[发明专利]基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电缆故障检测技术领域，尤其涉及一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法。

背景技术

电缆作为电力系统的核心设备之一，在电能分配、传输以及一系列电力服务中扮演着至关重要的角色。低压电力电缆的局部点故障的查找和发现，一直是困扰电力行业的难题。目前常用的方法有电桥法和时域反射法。

电桥法^[1,2]的主要原理为采用双臂电桥测出电缆芯线的直流电阻值，再准确测量电缆实际长度，按照电缆长度与电阻的正比例关系，计算故障点位置。这种方法技术成熟，电路简单易实现，成本和体积都容易控制，但是这种方法由于其自身测量原理的限制，测量时必须电缆两端同时操作，对操作人员要求较高，测量精度受人为因素影响。

时域反射法(TDR，Time-domain reflection)的工作原理为在电缆一端加脉冲电压，则此脉冲按一定的传播速度沿线传输，当遇到阻抗不匹配的地方，如短路点、断线点、中间接头等，就会发生反射，记录下发送脉冲和反射脉冲之间的传输时间ΔT，则可按已知的传输速度V来计算出故障点的距离L＝ΔT·V/2。TDR测量法的优点在于操作方便，单端操作，测试精度较高^[3]。但是该方法过分依赖电缆障碍点阻抗的明显变化，导致很难判断高阻抗故障和间歇故障。

频域反射法(FDR)的概念在20年前就已提出，FDR测量原理是将扫频信号发射到待测的传输线/天线，并将其反射信号的测量数据经快速傅里叶逆变换(IFFT)转换为时域信息，根据电缆的相对传播速度时域信息(传播速度随电缆的介质材料的不同而改变)就可计算出距离。FDR技术早期主要应用在雷达测试系统中，近几年，随着电子技术应用的快速发展，也应用于通信电缆(传输线)的检测，是一种新兴的测量技术^[4]，目前市场上还没有出现成熟的产品。

本发明为一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部故障点检测方法，与现有文献报道应用于通信电缆的FDR方法比较，不同之处在于：将FDR法应用于船用低压电力电缆局部故障点检测，电力电缆不具有理想的阻抗匹配特性，不同的电缆长度、电缆型号、介质厚度皆能在传输线的不同位置上引起不同的反射，所有的电缆都具有唯一的特征。采用驻波反射频域测量方法SWR(standing wave reflectometry)，通过电缆短路、断路下的反射信号幅值和相位差异分析，确定电缆局部故障点。参考文献如下：

[1]徐丙垠，李胜祥，陈宗军.通信电缆线路障碍测试技术,北京邮电大学出版社.2001:76-91。

[2]彭魁.利用交流电桥测量同轴电缆断点的研究,辽宁大学学报(自然科学版).1999,26(3):250-252。

[3]宋建辉.基于时域反射原理的电缆测长若干关键技术研究，哈尔滨工业大学博士学位论文，2010。

[4]柏思忠.基于SOPC和TFDR的电缆故障检测仪设计和实现,重庆大学硕士学位论文，2007。

发明内容

本发明的目的：提供一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部故障点检测方法，采用驻波反射频域测量方法SWR(standing wave reflectometry)，通过电缆短路、断路下的反射信号幅值、相位差异分析，确定电缆局部故障点。

本发明提供了一种基于FDR法的船用低压电力电缆局部点故障检测方法。利用扫频仪向被测电缆发射一段正弦扫频信号，通过检波器返回被测电缆始端的故障信息，并通过显示器(7)显示全反射电压波形，从中获得波形频率差Δf，通过公式：计算得到故障点与入射点的距离L，其中，V_p为电缆的速度比，是已知量。

为了提高精度，优选的，在读取相邻波腹点或波节点间的频率间隔Δf时，读取N+1个波峰或波谷间的频率间隔f₂'-f₁'，则Δf＝(f₂'-f₁')/N，其中，f₂'为f₂'为第N+1个波峰或波谷处的频率，f₁'为第1个波峰或波谷处的频率，N为正整数，且N+1为波形图上所显示的波峰或波谷的总个数。

优选的，当被测电缆无故障时，没有反射波，显示器上将出现一条直线；当被测电缆断开或接触不良时，反射波与入射波同相；当电缆短路或受潮进水时使绝缘降低，反射波与入射波反相。