一种基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法与流程

本发明属于电缆接头，具体涉及一种基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法。

背景技术：

1、电力电缆接头是使电缆与电缆之间形成连续电路的装置。随着电缆本体质量的逐步提高，各种电缆接头引发的事故在电力电缆事故中的比例不断上升。电力电缆作为电力系统的核心以及能量传输载体，其电缆附件的可靠性一直是电缆线路安全运行的核心要素。电缆接头作为电力电缆的绝缘薄弱部位，随着运行年限的增加易发生绝缘性能劣化失效，进一步形成电缆事故，严重影响电网供电可靠性。有关资料和现场事故案例统计数据表明，在排除外力作用的前提下，电力电缆附件通常被视为电缆绝缘的薄弱环节，此处故障发生率较高，其中电缆中间接头更是引起人们高度重视。近年来，关于电力电缆火灾爆炸事故频发，其中事故源为电缆附件损坏的案例占故障总数的70％以上。电缆中间接头在超负荷工作状态下极易发生故障，严重时将引发火灾甚至是爆炸，并涉及同敷设沟内的其他电缆，对电力系统稳定性带来极大威胁。在相关人员抢修过程中，若是未能及时找到问题电缆导致故障进一步发展恶化危及同一电缆沟内的其他电缆，将会导致多根电缆同时故障，将扩大停电范围并延长停电抢修时间，带来无法弥补的经济损失。因此，需要一种能检测电缆接头老化程度的方法，以能及早的发现不合格的电缆接头，及早发现及早更换，避免因电缆接头发生故障引起损失。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，解决了上述背景技术中的问题。

2、本发明的目的是这样实现的：一种基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其包括以下步骤：

3、s1：进行电缆接头波阻抗渐变计算，建立三段式集中阻抗模型；

4、s2：依据电缆接头实际结构参数计算行波波速，分别对无屏蔽层的信号电缆以及有屏蔽层的电力电缆进行试验；

5、s3：结合试验电缆接头定位装置的整体功能，搭建电缆接头系统，绘制pcb板并进行调试。

6、进一步的，所述模型的波阻抗、相位系数以及衰减系数在emtp-atp中进行semlyen模型以及jmarti模型的校核，选取jmarti模型进行仿真。

7、进一步的，基于时域反射法对电缆接头进行定位，所述时域反射法定位的信号源采用单次脉冲；使用复数域导线波动方程式，多导线系统通过相模变换转换为互相独立的单导线系统；考虑单位长度的等值电感l，等值电容c，考虑反映输电线路损耗的传输电阻r和电导g；线路频域一阶微分方程为：

8、z＝r+jωl

9、y＝g+jωc

10、式中，z为线路单位长度阻抗；y为线路单位长度导纳；ω为电压和电流角频率。

11、进一步的，所述时域反射法的行波在传输过程中遇到阻抗不连续点发生折反射，进行时域反射法定位的待测电缆处于离线状态，在开路末端发生全反射，且反射回波极性与输入脉冲一致；当电缆末端短路时，行波反射回波与入射波极性相反。

12、进一步的，所述行波的对应波长与电缆本体实际长度相当，采用分布参数电路模拟电缆本体；在电磁暂态过程涉及的频率范围内，线路电容不随频率变化，线路的电阻和电感随频率发生变化，进行电磁暂态仿真时，暂态信号中包含频率分量。

13、进一步的，分析屏蔽层对行波传输衰减的影响，由于行波信号频率成分集中在1mhz以内，忽略屏蔽层对信号衰减的影响，仿真确定的输入脉冲参数满足接头定位的要求，结合仿真和实测波形提取分析接头处反射波特征，为后续接头处反射波识别提供判据。

14、进一步的，所述电缆接头系统包括单元有脉冲电源、脉冲连接输出端、数据采集端、波形处理模块和上位机人机交互界面。

15、进一步的，所述脉冲连接输出端由电阻和二极管组成，通过二极管的单向导通性，当负向反射波产生时，二极管导通，使电阻与脉冲形成线阻抗匹配，负向行波的能量在匹配电阻上被消耗；所述数据采集端的采样率为2g/s，存储深度为16kb。

16、进一步的，硬件电路采用型号为stm32_f407的单片机进行控制，通过写入代码调节直流高压模块的输出电压并且通过外部按键触发单片机产生脉宽为20ns的触发信号，通过驱动芯片控制脉冲输出继电器动作。

17、本发明的有益效果：通过采用jmarti模型的波阻抗，传播系数计算值与理论误差小，防止输入脉冲引入的测试盲区过大，导致测试脉冲与近端电缆接头反射波信号重叠。利用二极管的单向导通性，由于脉冲形成线与待测电缆接头之间阻抗不匹配产生的反射波在匹配电阻上被相互消耗，测试波形得到良好改善。由于时域反射法接头定位只需要重点关注接头处反射波形而无需对输入脉冲进行完整采集，考虑输入脉冲幅值较高，给数据采集模块耐压带来挑战，采用加入限压保护回路的方法，限制输入脉冲进入数据采集模块端的电压幅值。在该方法下，电缆接头的反射波未受影响，被完整保留，电缆接头的识别检测更加精准。使用时，只需外接电源并于上位机通信即可用于电缆接头的老化程度检测，装置体积小，轻便易携带，且支持外部交流供电以及蓄电池供电两种方式，适应恶劣的现场环境。

技术特征：

1.一种基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于：所述模型的波阻抗、相位系数以及衰减系数在emtp-atp中进行semlyen模型以及jmarti模型的校核，选取jmarti模型进行仿真。

3.根据权利要求2所述的基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于：基于时域反射法对电缆接头进行定位，所述时域反射法定位的信号源采用单次脉冲；使用复数域导线波动方程式，多导线系统通过相模变换转换为互相独立的单导线系统；考虑单位长度的等值电感l，等值电容c，考虑反映输电线路损耗的传输电阻r和电导g；线路频域一阶微分方程为：

4.根据权利要求3所述的基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于：所述时域反射法的行波在传输过程中遇到阻抗不连续点发生折反射，进行时域反射法定位的待测电缆处于离线状态，在开路末端发生全反射，且反射回波极性与输入脉冲一致；当电缆末端短路时，行波反射回波与入射波极性相反。

5.根据权利要求1所述的基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于：所述行波的对应波长与电缆本体实际长度相当，采用分布参数电路模拟电缆本体；在电磁暂态过程涉及的频率范围内，线路电容不随频率变化，线路的电阻和电感随频率发生变化，进行电磁暂态仿真时，暂态信号中包含频率分量。

6.根据权利要求5所述的基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于：分析屏蔽层对行波传输衰减的影响，由于行波信号频率成分集中在1mhz以内，忽略屏蔽层对信号衰减的影响，仿真确定的输入脉冲参数满足接头定位的要求，结合仿真和实测波形提取分析接头处反射波特征，为后续接头处反射波识别提供判据。

7.根据权利要求1所述的基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于：所述电缆接头系统包括单元有脉冲电源、脉冲连接输出端、数据采集端、波形处理模块和上位机人机交互界面。

8.根据权利要求7所述的基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于：所述脉冲连接输出端由电阻和二极管组成，通过二极管的单向导通性，当负向反射波产生时，二极管导通，使电阻与脉冲形成线阻抗匹配，负向行波的能量在匹配电阻上被消耗；所述数据采集端的采样率为2g/s，存储深度为16kb。

9.根据权利要求8所述的基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，其特征在于：硬件电路采用型号为stm32_f407的单片机进行控制，通过写入代码调节直流高压模块的输出电压并且通过外部按键触发单片机产生脉宽为20ns的触发信号，通过驱动芯片控制脉冲输出继电器动作。

技术总结
本发明公开了一种基于波阻抗检测电缆接头老化程度的方法，属于电缆接头技术领域，其包括以下步骤，S1：进行电缆接头波阻抗渐变计算，建立三段式集中阻抗模型；S2：依据电缆接头实际结构参数计算行波波速，分别对无屏蔽层的信号电缆以及有屏蔽层的电力电缆进行试验；S3：结合试验电缆接头定位装置的整体功能，搭建电缆接头系统，绘制PCB板并进行调试。使用时，只需外接电源并于上位机通信即可用于电缆接头的老化程度检测，装置体积小，轻便易携带，且支持外部交流供电以及蓄电池供电两种方式，适应恶劣的现场环境。

技术研发人员：孟凡斌,南钰,郑罡,郝婧,刘奕君,王军亭,孔真真,郭楠伟
受保护的技术使用者：国网河南省电力公司开封供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13