CN115389877A - 电缆绝缘故障的定位方法、装置、终端及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电缆绝缘故障的定位方法、装置、终端及存储介质，该方法包括：获取对电缆施加入射信号得到的电缆的宽频阻抗谱；基于入射信号的时域谱和宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱；基于反射信号的时域谱和入射信号的传播速度确定定位图谱；其中，定位图谱包括电缆上各位置对应的反射信号幅值；基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型，或者，电缆的绝缘故障类型和绝缘故障位置；其中，绝缘故障类型包括容性绝缘故障和/或阻性绝缘故障。本发明将电缆反射信号的宽频阻抗谱转化为定位图谱，仅通过定位图谱中各坐标的反射信号幅值就可确定电缆的绝缘故障类型，可以提高电缆检测的效率。

Description

电缆绝缘故障的定位方法、装置、终端及存储介质
技术领域
本发明涉及电缆诊断技术领域，尤其涉及一种电缆绝缘故障的定位方法、装置、终端及存储介质。
背景技术
在电缆的运行中，经常会由于绝缘的损坏而产生不同类型的故障，目前的电缆绝缘故障中，一般只考虑阻性故障，除阻性故障外，电缆内还存在一些电缆绝缘的局部故障，即并未发生绝缘的整体击穿，而是只存在绝缘中的部分击穿与破坏，电缆的绝缘阻值并未出现几个数量级的衰减，由于电缆制造中预留的较大绝缘裕度，其绝缘仍可承受较高的电压。但该类绝缘故障的存在会影响电缆特性阻抗中电容参数的变化，从而产生局部特性阻抗的变化。
目前，针对阻性故障的检测及定位方式主要依靠于行波定位法、声音定位法等，而对于容性故障的定位方法则主要以局部放电信号定位为主，要实现对于电缆中不同绝缘故障类型的定位与检测，需要多套系统的共同工作才可完成，检测效率低。
发明内容
本发明实施例提供了一种电缆绝缘故障的定位方法、装置、终端及存储介质，以解决电缆检测效率低的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种电缆绝缘故障的定位方法，包括：
获取对电缆施加入射信号得到的电缆的宽频阻抗谱；
基于入射信号的时域谱和宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱；
基于反射信号的时域谱和入射信号的传播速度确定定位图谱；其中，定位图谱包括电缆上各位置对应的反射信号幅值；
基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型，或者，电缆的绝缘故障类型和绝缘故障位置；其中，绝缘故障类型包括容性绝缘故障和/或阻性绝缘故障。
在一种可能的实现方式中，基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型，包括：
若定位图谱中存在两个上凸峰值，且该两个上凸峰值的距离小于预设阈值，则电缆的绝缘故障类型为容性绝缘故障。
在一种可能的实现方式中，基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型，包括：
若定位图谱中存在下凹峰值，则电缆的绝缘故障类型为阻性绝缘故障。
在一种可能的实现方式中，基于入射信号的时域谱和宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱，包括：
基于宽频阻抗谱计算电缆中各段电缆的自反射系数，计算公式为：
Figure BDA0003777961330000021
其中，包含负载端的电缆段为第0段，阻抗不匹配点为各段电缆间的节点，n为自然数，Z(n)为第n段电缆的宽频阻抗谱，S(n)表示第n段电缆的反射系数，Z0 (n)表示第n段电缆的特征阻抗；
基于目标窗函数、入射信号的时域谱和各段电缆的自反射系数，通过快速傅里叶逆变换算法计算反射信号的时域谱，计算公式为：
Si(w)＝FFT(si(t))
sr(t)＝abs[IFFT(Si(w)W(N)S(n)*)]
其中，si(t)为入射信号的时域谱，Si(w)为入射信号的频域谱，W(N)为目标窗函数，其长度N等于Si(w)的采样点数，S(n)*为S(n)的共轭延拓信号，其负频域的值等于对应正频域值的共轭，S(n)为第n段电缆的自反射系数，sr(t)为反射信号的时域谱。
在一种可能的实现方式中，目标窗函数为Blackman窗函数。
在一种可能的实现方式中，基于反射信号的时域谱和入射信号的传播速度确定定位图谱，包括：
将反射信号的时域谱与入射信号的传播速度相乘，得到反射信号的空间域谱，并将空间域谱做为定位图谱。
第二方面，本发明实施例提供了一种电缆绝缘故障的定位装置，包括：
获取模块，用于获取对电缆施加入射信号得到的宽频阻抗谱；
时域计算模块，用于基于入射信号的时域谱和宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱；
空间计算模块，用于基于反射信号的时域谱和入射信号的传播速度确定定位图谱；其中，定位图谱包括电缆上各位置对应的反射信号幅值；
故障确定模块，用于基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型。
第三方面，本发明实施例提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
本发明提供一种电缆绝缘故障的定位方法、装置、终端及存储介质，该方法包括：获取对电缆施加入射信号得到的电缆的宽频阻抗谱；基于入射信号的时域谱和宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱；基于反射信号的时域谱和入射信号的传播速度确定定位图谱；其中，定位图谱包括电缆上各位置对应的反射信号幅值；基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型，或者，电缆的绝缘故障类型和绝缘故障位置；其中，绝缘故障类型包括容性绝缘故障和/或阻性绝缘故障。本发明将电缆反射信号的宽频阻抗谱转化为定位图谱，仅通过定位图谱中各坐标的反射信号幅值就可确定电缆的绝缘故障类型，无需进行局部放电，也无需增加额外的操作和计算过程，可以提高电缆检测的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的电缆绝缘故障的定位方法的应用场景图；
图2是本发明一实施例提供的电缆绝缘故障的定位方法的实现流程图；
图3是本发明一实施例提供的不同入射信号对应的定位图谱；
图4是本发明一实施例提供的电缆传输参数的等效电路示意图；
图5是本发明一实施例提供的仿真电缆模型的定位图谱；
图6是本发明一实施例提供的仿真电缆模型的定位图谱；
图7是本发明一实施例提供的仿真电缆模型的定位图谱；
图8是本发明一实施例提供的对反射信号加窗前后的定位图谱；
图9是本发明一实施例提供的电缆绝缘故障的定位装置的结构示意图；
图10是本发明一实施例提供的终端的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的电缆绝缘故障的定位方法的应用场景图。如图1所示，被测电缆的终端与开关柜、变压器等设备的电气连接，电缆另一端开路或短路皆可。使用鳄鱼夹分别连接电缆的线芯导体与接地屏蔽层，之后将鳄鱼夹连接至网络分析仪的1号测试端口，使用S11模式测量其宽频阻抗谱。阻抗谱测量完成后使用本发明提供的方法确定定位图谱，然后确定被测电缆中的绝缘故障类型和绝缘故障位置。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的电缆绝缘故障的定位方法的实现流程图，详述如下：
步骤201，获取对电缆施加入射信号得到的电缆的宽频阻抗谱。
在本实施例中，目前，利用宽频阻抗谱(broadband impedance spectroscopy,BIS)定位的技术主要采用直接对BIS或反射系数相关特征参数进行快速傅里叶逆变换算法(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)的方法，这样的算法实际上是将入射信号设置为功率谱恒为常数的扫频信号。扫频信号在网络分析仪测量BIS时已得到应用，对比TDR使用的脉冲信号，其功率分布均匀，传导过程中行波的衰减和色散概率较低。而得到BIS后，再利用扫频信号进行算法运算时，由于高频信号分量较大，用任意窗函数截断都将造成信号的时域混叠，在时域中产生大量纹波，即吉布斯效应。图3比较了不同入射信号的定位图谱，由于高斯脉冲的频域上的功率集中，对高频部分截断对于原始波形的畸变较小，削弱了反射信号在传导过程中的振荡。相较于传统的时域反射技术(Time domain reflectometry,TDR)，本实施例选定了高斯脉冲作为入射信号，保证该信号在电缆中传输时衰减较小。
步骤202，基于入射信号的时域谱和宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱。
在本实施例中，通过快速傅里叶逆变换算法(IFFT)得到时域反射信号(TDR信号)，计算公式如下：
Si(w)＝FFT(si(t))
sr(t)＝abs[IFFT(Si(w)W(N)S(n)*)]
其中，si(t)和Si(w)分别为入射信号的时域谱和频域谱，频域信号包含正负频谱；W(N)为窗函数，其长度N等于Si(w)的采样点数；S(n)*为S(n)的共轭延拓信号，其负频域的值等于对应正频域值的共轭，S(n)为第n段电缆的自反射系数；sr(t)为反射信号的时域谱，其反映了反射信号在时域中的传输过程。
步骤203，基于反射信号的时域谱和入射信号的传播速度确定定位图谱。其中，定位图谱包括电缆上各位置对应的反射信号幅值。
在本实施例中，将时域谱乘上信号在电缆中传播的速度即可得到电缆的定位信号，行波信号在媒介中的传播速度可以用下式近似计算：
Figure BDA0003777961330000061
sr(l)＝2vsr(t)
其中，v是电力电缆中电磁波的传播速度，约等于1.978×108m/s，μ0为真空磁导率，ε0表示真空介电常数，εr表示交电缆材质的相对介电常数，sr(l)为反射信号的空间域谱，本实施例将该信号作为定位图谱。
步骤204，基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型，或者，电缆的绝缘故障类型和绝缘故障位置；其中，绝缘故障类型包括容性绝缘故障和/或阻性绝缘故障。
在本实施例中，目前的电缆绝缘故障中，一般只考虑阻性绝缘故障，依据阻性绝缘故障的类型又将其分为高阻绝缘故障及低阻绝缘故障。电缆故障点直流电阻大于电缆特性阻抗的故障，为高阻绝缘故障；电缆故障点直流电阻小于电缆特性阻抗的故障，为低阻绝缘故障。除上述绝缘故障外，电缆内还存在一些电缆绝缘的局部故障，即并未发生绝缘的整体击穿，而是只存在绝缘中的部分击穿与破坏(例如电缆绝缘中产生的电树及水树等缺陷)，电缆的绝缘阻值并未出现几个数量级的衰减，由于电缆制造中预留的较大绝缘裕度，其绝缘仍可承受较高的电压。但该类绝缘故障的存在会影响电缆特性阻抗中电容参数的变化，从而产生局部特性阻抗的变化，此类局部绝缘故障为容性绝缘故障。
在一种可能的实现方式中，基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型，包括：
若定位图谱中存在两个上凸峰值，且该两个上凸峰值的距离小于预设阈值，则电缆的绝缘故障类型为容性绝缘故障。
在本实施例中，通过仿真实验确定电缆的绝缘故障类型与定位图谱的关系，具体推导及仿真过程如下：
首先，将仿真电缆长度设置为1km。仿真频谱范围为100kHz～100MHz，频谱采样步长为100kHz，10kV电缆的仿真参数设置如表1所示：
表1
电导率/(S/m) 相对介电常数 外径/mm 厚度/mm
线芯 5.71×10<sup>7</sup> 1×10<sup>4</sup> 8 —
内半导电层 2×10<sup>-3</sup> 100 8.2 0.1
绝缘 1×10<sup>-17</sup> 2.3 17.2 4.5
外半导电层 2×10<sup>4</sup> 100 17.5 0.15
铜屏蔽层 5.71×10<sup>7</sup> 1×10<sup>4</sup> 17.5 —
当电缆出现绝缘故障时，该区域的分布参数将改变，此时的电缆传输参数可以等效为如图4所示的阻抗电路。设定包含负载端的电缆段为第0段，阻抗不匹配点为电缆各段间的节点，第n段电缆包含了第n-1段电缆，然后通过递推的方式计算BIS：
Figure BDA0003777961330000071
Figure BDA0003777961330000072
其中，n为自然数，Z(n-1)和Z(n)为第n-1段和第n段的BIS，S(n)表示第n段的反射系数，γ(n)表示第n段的传播系数，Z0 (n)表示第n段的特征阻抗，l(n-1)和l(n)为第n-1段和第n段电缆的长度。
其中，Z(n)中的阻抗谱参数需要经过阻抗变换计算电缆的传递函数，通过传递函数进一步得到电缆的定位图谱，阻抗变换公式如下：
Figure BDA0003777961330000081
其中，S(n)为第n段电缆的自反射系数，Z(n)为第n段电缆的BIS，Zref (n)为第n段电缆的参考阻抗。参考阻抗的计算公式如下：
Figure BDA0003777961330000082
rc、rs分别表示线芯和金属屏蔽层的半径，μ0为真空磁导率，ε0表示真空介电常数，εr表示交联聚乙烯的相对介电常数。
接着，建立6组分别对应不同绝缘故障类型的仿真电缆模型，仿真电缆的参数如表2所示，其中G0、C0为电缆无缺陷时的电导、电容分布参数，电缆的长度设置为1km。入射信号采用高斯脉冲函数、窗函数采用Blackman窗函数，参考阻抗设置为30.95Ω。
表2
组号 电导分布参数 电容分布参数 故障位置
1# 2G<sub>0</sub> C<sub>0</sub> 595m～605m
2# 1×10<sup>8</sup>G<sub>0</sub> C<sub>0</sub> 595m～605m
3# G<sub>0</sub> 1.014C<sub>0</sub> 595m～605m
4# G<sub>0</sub> 1.181C<sub>0</sub> 595m～605m
5# 2G<sub>0</sub> 1.181C<sub>0</sub> 595m～605m
6# G<sub>0</sub>～2G<sub>0</sub> C<sub>0</sub>～1.181C<sub>0</sub> 575m～625m
图5示出了3#和4#电缆的定位图谱，其中3#电缆模拟水树、电树枝等绝缘故障生长初期的电容变化，该类在电缆绝缘局部发生的故障并不会引发绝缘电导的较大变化(变化率小于50％)，这一微小的电导变化并不会引起定位谱的差异，但其引发的电容变化对电缆定位图谱的作用则很明显；4#电缆模拟水树枝、电树枝等生长后期电容变化的定位图谱。图5显现出两个反射峰，分别位于故障段的首端(594.43m)和尾端(605.26m),误差分别为0.69‰和0.26‰。电容效应对定位图谱的影响体现在电容的改变点，电容的变化量越大，反射峰的峰值越大。因此局部的电容增大在定位图谱上表现出两个反射峰叠加的波形特征。此外，还需要注意的是反射峰波尾在时域中会有部分泄露，反射峰末端幅值增加，降低了缺陷末端侦测其他缺陷的灵敏度。
图6示出了5#和6#电缆的定位图谱，其中5#电缆模拟电导和电容同时变化的情况，并且设置电导参数和电容参数的变化为在缺陷点处突变；6#电缆和5#电缆参数设置相同，区别于在6#电缆缺陷两端各设置20m过渡区，在过渡区电导和电容线性均匀增长，由图6可以看出，5#和6#电缆故障处均呈现两个反射峰波形，说明了电容参数是该故障处反射的主要原因。而5#电缆的反射峰峰值大，波峰更陡，6#电缆反射峰的峰值较小，波形更光滑。这证实了出现电容型缺陷时，反射峰的峰值与电容的变化量成正相关。实际运行中，电缆出现渗水或水树、电树枝等缺陷时，在某一点电容值突变的可能性较小，因此利用定位图谱评估容性缺陷程度时，不能仅根据反射峰的峰值评价绝缘故障发展的程度。需要同时参考反射波的能量(反射峰对于时域的积分)，可以得到更精确的评估结果。
在一种可能的实现方式中，基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型，包括：
若定位图谱中存在下凹峰值，则电缆的绝缘故障类型为阻性绝缘故障。
在本实施例中，图7示出了1#和2#电缆的定位图谱，其中1#电缆模拟阻值极高的高阻故障，2#电缆模拟阻值较低的高阻故障，由图7可知，1#电缆的微弱电导变化定位图谱基本无法识别到，说明小于1个数量级的电缆绝缘阻值变化对宽频的入射信号很难造成透反射现象。而当绝缘电阻减少至MΩ量级，电缆的电导率约为10-9数量级，此时在定位图谱590m～610m处显现出一个反射峰，反射峰峰值位于600.69m，位于故障中心处，存在0.69‰的误差。峰值相对于1#电缆幅值减小了44.6％(6.88×10-5)。
在一种可能的实现方式中，基于入射信号的时域谱和宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱，包括：
基于宽频阻抗谱计算电缆中各段电缆的自反射系数，计算公式为：
Figure BDA0003777961330000101
其中，包含负载端的电缆段为第0段，阻抗不匹配点为各段电缆间的节点，n为自然数，Z(n)为第n段电缆的宽频阻抗谱，S(n)表示第n段电缆的反射系数，Z0 (n)表示第n段电缆的特征阻抗；
基于目标窗函数、入射信号的时域谱和各段电缆的自反射系数，通过快速傅里叶逆变换算法计算反射信号的时域谱，计算公式为：
Si(w)＝FFT(si(t))
sr(t)＝abs[IFFT(Si(w)W(N)S(n)*)]
其中，si(t)为入射信号的时域谱，Si(w)为入射信号的频域谱，W(N)为目标窗函数，其长度N等于Si(w)的采样点数，S(n)*为S(n)的共轭延拓信号，其负频域的值等于对应正频域值的共轭，S(n)为第n段电缆的自反射系数，sr(t)为反射信号的时域谱。
在本实施例中，可以利用以下公式中，宽频阻抗谱与电缆自反射系数的关系，将电缆自反射系数作为未知数，基于宽频阻抗谱计算电缆中各段电缆的自反射系数：
Figure BDA0003777961330000102
Figure BDA0003777961330000103
其中，包含负载端的电缆段为第0段，阻抗不匹配点为电缆各段间的节点，n为自然数，Z(n-1)和Z(n)为第n-1段电缆和第n段电缆的BIS，S(n)表示第n段电缆的自反射系数，γ(n)表示第n段电缆的传播系数，Z0 (n)表示第n段电缆的特征阻抗，l(n-1)和l(n)为第n-1段和第n段电缆的长度。
在进行快速傅里叶逆变换计算时，对非周期函数的频谱进行截断会造成频谱泄露，而加入窗函数对于频谱泄露能起到较好的抑制效果。图8示出了无缺陷时加窗前后的定位图谱，由图8可见，窗函数的引入显著降低电缆尾端信号的振动，提高了识别的灵敏度。
在一种可能的实现方式中，目标窗函数为Blackman窗函数。
在本实施例中，Blackman窗函数对旁瓣的抑制效果较好，可以大幅度提高识别的灵敏度。
在一种可能的实现方式中，基于反射信号的时域谱和入射信号的传播速度确定定位图谱，包括：
将反射信号的时域谱与入射信号的传播速度相乘，得到反射信号的空间域谱，并将空间域谱做为定位图谱。
在本实施例中，时域谱即为信号在每个时刻的幅值，将时域谱乘上信号在电缆中传播的速度即可得到信号在电缆中每个位置的幅值，然后基于空间域谱对电缆绝缘故障进行定位，幅值异常的位置就是电缆出线绝缘故障的位置。
本发明实施例提供的电缆绝缘故障的定位方法包括：获取对电缆施加入射信号得到的电缆的宽频阻抗谱；基于入射信号的时域谱和宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱；基于反射信号的时域谱和入射信号的传播速度确定定位图谱；其中，定位图谱包括电缆上各位置对应的反射信号幅值；基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型，或者，电缆的绝缘故障类型和绝缘故障位置；其中，绝缘故障类型包括容性绝缘故障和/或阻性绝缘故障。通过本发明将电缆反射信号的宽频阻抗谱转化为定位图谱，仅通过定位图谱中各坐标的反射信号幅值就可确定电缆的绝缘故障类型，无需进行局部放电，也无需增加额外的操作和计算过程，可以提高电缆检测的效率。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
图9示出了本发明实施例提供的电缆绝缘故障的定位装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图9所示，电缆绝缘故障的定位装置9包括：
获取模块91，用于获取对电缆施加入射信号得到的宽频阻抗谱；
时域计算模块92，用于基于入射信号的时域谱和宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱；
空间计算模块93，用于基于反射信号的时域谱和入射信号的传播速度确定定位图谱；其中，定位图谱包括电缆上各位置对应的反射信号幅值；
故障确定模块94，用于基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型。
在一种可能的实现方式中，故障确定模块94具体用于：
在定位图谱中存在两个上凸峰值，且该两个上凸峰值的距离小于预设阈值时，判定电缆的绝缘故障类型为容性绝缘故障。
在一种可能的实现方式中，故障确定模块94具体用于：
在定位图谱中存在下凹峰值时，判定电缆的绝缘故障类型为阻性绝缘故障。
在一种可能的实现方式中，时域计算模块92具体用于：
基于宽频阻抗谱计算电缆中各段电缆的自反射系数，计算公式为：
Figure BDA0003777961330000121
其中，包含负载端的电缆段为第0段，阻抗不匹配点为各段电缆间的节点，n为自然数，Z(n)为第n段电缆的宽频阻抗谱，S(n)表示第n段电缆的反射系数，Z0 (n)表示第n段电缆的特征阻抗；
基于目标窗函数、入射信号的时域谱和各段电缆的自反射系数，通过快速傅里叶逆变换算法计算反射信号的时域谱，计算公式为：
Si(w)＝FFT(si(t))
sr(t)＝abs[IFFT(Si(w)W(N)S(n)*)]
其中，si(t)为入射信号的时域谱，Si(w)为入射信号的频域谱，W(N)为目标窗函数，其长度N等于Si(w)的采样点数，S(n)*为S(n)的共轭延拓信号，其负频域的值等于对应正频域值的共轭，S(n)为第n段电缆的自反射系数，sr(t)为反射信号的时域谱。
在一种可能的实现方式中，目标窗函数为Blackman窗函数。
在一种可能的实现方式中，空间计算模块93具体用于：
将反射信号的时域谱与入射信号的传播速度相乘，得到反射信号的空间域谱，并将空间域谱做为定位图谱。
本发明实施例提供的电缆绝缘故障的定位装置包括：获取模块，用于获取对电缆施加入射信号得到的宽频阻抗谱；时域计算模块，用于基于入射信号的时域谱和宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱；空间计算模块，用于基于反射信号的时域谱和入射信号的传播速度确定定位图谱；其中，定位图谱包括电缆上各位置对应的反射信号幅值；故障确定模块，用于基于定位图谱中的各反射信号幅值确定电缆的绝缘故障类型。本发明将电缆反射信号的宽频阻抗谱转化为定位图谱，仅通过定位图谱中各坐标的反射信号幅值就可确定电缆的绝缘故障类型，无需进行局部放电，也无需增加额外的操作和计算过程，可以提高电缆检测的效率。
图10是本发明实施例提供的终端的示意图。如图10所示，该实施例的终端10包括：处理器100、存储器101以及存储在所述存储器101中并可在所述处理器100上运行的计算机程序102。所述处理器100执行所述计算机程序102时实现上述各个电缆绝缘故障的定位方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤201至步骤204。或者，所述处理器100执行所述计算机程序102时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图9所示模块91至94的功能。
示例性的，所述计算机程序102可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器101中，并由所述处理器100执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序102在所述终端10中的执行过程。例如，所述计算机程序102可以被分割成图9所示的模块91至94。
所述终端10可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端10可包括，但不仅限于，处理器100、存储器101。本领域技术人员可以理解，图10仅仅是终端10的示例，并不构成对终端10的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器100可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器101可以是所述终端10的内部存储单元，例如终端10的硬盘或内存。所述存储器101也可以是所述终端10的外部存储设备，例如所述终端10上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。进一步地，所述存储器101还可以既包括所述终端10的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器101用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器101还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个电缆绝缘故障的定位方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电缆绝缘故障的定位方法，其特征在于，包括：
获取对电缆施加入射信号得到的电缆的宽频阻抗谱；
基于所述入射信号的时域谱和所述宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱；
基于所述反射信号的时域谱和所述入射信号的传播速度确定定位图谱；其中，所述定位图谱包括所述电缆上各位置对应的反射信号幅值；
基于所述定位图谱中的各反射信号幅值确定所述电缆的绝缘故障类型，或者，所述电缆的绝缘故障类型和绝缘故障位置；其中，所述绝缘故障类型包括容性绝缘故障和/或阻性绝缘故障。
2.根据权利要求1所述的电缆绝缘故障的定位方法，其特征在于，所述基于所述定位图谱中的各反射信号幅值确定所述电缆的绝缘故障类型，包括：
若所述定位图谱中存在两个上凸峰值，且该两个上凸峰值的距离小于预设阈值，则所述电缆的绝缘故障类型为容性绝缘故障。
3.根据权利要求1所述的电缆绝缘故障的定位方法，其特征在于，所述基于所述定位图谱中的各反射信号幅值确定所述电缆的绝缘故障类型，包括：
若所述定位图谱中存在下凹峰值，则所述电缆的绝缘故障类型为阻性绝缘故障。
4.根据权利要求1所述的电缆绝缘故障的定位方法，其特征在于，所述基于所述入射信号的时域谱和所述宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱，包括：
基于所述宽频阻抗谱计算所述电缆中各段电缆的自反射系数，计算公式为：
Figure FDA0003777961320000011
其中，包含负载端的电缆段为第0段，阻抗不匹配点为各段电缆间的节点，n为自然数，Z(n)为第n段电缆的宽频阻抗谱，S(n)表示第n段电缆的反射系数，Z0 (n)表示第n段电缆的特征阻抗；
基于目标窗函数、所述入射信号的时域谱和各段电缆的自反射系数，通过快速傅里叶逆变换算法计算反射信号的时域谱，计算公式为：
Si(w)＝FFT(si(t))
sr(t)＝abs[IFFT(Si(w)W(N)S(n)*)]
其中，si(t)为所述入射信号的时域谱，Si(w)为所述入射信号的频域谱，W(N)为所述目标窗函数，其长度N等于Si(w)的采样点数，S(n)*为S(n)的共轭延拓信号，其负频域的值等于对应正频域值的共轭，S(n)为第n段电缆的自反射系数，sr(t)为所述反射信号的时域谱。
5.根据权利要求4所述的电缆绝缘故障的定位方法，其特征在于，所述目标窗函数为Blackman窗函数。
6.根据权利要求1至5任一项所述的电缆绝缘故障的定位方法，其特征在于，所述基于所述反射信号的时域谱和所述入射信号的传播速度确定定位图谱，包括：
将所述反射信号的时域谱与所述入射信号的传播速度相乘，得到所述反射信号的空间域谱，并将所述空间域谱做为定位图谱。
7.一种电缆绝缘故障的定位装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取对电缆施加入射信号得到的宽频阻抗谱；
时域计算模块，用于基于所述入射信号的时域谱和所述宽频阻抗谱计算反射信号的时域谱；
空间计算模块，用于基于所述反射信号的时域谱和所述入射信号的传播速度确定定位图谱；其中，所述定位图谱包括所述电缆上各位置对应的反射信号幅值；
故障确定模块，用于基于所述定位图谱中的各反射信号幅值确定所述电缆的绝缘故障类型。
8.根据权利要求7所述的电缆绝缘故障的定位装置，其特征在于，所述故障确定模块具体用于：
在所述定位图谱中存在两个上凸峰值，且该两个上凸峰值的距离小于预设阈值时，判定所述电缆的绝缘故障类型为容性绝缘故障。
9.一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至6中任一项所述电缆绝缘故障的定位方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至6中任一项所述电缆绝缘故障的定位方法的步骤。
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CN116415186A (zh) * 2023-06-07 2023-07-11 广东电网有限责任公司珠海供电局 一种高压电力电缆局部缺陷辨识方法和装置

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