一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，包括获取电缆输入阻抗计算模型；基于所述电缆输入阻抗计算模型，建立含局部缺陷的输入阻抗谱计算模型，从而求得相位变化比率达到峰值的频率f|Z|Δpha_max；基于相位变化比率第一峰值频率

A Local Defect Location Method for Cable Based on Impedance Phase Change Ratio

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法
本专利技术属于高电压与绝缘
，具体涉及一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，适用于根据输入阻抗谱进行局部缺陷定位的研究。
技术介绍
为监测或诊断电缆在发生故障之前的缺陷状况，电力技术人员采取了很多措施，由于电缆输入阻抗谱在高频下能够很好表现电缆本身运行特性，为电缆局部缺陷定位方法的研究提供了新的方向。通过连接低压可变频率正弦信号，使用阻抗分析仪测量作为频率函数的电缆输入阻抗曲线，然后通过开发算法从阻抗中提取属性以检测电缆的运行状态。但是电缆阻抗谱技术相关研究尚处于起步阶段，系统化的理论尚未形成，现有的阻抗谱技术主要适用于中短距离电缆，对于长电缆局部缺陷定位则有一定局限性，因此目前急需一种针对长电缆局部缺陷进行定位的方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，以弥补现有阻抗谱定位技术的不足。为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，包括以下步骤：获取电缆输入阻抗计算模型；基于所述电缆输入阻抗计算模型，建立含局部缺陷的输入阻抗谱计算模型，从而求得相位变化比率达到峰值的频率f|Z|Δpha_max；基于相位变化比率第一峰值频率f|Z|Δpha_max1和第二峰值频率f|Z|Δpha_max2求出相位变化比率第一峰值ΔPha_max1以及第二峰值ΔPha_max2的比值kp，获得比值kp与缺陷位置的关系图；当发生局部缺陷后，首先计算出与该局部缺陷对应的比值kp，然后基于所述kp与缺陷位置的关系图，确定出缺陷位置，完成电缆局部缺陷定位。优选地，所述获取电缆输入阻抗计算模型，具体包括以下步骤：建立电缆分布参数模型；基于所述电缆分布参数模型获得电缆传输线方程；求得电缆传输线方程的解，进而得到电缆输入阻抗计算模型。优选地，所述电缆分布参数模型具体为：其中：ω＝2πf为角频率；rc和rs分别为电缆的缆芯外半径和屏蔽层内半径，ρc和ρs分别为电缆的缆芯和屏蔽层电阻率；μ0为真空磁导率；ε为绝缘层的介电常数。优选地，所述电缆传输线方程具体为：其中：R、L、G、C分别为单位长度分布电阻、电感、电导和电容；x为距末端的距离，和是距末端x处的电压向量和电流向量。优选地，所述电缆输入阻抗计算模型具体为：其中：l表示电缆长度，ΓL表示电缆末端的反射系数，γ为传播常数，Z0为特征阻抗。优选地，所述基于所述电缆输入阻抗计算模型，建立含局部缺陷的输入阻抗谱计算模型，从而求得相位变化比率达到峰值的频率f|Z|Δpha_max，具体包括以下步骤：将电缆模型用节点la和lb划分为三段，即两个完好段和一个缺陷段，把节点原点设在电缆电源处，正方向为从电源端指向负载端，从节点la看向负载端的阻抗为：其中：Γ3为末端反射系数，γ为传播常数，Z0为特征阻抗，ZL为电缆负载阻抗，l表示电缆长度，R、L、G、C分别为单位长度分布电阻、电感、电导和电容；节点lb到节点la之间的电缆为缺陷段，把la处的阻抗Zla等效为负载，则从节点lb到节点la的阻抗为：其中：Z0d为缺陷段特征阻抗，γd为缺陷段传播常数，Γ2为la处反射系数，以此类推可以得到电缆首端的输入阻抗，即含局部缺陷的输入阻抗谱计算模型：其中：Γ1为lb处反射系数，阻抗相位变化比率指的是电缆局部缺陷前后不同频率处阻抗相位变化量占完好电缆阻抗幅值的百分比，计算公式为：其中：pha0表示完好电缆的输入阻抗Zin的相角，pha1表示电缆出现局部缺陷后的输入阻抗Zin1的相角，表示为：pha1＝angle(Zin1)pha0＝angle(Zin)；分析得到缺陷位置变化时阻抗相位变化比率出现峰值的频率不变，表示为：优选地，所述基于相位变化比率第一峰值频率f|Z|Δpha_max1和第二峰值频率f|Z|Δpha_max2求出相位变化比率第一峰值ΔPha_max1以及第二峰值ΔPha_max2的比值kp，获得比值kp与缺陷位置的关系图，具体包括以下步骤：基于相位变化比率第一峰值频率f|Z|Δpha_max1和第二峰值频率f|Z|Δpha_max2求出相位变化比率第一峰值ΔPha_max1以及第二峰值ΔPha_max2；其中，所述相位变化比率第一峰值ΔPha_max1表示为：其中：pha1_max1表示频率为时电缆出现局部缺陷后的输入阻抗的相角，pha0_max1表示频率为时完好电缆输入阻抗的相角；其中，表示频率为电缆出现局部缺陷后的输入阻抗，表示频率为时完好电缆输入阻抗。所述相位变化比率第二峰值ΔPha_max2表示为：其中：pha1_max2表示频率为时电缆出现局部缺陷后的输入阻抗的相角，pha0_max2表示频率为时完好电缆输入阻抗的相角；其中表示频率为电缆出现局部缺陷后的输入阻抗，表示频率为时完好电缆输入阻抗；基于下述公式计算出比值kp：其中：ΔPha_max1是相位变化比率第一峰值，ΔPha_max2是相位变化比率第二峰值；基于获得kp与缺陷位置的关系图。优选地，所述在计算出与该局部缺陷对应的比值kp步骤之后还包括：分别在始端和末端测量阻抗相位变化比率第一峰值ΔPha_max1+和ΔPha_max1-，当ΔPha_max1+＜ΔPha_max1-时，局部缺陷发生在电缆前半部；当ΔPha_max1+＞ΔPha_max1-时，局部缺陷发生在电缆后半部；当ΔPha_max1+＝ΔPha_max1-时，局部缺陷发生在电缆中点处。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：现有的阻抗谱定位技术主要包括LIRA技术和IFFT技术，这两种只针对中短距离电缆，通过谐振频率处阻抗幅值的变化开发一系列算法来判断故障位置。本专利技术适用于长距离电缆，可以有效定位长电缆局部缺陷的位置，当长电缆出现局部缺陷时，阻抗幅值对缺陷的反应比较小，而阻抗相位的反应更灵敏。经试验表明，由本专利技术的方法确定的缺陷位置与实际值的误差小于1.8％，可以比较精确的定位缺陷位置。附图说明图1是本专利技术计算方法的原理图；图2是本专利技术具有局部缺陷段的电缆输入阻抗谱计算模型图；图3是本专利技术比值kp与缺陷位置的关系图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术的保护范围。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。本专利技术提供了一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，具体包括如下步骤：步骤(1)获取电缆输入阻抗的计算公式；步骤(2)基于所述电缆输入阻抗计算模型，建立含局部缺陷的输入阻抗谱计算模型，从而求得相位变化比率达到峰值的频率f|Z|Δpha_max；步骤(3)基于相位变化比率第一峰值频率和第二峰值频率求出相位变化比率第一峰值ΔPha_max1以及第二峰值ΔPha_max2的比值kp，获得比值kp与缺陷位置的关系图；步骤(4)当发生局部缺陷后，首先计算出与该局部缺陷对应的比值kp，然后基于所述kp与缺陷位置的关系图，确定出缺陷位置，完成电缆局部缺陷定位。在本专利技术的一种具体实施例中，所述步骤(1)具体包括以下步骤：(1.1)建立电缆分布参数模型；如图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，其特征在于，包括以下步骤：获取电缆输入阻抗计算模型；基于所述电缆输入阻抗计算模型，建立含局部缺陷的输入阻抗谱计算模型，从而求得相位变化比率达到峰值的频率f|Z|Δpha_max；基于相位变化比率第一峰值频率

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，其特征在于，包括以下步骤：获取电缆输入阻抗计算模型；基于所述电缆输入阻抗计算模型，建立含局部缺陷的输入阻抗谱计算模型，从而求得相位变化比率达到峰值的频率f|Z|Δpha_max；基于相位变化比率第一峰值频率和第二峰值频率求出相位变化比率第一峰值ΔPha_max1以及第二峰值ΔPha_max2的比值kp，获得比值kp与缺陷位置的关系图；当发生局部缺陷后，首先计算出与该局部缺陷对应的比值kp，然后基于所述kp与缺陷位置的关系图，确定出缺陷位置，完成电缆局部缺陷定位。2.根据权利要求1所述的一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，其特征在于：所述获取电缆输入阻抗计算模型，具体包括以下步骤：建立电缆分布参数模型；基于所述电缆分布参数模型获得电缆传输线方程；求得电缆传输线方程的解，进而得到电缆输入阻抗计算模型。3.根据权利要求2所述的一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，其特征在于：所述电缆分布参数模型具体为：其中：ω＝2πf为角频率；rc和rs分别为电缆的缆芯外半径和屏蔽层内半径，ρc和ρs分别为电缆的缆芯和屏蔽层电阻率；μ0为真空磁导率；ε为绝缘层的介电常数。4.根据权利要求3所述的一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，其特征在于：所述电缆传输线方程具体为：其中：R、L、G、C分别为单位长度分布电阻、电感、电导和电容；x为距末端的距离，和是距末端x处的电压向量和电流向量。5.根据权利要求4所述的一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，其特征在于：所述电缆输入阻抗计算模型具体为：其中：l表示电缆长度，ΓL表示电缆末端的反射系数，γ为传播常数，Z0为特征阻抗。6.根据权利要求1所述的一种基于阻抗相位变化比率的电缆局部缺陷定位方法，其特征在于：所述基于所述电缆输入阻抗计算模型，建立含局部缺陷的输入阻抗谱计算模型，从而求得相位变化比率达到峰值的频率f|Z|Δpha_max，具体包括以下步骤：将电缆模型用节点la和lb划分为三段，即两个完好段和一个缺陷段，把节点原点设在电缆电源处，正方向为从电源端指向负载端，从节点la看向负载端的阻抗为：其中：Γ3为末端反射系数，γ为传播常数，Z0为特征阻抗，ZL为电缆负载阻抗，l表示电缆长度，R、L、G、C分别为单位长度分布电阻、电感、电导和电容；节点lb到节点la之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘文霞，朱正鼎，赵坤，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32