一种电缆缺陷检测系统及方法与流程

1.本发明涉及电气装备传感检测领，尤其是一种电缆缺陷检测系统及方法。


背景技术：

2.电缆是电网系统的重要组成部分，由于不同电缆自身质量、使用环境、使用年限等有所差异，导致某些电缆可能存在一些缺陷，因此的电缆缺陷检测对于保证电网安全可靠运行有着重要意义。
3.目前，针对智慧电厂的电缆缺陷的检测的方法主要有时域反射技术(tdr)和频域反射技术(fdr)两种。
4.时域反射技术(tdr)：也称为脉冲回波技术，是使用最广泛的电缆故障定位技术之一。高频脉冲发送到电缆芯线中，脉冲通过电缆传播，并在电缆末端或任何断裂处被正向反射。在短路点处，脉冲发生负向反射。由于故障而导致的电缆结构变化会改变阻抗，从而导致部分入射波被反射回发送端。由于需要通过反射波进行检测，tdr技术只适用于低电阻短路故障或高电阻开路故障，无法监测未造成电缆短路或断裂的应变或扰动。
5.频域反射技术(fdr)：fdr是一种基于频域信号的电缆故障检测与定位方法，用来检测影响电缆局部电容和阻抗的绝缘损坏。fdr发送可变频率信号，并根据频率计算线路阻抗。当传输的信号遇到由绝缘类型变化、接缝或绝缘劣化引起的阻抗变化时，会返回反射信号，反射信号的大小决定了所识别阻抗变化的相对严重程度。
6.虽然传统fdr方法具备较佳的电缆缺陷检测效果，但是在实际应用中定位精度不足。因此，有必要针对电缆缺陷检测方案进行进一步的研究，提升缺陷检测的精度。


技术实现要素：

7.本发明需要解决的技术问题是提供一种电缆缺陷检测系统及方法，实现了电缆不同位置缺陷的检测，通过设置参考电缆回路，测量掌握电源非线性特征，通过基于非线性结果的插值计算，解决了电源非线性导致的电缆缺陷定位误差。
8.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电缆缺陷检测系统，包括频率可调的正弦波发生器，所述正弦波发生器输出端连接电压信号放大器，所述电压信号放大器的输出端分别连接功分器和第一电容分压器，所述功分器输出端连接耦合器和参考电缆，所述参考电缆的另一端连接第一三通接头，所述耦合器输出端分别连接待检测高压电缆和第一三通接头，所述第一三通接头电性连接第二电容分压器，所述第二电容分压器输出端连接信号采集分析系统的第一通道，所述第一电容分压器输出端连接第二三通接头，所述第二三通接头分别电性连接第一低压电缆和第二低压电缆，所述第一低压电缆和第二低压电缆的另一端均连接第三三通接头，所述第三三通接头电性连接信号采集分析系统的第二通道。
9.本发明技术方案的进一步改进在于：所述第一低压电缆和第二低压电缆长度差为待检测高压电缆长度的6倍以上。
10.本发明技术方案的进一步改进在于：一种电缆缺陷检测方法，包括如下步骤：
11.s1、使用频率可调的正弦波发生器输出幅值相同、频率连续变化的正弦波，并通过电压信号放大器将正弦信号放大；
12.s2、电压信号放大器输出的正弦信号通过功分器后分成两部分，其中一部分正弦信号通过耦合器进入到待检测高压电缆中，待检测高压电缆反射信号与参考电缆中的电信号进行拍频，拍频结果通过第一三通接头和第二电容分压器传输到信号采集分析系统的第一通道上；
13.s3、电压信号放大器输出的正弦信号通过第一电容分压器后进入到第一低压电缆和第二低压电缆中，所述第一电容分压器的频带满足宽于第一低压电缆和第二低压电缆的正弦波信号拍频频带，第一低压电缆和第二低压电缆同一时刻到达第三三通接头的正弦波信号频率不同，形成拍频，并传输到信号采集分析系统的第二通道；
14.s4、通过对信号采集分析系统的第二通道获得的拍频结果进行反演补偿算法调整信号采集分析系统第一通道上的被检测高压电缆的拍频结果；
15.s5、待检测高压电缆与参考电缆的拍频信号的频率与待检测高压电缆的位置正相关，通过滤波器分段提取不同频率的拍频信号，反映待检测高压电缆相应位置的信号反射情况，如果待检测高压电缆出现绝缘缺陷，则与之对应的拍频信号将显著增大。
16.本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤s4的过程为：若步骤s2中第二电容分压器的频带宽于被检测高压电缆反射信号与参考电缆中的电信号的拍频频带、步骤s3中第一电容分压器的频带宽于第一低压电缆和第二低压电缆的正弦波信号拍频频带，则通过对信号采集分析系统的第二通道获得的拍频结果进行反演补偿算法；
17.若步骤s2中第二电容分压器的频带不满足宽于被检测高压电缆反射信号与参考电缆中的电信号的拍频频带、第一电容分压器的频带不满足宽于第一低压电缆和第二低压电缆的正弦波信号拍频频带，则利用第一电容分压器和第二电容分压器的频率响应结果与信号采集分析系统第二通道获得的拍频结果进行维娜反卷积计算，得到频带补偿后的拍频结果进行反演补偿算法。
18.本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤s4中信号采集分析系统第一通道及第二通道获得的拍频结果均通过高速a/d转化器转化为数字信号进行数据分析。
19.本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤s4中反演补偿算法具体步骤为：
20.s41、首先对信号采集分析系统第二通道获得的拍频结果进行希尔博特变换，公式如下：
[0021][0022]
获得第一低压电缆和第二低压电缆拍频信号的频率随时间的变化，这一频率随时间的变化可以反映电源非线性；
[0023]
s42、将步骤s41中的第一低压电缆和第二低压电缆拍频信号的频率随时间的变化结果通过knn插值算法调整信号采集分析系统第一通道上的待检测高压电缆的拍频结果。
[0024]
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0025]
1、本发明可以获得长距离电缆线路不同位置的健康状态情况，为实现电缆全景信息感知与数据分析的智能电缆输电线路奠定基础；
[0026]
2、本发明实现了电缆不同位置缺陷的检测，通过设置参考电缆回路，测量掌握电源非线性特征，通过基于非线性结果的插值计算，解决了电源非线性导致的电缆缺陷定位误差。
附图说明
[0027]
图1是本发明系统连接示意图；
[0028]
其中，1、正弦波发生器，2、电压信号放大器，3、功分器，4、第一电容分压器，5、耦合器，6、参考电缆，7、第一三通接头，8、待检测高压电缆，9、第二电容分压器，10、信号采集分析系统，11、第二三通接头，12、第一低压电缆，13、第二低压电缆，14、第三三通接头。
具体实施方式
[0029]
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
[0030]
如图1所示，一种电缆缺陷检测系统，包括频率可调的正弦波发生器1，所述正弦波发生器1输出端连接电压信号放大器2，所述电压信号放大器2的输出端分别连接功分器3和第一电容分压器4，所述功分器3输出端连接耦合器5和参考电缆6，所述参考电缆6的另一端连接第一三通接头7，所述耦合器5输出端分别连接待检测高压电缆8和第一三通接头7，所述第一三通接头7电性连接第二电容分压器9，所述第二电容分压器9输出端连接信号采集分析系统10的第一通道，所述第一电容分压器4输出端连接第二三通接头11，所述第二三通接头11分别电性连接第一低压电缆12和第二低压电缆13，所述第一低压电缆12和第二低压电缆13长度差为待检测高压电缆8长度的6倍以上。
[0031]
所述第一低压电缆12和第二低压电缆13的另一端均连接第三三通接头14，所述第三三通接头14电性连接信号采集分析系统10的第二通道。
[0032]
使用方法：一种电缆缺陷检测方法，包括如下步骤：
[0033]
s1、使用频率可调的正弦波发生器1输出幅值相同、频率连续变化的正弦波，并通过电压信号放大器2将正弦信号放大，放大到几百伏特；
[0034]
s2、电压信号放大器2输出的正弦信号通过功分器3后分成两部分，其中一部分正弦信号通过耦合器5进入到待检测高压电缆8中，待检测高压电缆8反射信号与参考电缆6中的电信号进行拍频，拍频结果通过第一三通接头7和第二电容分压器9传输到信号采集分析系统10的第一通道上；
[0035]
s3、电压信号放大器2输出的正弦信号通过第一电容分压器4后进入到第一低压电缆12和第二低压电缆13中，所述第一电容分压器4的频带满足宽于第一低压电缆12和第二低压电缆13的正弦波信号拍频频带，第一低压电缆12和第二低压电缆13同一时刻到达第三三通接头14的正弦波信号频率不同，形成拍频，并传输到信号采集分析系统10的第二通道；
[0036]
s4、若步骤s2中第二电容分压器9的频带宽于被检测高压电缆8反射信号与参考电缆6中的电信号的拍频频带、步骤s3中第一电容分压器4的频带宽于第一低压电缆12和第二低压电缆13的正弦波信号拍频频带，则通过对信号采集分析系统10的第二通道获得的拍频结果进行反演补偿算法；
[0037]
若步骤s2中第二电容分压器9的频带不满足宽于被检测高压电缆8反射信号与参考电缆6中的电信号的拍频频带、第一电容分压器4的频带不满足宽于第一低压电缆12和第
二低压电缆13的正弦波信号拍频频带，则利用第一电容分压器4和第二电容分压器9的频率响应结果与信号采集分析系统10第二通道获得的拍频结果进行维娜反卷积计算，得到频带补偿后的拍频结果进行反演补偿算法，通过反演补偿算法调整信号采集分析系统10第一通道上的被检测高压电缆8的拍频结果，信号采集分析系统10第一通道及第二通道获得的拍频结果均通过高速a/d转化器转化为数字信号进行数据分析；
[0038]
反演补偿算法具体步骤为：
[0039]
s41、首先对信号采集分析系统10第二通道获得的拍频结果进行希尔博特变换，公式如下：
[0040][0041]
获得第一低压电缆12和第二低压电缆13拍频信号的频率随时间的变化近似为一条直线，但是有微弱的弯曲，反映电源非线性；
[0042]
s42、将步骤s41中的第一低压电缆12和第二低压电缆13拍频信号的频率随时间的变化结果通过knn插值算法调整信号采集分析系统10第一通道上的待检测高压电缆8的拍频结果。
[0043]
s5、待检测高压电缆8与参考电缆6的拍频信号的频率与待检测高压电缆8的位置正相关，通过滤波器分段提取不同频率的拍频信号，反映待检测高压电缆8相应位置的信号反射情况，如果待检测高压电缆8出现绝缘缺陷，则与之对应的拍频信号将显著增大。
[0044]
本发明中待检测高压电缆8与参考电缆6的拍频信号的频率与待检测高压电缆8的位置正相关的前提是电压信号放大器2输出的正弦波的频率是线性变化的。但实际情况下这一电源具有很大的非线性，导致缺陷检测结果的空间分辨率非常差。
[0045]
所以本发明为解决电源非线性问题，在电压信号放大器2的输出连接第一电容分压器4降低信号幅值。其次通过第二三通接头11分别连接第一低压电缆12和第二低压电缆13，第一低压电缆12和第二低压电缆13长度不同。第一低压电缆12和第二低压电缆13再经过第三三通接头14进入到信号采集分析系统10的第二通道上。
[0046]
为解决电源非线性问题，在上述硬件的基础上，需要使用反演补偿算法，通过该反演补偿算法可以有效提高缺陷检测的空间分辨率。
[0047]
本发明实现了电缆不同位置缺陷的检测，通过设置参考电缆回路，测量掌握电源非线性特征，通过基于非线性结果的插值计算，解决了电源非线性导致的电缆缺陷定位误差。