一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法与流程

本发明公开一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，属于电缆检测。

背景技术：

1、电缆线路通常处于复杂的运行环境和安装作业工况，这增加了电缆故障概率和检测难度，目前应用比较广泛的方法：时域反射法、频域反射法、时频域反射法、局部放电法、宽带阻抗法，这几种方法均需要预知电缆的传输参数。传输参数包括：特征阻抗、相位常数、衰减常数，电缆传输参数的获取十分复杂，每个参数都需要专用仪器，且测试过程繁琐复杂。在实际应用中，人们往往采用传输参数的经验值，但是电缆型号、运行工况不同，其传输参数不同，采用经验值虽然简化了检测过程，这使得检测结果存在较大误差，极大限制了时域反射法、频域反射法、时频域反射法、局部放电法的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，以解决现有技术中，电缆传输参数提取误差大的问题。

2、一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，包括：

3、s1.将电力电缆等效为分布参数模型；

4、s2.构建特征阻抗提取函数；

5、s3.提取衰减常数α；

6、s4.提取相位常数β。

7、s1包括：

8、s1.1.电缆单位长度下的电阻r0、电感l0、电容c0和电导g0分别为：

9、

10、

11、

12、

13、式中，μ0为真空磁导率，ω为入射信号的角频率，ω＝2πf，rc为缆芯的半径，ρc和ρs分别为缆芯和金属屏蔽层的电阻率，rs为金属屏蔽层内半径，ε为电介质的介电常数，σ为电介质的电导率。

14、s1包括：

15、s1.2.电缆的特征阻抗z0为：

16、

17、传播常数γ(ω)为：

18、

19、式中，j为复数单位，α和β分别为电缆传播的衰减常数和相位常数；

20、s1.3.对于长度为l的电缆而言，距离电缆首端x处的宽频阻抗谱z(x)为：

21、

22、式中：γl为电缆末端的反射系数；

23、

24、式中，zl为电缆末端负载阻抗，电缆末端开路时γl＝1。

25、s2包括：

26、特征阻抗提取函数f(z)为：

27、

28、其中，fi为测试频率点，f1为测试下限频率，fmax为测试上限频率，zin为频率fi对应的输入阻抗幅值，z为阻抗自变量；当z＝z0时，f(z)取最小值，f(z)的最小值点为电缆的特征阻抗。

29、s3包括：

30、s3.1.计算输入阻抗幅值；

31、频率fi对应的输入阻抗幅值zin的计算式为：

32、

33、其中，lb为，la为，lb＝l-la。

34、s3包括：

35、s3.2.计算正常电缆的输入阻抗；

36、zsr＝z0[a sin(βla)sin(βlb)+j(cosh(αla)cosh(αlb)sin(βl)+b cos(βla)sin(βlb))]；

37、其中，a、b为中间参数：

38、a＝sinh(αla)cosh(αlb)-sinh(αlb)cosh(αla)；

39、b＝sinh(αla)sinh(αlb)-cosh(αla)cosh(αlb)；

40、当sin(βla)sin(βlb)＝0且sin(βl)＝0，zsr为正常电缆的输入阻抗，此时的频率为fi,max。

41、s3包括：

42、s3.3.计算衰减常数，当sin(βl)＝0时，cos(2βl)＝1，此时电缆输入阻抗处于谐振点，衰减常数α为：

43、

44、其中，|zin|max为fi,max时的首端输入阻抗，γin为fi,max时的首端反射系数。

45、s3包括：

46、s3.4.对已得的衰减常数进行函数逼近；

47、通过衰减常数的数值，估算出衰减常数在其他频率点处的近似值，采用幂函数进行拟合：

48、α(f)＝a·fb+c；

49、其中α为衰减常数，f为频率，a、b、c为拟合系数。

50、s4包括：

51、s4.1.相位常数β是关于电磁波波速、信号频率的函数：

52、

53、式中：f为频率，v为电缆中电磁波的波速，在高频条件下波速视为固定值，电磁波波速为0.573c，c为光速。

54、s4包括：

55、s4.2.对相位常数进行误差校正：

56、β′＝kβ+ε′；

57、β′为s3.3提取的衰减常数，k为纵向误差，ε为横向误差，k和ε′均为关于频率的函数，在谐振点处sin(2βl)＝0，ε′由下式计算：

58、

59、根据广义正交理论，得β′l′＝βl，结合β、β′的计算时恢复谐振点处正常电缆的相位常数。

60、相对比现有技术，本发明具有以下有益效果：利用宽带阻抗谱获取电缆传输特性的原参数，不仅能满足电缆检测精度要求，而且可以与宽带阻抗法同步进行，简化了测试过程；检测结果精准，具有鲁棒性。

技术特征：

1.一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，其特征在于，s1包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，其特征在于，s1包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，其特征在于，s2包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，其特征在于，s3包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，其特征在于，s3包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，其特征在于，s3包括：

8.根据权利要求7所述的一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，其特征在于，s3包括：

9.根据权利要求8所述的一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，其特征在于，s4包括：

10.根据权利要求9所述的一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，其特征在于，s4包括：

技术总结
本发明公开一种基于宽带阻抗谱的电缆传输参数提取方法，属于电缆检测技术领域，用于电缆传输参数提取，包括将电力电缆等效为分布参数模型，构建特征阻抗提取函数，提取衰减常数和相位常数；提取衰减常数时，对已得的衰减常数进行函数逼近通过衰减常数的数值，估算出衰减常数在其他频率点处的近似值，采用幂函数进行拟合；提取相位常数时，对相位常数进行误差校正。本发明利用宽带阻抗谱获取电缆传输特性的原参数，不仅能满足电缆检测精度要求，而且可以与宽带阻抗法同步进行，简化了测试过程；检测结果精准，具有鲁棒性。

技术研发人员：杨雷,武同宝,宫德锋,张立柱,谢雨濛,徐东生,乔东伟,刘旭
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司泰安供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15