[发明专利]一种电缆故障检测及老化分析方法

摘要

本发明公开了一种电缆故障检测及老化分析方法。该方法基于频域的绝缘阻抗振荡理论，在非破坏性试验系统或破坏性试验系统获取的频域阻抗的振荡波谱分析基础之上，通过分析频域阻抗的振荡特征建立故障定位模型，然后比较测试振荡阻抗频谱缺陷与内部仿真曲线的差异，不仅可以实现远距离精确故障定位，还可以有效区分故障类型。与现有技术相比，本发明不仅能够实现故障的精确定位和多点定位，而且能够进行故障类型识别和绝缘老化状态分析，整个检测和分析过程人工经验依赖成分小，能够适用于1m-1000km、尤其适用于数百公里以上电缆。

主权项

一种电缆故障检测及老化分析方法，其特征在于：包括以下步骤：(一)向被试电缆施加步进频率Δf_k的扫频信号，然后采集对应每个扫频频率输入信号的电压时域信号和流经电缆内部形成回路的电流时域信号，并计算电缆的频域阻抗和相位，绘制连续的阻抗频率曲线和相位频率曲线；(二)在步骤(一)绘制的阻抗频率曲线上，分别找到第一个阻抗峰值Z₀及其对应的频率f₀、和振荡幅度衰减最小阻抗值对应的振荡截止频率f_d，并统计频率f₀与振荡截止频率f_d之间的振荡次数N；在步骤(一)绘制的相位频率曲线上找到频率f₀对应的相位然后建立信号衰减振荡模型式中，β为频域衰减阻抗函数；Z₀为第一个阻抗峰值，单位Ω；f₀为Z₀对应的频率，单位Hz；f_d为振荡截止频率，单位Hz；N为f₀与f_d之间的振荡次数；为f₀对应的相位，单位度；Δt为可变时间参数，单位s，取值范围为X取值为1‑10；(三)如果电缆长度已知，则计算得到信号传输速率式中，v为信号传输速率、单位m/s，L为电缆长度、单位m，其他符号同前面一致；如果电缆长度未知，则先估算电缆长度式中，L为电缆长度、单位m，v′为估计的信号传输速率、取值范围为100×10⁶‑300×10⁶m/s，其他符号同前面一致；然后将估算的电缆长度L代入公式计算得到信号传输速率v、单位m/s，式中，其他符号同前面一致；(四)将步骤(一)绘制的阻抗频率曲线与步骤(二)建立的信号衰减振荡模型在频率f₀与振荡截止频率f_d之间的频段进行比较，如果没有差异，则被试电缆无故障，然后转入步骤(六)进行电缆老化分析；如果存在差异，则被试电缆存在故障，接下来找到阻抗频率曲线上存在差异的频段Δf′及其间的阻抗峰值对应的频率f_max，并通过Δf′邻域所有测量获得的阻抗值进行傅立叶逆变换或小波逆变换得到时域图谱，在时域图谱上至少寻找两个相似信号的峰值之间的时间差Δt′、单位s，然后代入以下公式确定故障位置式中，L_f为故障位置、单位m，v为信号传播速率、单位m/s、由步骤(三)确定；(五)在步骤(四)得到的时域图谱中分析时域信号的初始相位，如果初始相位为零，则电缆故障为电缆中心导体变形或扭伤；如果初始相位大于零，则电缆故障为高阻类故障；如果初始相位小于零，则电缆故障为低阻类故障；如果在步骤(四)得到的阻抗频率曲线上的频段Δf′内存在至少两个阻抗突变点，则计算故障点的机械长度式中，ΔL_f为故障点的机械长度、单位m，v为信号传播速率、单位m/s、由步骤(三)确定，f′_N为第一个阻抗突变点对应的频率、单位Hz，f′_N+1为第二个阻抗突变点对应的频率、单位Hz，f′_N和f′_N+1直接在阻抗频率曲线上寻找确定；(六)当步骤(四)中判定为被试电缆无故障时，将步骤(二)确定的频率f₀与振荡截止频率f_d之间的任意峰值阻抗对应的频率作为基波频率f_sn；当步骤(四)中判定为被试电缆存在故障时，将步骤(四)确定的频率f_max作为基波频率f_sn；然后分别以f_sn、f_sn的三倍、f_sn的五倍和f_sn的七倍作为谐波频率对被试电缆进行测量，根据公式分别计算得到四个传输导纳衰减系数，式中，α为传输导纳衰减系数、单位dB，Vin为施加到被试电缆的端电压、单位V，I_ref为流经被试电缆的电流、单位A；接着再根据公式计算三次谐波衰减比ρ(f3)、根据计算五次谐波衰减比ρ(f5)、根据计算七次谐波衰减比ρ(f7)，式中，α(f3)、α(f5)、α(f7)分别为三倍、五倍、七倍基波频率f_sn下测试的传输导纳衰减系数、单位dB，α(f_sn)为基波频率f_sn下测试的传输导纳衰减系数、单位dB；如果三次谐波衰减比ρ(f3)、五次谐波衰减比ρ(f5)和七次谐波衰减比ρ(f7)均小于0，则判定被试电缆未发生明显老化现象；如果三次谐波衰减比ρ(f3)、五次谐波衰减比ρ(f5)和七次谐波衰减比ρ(f7)均大于等于0同时小于0.5，则判定被试电缆存在轻微老化现象；如果三次谐波衰减比ρ(f3)、五次谐波衰减比ρ(f5)和七次谐波衰减比ρ(f7)均大于等于0.5同时小于1，则判定被试电缆存在严重老化现象。