基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法。利用扫频仪(1)向被测电缆(3)发射一段正弦扫频信号，通过检波器(2)返回被测电缆始端(8)的故障信息，并通过显示器(7)显示全反射电压波形，从中获得波形频率差Δf，通过公式：

【技术实现步骤摘要】
基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法
本专利技术涉及电缆故障检测
，尤其涉及一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法。
技术介绍
电缆作为电力系统的核心设备之一，在电能分配、传输以及一系列电力服务中扮演着至关重要的角色。低压电力电缆的局部点故障的查找和发现，一直是困扰电力行业的难题。目前常用的方法有电桥法和时域反射法。电桥法[1,2]的主要原理为采用双臂电桥测出电缆芯线的直流电阻值，再准确测量电缆实际长度，按照电缆长度与电阻的正比例关系，计算故障点位置。这种方法技术成熟，电路简单易实现，成本和体积都容易控制，但是这种方法由于其自身测量原理的限制，测量时必须电缆两端同时操作，对操作人员要求较高，测量精度受人为因素影响。时域反射法(TDR，Time-domainreflection)的工作原理为在电缆一端加脉冲电压，则此脉冲按一定的传播速度沿线传输，当遇到阻抗不匹配的地方，如短路点、断线点、中间接头等，就会发生反射，记录下发送脉冲和反射脉冲之间的传输时间ΔT，则可按已知的传输速度V来计算出故障点的距离L＝ΔT·V/2。TDR测量法的优点在于操作方便，单端操作，测试精度较高[3]。但是该方法过分依赖电缆障碍点阻抗的明显变化，导致很难判断高阻抗故障和间歇故障。频域反射法(FDR)的概念在20年前就已提出，FDR测量原理是将扫频信号发射到待测的传输线/天线，并将其反射信号的测量数据经快速傅里叶逆变换(IFFT)转换为时域信息，根据电缆的相对传播速度时域信息(传播速度随电缆的介质材料的不同而改变)就可计算出距离。FDR技术早期主要应用在雷达测试系统中，近几年，随着电子技术应用的快速发展，也应用于通信电缆(传输线)的检测，是一种新兴的测量技术[4]，目前市场上还没有出现成熟的产品。本专利技术为一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部故障点检测方法，与现有文献报道应用于通信电缆的FDR方法比较，不同之处在于：将FDR法应用于船用低压电力电缆局部故障点检测，电力电缆不具有理想的阻抗匹配特性，不同的电缆长度、电缆型号、介质厚度皆能在传输线的不同位置上引起不同的反射，所有的电缆都具有唯一的特征。采用驻波反射频域测量方法SWR(standingwavereflectometry)，通过电缆短路、断路下的反射信号幅值和相位差异分析，确定电缆局部故障点。参考文献如下：[1]徐丙垠，李胜祥，陈宗军.通信电缆线路障碍测试技术,北京邮电大学出版社.2001:76-91。[2]彭魁.利用交流电桥测量同轴电缆断点的研究,辽宁大学学报(自然科学版).1999,26(3):250-252。[3]宋建辉.基于时域反射原理的电缆测长若干关键技术研究，哈尔滨工业大学博士学位论文，2010。[4]柏思忠.基于SOPC和TFDR的电缆故障检测仪设计和实现,重庆大学硕士学位论文，2007。
技术实现思路
本专利技术的目的：提供一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部故障点检测方法，采用驻波反射频域测量方法SWR(standingwavereflectometry)，通过电缆短路、断路下的反射信号幅值、相位差异分析，确定电缆局部故障点。本专利技术提供了一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法。利用扫频仪向被测电缆发射一段正弦扫频信号，通过检波器返回被测电缆始端的故障信息，并通过显示器(7)显示全反射电压波形，从中获得波形频率差Δf，通过公式：计算得到故障点与入射点的距离L，其中，Vp为电缆的速度比，是已知量。为了提高精度，优选的，在读取相邻波腹点或波节点间的频率间隔Δf时，读取N+1个波峰或波谷间的频率间隔f2'-f1'，则Δf＝(f2'-f1')/N，其中，f2'为f2'为第N+1个波峰或波谷处的频率，f1'为第1个波峰或波谷处的频率，N为正整数，且N+1为波形图上所显示的波峰或波谷的总个数。优选的，当被测电缆无故障时，没有反射波，显示器上将出现一条直线；当被测电缆断开或接触不良时，反射波与入射波同相；当电缆短路或受潮进水时使绝缘降低，反射波与入射波反相。优选的，若被测电缆的速度比未知，取一段已知长度的与被测电缆同质的测试电缆，长度为L0，测试电缆末端短路、开路均可，将其接入扫频仪测试系统，通过公式：计算被测电缆的速度比。有益效果：本专利技术对船用低压电缆可能会产生的开路、短路等点故障能进行精确定位，具有定位精度高、操作简单，损耗少、成本低、安全性高等特点。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法原理图。图2为驻波形成图。附图标识：1、扫频仪；2、检波器；3、被测电缆；4、被测电缆终端；5、扫频输入端口；6、扫频输出端口；7、显示器；8、被测电缆始端；9、波腹点；10、波节点。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部内容。一、本专利技术原理本专利技术是利用扫频仪1向被测电缆3发射一段特定频带的扫频测试信号，假设输入信号经扫频输入端口5输入频率从f0到fn快速重复扫动的扫频信号，若被测电缆3本身出现故障，故障点处会发生阻抗不匹配现象。测试信号将在阻抗不匹配点发生反射，由传输线理论可知，入射波与反射波经检波器2在扫频输出端口6输出，由显示器7显示最终在被测电缆始端8叠加形成的驻波。参照图1，测量系统包括扫频仪1、检波器2、扫频输入端口5、扫频输出端口6、显示器7组成。所述的扫频仪1可根据实际条件来选用，扫频输入端口5待输入信号和扫频输出端口6待输出的信号均需经检波器2进行检波。若被测电缆终端4短路，被测电缆始端8输入信号振幅为E，初始相位为φ，设v为行波沿电缆传输的速率，以被测电缆始端8为坐标轴原点，被测电缆始端8到被测电缆终端4的方向为正方向，坐标轴上任一点表示被测电缆3上任一点x，则其沿被测电缆3传输的波动方程为：该行波在被测电缆终端4发生全反射，被测电缆3总长度为L，则此反射波的波动方程为：根据叠加原理，被测电缆上任一点处的波动方程为：将ω＝2πf及带入可得：令x＝0，被测电缆始端8叠加形成的波形振幅为与时间无关。且有：当时，为波节点，此时k＝0,±1,±2,…，为λ/4的奇数倍；时，为波腹点，此时k＝0,±1,±2,…，为λ/4的偶数倍。参照图2，相邻波腹点9或相邻波节点10间的间距为λ/2，由于信号在电缆中的传播速度不变，因此，当输入信号由单一频率f变为从f0到fn且步长固定的扫频信号时，相邻波腹点9，或相邻波节点10间的间距也固定不变，最终将在电缆上出现相邻波节点10间的频率差相同的驻波电压分布的图形。设处于两相邻波节点10处的频率分别为f1和f2，在该被测电缆3中两个频率所对应的半波长分别为λ1/2和λ2/2，被测电缆始端8距被测电缆终端4的距离为这两个半波长的整数倍。当f1＜f2时，若L为λ1/2的n倍时，那么它将为λ2/2的n+1倍，即：求解可得：其中，n为正整数，Δf单位为MHz，Vp为电缆的速度比，即信号在电缆中传输的速度与在自由空气中传输的速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法，其特征在于，利用扫频仪(1)向被测电缆(3)发射一段正弦扫频信号，通过检波器(2)返回被测电缆始端(8)的故障信息，并通过显示器(7)显示全反射电压波形，从中获得波形频率差Δf，通过公式：

【技术特征摘要】
1.一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法，其特征在于，利用扫频仪(1)向被测电缆(3)发射一段正弦扫频信号，通过检波器(2)返回被测电缆始端(8)的故障信息，并通过显示器(7)显示全反射电压波形，从中获得波形频率差Δf，通过公式：计算得到故障点与入射点的距离L，其中，Vp为电缆的速度比，是已知量。2.根据权利要求1所述的基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法，其特征在于，在读取相邻波腹点(9)或相邻波节点(10)间的频率间隔Δf时，读取N+1个波峰或波谷间的频率间隔f2'-f1'，则Δf＝(f2'-f1')/N，其中，f2'为第N+1个波峰或波谷处的频率，f1'为第1个波峰或...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴彦，李露，王进君，李国锋，王志强，王宁会，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21