基于FMCW的10kV配电电缆故障定位及类型识别方法EI北大核心CSCD

为了解决电缆输入阻抗谱法对高阻故障定位距离较短、遮蔽区域大等不足,该文提出一种基于频域反射法的调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)电缆故障定位及类型识别方法。首先,依据FMCW电缆故障定位的原理结合电缆分布参数模型进行电缆故障定位仿真,获取电缆的FMCW幅值谱、相位谱。仿真结果表明,幅值谱可用于故障定位,相位谱可用于故障类型识别。根据仿真结果获取不同类型电缆故障(开路、短路、高阻、低阻故障)的相位谱特征。最后,在300m的射频同轴电缆和194m的10k V-XLPE电缆上进行测试,验证所提方法的有效性。实验结果表明,FMCW幅值谱能有效定位电缆的故障;FMCW相位谱的相位特征可以区分开路、短路、高阻、低阻故障。相较于电缆输入阻抗谱法,FMCW方法将高阻故障的检测距离从20 m提高至200m,将输入阻抗法40%的遮蔽区域降至18.2%以内,且对高阻故障的灵敏度从2 kΩ(40Z0)提高至10 kΩ(200Z0)。     

基于阻抗谱加窗傅里叶变换的电缆多段缺陷识别方法

电缆各类潜伏性缺陷的识别和定位对电力运维具有重要意义,然而现有电缆检测方法无法在故障产生前对电缆老化、局部破损等缺陷检测进行定位。提出了一种基于电缆宽频阻抗谱的无损局部缺陷检测方法,可以有效地定位电缆早期缺陷,避免演变产生电缆故障事故。建立电缆分布参数的数值模型,研究了电缆阻抗谱特征规律,对比分析不同老化程度的潜伏性缺陷的出现对电缆阻抗谱的影响,分析了不同潜在缺陷的频域阻抗谱特征;对含有缺陷的电缆阻抗谱进行离散傅里叶变换,并以切比雪夫窗函数对积分变换的结果进行处理,实现了对多段潜伏性缺陷的准确定位。实验和仿真结果表明：该方法可以实现电缆上多段潜伏性缺陷定位,通过窗函数算法可以显著抑制噪声,提升定位精度。为电缆故障定位技术改进提供了新的技术手段。     

配电电缆本体受潮缺陷定位及受潮特性分析

为解决现阶段极化/去极化电流法(polarization and depolarization current, PDC)和时域反射法(time domain reflectometry,TDR)无法对电缆本体局部受潮缺陷进行定位及识别受潮路径的问题,提出一种基于输入阻抗谱的配电电缆本体受潮缺陷定位方法,并对电缆本体受潮特性进行详细分析。首先,利用电缆分布参数模型、频域反射理论、输入阻抗谱、加窗傅里叶变换,阐述所提诊断定位方法的基本原理。接着,建立电缆本体受潮模型,运用短电缆样本受潮实验和仿真建模,详细说明电缆本体不同受潮严重程度、潮气扩散速率分别对电缆电容变化与样本含水量的影响。之后,运用仿真,对不同受潮程度、不同受潮区域范围的电缆局部缺陷进行定位诊断,得到不同受潮缺陷的定位反射特征。最后,在实验室20m长的10kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆上制作0.8 m长的局部受潮缺陷,通过电缆本体受潮实验检验所提方法的有效性。仿真和实验结果表明:短时间内潮气很难径向入侵至电缆主绝缘,而会沿着铜屏蔽层与外半导电层之间的间隙往电缆首末两端轴向...     

基于调频连续波相位敏感特性的电缆局部缺陷检测方法

灵敏地检测和定位电缆缺陷对于电缆安全运行具有重要的作用。调频连续波（FMCW）法是一种基于频域反射法的电缆缺陷检测方法，该方法相对于宽频阻抗谱法具有更高的缺陷检测灵敏度及抗干扰能力。该文在现有FMCW方法的基础上，提出利用FMCW的相位敏感特性对电缆缺陷进行检测的方法，提高了现有FMCW方法缺陷检测的灵敏度。首先，结合FMCW相位敏感特性与电缆分布参数模型进行了电缆缺陷检测仿真；然后，在实验室的射频同轴电缆、10 kV交联聚乙烯（XLPE）电缆上模拟不同程度的缺陷并测试，观察缺陷处相位的变化情况，验证了所提方法的有效性。结果表明：相敏-FMCW方法对于射频及10 kV XLPE电缆上模拟的缺陷敏感，不同严重程度的缺陷相位变化量不同，缺陷处对应相位变化的取值区间可为180°。定义缺陷引起的相位、幅值变化量占取值区间的比例为灵敏度，相敏-FMCW方法可以提高现有FMCW方法对该文中所设缺陷检测的灵敏度：对于电缆局部异常温升造成的容性缺陷，当局部温差为37℃时，可将灵敏度由36%提升至71%；对于电阻性、电导性及铜屏蔽破损缺陷，相敏-FMCW方法的灵敏度均优于传统FMCW方法，检测灵敏度提升...     

新型基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷定位方法

为解决传统时域反射法(time domain reflectometry,TDR)和宽频阻抗谱法(broadband impedance spectroscopy,BIS)对电缆微弱局部缺陷进行定位时存在的问题,提出一种新型基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷精确定位方法。首先结合电缆分布参数模型及精细频谱分析、Kaiser窗、距离窗处理技术详细阐明了反射系数谱定位方法的基本原理;然后对不同损伤程度的电缆缺陷进行建模定位仿真,检验该方法的可行性与识别灵敏度;最后在实验室65.5 m长的10 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆上制作了微弱局部缺陷对该方法的准确性进行了验证。仿真和实验结果表明:该方法能对不同损伤程度的某些局部缺陷进行有效定位,即使电缆损伤程度较弱时,该方法也具有较高的识别灵敏度和识别精度,定位误差0.6%。与传统TDR相比,该方法对微弱缺陷的识别能力更强;与BIS法相比,该方法所需测试频率更低,所需测试点数更少。     

基于线性阻抗谱的配电电缆接头受潮缺陷检测

对电缆接头受潮缺陷的检测既需判定被测电缆线路是否存在接头受潮的情况,还需对受潮接头进行定位分析,因而配电电缆接头受潮的问题一直困扰着电力系统的运维人员和相关研究学者。通过线性阻抗谱技术开展电缆接头受潮缺陷的检测,首先基于理论和仿真分析了线性阻抗谱技术识别电缆阻抗变化的原理,然后通过现场试验验证了线性阻抗谱技术在配电电缆接头受潮缺陷检测与定位方面的有效性。     

基于阻抗谱的同轴电缆故障及中间接头定位实验研究

同轴电缆在电能输送和信息传输中起着重要作用,电缆故障的快速、准确查找是减少经济损失、提高电气系统可靠性的关键。文中基于阻抗谱技术,以含中间接头的电缆为研究对象,分析了电缆故障及中间接头对电缆输入阻抗的影响,开展了电缆中间接头及故障的定位实验研究。研究表明:电缆的输入阻抗可反映电缆的局部绝缘状态,电缆中间接头及故障点的绝缘状态的改变将导致电缆阻抗谱的变化,利用卷积积分对电缆阻抗谱进行处理,可同时实现多个中间接头和故障点的定位。     

基于输入阻抗谱的电缆故障类型识别及定位

为解决脉冲电流测试法(impulse current experimentation,ICE)与时域反射法(time domain reflectometry,TDR)对电力电缆故障进行诊断时存在的不足,提出一种基于输入阻抗谱的电缆故障类型识别及定位方法。首先,依据电力电缆分布参数模型、输入阻抗谱、频谱分析、Kaiser窗,阐明电力电缆故障类型识别及定位的基本原理。然后,对不同类型的电缆故障(开路、短路、高阻、低阻故障)进行建模分析,通过仿真获取正常/故障电缆的输入阻抗谱特征。基于此,再对故障电缆的输入阻抗谱进行处理,得到具有直观性的故障定位谱图,实现对电缆故障的高灵敏度定位。最后,在实验室40 m长的同轴电缆和1 000 m长的10 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆上进行模拟故障测试,检验该方法对电缆故障的诊断效果并验证所提故障类型识别判据的有效性。仿真和实验结果表明:该方法对开路故障及阻抗在0?～38Z0 (Z0为电缆的特性阻抗)范围内的故障点具有较好识别效果,故障定位误差0.4%。与ICE法、TDR法相比,该方法的测试灵敏度更高,可实现对电缆故障的类型识别与高精度定位。     

基于输入阻抗谱的电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位

为解决局部放电(PD)法和反射系数谱(RCS)法在电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位方面存在的不足,提出一种基于输入阻抗谱的电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位方法.首先,依据电力电缆分布参数模型,通过仿真分析,得到含有容性/感性缺陷的电力电缆输入阻抗谱特征.然后,运用电力电缆输入阻抗谱、Kaiser窗实现对电力电缆局部...     

基于FDR和时频脉冲转换的长电缆缺陷极性识别研究EI北大核心CSCD

为解决采用频域反射技术进行长电缆缺陷检测时,其结果易受低频段数据缺失占比的影响,而难以判断电缆缺陷极性的问题,该文提出一种基于频域反射技术的电缆阻抗失配点时频脉冲转换算法以实现缺陷的定位和极性判别。首先,采用2阶Nuttall自卷积窗的快速傅里叶计算方法对不同类型的电缆阻抗失配点进行定位。其次,提出电缆阻抗失配点时频脉冲转换算法,利用高斯窄带包络信号良好的频段调节能力和时频特性,详细阐述了时频脉冲的参数设计和极性判断方法。之后,运用仿真,对不同类型的阻抗失配点进行时频脉冲转换,验证了该算法的有效性。最后,采用该算法对实验室含接头长1500m的10k V XLPE电缆进行实验验证。仿真和实验结果表明:时频脉冲转换算法可以有效地定位长电缆阻抗失配点并且实现不同类型阻抗失配点的极性识别;同时,不同长度电缆阻抗失配点的时频脉冲转换结果不受低频段数据缺失占比的影响,有效提高了长电缆阻抗失配点的极性识别率。     

基于频域反射法的特征时域波形恢复技术

频域反射法(frequency domain reflection,FDR)是定位电缆局部缺陷和故障等阻抗不连续点的有效手段之一。为了解决传统频域反射法仅能用于阻抗不连续点的定位,而不能判断其阻抗变化情况的问题,提出了一种基于FDR的特征时域波形恢复技术,该时域波形可用于判断阻抗不连续点的阻抗变化情况。首先利用Nuttall窗的FFT插值计算方法对原有FDR的定位技术进行了改进;然后介绍了基于FDR的特征时域波形恢复技术的基本原理,并对其具体实施细节进行了研究;接着利用电缆仿真平台建立了阻抗不连续的电缆模型验证了该方法的有效性;最后将30 m的10 kV XLPE电力电缆进行了实验,利用中间接头作为1个阻抗不连续点,将该研究方法进行了测试,实测结果表明:该研究方法可以有效地定位电缆中阻抗不连续点的位置,并计算出其特征反射时域波形。     

基于反射系数谱积分的电缆缺陷诊断方法

为解决现有电缆局部缺陷定位方法所需原始数据过多和频率过高的缺点,提出一种基于反射系数谱积分的电缆局部缺陷定位方法。首先,利用电缆分布参数,建立了含局部缺陷的反射系数谱的计算模型;之后,分析了局部缺陷对反射系数谱的影响,并进一步研究了基于积分变换的电缆定位原理。为减少所需的电缆原始数据和采样要求,提出一种基于反射系数谱积分的电缆局部缺陷定位方法。接着,利用仿真对不同缺陷情况的电缆进行定位诊断,得到了不同信号频率范围和频域采样点数对定位结果的影响,结果表明,该方法在降低了信号频率和采样点数的同时,仍可实现高精度定位,误差小于1%。最后,通过在实际实验中降低对原始数据的采样数量,说明了该方法在现场应用中的有效性,具有较高的实际工程价值。     

基于S变换与时频域反射的电缆缺陷定位方法

针对电力电缆的局部缺陷定位问题，提出一种基于S变换与时频域反射（time-frequency domain reflectometry,TFDR）的电缆缺陷定位方法。在分析传统电缆缺陷定位方法原理的基础上，利用S变换求取TFDR测试波形的时频分布，并计算时频分布的时频互相关函数，再通过时频互相关函数曲线的局部峰值对电缆局部缺陷的位置进行判断。结果表明：相比于传统的TFDR方法，本文方法的时频分布不存在交叉项干扰，从而消除了时频互相关函数曲线中干扰的局部峰值，且电缆缺陷定位结果的可靠性较高，局部缺陷的检测盲区较小。最后对10 kV交联聚乙烯（XLPE）电缆进行仿真和实测分析，结果显示本文方法可以有效定位电缆的局部缺陷，并且缺陷定位的绝对误差较小。     

频域反射法中阻抗变化类型判断技术

利用行波的反射可以有效地探测电缆的局部缺陷和故障等阻抗异变点,反射波的传播距离和极性可分别用于定位阻抗异变点和判断阻抗异变点的类型.频域反射(FDR)技术是识别电缆中反射波的有效手段之一,但是现有FDR技术仅能计算反射波的传播距离,而不能判断波形极性,因此,该文提出一种FDR的波形极性判断技术.首先阐述FDR中反射波的识别原理,将Hanning自卷积窗的快速傅里叶变换插值算法用于FDR中反射系数谱分析,对FDR测试下限频率和频变波速造成的相位偏差进行修正,得到频率值和修正后的相位值用于计算反射波的传播距离和判断波形极性;然后对单反射波和多反射波的电缆模型进行仿真,检验该技术的可行性;最后在实验室105m长的10kV交联聚乙烯电力电缆上制作阻抗异变点对该方法的准确性进行验证.仿真和实验结果表明,该文所提方法可以有效获取FDR中反射波的传播距离和极性.     

电缆局部缺陷的步进频连续波定位方法

电缆缺陷定位是电缆检修的重点，宽频阻抗谱法(broadband impedance spectroscopy,BIS)是一种常用的频域反射电缆缺陷定位方法，BIS面临的问题是，现场的噪声会干扰测量，且检测效率不高。因此提出了一种基于步进频连续波(stepped frequency continuous wave,SFCW)的新方法来提高电缆缺陷定位的检测效率和抗干扰能力。首先，依据SFCW电缆缺陷定位的原理结合电缆分布参数模型进行电缆缺陷定位仿真实验。然后，在实验室300、611 m长的射频同轴电缆和180 m长的10 kV XLPE电缆上进行缺陷定位测试，验证了所提方法的有效性。试验结果表明：SFCW能有效定位电缆的缺陷，定位误差小于0.6%，首末端定位盲区小于8 m，对于模拟缺陷的有效定位距离大于511 m；相较于BIS法，SFCW方法将抗噪能力提高了5.7～10.1 dB,SFCW方法定位一根电缆的测试时间已小于10 s，检测效率有了较大提升。     

基于频域反射法的高压电缆外破故障定位研究

高压电缆在安装施工阶段,有可能遭受机械振动、外力挤压和冲击作用,从而造成绝缘层破损、异物刺入等外破缺陷。为了对这些外破缺陷位置进行精准定位并加以维修,提出一种基于频域反射法的新型高压电缆外破故障定位方法。首先结合电缆分布参数模型,基于现有的频域反射法理论基础,展开对电缆宽频阻抗谱FFT变换实现定位方法详细说明。最后在实验室一段30 m长的110 k V电缆上制作铁钉扎入的缺陷,并对该缺陷进行定位,发现该方法具有较高的识别灵敏度和识别精度。     

基于反射系数谱相关系数的电缆故障检测方法

频域反射法可以有效探测电缆中故障，但是传统的数据处理方法只能定位电缆中故障，而不能检测故障的阻抗状态。因此，本文提出了一种基于反射系数谱相关系数的电缆故障检测方法。首先设计对比函数，然后通过对比函数与反射系数谱构建相关系数的函数曲线，并利用该曲线中极值的位置与类型分别检测故障的位置与阻抗状态。最后对含故障的10 kV电力电缆开展仿真研究，并对含故障的60 m 10 kV电力电缆开展实验研究。仿真与实验结果表明：基于反射系数谱相关系数的电缆故障检测方法对电缆故障的定位精度较高，并且可以准确检测故障的阻抗状态。     

新型基于频率特性的电缆故障定位方法

海底长电缆频率特性是电缆状态检测的基础。以220kV海底电缆为例,将变频电压源施加到电缆终端,在分布参数模型的基础上,研究末端开路和短路状态下沿线电压的频率特性。然后通过分析初始峰值电压和入口阻抗频率特性,给出一种新的电缆故障的定位方法,该方法首先测量电缆低频下的入口阻抗相位角来确定故障类型,然后根据产生入口阻抗初始峰值时频率和产生电压初始峰值时频率的关系,利用所推计算式进行故障定位。最后运用PSCAD软件的精确模型仿真对定位公式进行了验证。研究表明:根据电缆频率特性推导的故障定位计算式准确、方便,对于开发海底电缆的故障定位的新技术有参考作用。     

基于Dolph-Chebyshev窗的电力电缆中间接头定位诊断

提出一种基于Dolph-Chebyshev窗的配电电缆中间接头定位改进方法。根据电缆传输线模型说明频域反射法（frequency domain reflectometry,FDR）的定位原理,建立定位仿真模型进行验证,通过仿真对比分析选择基于DolphChebyshev窗的FDR改进方法;同时搭建电缆总长为20 m、接头位置为10 m的中间接头冷热循环受潮平台,探究其受潮发展规律;建立多接头仿真模型,探究接头在不同缺陷程度时的定位幅值关系。结合诊断模型,在2 800 m多接头10 kV XLPE电缆上进行验证。仿真及实验结果表明：所提方法能够准确定位各接头并有效识别出缺陷接头;验证了所提方法对电缆异常接头定位及诊断具有可行性。     

基于反射系数傅里叶逆变换的电缆局部缺陷诊断方法研究

为了及时发现电缆中存在的潜伏性缺陷,研究一种基于反射系数傅里叶逆变换的电缆局部缺陷诊断方法。首先根据传输线理论建立电缆计算模型,然后采用快速傅里叶逆变换（IFFT）将电缆首端反射系数谱转换到空间域,最后利用缺陷定位诊断函数DF（x）实现电缆局部缺陷的定位和诊断。针对存在典型局部缺陷的10 kV交联聚乙烯（XLPE）电缆仿真分析,当选取适当的测试频率和测试点数,缺陷定位误差最低可达0.01%。定位曲线中缺陷对应的DF（x）幅值受分布参数的影响,与电容变化的程度线性相关;缺陷长度在一定范围内,DF（x）幅值与缺陷长度成正比;随着缺陷到电缆首端距离的增加,DF（x）幅值成指数衰减;此外,电缆上多处缺陷的诊断结果相互独立。结果表明,该方法具有良好的灵敏度和精确性。