CN117895292A - 用于超导电缆故障定位的射频快速接头和故障定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于超导电缆故障定位的射频快速接头和故障定位方法，该接头包括接头半屏蔽壳，设于接头半屏蔽壳外部的入射SMA射频母头、入射脉冲线、反射SMA射频母头和反射脉冲线，设于接头半屏蔽壳内的阻抗调节器、PCB板和接头半屏蔽壳接地柱，所述入射脉冲线和反射脉冲线分别与入射SMA射频母头和反射SMA射频母头连接，所述入射SMA射频母头和反射SMA射频母头均安装在接头半屏蔽壳外侧壳体上，并二者安装处的接头半屏蔽壳的壳体上均设有信号传输孔，所述阻抗调节器设于PCB板上并与信号传输孔对应，所述接头半屏蔽壳接地柱设于接头半屏蔽壳开口处的底部。与现有技术相比，本发明具有阻抗匹配、故障定位精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及超导电缆故障测量技术，尤其是涉及一种射频快速接头及其故障定位方法。
背景技术
随着能源需求的增加和电力输送效率的要求，超导电缆作为一种新兴的电力输送技术，具备低能耗、占用空间小、电流承载能力高等诸多优势。超导电缆具有极低的电阻，这意味着在输送电流时几乎没有能量损耗。由于超导体内的电流密度远高于传统导线，超导电缆可以在同样的空间内输送更多的电能，从而减少了对于土地的需求。但在超导线路运行过程中，出现断裂开路和短路等极端情况，将造成超导输电线路损坏，长时间则严重危害电力系统安全运行。当超导线路发生故障，需在现场第一时间进行抢修。因此开展现场快速和有效的故障定位，对提高抢修工作的时效性和保障电力系统安全运行具有重要安全意义。
时频域脉冲反射法是目前常规电缆故障定位领域常用的检测方法之一，目前也成功应用到了现场超导电缆的故障定位。该方法的基本原理是采用一个时频域脉冲信号施加在待检测的超导电缆上，通过线路故障点波阻抗的变化时入射时频域脉冲信号在故障点的反射信号检测，判断超导电缆故障的位置信息。经过对现有时频域检测技术的检索发现，专利申请CN112327094A公开了一种超导电缆的故障检测方法及系统；以及专利申请CN116593831A公开了一种电缆缺陷定位方法、设备及介质。二者均使用高斯包络线性的时频域脉冲信号对电缆实现故障定位。对入射信号和反射信号进行时频域互相关计算后，利用特征峰横坐标时间乘以波速换算成故障位置相对入射信号端的长度，而得到故障点的距离位置信息。上述专利从理论推导和方法应用上，证明了时频域检测法在超导电缆故障测量中的应用可行性。
目前上述方法在现场超导电缆检测应用中，一般将测试线直接夹在超导电缆终端接头。由于现场超导电缆终端接头的运行电场为50Hz工频正弦电场，现场超导电缆终端接头在设计和制造过程中并不需要考虑阻抗匹配的问题。时频域检测中高斯包络线性的时频域脉冲信号输出电源均为50Ω输出，脉冲信号的频带在MHz至GHz范围，因此脉冲在超导线路和终端接头间必须考虑波阻抗匹配的问题。现场超导电缆的终端接头一般非50Ω，当脉冲信号通过入射终端接头入射时，会在终端接头处直接发现反射现象，之后在时频域脉冲信号输出电源输出间之间的连续线上发生来回的折、反射现象，其直接叠加于超导电缆故障位置反射回的脉冲信号，对时频域故障定位分析带来干扰。因此，为提高检测的精度，需要解决现场超导电缆接头的阻抗不匹配问题。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种解决阻抗不匹配问题的射频快速接头及其故障检测方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于超导电缆故障定位的射频快速接头，包括接头半屏蔽壳，设于接头半屏蔽壳壳体外部的入射SMA射频母头、入射脉冲线、反射SMA射频母头和反射脉冲线，设于接头半屏蔽壳壳体内部的阻抗调节器、PCB板和接头半屏蔽壳接地柱，所述入射脉冲线和反射脉冲线分别与入射SMA射频母头和反射SMA射频母头连接，所述入射SMA射频母头和反射SMA射频母头均安装在接头半屏蔽壳外侧壳体上，并二者安装处的接头半屏蔽壳的壳体上均设有信号传输孔，所述阻抗调节器设于PCB板上并与信号传输孔对应，所述接头半屏蔽壳接地柱设于接头半屏蔽壳开口处的底部。
进一步地，所述阻抗调节器包括阻抗调节螺丝、阻抗调节器屏蔽盒、脉冲公共端、阻抗调节网络和弹簧探针，所述阻抗调节螺丝、脉冲公共端和弹簧探针均设于阻抗调节器屏蔽盒上，所述阻抗调节网络设于阻抗调节器屏蔽盒内，并分别与脉冲公共端、阻抗调节螺丝和弹簧探针连接，所述脉冲公共端与所述信号传输孔对应，所述弹簧探针的头部穿过PCB板，尾部位于阻抗调节器屏蔽盒内。
进一步地，所述接头半屏蔽壳上还开设有阻抗调节孔，所述阻抗调节螺丝与阻抗调节孔对应，通过阻抗调节孔转动阻抗调节螺丝。
进一步地，还包括PCB固定螺丝，所述PCB板通过PCB固定螺丝安装在接头半屏蔽壳壳体内部。
进一步地，还包括超导电缆固定螺丝和超导电缆终端固定夹块，所述超导电缆固定螺丝和超导电缆终端固定夹块的数量均为2个，所述超导电缆固定螺丝安装在接头半屏蔽壳开口的相对处，所述超导电缆固定螺丝的螺帽位于接头半屏蔽壳壳体外部，螺钉位于接头半屏蔽壳壳体内部，所述超导电缆终端固定夹块借助连接开口的线设于接头半屏蔽壳的开口处，并与超导电缆固定螺丝的螺钉对应。
进一步地，所述超导电缆终端固定夹块采用带斜面角的绝缘材料。
本发明还提供一种基于上述所述的用于超导电缆故障定位的射频快速接头的故障定位方法，包括以下步骤：
将射频快速接头与超导电缆终端连接；
对射频快速接头进行阻抗调节，达到与超导电缆终端的阻抗匹配；
射频快速接头接收时频域脉冲激励信号，时频域脉冲激励信号通过射频快速接头传输至超导电缆终端，并在超导电缆终端内部的故障点处发生脉冲反射，形成反射脉冲信号；
反射脉冲信号经过超导电缆终端和射频快速接头反射回去；
对所述时频域脉冲激励信号和反射脉冲信号进行处理，获得超导电缆的故障位置信息。
进一步地，所述阻抗调节具体为：
通过阻抗调节孔对调节螺丝进行转动，调节阻抗调节网络接入的段长，实现超导电缆终端和射频快速接头之间的阻抗匹配。
进一步地，采用时频域故障检测仪向射频快速接头输出时频域脉冲激励信号，所述反射脉冲信号反射回时频域故障检测仪。
进一步地，连接射频快速接头与超导电缆终端的具体步骤包括：
将超导电缆终端的超导电缆终端高压头和超导电缆终端固定夹块接触，并转动超导电缆固定螺丝，以固定超导电缆终端；
采用金属导线将屏蔽壳接地柱和超导电缆终端的壳体接地端连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明针对现有技术中阻抗不匹配问题，在射频快速接头内部设置了阻抗调节器，可通过调节阻抗调节器，实现故障检测定位中超导电缆接头与时频域故障检测仪、入射SMA射频母头、反射SMA射频母头、反射脉冲线等波阻抗匹配。
(2)本发明在阻抗调节器中设置了阻抗调节螺丝，通过转动阻抗调节螺丝，以调节阻抗调节网络，可方便地进行阻抗调节以实现阻抗匹配。
(3)本发明解决了阻抗不匹配，在进行超导电缆时频域故障检测定位时，能够提高定位精度。
附图说明
图1为本发明的射频快速接头整体结构示意图；
图2为本发明的导电缆终端结构示意图；
图3为本发明的射频快速接头和超导电缆终端的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供一种射频快速接头，如图1所示，包括接头半屏蔽壳1、入射SMA射频母头2、入射脉冲线3、反射SMA射频母头4、反射脉冲线5，阻抗调节孔6、阻抗调节螺丝7、阻抗调节器屏蔽盒8、PCB板9、PCB固定螺丝10、脉冲公共端11、阻抗调节网络12、弹簧探针13、超导电缆固定螺丝14、超导电缆终端固定夹块15和接头半屏蔽壳接地柱16。
其中入射SMA射频母头2和入射脉冲线3将时频域检测时的脉冲激励信号注入射快速接头的脉冲公共端11，经阻抗调节网络12后接至弹簧探针13，现场检测时将弹簧探针13接触待测超导电缆线芯，即可实现时频域脉冲激励信号的注入；反射SMA射频母头4线芯接脉冲公共端11，并通过反射脉冲线5将待测超导电缆的反射信号输出。
阻抗调节螺丝7、阻抗调节屏蔽盒8、脉冲公共端11、阻抗调节网络12和弹簧探针13组成的阻抗调节器，并固定PCB板9上，之后通过PCB固定螺丝10安装在接头半屏蔽壳1。采用螺丝刀通过阻抗调节孔6对调节螺丝7进行转动，可实现现场不同类型超导电缆终端和入射SMA射频母头2、反射SMA射频母头4之间的阻抗匹配。
超导电缆终端固定夹块15采用带斜面角的绝缘材料，以便现场不同尺寸的超导电缆终端头插入，安装时超导电缆终端固定夹块15和超导电缆终端金属头接触，并通过接头半屏蔽壳1上的超导电缆固定螺丝14，实现对现场超导电缆终端头的快速连接。
根据上述射频快速接头，用于现场超导电缆的时频域故障检测时，将本发明的射频快速接头直接安装在超导电缆的终端接头上。超导电缆的终端接头结构如图2所示，由超导电缆终端高压头18-1、绝缘套管18-2、超导电缆壳体18-3、壳体接地端18-4、液氮18-5、外屏蔽超导带18-6、绝缘层18-7、线芯超导带18-8、铜支撑芯18-9和故障点18-10构成。
射频快速接头和超导电缆终端头的安装：如图3所示，超导电缆终端高压头17-1和射频接头的超导电缆终端固定夹块15接触，并通过接头半屏蔽壳1上的超导电缆固定螺丝14，实现对现场超导电缆终端头的快速固定；在接头半屏蔽壳接地柱16和壳体接地端17-4端，采用金属导线19连接，实现等电位。
时频域故障定位：时频域故障检测仪的输出端输出时频域脉冲激励信号，通过入射脉冲线3和入射SMA射频母头2，注入射快速接头的脉冲公共端11，经阻抗调节网络12后接至弹簧探针13，弹簧探针13和超导电缆终端高压头18-1接触，实现时频域脉冲激励信号的注入到超导电缆，并在电缆内部沿线芯超导带18-8和铜支撑芯18-9传播。当入射脉冲信号在超导电缆的故障点18-10时，由于故障点波阻抗和超导电缆线路不同，将在故障点发生脉冲反射，形成反射脉冲信号；反射脉冲沿线芯超导带18-8和铜支撑芯18-9反向传播到超导电缆终端高压头18-1接触后，通过弹簧探针13、阻抗调节网络12、脉冲公共端11、反射SMA射频母头4、反射脉冲线5，反射回时频域故障检测仪的输出端，时频域故障检测仪根据输出(入射)和输入(反射)的脉冲信号处理，确定超导电缆的故障位置信息。
射频快速接头波阻抗调节：时频域故障检测仪的输出端输出时频域脉冲激励信号为高频信号，时频域故障检测仪的输出端、时频域故障检测仪的输入、端波入射SMA射频母头2、入射脉冲线3、反射SMA射频母头4、反射脉冲线5的波阻抗均为50Ω，现场超导电缆终端头的波阻抗非50Ω。时频域故障定位过程中，根据时频域脉冲信号的折、反射严重程度，采用螺丝刀通过阻抗调节孔6对调节螺丝7进行转动，实现现场超导电缆终端和入射SMA射频母头2、反射SMA射频母头4之间的阻抗匹配。
该快速接头可根据现场需要进行电阻连接方式改装。若现场超导电缆终端接头阻值小于50Ω，使用图中所示的串联连接方式以增大接入阻值。特殊情况下现场超导电缆终端接头电阻大于50Ω，需要改为并联连接方式以降低接入阻值。仅需改变阻抗调节网络12的接线方式。其余连接方式不变，检测方式不变。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于超导电缆故障定位的射频快速接头，其特征在于，包括接头半屏蔽壳(1)，设于接头半屏蔽壳(1)壳体外部的入射SMA射频母头(2)、入射脉冲线(3)、反射SMA射频母头(4)和反射脉冲线(5)，设于接头半屏蔽壳(1)壳体内部的阻抗调节器、PCB板(9)和接头半屏蔽壳接地柱(16)，所述入射脉冲线(3)和反射脉冲线(5)分别与入射SMA射频母头(2)和反射SMA射频母头(4)连接，所述入射SMA射频母头(2)和反射SMA射频母头(4)均安装在接头半屏蔽壳(1)外侧壳体上，并二者安装处的接头半屏蔽壳(1)的壳体上均设有信号传输孔(17)，所述阻抗调节器设于PCB板(9)上并与信号传输孔(17)对应，所述接头半屏蔽壳接地柱(16)设于接头半屏蔽壳(1)开口处的底部。
2.根据权利要求1所述的一种用于超导电缆故障定位的射频快速接头，其特征在于，所述阻抗调节器包括阻抗调节螺丝(7)、阻抗调节器屏蔽盒(8)、脉冲公共端(11)、阻抗调节网络(12)和弹簧探针(13)，所述阻抗调节螺丝(7)、脉冲公共端(11)和弹簧探针(13)均设于阻抗调节器屏蔽盒(8)上，所述阻抗调节网络(12)设于阻抗调节器屏蔽盒(8)内，并分别与脉冲公共端(11)、阻抗调节螺丝(7)和弹簧探针(13)连接，所述脉冲公共端(11)与所述信号传输孔(17)对应，所述弹簧探针(13)的头部穿过PCB板(9)，尾部位于阻抗调节器屏蔽盒(8)内。
3.根据权利要求1所述的一种用于超导电缆故障定位的射频快速接头，其特征在于，所述接头半屏蔽壳(1)上还开设有阻抗调节孔(6)，所述阻抗调节螺丝(7)与阻抗调节孔(6)对应，通过阻抗调节孔(6)转动阻抗调节螺丝(7)。
4.根据权利要求1所述的一种用于超导电缆故障定位的射频快速接头，其特征在于，还包括PCB固定螺丝(10)，所述PCB板(9)通过PCB固定螺丝(10)安装在接头半屏蔽壳(1)壳体内部。
5.根据权利要求1所述的一种用于超导电缆故障定位的射频快速接头，其特征在于，还包括超导电缆固定螺丝(14)和超导电缆终端固定夹块(15)，所述超导电缆固定螺丝(14)和超导电缆终端固定夹块(15)的数量均为2个，所述超导电缆固定螺丝(14)安装在接头半屏蔽壳(1)开口的相对处，所述超导电缆固定螺丝(14)的螺帽位于接头半屏蔽壳(1)壳体外部，螺钉位于接头半屏蔽壳(1)壳体内部，所述超导电缆终端固定夹块(15)借助连接接头半屏蔽壳(1)开口的线设于开口处，并与超导电缆固定螺丝(14)的螺钉对应。
6.根据权利要求5所述的一种用于超导电缆故障定位的射频快速接头，其特征在于，所述超导电缆终端固定夹块(15)采用带斜面角的绝缘材料。
7.一种基于权利要求1-6任一所述的用于超导电缆故障定位的射频快速接头的故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
将射频快速接头与超导电缆终端连接；
对射频快速接头进行阻抗调节，达到与超导电缆终端的阻抗匹配；
射频快速接头接收时频域脉冲激励信号，时频域脉冲激励信号通过射频快速接头传输至超导电缆终端，并在超导电缆终端内部的故障点(18-10)处发生脉冲反射，形成反射脉冲信号；
反射脉冲信号经过超导电缆终端和射频快速接头反射回去；
对所述时频域脉冲激励信号和反射脉冲信号进行处理，获得超导电缆的故障位置信息。
8.根据权利要求7所述的一种故障定位方法，其特征在于，所述阻抗调节具体为：
通过阻抗调节孔(6)对调节螺丝(7)进行转动，调节阻抗调节网络(12)接入的段长，实现超导电缆终端和射频快速接头之间的阻抗匹配。
9.根据权利要求7所述的一种故障定位方法，其特征在于，采用时频域故障检测仪向射频快速接头输出时频域脉冲激励信号，所述反射脉冲信号反射回时频域故障检测仪。
10.根据权利要求9所述的一种故障定位方法，其特征在于，连接射频快速接头与超导电缆终端的具体步骤包括：
将超导电缆终端的超导电缆终端高压头(18-1)和超导电缆终端固定夹块(15)接触，并转动超导电缆固定螺丝(14)，以固定超导电缆终端；
采用金属导线(19)将屏蔽壳接地柱(16)和超导电缆终端的壳体接地端(18-4)连接。
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