离，x为高压电缆上的某一点，v为电磁波在高压电缆中的传播速度，
Figure FDA0002435518100000014
为初始相位。
4.根据权利要求3所述的高压电缆故障快速定位在线监测方法，其特征在于，步骤1)中入射波、反射波的叠加波形的函数表达式为：
Figure FDA0002435518100000015
上式中，φ3为入射波、反射波的叠加波形，E为入射波的幅值，α为反射系数，L为高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离，x为高压电缆上的某一点，λ为入射波的波长，ω为角频率，t为时间，
Figure FDA0002435518100000016
为初始相位。
5.一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，其特征在于包括：
波形获取单元，用于获取高压电缆在其一端被施加扫频信号后获得的入射波、反射波的叠加波形；
频率差计算程序单元，用于获取叠加波形中相邻波腹的频率差Δf；
故障距离计算程序单元，用于根据L＝v/(2Δf)计算高压电缆的故障点距离扫频信号施加端的距离L，其中v为电磁波在电缆中的传播速度。
6.一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，包括计算机设备，其特征在于，所述计算机设备被编程或配置以执行权利要求1～4中任意一项所述高压电缆故障快速定位在线监测方法的步骤。
7.一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，包括计算机设备，其特征在于，所述计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行权利要求1～4中任意一项所述高压电缆故障快速定位在线监测方法的计算机程序。
8.一种高压电缆故障快速定位在线监测系统，其特征在于，包括扫频信号发生器(1)、录波器(2)、后台计算器(3)，所述扫频信号发生器(1)的输出端与被测的高压电缆的一端相连，所述扫频信号发生器(1)的反馈端通过录波器(2)与后台计算器(3)的输入端相连，所述后台计算器(3)被编程或配置以执行权利要求1～4中任意一项所述高压电缆故障快速定位在线监测方法的步骤，或者所述后台计算器(3)的存储器上存储有被编程或配置以执行权利要求1～4中任意一项所述高压电缆故障快速定位在线监测方法的计算机程序。
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