专利名称：电桥法电缆故障定位仿真方法
技术领域：
本发明涉及电力系统仿真技术，特别是涉及一种电桥法电缆故障定位仿真方法。
背景技术：
电缆是大型城市电网输送电力的关键设备。电缆运行中发生绝缘不合格缺陷会造成电缆不能正常输送电力而导致大面积停电的可能性。电缆故障定位是电力系统电缆相关技术研究、运行缺陷检测、实施状态检修的重要手段。电缆故障定位有多种方法，其中电桥法是其中的一种，电桥法是利用故障点两侧的电缆线芯电阻与比例电阻构成Murray电桥，根据电阻与电缆长度成比例的特性来进行故障定位。目前，对于电桥法电缆故障定位技术，一般是通过基于物理设备的定位技术，由于使用物理设备，需要占用大量场地设施，而且需要配备物理设备，故障定位成本高，需要到电缆现场进行测试，故障定位效率低。·
发明内容
基于此，有必要针对传统的电桥法电缆故障定位技术成本高、效率低的问题，提供一种电桥法电缆故障定位仿真方法。一种电桥法电缆故障定位仿真方法，包括如下步骤利用虚拟现实技术建立电缆三维模型，并根据被测电缆的运行参数建立电缆线芯电阻分布模型；利用虚拟现实技术虚拟出电缆故障定位仪电桥的三维外壳，并在该三维外壳上设定三维按键以及三维刻度盘；响应用户通过所述三维按键输入的指令，利用电桥法对被测电缆进行故障定位仿真测试；根据所述电缆线芯电阻分布模型计算电桥电阻的比例值，并将所述比例值在所述三维刻度盘上进行显示；根据所述比例值计算电缆故障点，将所述故障点在电缆三维模型上对应位置进行显不。上述电桥法电缆故障定位仿真方法，仿真电桥法电缆故障定位的过程，与虚拟现实技术相结合，通过建立可视化的电缆模型和仪器模型，在测试过程中可以实现可视化的展示，实现了可视化的电缆故障定位仿真，为电缆故障排除提供了重要的直观参考，确保了供电的安全性，提高了保障工作的效率，具有极高的推广价值。
图I为一个实施例的电桥法电缆故障定位仿真方法流程图；图2为电缆的传输电路模型；图3为电桥法定位的结构示意图4为电桥法定位的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的电桥法电缆故障定位仿真方法的具体实施方式
作详细描述。图I示出了一个实施例的电桥法电缆故障定位仿真方法流程图，主要包括如下步骤步骤S100、利用虚拟现实技术建立电缆三维模型，并根据被测电缆的运行参数建立电缆线芯电阻分布模型；步骤S200、利用虚拟现实技术虚拟出电缆故障定位仪电桥的三维外壳，并在该三维外壳上设定三维按键以及三维刻度盘；
步骤S300、响应用户通过所述三维按键输入的指令，利用电桥法对被测电缆进行故障定位仿真测试；步骤S400、根据所述电缆线芯电阻分布模型计算电桥电阻的比例值，并将所述比例值在所述三维刻度盘上进行显示；步骤S500、根据所述比例值计算电缆故障点，将所述故障点在电缆三维模型上对应位置进行显示。为了更加清晰本发明的技术，下面阐述较佳实施例。对于步骤SlOO中，利用虚拟现实技术建立电缆三维模型的过程具体地，以被测电缆为原型，按照各部件的比例及颜色，利用3DMAX软件虚拟出电缆三维模型，其中，所述电缆三维模型由三相构成，包括两侧三相电缆头、接线端、外护套、铠装层、接地线、支架部件。对于步骤SlOO中，根据被测电缆的运行参数建立电缆线芯电阻分布模型的过程首先，根据电缆的传输电路模型，获得电缆线芯传输的电压方程、电流方程；具体地，通过对电缆在运行过程进行监测，读取电缆实时运行的典型数据，典型数据进行分析，得到关于电缆的由电阻、电导、电感和电容组成的传输电路模型，如图2所示，根据该传输电路模型可以获得传输线的微分方程
5u n . r Si= R0/ + I-o —
C:Y67
di ,, du--= CjqU + Cq-
dxdt'然后，根据上述微分方程，作为计算均匀传输电缆工作状态(稳态和暂态)的基本依据，用电压相量和电流相量i表示正向电压U(x, t)和正弦电流i (X，t),可得/ = — C^x — — CixY= (R02+ 2L02) (G02+ 2C02)式中，Co为正弦电压源的角频率，Zc为特性阻抗，其中Z0=R0+j co L0
Y0=G0+j co C0在电缆产生故障点时，根据电缆运行过程中的电压相量[j和电流相量j,由故障点的特性阻抗以及上述公式计算电缆各个位置的电阻值，根据该电阻值形成被测电缆的电缆线芯电阻分布模型，通过传输电路模型分析可以实现对电缆特性的高度仿真，提高仿真故障定位的准确性。对于步骤S200中，利用虚拟现实技术虚拟出电缆故障定位仪电桥的三维外壳，并在该三维外壳上设置三维按键以及三维刻度盘的过程，主要是制作仪器的三维外壳、三维部件，并设定部件的功能，具体包括第一，以电缆故障定位仪电桥的外部结构为原型，利用3DMAX软件虚拟出仪器的三维外壳；
·
具体地，采用3DMAX商业软件按照GZD-2型电缆故障定位仪电桥的长、宽、高的比例关系建立检测仪器三维外壳，依据外壳的长、宽比例及在仪器上的位置，在仪器的三维外壳上帖深色底图。第二，在所述三维外壳上虚拟出三维按键、三维刻度盘；其中，三维按键包括电源开关、测试按键、数字键等，另外，为了达到更加逼真的虚拟效果，还可以制作其它如连接头，测量接线、测量接地等插头部件。第三，建立一个平面坐标系，在该坐标系内设定所述三维按键图形的区域为鼠标事件的作用范围，设定所述三维刻度盘为比例值显示范围；具体地，以仪器正面矩形的左下角为原点，建立平面坐标系，在该坐标系内定义为每个三维按键定义一个矩形去作为作用范围用于响应鼠标事件，以鼠标点击三维按键的矩形范围为设定事件的触发指令，以三维刻度盘在其外界矩形显示比例值为数据显示区域；通过建立所述三维按键与输入的操作指令之间的对应关系，以三维按键代替选择键和数据输入框等，使得仪器仿真的指令、数据输入都通过以实际按键为原型的三维按键来进行输入，同时将计算数据在三维刻度盘外接矩形所确定的坐标范围内进行逼真显示，实现了对仪器操作高度的可视化展示，解决了传统的选择按键、输入框等可视化低的缺陷。对于步骤S300、具体地，利用仪器三维模型来进行控制指令、数据输入及比例值的显示，从而实现仿真试验的高度可视化；首先将电缆三维模型和仪器三维模型导入到基于虚拟现实技术虚拟场景中；其中，该虚拟场景是以电缆所在的场景为原型，采用3DMAX商业软件进行仿真的三维场景模型。然后在该三维场景模型中使用仪器三维模型触发电缆故障定位，利用电桥法对被测电缆进行故障定位仿真测试，如图3所示，图3是电桥法定位的结构示意图，使用导线N、Y接通线芯A、B相两端线芯，L1段电缆线芯电阻为R1, L2端电缆及A相电缆线芯的电阻R2,与电缆故障定位仪电桥构成Murray电桥回路。对于步骤S400、如图4所示，图4是电桥法定位的电路原理图，其中，比例电位器r，r=ri+r2,在平衡后，IVr2=R1A2，计算电缆电阻与比例电阻的比例值P1=IyV,将比例值在三维刻度盘的显示范围内进行指针显示。通过上述方式，相对于输入框的形式，更具有逼真的可视化效果；相对于纯数字的显示方式，更具有逼真的可视化效果。
对于步骤S500中，根据所述比例值计算电缆故障点的过程，利用如下公式进行计算X=2XLXP1%式中，X为故障点的距离，PA为比例值，L为电缆的长度，得到故障点在电缆全程(Tl的具体位置。对于将故障点在电缆三维模型上对应位置进行显示的过程，即根据实际故障点的位置，在电缆三维模型上计算出相应位置，然后在该位置上进行高亮显示，由于电缆三维模型为按比例缩小，所以按缩小的比例即可显示故障点位置，从而可以实现故障点的实时展示，相对于纯数字的显示方式，更具有逼真的可视化效果。进一步地，根据获得的故障点的位置对电缆进行故障排除。本发明的技术方案以高度的沉浸感和良好的交互性为特征的虚拟现实技术，获取·逼真的人工模拟环境，有效地模拟人在实验环境中各种感知系统的行为，实现高度可视化的电缆故障定位仿真，提高了故障排除的工作效率，本发明的技术已经在电网系统中得到广泛应用，并且已经取得了相当好的效果，在仿真安全培训教育，电缆的运行工况及故障状态进行监测方面，能带来极好的效果，具有积极的意义。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种电桥法电缆故障定位仿真方法，其特征在于，包括以下步骤 利用虚拟现实技术建立电缆三维模型，并根据被测电缆的运行参数建立电缆线芯电阻分布模型； 利用虚拟现实技术虚拟出电缆故障定位仪电桥的三维外壳，并在该三维外壳上设定三维按键以及三维刻度盘； 响应用户通过所述三维按键输入的指令，利用电桥法对被测电缆进行故障定位仿真测试； 根据所述电缆线芯电阻分布模型计算电桥电阻的比例值，并将所述比例值在所述三维刻度盘上进行显示； 根据所述比例值计算电缆故障点，将所述故障点在电缆三维模型上对应位置进行显/Jn o
2.根据权利要求I所述的电桥法电缆故障定位仿真方法，其特征在于，所述利用虚拟现实技术建立电缆三维模型步骤包括 以被测电缆为原型，按照各部件的比例及颜色，利用3DMAX软件虚拟出电缆三维模型，其中，所述电缆三维模型由三相构成，包括两侧三相电缆头、接线端、外护套、铠装层、接地线、支架部件。
3.根据权利要求I所述的电桥法电缆故障定位仿真方法，其特征在于，所述根据被测电缆的运行参数建立电缆线芯电阻分布模型步骤包括 根据电缆的传输电路模型，获得电缆线芯传输的电压方程、电流方程； 将所述运行参数代入所述电压方程、电流方程，计算电缆线芯电阻分布模型。
4.根据权利要求I所述的电桥法电缆故障定位仿真方法，其特征在于，所述利用虚拟现实技术虚拟出电缆故障定位仪电桥的三维外壳，并在该三维外壳上设置三维按键以及三维刻度盘步骤具体包括 以电缆故障定位仪电桥的外部结构为原型，利用3DMAX软件虚拟出仪器的三维外壳； 在所述三维外壳上虚拟出三维按键、三维刻度盘； 建立一个平面坐标系，在该坐标系内设定所述三维按键图形的区域为鼠标事件的作用范围，设定所述三维刻度盘为比例值显示范围。
5.根据权利要求I所述的电桥法电缆故障定位仿真方法，其特征在于，所述响应用户通过所述三维按键输入的指令，利用电桥法对被测电缆进行故障定位仿真测试步骤包括 将电缆三维模型和仪器三维模型导入到基于虚拟现实技术虚拟场景中；其中，该虚拟场景是以电缆所在的场景为原型，采用3DMAX商业软件进行仿真的三维场景模型； 然后响应用户通过所述仪器三维模型上的三维按键输入的仿真测试控制指令，利用电桥法对被测电缆进行故障定位仿真测试。
6.根据权利要求I所述的电桥法电缆故障定位仿真方法，其特征在于，所述根据所述比例值计算电缆故障点步骤包括 X=2XLXP1% 式中，X为故障点的距离，P#。为比例值，L为电缆的长度。
7.根据权利要求I所述的电桥法电缆故障定位仿真方法，其特征在于，还包括根据所述故障点的位置对电缆进行故障排除。
全文摘要
本发明提供一种电桥法电缆故障定位仿真方法，该方法包括利用虚拟现实技术建立电缆三维模型，并根据被测电缆的运行参数建立电缆线芯电阻分布模型；利用虚拟现实技术虚拟出电缆故障定位仪电桥的三维外壳，并在该三维外壳上设定三维按键以及三维刻度盘；响应用户通过三维按键输入的指令，利用电桥法对被测电缆进行故障定位仿真测试；根据电缆线芯电阻分布模型计算电桥电阻的比例值，并将比例值在三维刻度盘上进行显示；根据比例值计算电缆故障点，将故障点在电缆三维模型上对应位置进行显示。本发明的技术，实现了可视化的电缆故障定位仿真，为电缆故障排除提供了重要的直观参考，确保了供电的安全性，提高了保障工作的效率，具有极高的推广价值。
文档编号G01R31/08GK102788935SQ20121030371
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者刘宇, 张琦, 易鹭, 李光茂, 李刚, 杨柳, 熊俊, 王劲, 王勇, 黄炎光 申请人:广州供电局有限公司