[发明专利]一种基于时频域反射法的电力电缆故障检测方法

说明书

本发明涉及一种基于时频域反射法的电力电缆故障检测方法。所述方法包括：时频信号设计模块、时频信号生成模块、信号发送与接收模块和时频信号处理模块。所述时频信号设计模块，通过矢量网络分析仪分析电缆和电容耦合器的特性，确定入射时频信号的传输参数；所述时频信号生成模块，用于生成满足电缆故障检测要求的时频信号；所述时频信号发送与接收模块，将数字信号转化成模拟电压信号发送到目标电缆，并在源端接收来自目标电缆的反射信号；所述时频信号处理模块。将反射信号和入射信号进行时频互相关处理，确定故障位置信息。本发明的方法能够通过时频信号对故障电缆进行检测及定位，时频入射信号能够有效的抵抗部分噪声干扰。

技术领域

本发明属于配电网故障定位领域，涉及一种基于时频域反射法的电力电缆故障检测方法

背景技术

近年来，城市用电量快熟增长，新增输电线路不断增加，城市电缆不仅要应对自身负荷增长的挑战，还要受到包括高温、机械拉力、化学腐蚀等侵袭；在此条件下，电缆的化学成分和物理形态可能发生变化。在长期运行过程中更容易导致传输线缆发生局部故障，更严重时甚至发生火灾等灾害事故。这对新的故障诊断技术提出了更高要求。

反射测量法是一种基于被测电缆的信号传输和反射的电气状态监测技术。可分为时域反射法(TDR)、频域反射法(FDR)和时频域反射法(TFDR)。当信号注入电缆检测时，信号将在阻抗不匹配点处发生反射，并传输到信号发射点。传统上， TDR被用来定位电缆中的故障。然而，由于TDR对噪声的高灵敏度，其上升/ 下降时间较长，精度受到限制。FDR的性能还受到噪声和扫频带宽的影响。与 TDR和FDR相比，TFDR具有更好的故障定位性能。TFDR采用高斯包络线性 chirp信号作为参考信号，该信号可根据电缆的特性进行设计。对参数进行优化，使信号根据电缆的不同，失真更小，对噪声更不敏感。TFDR利用基于Wigner-Ville 分布的时频互相关检测反射信号。时频互相关函数中参考信号和反射信号之间的峰值表示测点到阻抗变化的距离。由于TFDR对噪声具有较强的鲁棒性，因此被广泛应用于各种场合。

发明内容

一种基于时频域反射法的电力电缆故障检测方法，所述方法时频信号设计模块、时频信号生成模块、信号发送与接收模块和时频信号处理模块。

时频信号设计装置对不同被测电缆，利用网络分析仪对电缆的频率特性进行分析，确定适合电缆传输的中心频率，根据电缆的长度以及考虑高频分辨率和信号衰减之间的权衡，从而确定参考信号的带宽和持续时间。

时频信号生成模块包括电源模块、外部时钟模块、信号存储器模块、运算模块和位数转换模块；

所述时频信号生成模块生成的入射信号是一个时间和频率带限信号：

其中为信号高斯包络部分，为chirp信号部分， chirp信号的特征是信号频率随时间的改变而改变；α表示高斯分布的宽度因数，β表示频率增长率的时间系数，w表示信号的中心频率。

所述外部时钟模块、信号存储器模块、运算模块和位数转换模块分别与电源模块建立连接，信号存储器模块、运算模块和位数转换模块均连接至外部时钟模块；

所述外部时钟模块，用于为各个模块的设置不同的频率时钟，主要电源模块的时钟频率为50Mhz，根据信号中心频率设定信号存储器模块、运算模块和位数转换模块的频率，外部时钟模块还为信号发送模块提供了两个接口，分别为使能接口和写接口；

所述信号存储器模块，包含chirp信号模块和高斯包络信号模块，其中chirp 信号欧拉公式e^ix＝cosx+isinx可以将信号分解为实部和虚部。先生成特定频率的正弦或者余弦信号，再将正弦或者余弦信号通过运算模块生成chirp信号，而高斯包络信号可以通过rom存储器生成，两者通过电源模块驱动输出存储的数据；