一种双端电缆故障检测中的信号增强方法与流程

1.本发明涉及电缆故障检测中的信号增强技术领域，尤其涉及一种双端电缆故障检测中的信号增强方法。


背景技术：

2.在现有技术中，电缆作为电力电网实现电能传输的重要载体，电缆的可靠性关乎到整个电网系统的安全运行。电缆常埋于地下，即不会影响城市的美观，又能较好地避免外界环境的各种干扰，正逐步取代原有的架空线路，而电力传输中的电缆在经受外力作用受损或长时间使用老化后均会出现故障，故障发生在电缆上时，准确且快速地找到故障发生位置显得尤为重要。目前最常用的方法是单端定位法，也被称为单端行波测距法。其原理是：利用行波波速不变的特性，记录下暂态行波第一次到达测量端的时间、返回故障点经过第一次反射后到达测量端的时间，再利用公式计算出故障位置。
3.现有技术中存在以下不足：
4.(1)采用单端定位方法时，对于发生在靠近发射端的故障点，由于反射时间短，会形成一定的盲区，影响定位的结果。对于发生在十分远离发射端的故障点，由于行波自身的衰减特性，反射回来的信号会十分微弱。
5.(2)使用单端定位时，会向电缆中注入一个脉冲，该脉冲在电缆故障点处附加功率的作用下，会出现接近光速的电压和电流波，但是每次测试只会注入一个脉冲，也只会返回一个反射波，这个反射波在线缆中传输时容易受到其他噪声的干扰。


技术实现要素：

6.鉴以此，本发明的目的在于提供一种双端电缆故障检测中的信号增强方法，以至少解决以上问题。
7.本发明采用的技术方案如下：
8.一种双端电缆故障检测中的信号增强方法，所述方法包括以下步骤：
9.s1、在电缆一端发送训练脉冲，并接收反射信号；
10.s2、根据发送的训练脉冲和接收的反射信号，计算频谱衰减系数和端点反射的相位突变；
11.s3、在电缆一端发送测试脉冲，并在电缆的近端以及远端处分别接收信号；
12.s4、计算电缆中产生故障脉冲时的融合信号；
13.s5、搜索使能量信号最大的位置；
14.s6、使用傅里叶反变换计算能量信号最大位置的时域输出，并对其检测故障。
15.进一步的，在步骤s2中，频谱衰减系数为a(ω)，相位突变为其中ω为频率。
16.进一步的，计算频谱衰减系数a(ω)和端点反射的相位突变包括以下步
骤：
17.s21、截取训练脉冲片段d(t)和第1个反射脉冲的片段r(t)，t为时间；
18.s22、计算d(t)和r(t)的频谱d(ω)和rω)；
[0019][0020]
d(ω)和r(ω)的相位函数。
[0021]
进一步的，在步骤s4中，计算电缆中产生故障脉冲时的融合信号具体为：
[0022]
s41、通过计算电缆距离x处的产生故障脉冲后在双端的传输函数：
[0023][0024][0025]
其中h1(x,ω)和h2(x,ω)分别为近端和远端的传输函数，m为预设保留的反射路径数目；
[0026]
s42、计算融合信号：
[0027][0028]
其中y1(ω)和y2(ω)分别为近端和远端的接收信号。
[0029]
进一步的，在步骤s5中，搜索使能量信号最大的位置包括以下步骤：
[0030]
s51、搜索使融合信号能量最大的位置x
opt
：
[0031][0032]
将电缆长度均匀分为n1+1段，令l为电缆长度,n1满足
[0033][0034]
δ为要求测量的精度；
[0035]
s52、计算
[0036]
[0037]
求令ei最大的xi，即为x
opt
。
[0038]
进一步的，在步骤s6中，使用傅里叶反变换计算能量信号最大位置的时域输出，并对其检测故障具体为：
[0039]
使用傅里叶反变换计算x
opt
对应的时域输出o
opt
(t)：
[0040][0041]
对o
opt
(t)进行检测，当检测到故障时，x
opt
为故障位置。
[0042]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0043]
(1)与单端定位方法相比，本发明使用双端定位方法，这可以有效地消除单端定位方法中会遇到的测试盲区问题，同时能够有效地克服因为行波传输衰减造成的反射脉冲衰减问题，提高整体的检测准确率。
[0044]
(2)本发明将双端检测信号融合后再进行检测，能充分利用双端检测信号之间的相关性，有效地增强有用信号，抑制噪声。
[0045]
(3)本发明对双端检测信号的传输损耗和相位突变进行了补偿，能使检测结果更准确。
附图说明
[0046]
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优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]
图1是本发明实施例提供的一种双端电缆故障检测中的信号增强方法整体流程示意图。
具体实施方式
[0048]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0049]
参照图1，本发明提供一种一种双端电缆故障检测中的信号增强方法，所述方法包括以下步骤：
[0050]
s1、在电缆一端发送训练脉冲，并接收反射信号；
[0051]
s2、根据发送的训练脉冲和接收的反射信号，计算频谱衰减系数和端点反射的相位突变；
[0052]
s3、在电缆一端发送测试脉冲，并在电缆的近端以及远端处分别接收信号；
[0053]
示例性地，若只接收单端信号，由于反射时间短和反射信号微弱等原因，对于发生在靠近近端和远端的故障点，定位效果不好。
[0054]
s4、计算电缆中产生故障脉冲时的融合信号；
[0055]
s5、搜索使能量信号最大的位置
[0056]
s6、使用傅里叶反变换计算能量信号最大位置的时域输出，并对其检测故障。
[0057]
在步骤s2中，频谱衰减系数为a(ω)，相位突变为其中ω为频率。
[0058]
计算频谱衰减系数a(ω)和端点反射的相位突变包括以下步骤：
[0059]
s21、截取训练脉冲片段d(t)和第1个反射脉冲的片段r(t)，t为时间；
[0060]
s22、计算d(t)和r(t)的频谱d(ω)和r(ω)；
[0061]
d(ω)和r(ω)的相位函数。
[0062]
在步骤s4中，计算电缆中产生故障脉冲时的融合信号具体为：
[0063]
s41、通过计算电缆距离x处的产生故障脉冲后在双端的传输函数：
[0064][0065][0066]
其中h1(x,ω)和h2(x,ω)分别为近端和远端的传输函数，m为预设保留的反射路径数目；
[0067]
s42、计算融合信号：
[0068][0069]
其中y1(ω)和y2(ω)分别为近端和远端的接收信号。
[0070]
在步骤s5中，搜索使能量信号最大的位置包括以下步骤：
[0071]
s51、搜索使融合信号能量最大的位置x
opt
：
[0072][0073]
将电缆长度均匀分为n1+1段，令l为电缆长度,n1满足
[0074][0075]
δ为要求测量的精度；
[0076]
示例性地，若选取的n1过小，会导致xi变小，从而导致测量精度不足，使检测到的故障位置不够准确。
[0077]
s52、计算
[0078][0079]
求令ei最大的xi，即为x
opt
。
[0080]
在步骤s6中，使用傅里叶反变换计算能量信号最大位置的时域输出，并对其检测故障具体为：
[0081]
使用傅里叶反变换计算x
opt
对应的时域输出o
opt
(t)：
[0082][0083]
对o
opt
(t)进行检测，当检测到故障时，x
opt
为故障位置。
[0084]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。