CN118138153A - 一种射频电缆在线故障监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及故障在线监测技术领域，尤其涉及一种射频电缆在线故障监测装置及其监测方法，包括数据采集模块、计算判定模块以及故障判定模块。本发明通过综合采集射频电缆的关键运行参数，包括射频能量、距离、功率水平、电流、温度和电压，利用先进的计算和判定逻辑，能够精确地监测和分析电缆的运行状态，射频电缆在线故障监测装置能够计算电压稳定性修正系数和射频能量损伤表征系数，进而对电缆的损伤程度进行评估，当检测到异常时，射频电缆在线故障监测装置还能进一步计算电流偏差、温度偏差和电压偏差，生成总偏差表征系数，并绘制异常表征曲线，通过分析这些曲线的特定特征来判定故障类型。

Description

一种射频电缆在线故障监测装置及其监测方法

技术领域

本发明涉及故障在线监测技术领域，尤其涉及一种射频电缆在线故障监测装置及其监测方法。

背景技术

随着通信技术的发展，射频电缆作为传输信号的重要媒介，其稳定性对通信网络的可靠性至关重要，射频电缆可能会因为多种原因出现故障，如物理损伤、环境因素、材料老化等，在线监测装置可以帮助运营商及时发现和修复这些故障，减少维护成本和停机时间，随着电子和计算机技术的进步，现在可以开发出更加精准和自动化的监测系统，以提高故障检测的速度和准确性。

公开号为CN104483600A的专利文献公开了一种用于电缆线路故障智能在线监测系统的故障检测器，包括外壳，以及安装在外壳内的单片机控制单元，与单片机控制单元相连的2.4G无线通信模块、电流传感器和灯光报警模块，电流传感器与电缆线路相连，实时采集每个周波12点做傅里叶电流计算，并将采集信息发送给单片机控制单元，单片机控制单元准确得到当前线路的实时在线电流值，并通过2.4G无线通信模块和集中处理器进行无线双向射频短距离通信，将采集数据发送给集中处理器进行进一步处理，所述电流传感器采用高导磁电磁感应电流传感器，所述2.4G无线通信模块采用型号为nRF24L01芯片。电缆线路的故障可能由多种因素引起，包括但不限于短路、断路、接地故障、过载、设备老化等。仅通过电流值可能难以准确判断故障类型和位置，电流传感器可能会受到电磁干扰，导致测量值的不准确，此外，电缆线路的物理环境（如温度、湿度、机械应力等）也可能影响电流值，从而影响故障判断的准确性。

发明内容

为此，本发明提供一种射频电缆在线故障监测装置及其监测方法，用以克服现有技术中仅依靠单一参数进行故障判断导致故障判断准确性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种射频电缆在线故障监测装置，包括：

数据采集模块，用以采集射频电缆上任意采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平、实时电流、实时温度以及实时电压；

计算判定模块，包括计算单元和判定单元，

所述计算单元，用以根据实时电压、预设的最低电压阈值以及预设的电压稳定性阈值计算用以修正电压稳定性的电压稳定性修正系数，并根据电压稳定性修正系数、输入端采集点的射频能量表示值、输出端采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平以及预设的标准功率计算射频能量损伤表征系数；

所述判定单元，用以对射频能量损伤表征系数进行判定，以判断射频电缆是否出现断裂故障或异常；

所述计算单元还用以当判定出现异常时，根据实时电流、实时温度以及实时电压计算电流偏差、温度偏差以及电压偏差，并根据电流偏差、温度偏差以及电压偏差计算总偏差表征系数；

故障判定模块，包括用以根据预设的曲线绘制时间段内的判定出现异常的若干总偏差表征系数绘制异常表征曲线的曲线绘制单元和用以根据异常表征曲线的尖峰出现情况、电流偏差、实时温度以及电压偏差判定故障类型的曲线分析单元，所述故障类型包括绝缘层损坏故障、电缆过载故障以及连接器故障。

进一步地，所述计算单元用以根据电压稳定性情况计算电压稳定性修正系数，并根据输入端采集点的射频能量值中和输出端采集点的射频能量值计算传输过程中损失的射频能量，并根据计算得到的电压稳定性修正系数、传输过程中损失的射频能量、输入端采集点中和输出端采集点的距离、功率水平以及预设的标准功率计算射频能量损伤表征系数。

进一步地，所述计算单元对比实时电压、预设的最低电压阈值以及预设的电压稳定性阈值计算用以修正电压稳定性的电压稳定性修正系数，

若实时电压大于最低电压阈值，则计算单元判定无需修正电压稳定性；

若实时电压大于电压稳定性阈值，且小于等于最低电压阈值，则计算单元判定需要修正电压稳定性，并计算电压修正系数。

进一步地，所述判定单元根据所述计算单元计算的射频能量损伤表征系数进行判定，

若当射频能量损伤表征系数等于1时，则判定单元判定运行正常；

若当射频能量损伤表征系数等于0时，则判定单元判定出现电缆断裂故障；

若当射频能量损伤表征系数在0到1之间时，则判定单元判定存在异常。

进一步地，所述计算单元在当所述判定单元判定存在异常时，根据实时温度、实时电流、实时电压、标准温度、标准电流以及标准电压计算温度偏差百分比、电流偏差百分比以及电压偏差百分比。

进一步地，所述计算单元使用计算得到的温度偏差百分比、电流偏差百分比以及电压偏差百分比、预设的温度偏差权重系数、预设的电流偏差权重系数以及预设的电压偏差权重系数通过加权绝对偏差法计算总偏差表征系数。

进一步地，所述曲线分析单元根据所述曲线绘制单元绘制的曲线的曲线高度和预设的第一高度阈值判定曲线是否出现尖峰，并根据预设的第一高度阈值判定剑锋的大小，

若曲线高度大于第一高度阈值，且小于第二高度阈值，则曲线分析单元判定出现尖峰，并设定该尖峰为小尖峰；

若曲线高度大于等于第二高度阈值，则曲线分析单元判定出现尖峰，并设定该尖峰为大尖峰。

进一步地，所述曲线分析单元在判定出现大尖峰时，对比所述计算单元计算的电压偏差百分比和预设的电压偏差阈值，

若电压偏差大于电压偏差阈值，则对比所述数据采集模块采集的实时温度和预设的标准温度范围，

若实时温度处于标准温度范围内，则曲线分析单元判定出现绝缘层损坏故障；

若实时温度处于标准温度范围外，则曲线分析单元对比计算的电流偏差百分比和电流偏差阈值，

若电流偏差大于电流偏差阈值，则曲线分析单元判定出现电缆过载故障。

进一步地，所述曲线分析单元在判定出现小尖峰时，记录预设的异常时间段内的小尖峰的数量，并对比小尖峰的数量和异常数量阈值，

若小尖峰的数量大于异常数量阈值，则所述曲线分析单元判定出现连接器故障。

一种射频电缆在线故障监测方法，基于上述的射频电缆在线故障监测装置，包括：

步骤S1，采集射频电缆上任意采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平、实时电流、实时温度以及实时电压；

步骤S2，根据实时电压、预设的最低电压阈值以及预设的电压稳定性阈值计算用以修正电压稳定性的电压稳定性修正系数，并根据电压稳定性修正系数、输入端采集点的射频能量表示值、输出端采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平以及预设的标准功率计算射频能量损伤表征系数；

步骤S3，对射频能量损伤表征系数进行判定，当判定出现异常时，根据实时电流、实时温度以及实时电压计算电流偏差、温度偏差以及电压偏差，并根据电流偏差、温度偏差以及电压偏差计算总偏差表征系数；

步骤S4，根据预设的曲线绘制时间段内的判定出现异常的若干总偏差表征系数绘制异常表征曲线，并根据异常表征曲线的尖峰出现情况、电流偏差、实时温度以及电压偏差判定故障类型。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过综合采集射频电缆的关键运行参数，包括射频能量、距离、功率水平、电流、温度和电压，利用先进的计算和判定逻辑，能够精确地监测和分析电缆的运行状态，射频电缆在线故障监测装置能够计算电压稳定性修正系数和射频能量损伤表征系数，进而对电缆的损伤程度进行评估，当检测到异常时，射频电缆在线故障监测装置还能进一步计算电流偏差、温度偏差和电压偏差，生成总偏差表征系数，并绘制异常表征曲线，通过分析这些曲线的特定特征来判定故障类型。

进一步地，计算射频能量损伤表征系数，综合考虑了电缆两端的射频能量差异、电缆长度、电压稳定性以及功率水平等因素。通过这种计算，监测装置能够量化射频能量在电缆传输过程中的损伤程度，从而更准确地评估电缆的性能退化和潜在故障风险。

进一步地，电压稳定性修正系数的计算方法为监测系统提供了一种动态调整机制，能够根据实时电压水平与预设的安全和稳定性阈值之间的关系来评估和修正电压的稳定性。这种方法能够确保在电压水平高于安全阈值时，系统能够正常运行并保持高效；而在电压水平低于安全阈值但高于稳定性阈值时，通过降低电压稳定性修正系数，能够警示系统可能存在的电压稳定性问题。

进一步地，通过评估射频能量损伤表征系数的不同取值来确定电缆的运行状态，提供了一种清晰的故障判断逻辑。当损伤表征系数为1时，表明电缆运行正常，无需采取任何措施；当损伤表征系数为0时，直接指示电缆断裂的严重故障，需要立即进行修复；而损伤表征系数处于0到1之间的任何值则表明存在某种程度的异常，需要进一步的检查或维护。这种分类方法使得故障诊断变得简洁明了，有助于快速响应并采取适当的维护措施，从而提高系统的可靠性和安全性。

进一步地，通过实时与标准值之间的偏差百分比，该计算单元能够量化温度、电流和电压的实际偏差程度。这种量化方法为监测系统提供了一种精确的故障诊断工具，能够更准确地识别和定位电缆的故障点。温度、电流和电压偏差的百分比形式提供了直观的性能下降指标，有助于维护人员快速理解当前的运行状况，并作出相应的维护决策。此外，这些偏差值还能够用于长期趋势分析，预测潜在的故障风险，从而实现预防性维护，提高整个电力系统的稳定性和可靠性。

进一步地，总偏差表征系数的计算为监测系统提供了一个综合考量温度、电流和电压偏差的量化指标。通过赋予不同偏差不同的权重系数，该方法能够更加精确地反映电缆运行状态的异常程度，从而更有效地识别和定位故障。此外，权重系数的引入允许操作者根据电缆的特定运行情况和故障历史来调整各个参数的重要性，使得监测更加灵活和适应性强。

进一步地，通过设置不同的高度阈值来区分小尖峰和大尖峰，能够更准确地识别和分类电缆可能出现的故障类型。小尖峰可能指示轻微的性能下降或初期故障迹象，而大尖峰则可能表示更严重的故障或性能问题。这种区分有助于维护团队采取针对性的维护措施，对于小尖峰可以安排预防性维护，对于大尖峰则可能需要立即进行故障排除和修复。

进一步地，通过综合考虑电压偏差、实时温度和电流偏差，能够对射频电缆的故障类型进行精确判断。首先，通过检测电压偏差是否超出预设阈值，能够识别出可能的绝缘层损坏问题。其次，通过实时温度的监测，系统能够排除温度异常对故障判断的干扰，增加了故障诊断的准确性。最后，如果温度不在标准范围内，系统将进一步检查电流偏差，以确定是否存在电缆过载的问题。

进一步地，通过记录并分析在预设的异常时间段内小尖峰的数量，该曲线分析单元能够识别出连接器是否存在间歇性或持续的性能下降问题。这种方法的优势在于能够通过数量统计来揭示故障的模式，从而为维护团队提供更明确的故障指示。如果小尖峰的数量超过预设的异常数量阈值，系统能够及时判定连接器故障，这有助于提前采取维护措施，避免可能导致的通信中断或性能下降，增强了系统的可靠性和维护的前瞻性。

进一步地，通过实时采集关键的电缆运行参数，并通过计算电压稳定性修正系数和射频能量损伤表征系数来评估电缆的健康状况。当检测到异常时，该方法不仅能够进一步分析偏差并计算总偏差表征系数，还能通过异常表征曲线的特征来精确判定故障类型。这种方法的益处在于其能够及时发现并分类电缆故障，从而加快故障响应时间，减少维修成本，并提高整个通信系统的性能和可靠性。

附图说明

图1为本实施例射频电缆在线故障监测装置的结构示意图；

图2为本实施例对射频能量损伤表征系数判定的判定逻辑图；

图3为本实施例判定是否出现尖峰的判定逻辑图；

图4为本实施例射频电缆在线故障监测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本实施例射频电缆在线故障监测装置的结构示意图；

本实施例提供了一种射频电缆在线故障监测装置，包括：

数据采集模块，用以采集射频电缆上任意采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平、实时电流、实时温度以及实时电压；

数据采集模块通过射频功率计连接到电缆上测量射频能量表示值，通过距离测量传感器获取两个采集点之间的距离，通过功率传感器测量通过电缆的功率水平，通过高导磁电磁感应电流传感器测量实时电流，通过热敏电阻获取电缆的实时温度；

计算判定模块，与所述数据采集单元连接，采用微控制器，包括计算单元和判定单元，所述计算单元，用以根据实时电压、预设的最低电压阈值以及预设的电压稳定性阈值计算用以修正电压稳定性的电压稳定性修正系数，并根据电压稳定性修正系数、输入端采集点的射频能量表示值、输出端采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平以及预设的标准功率计算射频能量损伤表征系数；

所述判定单元，与所述计算单元连接，用以对射频能量损伤表征系数进行判定，以判断射频电缆是否出现断裂故障或异常；

所述计算单元还用以当判定出现异常时，根据实时电流、实时温度以及实时电压计算电流偏差、温度偏差以及电压偏差，并根据电流偏差、温度偏差以及电压偏差计算总偏差表征系数；

故障判定模块，分别与所述数据采集模块和所述计算判定模块连接，采用实时操作系统RTOS，包括曲线绘制单元和曲线分析单元，所述曲线绘制单元，用以根据预设的曲线绘制时间段内的判定出现异常的若干总偏差表征系数绘制异常表征曲线；

所述曲线分析单元，与所述曲线绘制单元连接，采用Visual Paradigm图形绘制软件，用以根据异常表征曲线的尖峰出现情况、电流偏差、实时温度以及电压偏差判定故障类型，所述故障类型包括绝缘层损坏故障、电缆过载故障以及连接器故障。

首先，数据采集模块收集电缆的实时运行数据；然后，计算判定模块根据这些数据计算电压稳定性修正系数和射频能量损伤表征系数；接着，判定单元分析这些系数以识别异常；若发现异常，计算单元进一步计算电流、温度和电压偏差，并生成总偏差表征系数；最后，故障判定模块通过绘制和分析异常表征曲线来确定故障类型，为维修和维护提供指导。

通过综合采集射频电缆的关键运行参数，包括射频能量、距离、功率水平、电流、温度和电压，利用先进的计算和判定逻辑，能够精确地监测和分析电缆的运行状态，射频电缆在线故障监测装置能够计算电压稳定性修正系数和射频能量损伤表征系数，进而对电缆的损伤程度进行评估，当检测到异常时，射频电缆在线故障监测装置还能进一步计算电流偏差、温度偏差和电压偏差，生成总偏差表征系数，并绘制异常表征曲线，通过分析这些曲线的特定特征来判定故障类型。

最低电压阈值是一个预设的安全电压下限，用来确保电缆在正常工作时不会低于这个电压水平，取决于电缆的额定工作电压和安全运行要求，通常设置略高于电缆的最小工作电压，本实施例实际值为10V，能够确保电缆在低于此电压时能被及时发现并采取措施，避免通信中断。

电压稳定性阈值用来定义电压波动的可接受范围，以确保电压的稳定性，取决于电缆的电压稳定性要求，以及系统对电压波动的容忍度，一般会比额定电压略高，以允许一定的波动，本实施例实际值为±5%额定电压，能够在电压波动超过正常范围时提供预警，有助于预防电压相关的故障。

输入端采集点和输出端采集点是数据采集模块根据先后顺序收集射频能量、功率水平等参数的采集点，先采集的为输入端采集点，后采集的为输出端采集点；

预设的标准功率是用作计算射频能量损伤表征系数时的参照，标准功率通常是基于电缆的设计规格或最佳工作条件下的功率水平，取决于电缆的设计规格和最佳工作条件，设置范围通常根据电缆的最大功率承载能力设定，本实施例实际值为100W，能够作为评估电缆功率传输效率的基准，便于识别功率损耗或过载情况。

预设的曲线绘制时间段是用来绘制异常表征曲线的时间范围。在这段时间内，系统会收集和分析数据，以便在曲线上标记和分析异常情况。这个时间段的选择对于准确判定故障类型至关重要，取决于故障监测的响应时间和历史数据的重要性，设置范围是几分钟到几小时不等，根据具体应用场景确定，本实施例实际值：为30分钟，能够提供足够的数据以分析故障模式，同时避免因时间过长而导致的数据处理负担。

具体而言，所述计算单元根据电压稳定性修正系数、输入端采集点的射频能量表示值、输出端采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平以及预设的标准功率计算射频能量损伤表征系数，

，

其中，为射频能量损伤表征系数，E’为输入端采集点的射频能量表示值， E₀为输出端采集点的射频能量表示值，D为任意两个采集点的距离，α为距离影响调整系数，β 为电压稳定调整系数，P为预设的标准功率，P_c为功率水平，V为电压稳定修正系数。

收集输入端和输出端采集点的射频能量值，以及任意两个采集点之间的距离。接着，使用距离影响调整系数来调整由两端能量差异引起的损伤影响。然后，计算单元会考虑电压稳定性修正系数，它根据实时电压与预设阈值的关系进行调整，以反映电压稳定性对射频能量传输的影响。最后，结合功率水平和预设的标准功率，通过调整系数来计算当前功率水平对射频能量的影响。

计算射频能量损伤表征系数，综合考虑了电缆两端的射频能量差异、电缆长度、电压稳定性以及功率水平等因素。通过这种计算，监测装置能够量化射频能量在电缆传输过程中的损伤程度，从而更准确地评估电缆的性能退化和潜在故障风险。

具体而言，所述计算单元根据实时电压、预设的最低电压阈值以及预设的电压稳定性阈值计算用以修正电压稳定性的电压稳定性修正系数，

其中，Vc为实时电压，Vs为最低电压阈值，Vt为电压稳定性阈值。

首先，实时监测当前运行点的实时电压。然后，系统会比较这个实时电压与预设的最低电压阈值以及电压稳定性阈值的大小关系。如果实时电压大于最低电压阈值，表明电压水平在安全范围内，电压稳定性修正系数被设置为1，意味着电压稳定性无需修正。相反，如果实时电压小于或等于最低电压阈值但大于电压稳定性阈值，系统将计算一个小于1的电压稳定性修正系数，这个系数用于反映电压稳定性的下降，并触发相应的预防措施或警报。

电压稳定性修正系数的计算方法为监测系统提供了一种动态调整机制，能够根据实时电压水平与预设的安全和稳定性阈值之间的关系来评估和修正电压的稳定性。这种方法能够确保在电压水平高于安全阈值时，系统能够正常运行并保持高效；而在电压水平低于安全阈值但高于稳定性阈值时，通过降低电压稳定性修正系数，能够警示系统可能存在的电压稳定性问题。

预设的电压稳定性阈值是一个在电力系统中用于评估电压稳定性的安全参数，它取决于系统的运行条件和设备的设计标准。通常情况下，这个阈值会设置在一个能够确保系统稳定运行的电压水平之上，同时留有足够的裕度以应对可能出现的扰动或负荷变化。通常情况下，这个阈值会根据具体的电力系统和设备要求进行设定。

假设一个电力系统的设计标准是，为了确保设备不会因电压过低而受损，安全电压阈值设定为0.95倍的额定电压。

在某些情况下，为了维持系统的基本运行，最小运行电压设定为 0.9倍的额定电压。

在实际应用中，电压稳定性阈值的设定参考如下表格：

电压等级	设备额定电压(kV)	电压稳定性阈值(pu)	最小运行电压(pu)
				低压	0.4	0.95	0.9
中压	10	0.95	0.9
				高压	35	0.95	0.9

通过维持电压在这一阈值之上，可以减少电压暂降或停电的风险，从而确保电力系统的可靠性和供电质量。此外，适当的电压稳定性阈值还能够提高系统对异常条件的抵抗能力，减少因电压问题导致的设备损坏和生产损失。

请继续参阅图2所示，其为本实施例对射频能量损伤表征系数判定的判定逻辑图；

具体而言，所述判定单元根据所述计算单元计算的射频能量损伤表征系数进行判定，

若当射频能量损伤表征系数等于1时，则判定单元判定运行正常；

若当射频能量损伤表征系数等于0时，则判定单元判定出现电缆断裂故障；

若当射频能量损伤表征系数在0到1之间时，则判定单元判定存在异常。

计算单元首先根据实时监测的电缆参数和预设的标准计算出射频能量损伤表征系数。判定单元根据该系数的具体值进行状态判断：若系数为1，则判定电缆运行正常，无需警报；若系数降为0，则立即判定为电缆断裂故障，需要紧急处理；若系数介于0和1之间，则认为电缆存在异常，可能需要预防性维护或进一步的监测。

通过评估射频能量损伤表征系数的不同取值来确定电缆的运行状态，提供了一种清晰的故障判断逻辑。当损伤表征系数为1时，表明电缆运行正常，无需采取任何措施；当损伤表征系数为0时，直接指示电缆断裂的严重故障，需要立即进行修复；而损伤表征系数处于0到1之间的任何值则表明存在某种程度的异常，需要进一步的检查或维护。这种分类方法使得故障诊断变得简洁明了，有助于快速响应并采取适当的维护措施，从而提高系统的可靠性和安全性。

具体而言，所述计算单元在当所述判定单元判定存在异常时，根据实时温度、实时电流、实时电压、标准温度、标准电流以及标准电压计算温度偏差百分比、电流偏差百分比以及电压偏差百分比，

ΔT=（T-T0）/T0×100%，ΔI=（I-I0）/I0×100%，ΔV=（Vc-V0）/V0×100%，其中，ΔT为温度偏差百分比，T为实时温度，T0为标准温度，ΔI为电流偏差百分比，I为实时电流，I0为标准电流，ΔV为电压偏差百分比，Vc为实时电压，V0为标准电压。

实时监测电缆的三个关键参数：温度、电流和电压。随后，计算单元将这些实时测量值与各自对应的标准值进行比较，以计算温度偏差百分比、电流偏差百分比和电压偏差百分比。通过百分比形式直观地表示了实时值相对于标准值的偏差大小。当判定单元检测到异常时，这些偏差百分比将被用来进一步分析故障的性质和严重程度。如果偏差超过预设的阈值，系统能够触发警报或维护程序，以确保电缆的持续稳定运行。

通过实时与标准值之间的偏差百分比，该计算单元能够量化温度、电流和电压的实际偏差程度。这种量化方法为监测系统提供了一种精确的故障诊断工具，能够更准确地识别和定位电缆的故障点。温度、电流和电压偏差的百分比形式提供了直观的性能下降指标，有助于维护人员快速理解当前的运行状况，并作出相应的维护决策。此外，这些偏差值还能够用于长期趋势分析，预测潜在的故障风险，从而实现预防性维护，提高整个电力系统的稳定性和可靠性。

具体而言，所述计算单元根据计算得到的温度偏差百分比、电流偏差百分比以及电压偏差百分比计算总偏差表征系数，

，

其中，Q为总偏差表征系数，wt为温度偏差权重系数，wi为电流偏差权重系数，wv为电压偏差权重系数。

首先计算实时监测到的温度、电流和电压与它们各自的标准值之间的偏差百分比。然后，计算单元使用预设的权重系数来计算总偏差表征系数。这个计算过程综合了各个参数的偏差影响，生成一个单一的量化值，用于评估电缆的总体运行状况。如果总偏差表征系数超过某个预设的阈值，系统将判定为存在故障风险，并可能触发进一步的诊断程序或维护措施。

总偏差表征系数的计算为监测系统提供了一个综合考量温度、电流和电压偏差的量化指标。通过赋予不同偏差不同的权重系数，该方法能够更加精确地反映电缆运行状态的异常程度，从而更有效地识别和定位故障。此外，权重系数的引入允许操作者根据电缆的特定运行情况和故障历史来调整各个参数的重要性，使得监测更加灵活和适应性强。

温度偏差权重系数、电流偏差权重系数以及电压偏差权重系数是用于在计算总偏差表征系数Q时，对温度偏差ΔT、电流偏差ΔI和电压偏差ΔV的影响进行量化的数值。它们分别表示在总偏差评估中，温度、电流和电压偏差的重要程度。取决于系统的运行特性以及历史故障数据，例如，如果一个系统历史上因温度问题导致的故障多于电流或电压问题，那么温度偏差的权重系数wt应设置得更高。本实施例中，对于无历史数据的检测，初始设置为wt = 0.33， wi = 0.33， wv = 0.34，这意味着三个参数被认为具有相同的重要性。根据系统的实际表现和故障记录，逐步调整这些值以达到最佳监测效果。合理的权重设置可以提高故障检测的准确性，减少误报和漏报。

优选地，权重系数的设定基于对系统故障模式的深入了解和历史数据分析。例如，如果历史数据显示电压偏差是导致系统故障的主要原因，那么电压偏差的权重系数会相应增加。假设历史数据分析结果如下：

温度偏差：历史上温度偏差导致的故障占比为25%。

电流偏差：电流偏差导致的故障占比为30%。

电压偏差：电压偏差导致的故障占比为45%。

基于上述数据，可以设定权重系数如下：

温度偏差权重系数 wt=0.25；

电流偏差权重系数 wi=0.30；

电压偏差权重系数 wv=0.45；

这些权重系数反映了各个偏差因素在历史故障中的重要性，并且总和为1，保证了权重系数的合理性。

在极限实施例中，考虑极端情况下的权重分配。例如，在一个对温度极其敏感的系统中，可能需要给予温度偏差更高的权重。假设在某些极端气候条件下，系统对温度的敏感度远高于电流和电压偏差，可以设定如下：

温度偏差权重系数 wt=0.70，极端重视温度偏差；

电流偏差权重系数 wi=0.15；

电压偏差权重系数 wv=0.15；

在这个例子中，温度偏差的权重远高于其他两种偏差，反映了在特定环境下对温度控制的严格要求。

请继续参阅图3所示，其为本实施例判定是否出现尖峰的判定逻辑图；

具体而言，所述曲线分析单元根据所述曲线绘制单元绘制的曲线的曲线高度和预设的第一高度阈值判定曲线是否出现尖峰，并根据预设的第一高度阈值判定尖峰的大小，

若曲线高度大于第一高度阈值，且小于第二高度阈值，则曲线分析单元判定出现尖峰，并设定该尖峰为小尖峰；

若曲线高度大于等于第二高度阈值，则曲线分析单元判定出现尖峰，并设定该尖峰为大尖峰。

曲线绘制单元根据实时监测数据绘制出异常表征曲线。曲线分析单元接收这些曲线，并根据预设的第一和第二高度阈值对曲线上的尖峰进行分析。当曲线中某一点的曲线高度超过第一高度阈值但低于第二高度阈值时，系统判定为出现小尖峰；而当曲线高度达到或超过第二高度阈值时，则判定为出现大尖峰。

通过设置不同的高度阈值来区分小尖峰和大尖峰，能够更准确地识别和分类电缆可能出现的故障类型。小尖峰可能指示轻微的性能下降或初期故障迹象，而大尖峰则可能表示更严重的故障或性能问题。这种区分有助于维护团队采取针对性的维护措施，对于小尖峰可以安排预防性维护，对于大尖峰则可能需要立即进行故障排除和修复。

第一高度阈值和第二高度阈值是用来判定曲线是否出现尖峰以及尖峰大小的标准。这些阈值的设定通常取决于特定应用场景中的信号特性、历史数据、系统容错率以及对故障敏感度的要求。取决于系统能够容忍的错误判断的程度。例如，在射频电缆故障检测中，通过对历史故障数据的分析，发现大多数小故障导致的曲线尖峰高度在5%到15%的范围内，而大故障导致的尖峰高度超过15%，于是阈值设定为：第一高度阈值：基于上述分析，第一高度阈值设定为5%，用以捕捉小的异常尖峰；

第二高度阈值：为了区分更严重的故障，将第二高度阈值设定为15%，任何超过这个阈值的尖峰都将被视为大尖峰。

通过设置两个不同的阈值，系统能够区分不同程度的异常，从而提供更精确的故障信息。

具体而言，所述曲线分析单元在判定出现大尖峰时，对比所述计算单元计算的电压偏差百分比和预设的电压偏差阈值，

若电压偏差大于电压偏差阈值，则对比所述数据采集模块采集的实时温度和预设的标准温度范围，

若实时温度处于标准温度范围内，则曲线分析单元判定出现绝缘层损坏故障；

若实时温度处于标准温度范围外，则曲线分析单元对比计算的电流偏差百分比和电流偏差阈值，

若电流偏差大于电流偏差阈值，则曲线分析单元判定出现电缆过载故障。

曲线分析单元识别出曲线上的大尖峰，这表明可能存在严重的电缆故障。随后，系统会比较计算得到的电压偏差与预设的电压偏差阈值。如果电压偏差超过阈值，系统将进入下一步，检查实时温度是否处于预设的标准温度范围内。若实时温度正常，系统将判定为绝缘层损坏故障。如果实时温度异常，系统将接着比较电流偏差与电流偏差阈值。若电流偏差也超过阈值，系统最终将判定为电缆过载故障。

通过综合考虑电压偏差、实时温度和电流偏差，能够对射频电缆的故障类型进行精确判断。首先，通过检测电压偏差是否超出预设阈值，能够识别出可能的绝缘层损坏问题。其次，通过实时温度的监测，系统能够排除温度异常对故障判断的干扰，增加了故障诊断的准确性。最后，如果温度不在标准范围内，系统将进一步检查电流偏差，以确定是否存在电缆过载的问题。

电流偏差阈值和电压偏差阈值的设定通常基于电力系统或设备的设计参数、运行特性以及安全要求。这些阈值用于确保系统运行在安全和效率的最佳范围内。具体的阈值设置会根据系统的不同而有所差异，并且可能受到多种因素的影响，取决于系统能够承受的电流和电压波动范围，本实施例中，系统的设计电压是 220V，那么电压偏差阈值设置为一个接近这个值的百分比，如±15%。对于电流，系统的额定电流是100A，电流偏差阈值设置为额定电流的一定百分比，如±30%。

合理的电力阈值设置能够确保电力系统或设备运行在安全的电压和电流范围内，避免因过电压或过电流导致的设备损坏且有助于识别和控制电力系统中的潜在风险。

具体而言，所述曲线分析单元在判定出现小尖峰时，记录预设的异常时间段内的小尖峰的数量，并对比小尖峰的数量和异常数量阈值，

若小尖峰的数量大于异常数量阈值，则所述曲线分析单元判定出现连接器故障。

曲线分析单元在监测到小尖峰时，启动对异常时间段内小尖峰频次的记录。系统会持续追踪并计算在该时间段内出现的小尖峰的总数。当这个数量达到或超过一个预设的异常数量阈值时，曲线分析单元将根据这一数量指标判定连接器可能发生了故障。这个阈值的设定基于对历史数据的分析和对系统可靠性要求的考量。一旦检测到小尖峰数量异常，系统将发出警示。

通过记录并分析在预设的异常时间段内小尖峰的数量，该曲线分析单元能够识别出连接器是否存在间歇性或持续的性能下降问题。这种方法的优势在于能够通过数量统计来揭示故障的模式，从而为维护团队提供更明确的故障指示。如果小尖峰的数量超过预设的异常数量阈值，系统能够及时判定连接器故障，这有助于提前采取维护措施，避免可能导致的通信中断或性能下降，增强了系统的可靠性和维护的前瞻性。

请继续参阅图4所示，其为本实施例射频电缆在线故障监测方法的流程图；

具体而言，一种射频电缆在线故障监测方法，基于上述的射频电缆在线故障监测装置，包括：

步骤S1，采集射频电缆上任意采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平、实时电流、实时温度以及实时电压；

步骤S2，根据实时电压、预设的最低电压阈值以及预设的电压稳定性阈值计算用以修正电压稳定性的电压稳定性修正系数，并根据电压稳定性修正系数、输入端采集点的射频能量表示值、输出端采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平以及预设的标准功率计算射频能量损伤表征系数；

步骤S3，对射频能量损伤表征系数进行判定，当判定出现异常时，根据实时电流、实时温度以及实时电压计算电流偏差、温度偏差以及电压偏差，并根据电流偏差、温度偏差以及电压偏差计算总偏差表征系数；

步骤S4，根据预设的曲线绘制时间段内的判定出现异常的若干总偏差表征系数绘制异常表征曲线，并根据异常表征曲线的尖峰出现情况、电流偏差、实时温度以及电压偏差判定故障类型。

数据采集模块实时采集射频电缆的关键参数，包括射频能量、距离、功率水平、电流、温度和电压。计算单元根据实时电压和预设阈值计算电压稳定性修正系数，并据此及其它参数计算射频能量损伤表征系数。判定单元对损伤表征系数的分析，以判断是否存在异常，并在异常情况下计算偏差并得到总偏差表征系数。曲线绘制单元基于总偏差表征系数绘制异常表征曲线，而曲线分析单元则根据曲线的尖峰和其他参数来确定故障类型。

通过实时采集关键的电缆运行参数，并通过计算电压稳定性修正系数和射频能量损伤表征系数来评估电缆的健康状况。当检测到异常时，该方法不仅能够进一步分析偏差并计算总偏差表征系数，还能通过异常表征曲线的特征来精确判定故障类型。这种方法的益处在于其能够及时发现并分类电缆故障，从而加快故障响应时间，减少维修成本，并提高整个通信系统的性能和可靠性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射频电缆在线故障监测装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用以采集射频电缆上任意采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平、实时电流、实时温度以及实时电压；

计算判定模块，包括计算单元和判定单元，

所述计算单元，用以根据实时电压、预设的最低电压阈值以及预设的电压稳定性阈值进行判定，并根据判定结果计算用以修正电压稳定性的电压稳定性修正系数，并根据电压稳定性修正系数、输入端采集点的射频能量表示值、输出端采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平以及预设的标准功率计算射频能量损伤表征系数；

所述判定单元，用以对射频能量损伤表征系数进行判定，以判断射频电缆是否出现断裂故障或异常；

所述计算单元还用以当判定出现异常时，根据实时电流、实时温度以及实时电压计算电流偏差、温度偏差以及电压偏差，并根据电流偏差、温度偏差以及电压偏差计算总偏差表征系数；

故障判定模块，包括用以根据预设的曲线绘制时间段内的判定出现异常的若干总偏差表征系数绘制异常表征曲线的曲线绘制单元和用以根据异常表征曲线的尖峰出现情况、电流偏差、实时温度以及电压偏差判定故障类型的曲线分析单元，所述故障类型包括绝缘层损坏故障、电缆过载故障以及连接器故障。

2.根据权利要求1所述的射频电缆在线故障监测装置，其特征在于，所述计算单元用以根据电压稳定性情况计算电压稳定性修正系数，并根据输入端采集点的射频能量值中和输出端采集点的射频能量值计算传输过程中损失的射频能量，并根据计算得到的电压稳定性修正系数、传输过程中损失的射频能量、输入端采集点中和输出端采集点的距离、功率水平以及预设的标准功率计算射频能量损伤表征系数。

3.根据权利要求2所述的射频电缆在线故障监测装置，其特征在于，所述计算单元对比实时电压、预设的最低电压阈值以及预设的电压稳定性阈值计算用以修正电压稳定性的电压稳定性修正系数，

若实时电压大于最低电压阈值，则计算单元判定无需修正电压稳定性；

若实时电压大于电压稳定性阈值，且小于等于最低电压阈值，则计算单元判定需要修正电压稳定性，并计算电压修正系数。

4.根据权利要求3所述的射频电缆在线故障监测装置，其特征在于，所述判定单元根据所述计算单元计算的射频能量损伤表征系数进行判定，

若当射频能量损伤表征系数等于1时，所述判定单元判定运行正常；

若当射频能量损伤表征系数等于0时，所述判定单元判定出现电缆断裂故障；

若当射频能量损伤表征系数在0到1之间时，所述判定单元判定存在异常。

5.根据权利要求4所述的射频电缆在线故障监测装置，其特征在于，所述计算单元在当所述判定单元判定存在异常时，根据实时温度、实时电流、实时电压、标准温度、标准电流以及标准电压计算温度偏差百分比、电流偏差百分比以及电压偏差百分比。

6.根据权利要求5所述的射频电缆在线故障监测装置，其特征在于，所述计算单元使用计算得到的温度偏差百分比、电流偏差百分比以及电压偏差百分比、预设的温度偏差权重系数、预设的电流偏差权重系数以及预设的电压偏差权重系数通过加权绝对偏差法计算总偏差表征系数。

7.根据权利要求6所述的射频电缆在线故障监测装置，其特征在于，所述曲线分析单元根据所述曲线绘制单元绘制的曲线的曲线高度和预设的第一高度阈值判定曲线是否出现尖峰，并根据预设的第一高度阈值判定尖峰的大小，

若曲线高度大于第一高度阈值，且小于第二高度阈值，则曲线分析单元判定出现尖峰，并设定该尖峰为小尖峰；

若曲线高度大于等于第二高度阈值，则曲线分析单元判定出现尖峰，并设定该尖峰为大尖峰。

8.根据权利要求7所述的射频电缆在线故障监测装置，其特征在于，所述曲线分析单元在判定出现大尖峰时，对比所述计算单元计算的电压偏差百分比和预设的电压偏差阈值，

若电压偏差大于电压偏差阈值，则对比所述数据采集模块采集的实时温度和预设的标准温度范围，

若实时温度处于标准温度范围内，则曲线分析单元判定出现绝缘层损坏故障；

若实时温度处于标准温度范围外，则曲线分析单元对比计算的电流偏差百分比和电流偏差阈值，

若电流偏差大于电流偏差阈值，则曲线分析单元判定出现电缆过载故障。

9.根据权利要求8所述的射频电缆在线故障监测装置，其特征在于，所述曲线分析单元在判定出现小尖峰时，记录预设的异常时间段内的小尖峰的数量，并对比小尖峰的数量和异常数量阈值，

若小尖峰的数量大于异常数量阈值，则所述曲线分析单元判定出现连接器故障。

10.一种射频电缆在线故障监测方法，基于权利要求1-9任一所述的射频电缆在线故障监测装置，其特征在于，包括：

步骤S1，采集射频电缆上任意采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平、实时电流、实时温度以及实时电压；

步骤S2，根据实时电压、预设的最低电压阈值以及预设的电压稳定性阈值计算用以修正电压稳定性的电压稳定性修正系数，并根据电压稳定性修正系数、输入端采集点的射频能量表示值、输出端采集点的射频能量表示值、任意两个采集点的距离、功率水平以及预设的标准功率计算射频能量损伤表征系数；

步骤S3，对射频能量损伤表征系数进行判定，当判定出现异常时，根据实时电流、实时温度以及实时电压计算电流偏差、温度偏差以及电压偏差，并根据电流偏差、温度偏差以及电压偏差计算总偏差表征系数；

步骤S4，根据预设的曲线绘制时间段内的判定出现异常的若干总偏差表征系数绘制异常表征曲线，并根据异常表征曲线的尖峰出现情况、电流偏差、实时温度以及电压偏差判定故障类型。