一种电缆局部缺陷定位方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种电缆局部缺陷定位方法、系统、设备及介质，所述方法包括：运用频域反射谱对电缆局部缺陷进行定位，获得定位结果；其中，运用频域反射谱对电缆局部缺陷进行定位时，基于广义性正交理论的积分变换法的高压电缆局部缺陷定位谱函数中的核函数的获取过程中，电缆本体的单位长度电阻和电缆本体的单位长度电感，通过有限元计算方法和解析计算方法相结合的方式获取；电缆本体的单位长度电导和电缆本体的单位长度电容，采用建立考虑半导电层的电缆绝缘介质的分层模型的方式获取。本发明专利技术具体公开了新的电缆局部缺陷定位核函数的获取方法，能够获得准确的定位核函数，最终可提高电缆局部缺陷的定位精度。提高电缆局部缺陷的定位精度。提高电缆局部缺陷的定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种电缆局部缺陷定位方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于电缆故障检测
，特别涉及一种电缆局部缺陷定位方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]电缆(示例性的，如高压电缆；高压电缆是电力电缆的一种，一般是指用于传输1kV～1000kV之间的电力电缆，多应用于电力传输和分配)是城市输电网的关键电力装备，在智能电网和特高压工程中发挥着极其重要的作用。电缆在生产过程中可能会带有各种潜伏性绝缘缺陷，在投入运行之后也会受到各种因素的影响，上述因素的共同作用导致电缆容易引起各种故障，会影响电力系统的安全稳定运行。综上，如何快速准确地发现故障和确定故障位置是现阶段电缆运维所面临的重点问题。
[0003]另外，近年来国内外多地的110kV及以上电压等级XLPE绝缘皱纹铝护套电缆出现了一种新型电缆故障，其故障位置不是高压电缆附件或主绝缘处而是在高压电缆金属屏蔽层和绝缘屏蔽层之间，即缓冲层缺陷。使用传统的电缆故障检测方法(如基于电缆的击穿电压、介电损耗、泄漏电流、绝缘电阻等电气参数的状态检测技术、耐压测试、局部放电监测技术、时域反射法等)，无法检测出此类潜伏性缺陷。解释性的，高压电缆属于典型的同轴传输线，通常利用传输线理论分析其上的电磁波传输问题。
[0004]近几年，国内外研究人员将基于传输线理论的频域反射谱检测技术应用到高压电缆线路故障检测中，频域反射谱检测技术可以对高压电缆缓冲层缺陷进行检测和定位；其中，对高压电缆局部缺陷定位必须建立准确的定位谱函数，其中核函数是至关重要的，需要通过高压电缆本体的分布参数构建。目前的核函数获取方法具有较大误差，导致应用频域反射谱检测技术对高压电缆缓冲层缺陷进行检测和定位时不能获得准确的结果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种电缆局部缺陷定位方法、系统、设备及介质，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的技术方案中，公开了新的电缆局部缺陷定位核函数的获取方法，能够获得准确的定位核函数，最终可提高电缆局部缺陷的定位精度。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提供的一种电缆局部缺陷定位方法，包括以下步骤：
[0008]运用频域反射谱对电缆局部缺陷进行定位，获得定位结果；其中，
[0009]运用频域反射谱对电缆局部缺陷进行定位时，基于广义性正交理论的积分变换法的高压电缆局部缺陷定位谱函数F(x)为，
[0010][0011]式中，Z(f)为电缆首端频域反射谱；K(f,x)为定位谱函数的核函数；f1为频域反射谱的频率上限；f2为频域反射谱的频率下限；x为电缆空间位置；
[0012]核函数的表达式为，
[0013]K(f,x)＝e
‑
2γx
；
[0014]式中，γ为电缆本体的传播常数，
[0015]式中，R为电缆本体的单位长度电阻；L为电缆本体的单位长度电感；G为电缆本体的单位长度电导；C为电缆本体的单位长度电容；
[0016]其中，电缆本体的单位长度电阻和电缆本体的单位长度电感，通过有限元计算方法和解析计算方法相结合的方式获取；电缆本体的单位长度电导和电缆本体的单位长度电容，采用建立考虑半导电层的电缆绝缘介质的分层模型的方式获取。
[0017]本专利技术的进一步改进在于，所述电缆本体的单位长度电阻和电缆本体的单位长度电感，通过有限元计算方法和解析计算方法相结合的方式获取的步骤包括：
[0018]基于有限元计算方法，建立获取电缆本体二维几何模型；其中，所述电缆本体二维几何模型包括中心导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、缓冲层、金属屏蔽层和外护套，且根据电缆的各结构材料类型和材料物理参数随温度和频率的变化规律，设置有材料类型和材料参数；
[0019]对获取的所述电缆本体二维几何模型进行涡流场分析；其中，给所述电缆本体二维几何模型添加无限元域，获取二维有限元模型；对获取的所述二维有限元模型进行网格剖分，获取网格剖分的二维有限元仿真模型；
[0020]利用频域求解方法进行计算，通过二维有限元仿真模型计算得到场解之后，将计算得到的场解转换为电缆本体的单位长度电阻和电感，获得有限元计算结果；
[0021]将有限元计算结果与电缆本体单位长度电阻、电感的解析解进行对比，符合预设误差要求时，获得最终的电缆本体的单位长度电阻和电缆本体的单位长度电感。
[0022]本专利技术的进一步改进在于，所述无限元域用于模拟开放的表面，无限元域的边界处的描述表达式为，
[0023][0024][0025]式中，r是源点与场点的距离；k0是波数；A
z
是磁矢位在z轴上的分量；x1是场点横坐标；y1是场点纵坐标。
[0026]本专利技术的进一步改进在于，利用频域求解方法进行计算时，设置参数化扫描的频率为1Hz～100MHz。
[0027]本专利技术的进一步改进在于，其特征在于，所述将计算得到的场解转换为电缆本体的单位长度电阻和电感的步骤中，
[0028]电缆本体的单位长度电阻的计算表达式为，
[0029][0030]式中，I0和分别为面s所通过的总电流和电势差；J
*
为电流密度矢量的共轭；E为
电场强度矢量；
[0031]电缆本体的单位长度电感的计算表达式为，
[0032][0033]式中，B为磁感应强度矢量；W
m
为磁场能量；H
*
为磁场强度矢量的共轭；I0为面s所通过的总电流。
[0034]本专利技术的进一步改进在于，所述电缆本体单位长度电阻、电感的解析解的获取步骤中，
[0035]电缆本体单位长度电阻和电感的表达式分别为，
[0036]R＝real(Z
c
+Z
s
)和其中，
[0037][0038][0039]式中，Z
c
为电缆本体中心导体单位长度的内阻抗；r1为中心导体的半径；m
c
为中心导体复合穿透深度的倒数；ρ
c
为中心导体的电阻率；A
c
为中心导体的标称横截面积；j为虚数单位；μ3为中心导体磁导率；ω为角频率；I0(x)为0阶第一类修正贝塞尔函数；I1(x)为1阶第一类修正贝塞尔函数；Z
s
为电缆本体金属屏蔽层单位长度的内阻抗；m
s
为金属屏蔽层复合穿透深度的倒数；ρ
s
为金属屏蔽层电阻率；r2为金属屏蔽层的内半径；r3为金属屏蔽层的外半径；μ2为金属屏蔽层的磁导率；K0(x)为0阶第二类修正贝塞尔函数；K1(x)为1阶第二类修正贝塞尔函数；L
e
为电缆本体中心导体到金属屏蔽层单位长度的外电感；μ3为绝缘材料的磁导率。
[0040]本专利技术的进一步改进在于，所述电缆本体的单位长度电导和电缆本体的单位长度电容，采用建立考虑半导电层的电缆绝缘介质的分层模型的方式获取的步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电缆局部缺陷定位方法，其特征在于，包括以下步骤：运用频域反射谱对电缆局部缺陷进行定位，获得定位结果；其中，运用频域反射谱对电缆局部缺陷进行定位时，基于广义性正交理论的积分变换法的高压电缆局部缺陷定位谱函数F(x)为，式中，Z(f)为电缆首端频域反射谱；K(f,x)为定位谱函数的核函数；f1为频域反射谱的频率上限；f2为频域反射谱的频率下限；x为电缆空间位置；核函数的表达式为，K(f,x)＝e
‑
2γx
；式中，γ为电缆本体的传播常数，式中，R为电缆本体的单位长度电阻；L为电缆本体的单位长度电感；G为电缆本体的单位长度电导；C为电缆本体的单位长度电容；其中，电缆本体的单位长度电阻和电缆本体的单位长度电感，通过有限元计算方法和解析计算方法相结合的方式获取；电缆本体的单位长度电导和电缆本体的单位长度电容，采用建立考虑半导电层的电缆绝缘介质的分层模型的方式获取。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电缆本体的单位长度电阻和电缆本体的单位长度电感，通过有限元计算方法和解析计算方法相结合的方式获取的步骤包括：基于有限元计算方法，建立获取电缆本体二维几何模型；其中，所述电缆本体二维几何模型包括中心导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、缓冲层、金属屏蔽层和外护套，且根据电缆的各结构材料类型和材料物理参数随温度和频率的变化规律，设置有材料类型和材料参数；对获取的所述电缆本体二维几何模型进行涡流场分析；其中，给所述电缆本体二维几何模型添加无限元域，获取二维有限元模型；对获取的所述二维有限元模型进行网格剖分，获取网格剖分的二维有限元仿真模型；利用频域求解方法进行计算，通过二维有限元仿真模型计算得到场解之后，将计算得到的场解转换为电缆本体的单位长度电阻和电感，获得有限元计算结果；将有限元计算结果与电缆本体单位长度电阻、电感的解析解进行对比，符合预设误差要求时，获得最终的电缆本体的单位长度电阻和电缆本体的单位长度电感。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无限元域用于模拟开放的表面，无限元域的边界处的描述表达式为，域的边界处的描述表达式为，式中，r是源点与场点的距离；k0是波数；A
z
是磁矢位在z轴上的分量；x1是场点横坐标；y1是场点纵坐标。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，利用频域求解方法进行计算时，设置参数化
扫描的频率为1Hz～100MHz。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将计算得到的场解转换为电缆本体的单位长度电阻和电感的步骤中，电缆本体的单位长度电阻的计算表达式为，式中，I0和分别为面s所通过的总电流和电势差；J
*
为电流密度矢量的共轭；E为电场强度矢量；电缆本体的单位长度电感的计算表达式为，式中，B为磁感应强度矢量；W
m
为磁场能量；H
*
为磁场强度矢量的共轭；I0为面s所通过的总电流。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电缆本体单位长度电阻、电感的解析解的获取步骤中，电缆本体单位长度电阻和电感的表达式分别为，R＝real(Z
c
+Z
s
)和其中，其中，式中，Z
c
为电缆本体中心导体单位长度的内阻抗；r1为中心导...

【专利技术属性】
技术研发人员：王翰锋，封刚铎，梁建锋，田宇，王晗萌，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：