[发明专利]一种基于频率特性的电缆故障定位方法

说明书

本发明公开了一种基于频率特性的电缆故障定位方法，包括以下步骤：S01：建立长电缆分布参数模型，求出电缆沿线电压频率特性计算公式；S02：根据电缆初始峰值，推导出峰值电压位置和频率的关系式，分别求出末端开路和短路时电缆达到峰值电压的频率和S03：根据入口阻抗公式，计算出末端开路和短路时谐振频率和S04：根据开路和短路状态下，沿线电压达到初始峰值的频率和入口阻抗达到初始峰值的频率的关系，推导出开路和短路故障下的定位公式。本发明可以直接根据电缆始端入口阻抗测量来对电缆故障进行定位。

技术领域

本发明涉及一种基于频率特性的电缆故障定位方法，属于高电压与绝缘技术领域。

背景技术

由于我国能源的开发和电力需求的增长，跨海输电的需求日益迫切，海底电缆输电成为了新的发展方向。由于海底的环境恶劣以及不可预见性，一旦海底电缆发生故障，寻找起来十分困难。

为实现对电缆故障进行有效探测，国内外相继研发了一系列定位方法，其中以电桥法和行波法为主，然而由于长海底电缆电容非常大，回波极弱，上述方法误差较大，因此目前急需一种能够快速、准确、方便地查找长距离海底电缆故障的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述背景技术中存在的问题，提供一种基于频率特性的电缆故障定位方法，能够通过始端测量直接计算得到故障位置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的一种基于频率特性的电缆故障定位方法，包括以下步骤：

S01：建立长电缆分布参数模型，求出电缆沿线电压频率特性计算公式；

S02：根据电缆初始峰值，推导出峰值电压位置和频率的关系式，分别求出末端开路和短路时电缆达到峰值电压的频率和

S03：根据入口阻抗公式，计算出末端开路和短路时谐振频率和

S04：根据开路和短路状态下，沿线电压达到初始峰值的频率和入口阻抗达到初始峰值的频率的关系，推导出开路和短路故障下的定位公式。

步骤S01中，建立长电缆分布参数模型，分布参数计算公式为：

其中，ω＝2πf为角频率；r_c和r_s分别为电缆的缆芯外半径和屏蔽层内半径，ρ_c和ρ_s分别为电缆的缆芯和屏蔽层电阻率；μ₀为真空磁导率；e为绝缘层的介电常数。

上述电缆沿线电压频率特性计算公式具体的求解方法如下：

长线方程为：

其中：x为电缆线上任意一点距离末端的长度；A和B由边界条件确定；s是拉普拉斯变换微分算子；

Z₀(s)为线路的特性阻抗，G是电导，γ(s)是线路传播常数，设电缆始端接有内阻为Z_in(s)的电压源U_s(s)，电缆末端接阻抗Z(s),得到边界条件为：

把边界条件代入到长线方程，由网络函数的定义及性质可知，如果传输线的激励源是一个正弦信号，那么用jω替换网络函数中的变量s,上述等式可用于分析线路上的正弦电压，其中ω是电源角频率ω＝2πf，因此电缆电压频率特性计算公式为：

其中：l为电缆的长度。

步骤S02中，衰减系数a和相位系数β为：