CN116047228A - 一种电缆铜铝接头无损识别的定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆铜铝接头无损识别的定位系统及方法，该系统包括：扫频复阻抗测试模块、数据存储与分析模块、电缆质量问题识别模块和铜铝接头定位模块，扫频复阻抗测试模块用于对电缆发出等间隔的正弦电压波形并接收反射的正弦电流波形，得到电缆等间隔频点下的端口扫频复阻抗数据，通过储存与分析模块进行计算，通过电缆质量问题识别模块来绘制曲线进而判断出问题电缆，通过铜铝接头定位模块对问题电缆进行定位曲线计算得到铜铝接头距待测电缆首端的距离，实现铜铝接头的定位，本发明可检出潜伏性缺陷及电缆导体电阻率的微弱变化，解决电缆铜铝接头难以识别与定位的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电缆铜铝接头无损识别定位技术领域，具体为一种电缆铜铝接头无损识别的定位系统及方法。
背景技术
随着配电网电缆化率的逐年提高，电缆用量持续增加，但众多电缆厂家生产的电缆质量却参差不齐，其中电缆导体作为电缆的核心部件，成本占比高，质量问题尤为突出。部分厂家制造电缆时，端部使用合格的铜导体，在电缆中间部分却采用以铝代铜的手段降低成本牟取非法利益。这种存在电缆导体以铝代铜质量问题的电缆不仅给电力用户造成了巨大的经济损失，铜铝接头处还容易产生电化学腐蚀、过热、过载等安全隐患，加速局部老化，严重时甚至威胁到配电网的安全稳定运行。
目前，现有技术手段无法通过无损的方式发现此类问题，而电缆缺陷的常规检测手段如振荡波局放法、超低频ULF（Ultra Low Frequency）局放法、超低频介损检测和时域反射法等诊断方法多以高压激励手段为主，具有一定的绝缘累计损伤风险，虽可以针对电缆故障进行诊断与定位，但无法检出潜伏性缺陷及电缆导体电阻率的微弱变化。
所以，如何设计一种电缆铜铝接头无损识别的定位系统及方法，成为我们当前需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种电缆铜铝接头无损识别的定位系统及方法，解决了常规检测方法检测不出潜伏性缺陷及电缆导体电阻率的微弱变化进而对电缆铜铝接头难以识别与定位的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电缆铜铝接头无损识别的定位系统，包括扫频复阻抗测试模块、数据存储与分析模块、电缆质量问题识别模块、铜铝接头定位模块和显示模块；
所述扫频复阻抗测试模块用于对电缆发出等间隔的正弦电压波形并接收反射的正弦电流波形，得到电缆等间隔频点下的扫频复阻抗数据；
所述数据存储与分析模块用于接收并储存扫频复阻抗测试模块测得的扫频复阻抗数据，并对扫频复阻抗数据进行计算分析，根据扫频复阻抗数据和计算分析结果建立并完善电缆基础数据库；
所述电缆质量问题识别模块根据数据存储与分析模块发送的电缆数据识别待测电缆是否存在以铝代铜质量问题，电缆数据包括待测电缆的规格型号、扫频复阻抗数据、识别参数以及相同规格型号正常电缆的基准参数；
所述铜铝接头定位模块对存在以铝代铜质量问题的扫频复阻抗的相位数据进行加切比雪夫窗处理，然后进行数值积分并取绝对值，再根据铜铝接头定位归一化函数实现铜铝接头的定位。
一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，步骤如下：
步骤一：通过扫频复阻抗测试模块对正常电缆或待测电缆的首端进行测试，扫频复阻抗测试模块的一个端子连接至电缆导体芯线、另一个端子连接至电缆屏蔽层，测试正常电缆或待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时和断开时的扫频复阻抗；
步骤二：将扫频复阻抗数据通过数据存储与分析模块进行计算，得到正常电缆在各个等间隔频点下的基准参数和待测电缆在各个等间隔频点下的识别参数；
步骤三：通过电缆质量问题识别模块根据电缆数据绘制基准参数曲线和识别参数曲线，并在1MHz以上的频率范围内做线性拟合得到拟合曲线，若待测电缆的识别参数曲线的各幂次拟合系数大于同规格型号正常电缆的基准参数曲线，且识别参数的值大于基准参数的值10%以上，则判定待测电缆为以铝代铜问题电缆；电缆数据包括待测电缆的规格型号、扫频复阻抗数据、识别参数以及相同规格型号正常电缆的基准参数；
步骤四：通过铜铝接头定位模块对存在以铝代铜质量问题的扫频复阻抗数据进行加切比雪夫窗处理，然后进行数值积分并取绝对值，再根据铜铝接头定位归一化函数实现铜铝接头的定位。
进一步的，步骤二中基准参数的计算公式为：
式中， 为第i个等间隔频点的频率； 为频率为的基准参数；为正常电缆的总长度；为正常电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时频率为条件下测得的扫频复阻抗，为正常电缆末端的导体芯线与屏蔽层断开时频率为条件下测得的扫频复阻抗。
进一步的，步骤二中识别参数计算公式为：
式中，为频率为的识别参数，为待测电缆的总长度，为待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时频率为条件下测得的扫频复阻抗，为待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层断开时频率为条件下测得的扫频复阻抗。
进一步的，拟合曲线表示如下：
式中，为基准参数的拟合曲线，为基准参数的拟合斜率，为基准参数的拟合常数，为识别参数的拟合曲线，为识别参数的拟合斜率，为识别参数的拟合常数。
进一步的，判定待测电缆为以铝代铜质量问题电缆的条件为：
。
进一步的，加切比雪夫窗处理过程为：
式中，为加切比雪夫窗相位，为等间隔频点数，为第i个等间隔频点的切比雪夫窗函数，为频率为时的扫频复阻抗的相位。
进一步的，加切比雪夫窗相位乘以核函数进行数值积分并取绝对值，得到铜铝接头定位函数：
式中，为铜铝接头定位函数，为待测电缆总长度，为核函数，为同规格型号正常电缆的相位系数，为距离待测电缆首端的距离，为采样频率间隔，为自然对数的底。
进一步的，对铜铝接头定位函数进行归一化处理得到铜铝接头定位归一化函数，以铜铝接头定位归一化函数绘制定位曲线。
进一步的，通过显示模块显示定位曲线，并指出定位曲线的峰值点位置，得到以铝代铜问题的铜铝接头距待测电缆首端的距离，实现铜铝接头的定位。
与现有的技术相比，本发明具备以下有益效果：扫频复阻抗测试模块用于对电缆发出等间隔的正弦电压波形并接收反射的正弦电流波形，得到电缆等间隔频点下的端口扫频复阻抗数据，通过数据存储与分析模块进行计算，通过电缆质量问题识别模块来绘制曲线进而判断出问题电缆，通过铜铝接头定位模块对问题电缆进行定位曲线计算得到铜铝接头距待测电缆首端的距离，实现铜铝接头的定位，本发明可检出潜伏性缺陷及电缆导体电阻率的微弱变化，解决电缆铜铝接头难以识别与定位的问题。
附图说明
图1为本发明的系统构成示意图；
图2为本发明的扫频复阻抗测试模块测试接线图；
图3为以铝代铜电缆模型测试示意图；
图4为本发明的基准参数与识别参数变化曲线示意图；
图5为本发明的基准参数与识别参数差异值曲线示意图；
图6为本发明的扫频复阻抗的相位曲线示意图；
图7为本发明的铜铝接头归一化定位曲线示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐明本发明。
参照图1，一种电缆铜铝接头无损识别的定位系统，包括扫频复阻抗测试模块、数据存储与分析模块、电缆质量问题识别模块、铜铝接头定位模块和显示模块；
扫频复阻抗测试模块用于对电缆发出等间隔的正弦电压波形并接收反射的正弦电流波形，得到电缆等间隔频点下的扫频复阻抗数据；
数据存储与分析模块用于接收并储存扫频复阻抗测试模块测得的扫频复阻抗数据，并对扫频复阻抗数据进行计算分析，根据扫频复阻抗数据和计算分析结果建立并完善电缆基础数据库；
电缆质量问题识别模块根据数据存储与分析模块发送的电缆数据识别待测电缆是否存在以铝代铜质量问题，电缆数据包括待测电缆的规格型号、扫频复阻抗数据、识别参数以及相同规格型号正常电缆的基准参数；
铜铝接头定位模块对存在以铝代铜质量问题的扫频复阻抗的相位数据进行加切比雪夫窗处理，然后进行数值积分并取绝对值，再根据铜铝接头定位归一化函数实现铜铝接头的定位；
其中，显示模块显示定位曲线，并指出定位曲线的峰值点位置，得到以铝代铜问题的铜铝接头距待测电缆首端的距离，实现铜铝接头的定位。
一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，步骤如下：
步骤一、通过扫频复阻抗测试模块对正常电缆或待测电缆的首端进行测试，扫频复阻抗测试模块的一个端子连接至电缆导体芯线、另一个端子连接至电缆屏蔽层，测试正常电缆或待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时和断开时的扫频复阻抗，如图2所示；
如图3所示，当电缆中间段导体存在以铝代铜问题时，假设铜铝接头的位置分别为la和lb；
定制一段总长50m的待测电缆，两端10m部分采用导体截面积为95mm2的铜导体电缆，中间30m部分采用导体截面积为95mm2的铝导体电缆，即铜铝接头的位置分别为la=10m和lb=40m，电缆总长l=50m；
首先建立同规格型号正常电缆的基础数据，若数据存储与分析模块中存在该型号电缆的数据库，则直接调用，否则利用扫频复阻抗测试模块对一段相同规格型号、50m长的正常铜导体电缆进行测试，其测试方法为：将扫频复阻抗测试模块的一个端子连接至电缆导体芯线、另一个端子连接至电缆屏蔽层，测试正常电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时和断开时的扫频复阻抗，得到该正常电缆的扫频复阻抗数据为和，并将测试数据存入数据库中以备后用；
对于上述定制的待测电缆，扫频复阻抗测试模块的一个端子连接至待测电缆的导体芯线、另一个端子连接至其屏蔽层，当待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时，即ZL=0，测得待测电缆的扫频复阻抗；当待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层断开时，即ZL=∞，测得待测电缆的扫频复阻抗；
步骤二、将正常电缆和待测电缆的扫频复阻抗数据通过数据存储与分析模块进行计算，其计算方法为：，式中，为第i个等间隔频点的频率； 为频率为的基准参数；为正常电缆的总长度；为正常电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时频率为条件下测得的扫频复阻抗；为正常电缆末端的导体芯线与屏蔽层断开时频率为条件下测得的扫频复阻抗；，式中，为频率为的识别参数，为待测电缆的总长度，为待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时频率为条件下测得的扫频复阻抗，为待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层断开时频率为条件下测得的扫频复阻抗；得到正常电缆在各个等间隔频点下的基准参数和待测电缆在各个等间隔频点下的识别参数；
步骤三、电缆质量问题识别模块根据电缆数据绘制基准参数曲线A，和识别参数曲线B，如图4所示，并在1MHz以上的频率范围内做线性拟合，得到：k=2.97×10-11，h=4.94×10-4，k’=3.28×10-11，h=5.45×10-4，记基准参数和识别参数的拟合曲线为：和，其表示如下：
式中，为基准参数的拟合曲线；为基准参数的拟合斜率；为基准参数的拟合常数；为识别参数的拟合曲线；为识别参数的拟合斜率；为识别参数的拟合常数；图5为基准参数与识别参数差异值曲线，若待测电缆的识别参数拟合曲线的各幂次拟合系数大于同规格型号正常电缆的基准参数拟合曲线的各幂次拟合系数，且识别参数的值大于基准参数的值10%以上，则判定待测电缆为以铝代铜质量问题电缆，判定待测电缆为以铝代铜质量问题电缆的条件为：
；
电缆数据包括待测电缆的规格型号、扫频复阻抗数据、识别参数以及相同规格型号正常电缆的基准参数；
步骤四、铜铝接头定位模块对存在以铝代铜质量问题电缆的扫频复阻抗数据进行加切比雪夫窗处理：
式中，为加切比雪夫窗相位，为等间隔频点数，为第i个等间隔频点的切比雪夫窗函数，为频率为时的扫频复阻抗的相位，如图6所示；然后进行数值积分并取绝对值得到铜铝接头定位函数：
式中，为铜铝接头定位函数，为待测电缆总长度，为核函数，为同规格型号正常电缆的相位系数，为距离待测电缆首端的距离，为采用频率间隔，为自然对数的底；对铜铝接头定位函数进行归一化处理得到铜铝接头定位归一化函数：
将归一化函数通过显示模块进行处理，显示以铝代铜质量问题电缆存在以铝代铜问题，并根据归一化函数绘制其随电缆位置的变化曲线，指出定位曲线的峰值点位置，由图7可知，峰值点位于x=0、x=10.239m、x=39.745m和x=50.008m处，其分别代表电缆首端、第一个铜铝接头位置、第二个铜铝接头位置和电缆末端，定位误差分别为0%、0.48%、0.51%和0.02%，从而得到以铝代铜质量问题电缆内部铜铝接头距其首端的距离，实现铜铝接头的定位。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种电缆铜铝接头无损识别的定位系统，包括扫频复阻抗测试模块、数据存储与分析模块、电缆质量问题识别模块、铜铝接头定位模块，其特征在于：
所述扫频复阻抗测试模块用于对电缆发出等间隔的正弦电压波形并接收反射的正弦电流波形，得到电缆等间隔频点下的扫频复阻抗数据；
所述数据存储与分析模块用于接收并储存扫频复阻抗测试模块测得的扫频复阻抗数据，并对扫频复阻抗数据进行计算分析，根据扫频复阻抗数据和计算分析结果建立并完善电缆基础数据库；
所述电缆质量问题识别模块根据数据存储与分析模块发送的电缆数据识别待测电缆是否存在以铝代铜质量问题，电缆数据包括待测电缆的规格型号、扫频复阻抗数据、识别参数以及相同规格型号正常电缆的基准参数；
所述铜铝接头定位模块对存在以铝代铜质量问题的扫频复阻抗的相位数据进行加切比雪夫窗处理，然后进行数值积分并取绝对值，再根据铜铝接头定位归一化函数实现铜铝接头的定位。
2.一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：通过扫频复阻抗测试模块对正常电缆或待测电缆的首端进行测试，扫频复阻抗测试模块的一个端子连接至电缆导体芯线、另一个端子连接至电缆屏蔽层，测试正常电缆或待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时和断开时的扫频复阻抗；
步骤二：将扫频复阻抗数据通过数据存储与分析模块进行计算，得到正常电缆在各个等间隔频点下的基准参数和待测电缆在各个等间隔频点下的识别参数；
步骤三：通过电缆质量问题识别模块根据电缆数据绘制基准参数曲线和识别参数曲线，并在1MHz以上的频率范围内做线性拟合得到拟合曲线，若待测电缆的识别参数曲线的各幂次拟合系数大于同规格型号正常电缆的基准参数曲线，且识别参数的值大于基准参数的值10%以上，则判定待测电缆为以铝代铜问题电缆；电缆数据包括待测电缆的规格型号、扫频复阻抗数据、识别参数以及相同规格型号正常电缆的基准参数；
步骤四：通过铜铝接头定位模块对存在以铝代铜质量问题的扫频复阻抗数据进行加切比雪夫窗处理，然后进行数值积分并取绝对值，再根据铜铝接头定位归一化函数实现铜铝接头的定位。
3.根据权利要求2所述的一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，其特征在于：步骤二中基准参数的计算公式为：
式中， 为第i个等间隔频点的频率； 为频率为的基准参数；为正常电缆的总长度；为正常电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时频率为条件下测得的扫频复阻抗，为正常电缆末端的导体芯线与屏蔽层断开时频率为条件下测得的扫频复阻抗。
4.根据权利要求3所述的一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，其特征在于：步骤二中识别参数计算公式为：
式中，为频率为的识别参数，为待测电缆的总长度，为待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层连接时频率为条件下测得的扫频复阻抗，为待测电缆末端的导体芯线与屏蔽层断开时频率为条件下测得的扫频复阻抗。
5.根据权利要求4所述的一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，其特征在于：拟合曲线表示如下：
式中，为基准参数的拟合曲线，为基准参数的拟合斜率，为基准参数的拟合常数，为识别参数的拟合曲线，为识别参数的拟合斜率，为识别参数的拟合常数。
6.根据权利要求5所述的一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，其特征在于：判定待测电缆为以铝代铜质量问题电缆的条件为：
。
7.根据权利要求6所述的一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，其特征在于：加切比雪夫窗处理过程为：
式中，为加切比雪夫窗相位，为等间隔频点数，为第i个等间隔频点的切比雪夫窗函数，为频率为时的扫频复阻抗的相位。
8.根据权利要求7所述的一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，其特征在于：加切比雪夫窗相位乘以核函数进行数值积分并取绝对值，得到铜铝接头定位函数：
式中，为铜铝接头定位函数，为待测电缆总长度，为核函数，为同规格型号正常电缆的相位系数，为距离待测电缆首端的距离，为采样频率间隔，为自然对数的底。
9.根据权利要求2所述的一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，其特征在于：对铜铝接头定位函数进行归一化处理得到铜铝接头定位归一化函数，以铜铝接头定位归一化函数绘制定位曲线。
10.根据权利要求2所述的一种电缆铜铝接头无损识别的定位方法，其特征在于：通过显示模块显示定位曲线，并指出定位曲线的峰值点位置，得到以铝代铜问题的铜铝接头距待测电缆首端的距离，实现铜铝接头的定位。
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2023
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Patent Citations (8)
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Non-Patent Citations (1)
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| 吴卓伦: "基于宽频阻抗谱的配电电缆中间接头定位研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑, pages 21 - 30 * |
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