CN113064103B - 一种基于非对称相位信号的二次电缆识别方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于非对称相位信号的二次电缆识别方法,涉及电缆识别领域。目前,二次电缆核对时存在拆解、拖动电缆的行为,容易发生事故。本发明对感应电流波形进行处理,通过FFT分解,得到信号源频率电流幅值,电流周波积分值,电流时间积分值;若疑似电缆上产生的信号源频率电流幅值、电流周波积分值与待寻电缆上施加的对应信息的差距小于设定阈值,并且在信号周波与工频周波的整数倍时间下的感应电流积分值与对应信息差距小于设定阈值,则判定该疑似电缆为待寻电缆的对端。本技术方案能够安全、快速、有效、低成本的找到电缆,并且在地网连接不良的情况下,也能准确识别电缆起始端,节省了人员与时间,提升了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及电缆识别领域,尤其涉及一种基于非对称相位信号的二次电缆识别方法。
背景技术
目前,变电站内的二次设备,例如保护、测控等装置,大多通过电缆进行电气量、开入量与信号量的传输。变电站的扩建、改造工程不可避免的涉及二次电缆的拆接,需要正确核对二次电缆的走向。在资料齐全、设备施工规范的情况下,可以通过查询电缆牌结合图纸核对的方式,查找电缆对端。但是部分老旧变电站,存在图纸缺失、电缆牌污损的情况,使得核对难度增加。在这种情况下,只能通过备用芯通电核对或者人工摸爬来确定。
但是备用芯核对法会存在电缆线芯用尽,无备用芯的情况;人工摸爬确认的工作,需要工作人员穿越电缆层,逐段核对,费时费力。此外,这两种方式都存在拆解、拖动电缆的行为,容易导致运行中的设备与线芯的连接拖出,发生事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进,提供一种基于非对称相位信号的二次电缆识别方法及其装置,以达到安全、快速、有效、低成本地找到电缆的目的。为此,本发明采取以下技术方案。
一种基于非对称相位信号的二次电缆识别方法,包括以下步骤:
1)在待寻电缆上设施加侧电流互感器,通过施加侧电流互感器在待寻电缆上产生不等于工频与工频谐波频率感应电流,且使周波内的电流正负相位波形不对称;
2)在疑似电缆上设测量侧电流互感器,利用测量侧电流互感器测量感应电流,得到感应电流波形;
3)对感应电流波形进行处理,通过FFT分解,得到信号源频率电流幅值;对感应电流波形在信号源频率与工频最大公倍数的周波内进行积分,得到电流周波积分值及信号周波与工频周波的整数倍时间下的电流时间积分值;若疑似电缆上产生的信号源频率电流幅值、电流周波积分值与待寻电缆上施加的电流信号中的对应信号源频率电流幅值、电流周波积分值差距小于设定阈值,并且在信号周波与工频周波的整数倍时间下的感应电流积分值与待寻电缆上电流信号在同样时间下的电流时间积分值小于设定阈值,则判定该疑似电缆为待寻电缆的对端;若否,则返回步骤2)更换疑似电缆。
作为优选技术手段:在步骤2)中,通过大于原电流频率和感应电流频率的采样频率对待寻电缆、各输出电缆上的电流信号进行采集。
作为优选技术手段:在步骤3)中,分别对待寻电缆、疑似电缆上采集到的电流信号进行离散傅里叶变换,获取不同于待寻电缆上原电流频率的电流信号分量作为信号源频率电流幅值。
作为优选技术手段:在步骤3)中,对感应电流在信号源频率与工频最大公倍数的周波内进行积分,获得感应电流周波积分值;对电流在信号周波与工频周波的整数倍时间下的进行积分,获得感应电流时间积分幅值。
作为优选技术手段:以采样点数N=2L,L为整数,分别对待寻电缆、各输出电缆上的电流信号进行采集,获得采样序列x(n),n=1,…,N;
将x(n),按照n的奇偶分为两组;
得到x(2r)=x1(n);x(2r-1)=x2(n);r=0,1,…,N/2-1;
通过将采样电流信号X(k)进行离散傅里叶变化,可以将电流信号从时间域变换到频率域,进而研究信号的频谱结构和变化规律。X(k)进行离散傅里叶变换过程为:
其中:
因此X(k)变换得到:
其中,X1(k)、X2(k)分别记作等式中的对应部分,而他们只有N/2个点,以N/2为周期;但X(k)却有N个点,以N为周期。要用X1(k)、X2(k)表达全部的X(k)值,还必须利用系数的一些特性。
因此X(k)变换得到:
前半部分,
后半部分,
从上述前半部分和后半部分的计算结果发现,每一次回溯时只扫当前前面一半的序列,即可得出后面一半序列的答案,只要求出(0~N/2-1)区间内的各个整数k值所对应的X1(k)、X2(k)值,即可以求出(0~N-1)整个区间内全部X(k)值,同时也能节省大量计算。通过快速的傅里叶变化,获得感应电流频率分量的幅值。
本发明的另一个目的是提供一种二次电缆识别装置,一种二次电缆识别装置包括:
信号模块,用于产生不同于工频的、占空比不等于50%的方波信号;
驱动模块,用于产生足以带动回路负载的电流;
感应模块,感应模块由开合式互感器构成,包括施加侧电流互感器和测量侧电流互感器,施加侧电流互感器设于待寻电缆,测量侧电流互感器设于疑似电缆,施加侧电流互感器将输出的方波信号感应至屏蔽线与地网组成的回路;测量侧电流互感器将屏蔽层中的电流感应至测量模块,进行测量;
测量模块,将感应的电流进行模数转换,将电流模拟量转换为离散的数字信号;
判定模块,用于对电流波形进行傅立叶变换提取信号频率分量,并在信号频率与工频的最小公倍数周波内进行积分,若一输出电缆上产生的信号源频率分量、周波内积分量与待寻电缆上的感应电流的差值小于设定阈值,并且在信号周波与工频周波的整数倍时间下的感应电流积分值与带巡电缆上电流信号在同样时间下的感应电流积分值差值同样小于一定阈值,则判断该输出电缆与待寻电缆为同一电缆。
有益效果:本技术方案只需要通过开合式电流互感器在屏蔽层接地线上产生感应电流,在输出电缆中通过测量模块测出信号频率下幅值与周波内积分量大小,同时测量出感应电流在信号周波与工频周波的整数倍时间下积分值,即可找到同一电缆,寻线方便且快速。本技术方案能够在不拆解、拖动电缆的情况下,安全、快速、有效、低成本的找到电缆,并且在地网连接不良的情况下,也能准确识别电缆起始端,节省了人员与时间,提升了工作效率。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明的结构框图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示,本发明包括以下步骤:
步骤1:在待寻电缆上设施加侧电流互感器,通过施加侧电流互感器在待寻电缆上产生不等于工频与工频谐波频率感应电流,且使周波内的电流正负相位波形不对称;
本技术方案采用电磁感应定律,电磁感应定律也叫法拉第电磁感应定律,电磁感应现象是指因磁通量变化产生感应电动势的现象,例如,闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流,产生的电流称为感应电流,产生的电动势(电压)称为感应电动势。基于法拉第电磁感应定律,通过连接在逆变电路输出端的电流互感器,可以在待寻电缆上产生感应电流。如果产生的感应电流与待寻电缆上的原电流频率相同,则在输出电缆中很难判断出具体哪根电缆带有感应电流。所以在本实施例中,电缆上的原电路频率为50HZ,感应电流的频率为120HZ。通过在待寻电缆上产生不同于原电流频率的感应电流,则可以将检测到的电流中获取感应电流分量幅值,从而判断该输出电缆是否与待寻电缆为同一电缆。
步骤2:在疑似电缆上设测量侧电流互感器,利用测量侧电流互感器测量感应电流,分别测量待寻电缆上产生的感应电流以及各输出电缆上的感应电流;得到感应电流波形;
在本实施例中,为使得采样分辨率满足要求而能够采集到感应电流,需将电流信号的采集频率大于原电流频率和感应电流频率。首先对待寻电缆、各输出电缆上的电流信号进行采集,采集电流信号可以通过电流互感器等方式进行采集,在本实施例中,不对电流采集方式进行限定。
步骤3:对感应电流波形进行处理,通过FFT分解,得到信号源频率电流幅值;对感应电流波形在信号源频率与工频最大公倍数的周波内进行积分,得到电流周波积分值及信号周波与工频周波的整数倍时间下的电流时间积分值;若疑似电缆上产生的信号源频率电流幅值、电流周波积分值与待寻电缆上施加的电流信号中的对应信号源频率电流幅值、电流周波积分值差距小于设定阈值,并且在信号周波与工频周波的整数倍时间下的感应电流积分值与待寻电缆上电流信号在同样时间下的电流时间积分值小于设定阈值,则判定该疑似电缆为待寻电缆的对端;若否,则返回步骤2更换疑似电缆。
在感应电流波形进行处理时,分别对待寻电缆、疑似电缆上采集到的电流信号进行离散傅里叶变换,获取不同于待寻电缆上原电流频率的电流信号分量作为感应电流。
具体的,通过离散傅里叶变换将不同频率分量的感应电流提取出来的方法为:
以采样点数N=2L,L为整数,分别对待寻电缆、各输出电缆上的电流信号进行采集,获得采样序列x(n),n=1,…,N;
将x(n),按照n的奇偶分为两组,作变量置换:当n为偶数时,令n=2r;当n为奇数时,令n=2r-1;
得到x(2r)=x1(n);x(2r-1)=x2(n);r=0,1,…,N/2-1;
通过将采样电流信号X(k)进行离散傅里叶变化,可以将电流信号从时间域变换到频率域,进而研究信号的频谱结构和变化规律。X(k)进行离散傅里叶变换过程为:
因此X(k)变换得到:
其中,X1(k)、X2(k)分别记作等式中的对应部分,而他们只有N/2个点,以N/2为周期;但X(k)却有N个点,以N为周期。要用X1(k)、X2(k)表达全部的X(k)值,还必须利用系数的一些特性。
因此X(k)变换得到:
前半部分,
后半部分,
从上述前半部分和后半部分的计算结果发现,每一次回溯时只扫当前前面一半的序列,即可得出后面一半序列的答案,只要求出(0~N/2-1)区间内的各个整数k值所对应的X1(k)、X2(k)值,即可以求出(0~N-1)整个区间内全部X(k)值,同时也能节省大量计算。通过快速的傅里叶变化,获得感应电流频率分量的幅值。
基于上述方法,本发明还提供了一种基于法拉第电磁感应定律的电缆寻线装置。结合附图2,该装置包括:
信号模块,用于产生不同于工频的、占空比不等于50%的方波信号;
驱动模块,通过电力电子装置,产生足以带动回路负载的电流;
感应模块(发送、接收),感应模块由开合式互感器构成,分为施加侧电流互感器和测量侧电流互感器,施加侧将IGBT输出的方波信号感应至屏蔽线与地网组成的回路;测量侧电流互感器将屏蔽层中的电流感应至测量模块,进行测量;
测量模块,用于通过电流表和电流互感器分别测量待寻电缆上产生的感应电流以及各输出电缆上的感应电流;
判定模块,若一输出电缆上产生的感应电流与待寻电缆上的感应电流的差值小于设定阈值,则判断该输出电缆与待寻电缆为同一电缆。
在本实施中,电流互感器采用开合式电流互感器。
基于法拉第电磁感应定律,通过驱动模块和施加侧电流互感器在待寻电缆上产生的感应电流,相应的在待寻电缆对应的输出电缆上也必然会产生感应电流。如果一输出电缆上产生的感应电流与待寻电缆上的感应电流相近,则可以判断该输出电缆与待寻电缆为同一电缆。
测量模块分别对待寻电缆上、各输出电缆上采集到的离散电流信号进行离散傅里叶变换,获取不同于待寻电缆上原电流频率的电流信号分量作为感应电流。
具体的,测量模块通过大于原电流频率和感应电流频率的采样频率对待寻电缆、各输出电缆上的电流信号进行采集,电流信号的采集可以是电流互感器等。然后通过离散傅里叶变换的计算方法对待寻电缆、各输出电缆上采集到的电流信号进行离散傅里叶变换。最后从计算结果中获取不同于待寻电缆上原电流频率的电流信号分量作为感应电流。若一输出电缆上产生的感应电流与待寻电缆上的感应电流的差值小于设定阈值,且感应电流在信号周波与工频周波的整数倍时间下积分值与待寻电缆上的感应电流在同样时间内积分的差值小于设定阈值,则判断该输出电缆与待寻电缆为同一电缆。
以上图1、2所示的一种基于非对称相位信号的二次电缆识别方法及装置是本发明的具体实施例,已经体现出本发明实质性特点和进步,可根据实际的使用需要,在本发明的启示下,对其进行形状、结构等方面的等同修改,均在本方案的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种基于非对称相位信号的二次电缆识别方法,其特征在于包括以下步骤:
1)在待寻电缆上设施加侧电流互感器,通过施加侧电流互感器在待寻电缆上产生不等于工频与工频谐波频率感应电流,且使周波内的电流正负相位波形不对称;
2)在疑似电缆上设测量侧电流互感器,利用测量侧电流互感器测量感应电流,得到感应电流波形;
3)对感应电流波形进行处理,通过FFT分解,得到信号源频率电流幅值;对感应电流波形在信号源频率与工频最小公倍数的周波内进行积分,得到电流周波积分值及信号周波与工频周波的整数倍时间下的电流时间积分值;若疑似电缆上产生的信号源频率电流幅值、电流周波积分值与待寻电缆上施加的电流信号中的对应信号源频率电流幅值、电流周波积分值差距小于设定阈值,并且在信号周波与工频周波的整数倍时间下的感应电流积分值与待寻电缆上电流信号在同样时间下的电流时间积分值小于设定阈值,则判定该疑似电缆为待寻电缆的对端;若否,则返回步骤2)更换疑似电缆。
2.根据权利要求1所述的一种基于非对称相位信号的二次电缆识别方法,其特征在于:在步骤2)中,通过大于原电流频率和感应电流频率的采样频率对待寻电缆、各输出电缆上的电流信号进行采集。
3.根据权利要求2所述的一种基于非对称相位信号的二次电缆识别方法,其特征在于:在步骤3)中,分别对待寻电缆、疑似电缆上采集到的电流信号进行离散傅里叶变换,获取不同于待寻电缆上原电流频率的电流信号分量作为信号源频率电流幅值。
4.一种二次电缆识别装置,其特征在于:二次电缆识别装置采用权利要求1-3任一权利要求所述的基于非对称相位信号的二次电缆识别方法,其包括:
信号模块,用于产生频率不同于工频的、占空比不等于50%的方波信号;
驱动模块,用于产生足以带动回路负载的电流;
感应模块,感应模块由开合式互感器构成,包括施加侧电流互感器和测量侧电流互感器,施加侧电流互感器设于待寻电缆,测量侧电流互感器设于疑似电缆,施加侧电流互感器将输出的方波信号感应至屏蔽线与地网组成的回路;测量侧电流互感器将屏蔽层中的电流感应至测量模块,以进行测量;
测量模块,将感应的电流进行模数转换,将电流模拟量转换为离散的数字信号;
判定模块,对感应电流波形进行处理,通过FFT分解,得到信号源频率电流幅值;对感应电流波形在信号源频率与工频最小公倍数的周波内进行积分,得到电流周波积分值及信号周波与工频周波的整数倍时间下的电流时间积分值;若疑似电缆上产生的信号源频率电流幅值、电流周波积分值与待寻电缆上施加的电流信号中的对应信号源频率电流幅值、电流周波积分值差距小于设定阈值,并且在信号周波与工频周波的整数倍时间下的感应电流积分值与待寻电缆上电流信号在同样时间下的电流时间积分值小于设定阈值,则判定该疑似电缆为待寻电缆的对端。
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