基于同步压缩小波变换的电缆缺陷检测方法技术

本发明专利技术公开一种基于同步压缩小波变换的电缆缺陷检测方法，属于电缆缺陷无损检测技术领域，步骤1：将频率可调的低压周期信号作为激励信号注入到电缆之中，并将电缆等效为分布参数模型进行分析；步骤2：在电缆分布参数模型的基础上，采用单频点逐一测试的方式对电缆中的反射信号进行采集；步骤3：利用同步压缩小波算法对反射信号进行处理，形成波形的压缩小波时频分布图；步骤4：在衰减较小的频率范围内开展数据分析，得到缺陷定位的原始曲线序列并对其进行数值处理，最终形成电缆缺陷定位曲线。最终形成电缆缺陷定位曲线。最终形成电缆缺陷定位曲线。

【技术实现步骤摘要】
基于同步压缩小波变换的电缆缺陷检测方法


[0001]本专利技术属于电缆缺陷无损检测
，尤其涉及一种基于同步压缩小波变换的电缆缺陷检测方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，航空航天、轨道交通、汽车以及核能等领域的系统电气化程度越来越高，其内部交错纵横的电缆承担着信息以及能量传输的任务。伴随电缆服役时间的增加，在温度、水分、机械损伤和化学腐蚀等因素的作用下，电缆会因磨损、老化或出现裂纹，进而形成局部缺陷。特别在气候潮湿、盐密大的沿海城市，电缆产生缺陷的概率更是会大大增加。如果无法及时有效地探测电缆中局部缺陷，局部缺陷会在电场的作用下逐渐发展，最终引起电缆绝缘失效，转化为开路、短路甚至电弧等间歇性故障，严重影响系统的可靠性并易导致安全事故，严重威胁电网的稳定运行。
[0003]近年来电缆故障检测的实现多是采用局部放电法、介质损耗测量法及反射法。局部放电法所需电压等级高，而且实验数据的分析需要复杂的专业知识。介质损耗测量法只能判断电缆整体绝缘状态，无法检测局部故障。但是，在复杂系统的内部，检修人员难以靠近电缆的安装位置，无法通过上述方法实现电缆的检测。
[0004]反射法通过在电缆中注入特殊信号，并对反射信号进行解析，来检测电缆局部故障，便于实施与结果分析。当前，反射法已应用于多个领域，例如土壤水分检测、印刷电路板监测、复合绝缘子内部缺陷检测以及电缆故障检测等。由于信号在长电缆里传递会出现严重衰减的特性，这使得反射法在电缆缺陷的定位中存在局限性。因此需要在考虑衰减效应的基础上研究一种处理方便、精度较高的电缆缺陷无损检测方法。
[0005]电缆缺陷检测的关键在于如何对电缆反射信号进行精确地处理。目前对电缆反射信号的处理多是采用短时傅里叶变换算法。短时傅里叶变换只有在对缓慢时变信号进行分段截取时，才能够得到每一段都是平稳、线性的信号，因此只能够对缓慢时变信号进行处理分析。并且，短时傅里叶变换是由加在信号上的分析窗和窗的宽度共同确定并非由某单一条件确定。根据Heisenberg测不准原理，短时傅里叶变换的高时间分辨率与高频域分辨率无法兼得，两者相互矛盾。因此需要一种能够保证较高的时间分辨率和频率分辨率的信号处理算法，以提高电缆缺陷检测的准确性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种可以实现电缆缺陷精确定位的基于同步压缩小波变换的信号处理算法的电缆缺陷检测方法。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：一种基于同步压缩小波变换的电缆缺陷检测方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：利用阻抗分析仪或网络分析仪将幅值相同、频率可调的低压周期信号作为激励信号注入到电缆之中，并将电缆等效为分布参数模型进行分析；
[0009]步骤2：在电缆分布参数模型的基础上，采用单频点逐一测试的方式对电缆中的反射信号进行采集，保证注入信号在各频点下能量一致的基础上，对周期解析信号的频率进行分析；
[0010]步骤3：利用同步压缩小波算法对反射信号进行处理，通过求取瞬时频率并对其进行频域压缩，经过γ小波阈值处理后形成波形的压缩小波时频分布图；
[0011]步骤4：选取衰减较小的频率范围，在时频分布图内采用脊线提取、子信号重构等方式进行数据分析，得到缺陷定位的原始曲线序列并对其进行包络线处理、极大值索引等数值处理，最终形成电缆缺陷定位曲线。
[0012]进一步地，所述步骤1中注入电缆的频率可调的低压周期信号，为频带范围内的相同幅值不同频率的正弦波，即扫频信号，通常利用阻抗分析仪或网络分析仪实现信号的注入。
[0013]注入电缆的激励信号频带多在MHz以上，此时电磁波的波长在几百米以内，所以此时电力电缆应该等效为分布参数模型。
[0014]进一步地，所述步骤2中电缆反射信号即为反射系数谱，对其主要采用是单频点逐一测试的采集方式，以此保证步骤1中的注入信号在各频点下的能量一致。
[0015]进一步地，所述步骤3利用同步压缩小波变换对电缆的反射信号进行时
‑
频分析，首先需要对电缆反射信号进行连续小波变换得到相应的小波变换系数，然后对小波变换系数在频率方向上进行压缩重排，从而得到更高时
‑
频分辨率的时
‑
频图。
[0016]进一步地，所述步骤4中由缺陷定位的原始曲线序列处理得到的曲线可以一定程度地定位电缆中缺陷，但是该曲线具有较强的振荡性，导致对缺陷的识别效果不佳，因此需要对原始定位曲线进行上包络线提取。
[0017]本专利技术相比现有技术突出且有益的技术效果是：本专利技术提供了一种基于同步压缩小波变换的信号处理算法的电缆缺陷检测方法，首先将频率可调的低压周期信号注入到电缆之中，再采用单频点逐一测试的方式对电缆反射信号进行采集，接着利用同步压缩小波算法对信号进行处理，形成更高分辨率的压缩小波时频分布图，并在衰减较少的频率范围内开展数据分析，最终实现电缆缺陷的准确定位。
附图说明
[0018]图1为检测流程图
[0019]图2为电缆局部缺陷模型
[0020]图3为含多处局部缺陷电缆模型
[0021]图4为电缆分布参数模型
[0022]图5为同步压缩小波变换算法流程图
具体实施方式
[0023]为了使本
的人员更好的理解本专利技术中的技术方案，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的
范围。
[0024]本实施例以实现10kV XLPE电力电缆局部缺陷的检测为例。含有局部缺陷段的电力电缆示意图如图2所示，其总长为l，其中l
a
到l
b
为局部缺陷段。当电缆存在多个局部缺陷时，电缆缺陷的定位可以用类似的方式实现，一根长为l含有多个绝缘缺陷段的电缆示意图如图3所示。电缆在分析过程中可等效为电缆分布参数模型，即，将电缆当作电阻、电感、电导和电容串并联的分布参数模型处理，如图4所示。所述检测是反射信号经过算法处理，如短时傅里叶变换算法，小波变换算法等，最终形成时
‑
频分布图以实现电缆缺陷的定位。
[0025]本实施例提供一种基于同步压缩小波变换的信号处理算法的电缆缺陷检测方法，所述检测方法包括反射法和基于同步压缩小波变换的信号处理方法，具体步骤如下：
[0026]步骤1：将频率可调的低压周期信号注入到电缆之中，具体步骤如下：
[0027]步骤1.1：利用阻抗分析仪或网络分析仪向电缆中注入一组频带范围内的相同幅值不同频率的正弦波，即扫频信号。通过在电缆终端之间施加不同频率的低压交流电来测量电缆阻抗幅值和相位角的频率依赖性。在大多数实验中，注入信号多是在40Hz到110MHz的频率范围之内。注入时，三导体电缆中任何一组的两根导体或同轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于同步压缩小波变换的电缆缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将频率可调的低压周期信号作为激励信号注入到电缆之中，并将电缆等效为分布参数模型进行分析；步骤2：在电缆分布参数模型的基础上，采用单频点逐一测试的方式对电缆中的反射信号进行采集；步骤3：利用同步压缩小波算法对反射信号进行处理，形成波形的压缩小波时频分布图；步骤4：在衰减较小的频率范围内开展数据分析，得到缺陷定位的原始曲线序列并对其进行数值处理，最终形成电缆缺陷定位曲线。2.根据权利要求1所述的基于同步压缩小波变换的电缆缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤1中，所述激励信号为由阻抗分析仪或网络分析仪向电缆中注入的一组频带范围内的相同幅值不同频率的正弦波，即扫频信号。3.根据权利要求1所述的基于同步压缩小波变换的电缆缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤1的电缆分布参数模型，其单位长度的电阻R、电感L、电导G和电容C可分别表示为：述步骤1的电缆分布参数模型，其单位长度的电阻R、电感L、电导G和电容C可分别表示为：述步骤1的电缆分布参数模型，其单位长度的电阻R、电感L、电导G和电容C可分别表示为：述步骤1的电缆分布参数模型，其单位长度的电阻R、电感L、电导G和电容C可分别表示为：4.根据权利要求1所述的基于同步压缩小波变换的电缆缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤2中反射信号可以用反射系数Г表示为：与特性阻抗表达式联立后再对反射系数Г进行共轭处理，结果为当电缆中距首端x处出现局部缺陷时，同样conj(Г)中会出现频率为2x/v的周期解析信号，所以可以通过对conj(Г)中周期解析信号的频率进行分析实现电缆缺陷定位。5.根据权利要求1所述的基于同步压缩小波变换的电缆缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤3中，利用同步压缩小波算法对反射信号进行处理，其步骤包括连续小波变换、计算瞬时频率、频域压缩及γ小波阈值处理。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟栗广，白挺伟，薛思萌，王春雷，孟祥睿，刘丹，王浩然，于重，孙倩琳，王琛迪，张欢，王达，王畅，徐嘉欣，郑博闻，蔡成，
申请(专利权)人：辽宁电能发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：