[发明专利]一种频域反射法中阻抗变化类型判断的方法

说明书

本发明公开了一种频域反射法中阻抗变化类型判断的方法，包括S1、计算得到在高频下的电缆特性阻抗；S2、并基于欧拉公式展开得到电缆的反射系数实部的各频率分量；S3、基于HSCW的FFT插值算法识别得到反射系数谱实部中各频率分量的频率和相位；S4、采用FDR测试下限频率的相位修正和频变波速的相位修正，分别得到相位修正角和相位修正角；S5、根据相位修正角和相位修正角对相位进行相位修正，求解得到反射系数实部中各频率分量的初始相位，并根据求解得到的初始相位判断波形极性，当=0°时，反射波形为正极性；当=180°时，反射波形为负极性；S6、通过对电缆的仿真模拟和实验模拟，验证步骤S1‑步骤S5的有效性和正确性。

技术领域

本发明属于电缆局部缺陷、故障判断的技术领域，具体涉及一种频域反射法中阻抗变化类型判断的方法。

背景技术

交联聚乙烯电力电缆凭借优异的机械强度、耐热性和电气性能被广泛用于输电系统中。电力电缆的敷设环境恶劣，在水分侵蚀、机械损伤、化学腐蚀、过电压等多种因素的影响下，电力电缆中会出现局部的缺陷，进一步发展会形成故障，从而危及供电可靠性，破坏电力系统的稳定。因此快速有效定位电缆中局部缺陷或故障并判断其具体情况对于保证电力系统的可靠运行有着重大意义。

电缆的局部缺陷或故障会导致该位置的特性阻抗发生相应改变，造成电缆中出现阻抗不连续点，这种阻抗不连续点会造成行波在该位置的反射现象，因此大量学者通过研究反射波的识别技术来探测电缆中局部缺陷和故障等阻抗不连续点，其中反射波的传播距离可用于定位阻抗不连续点；反射波的极性可用于判断阻抗不连续点的阻抗变化类型，即反射波的极性对于判断电缆局部缺陷和故障的类型尤为重要。

时域反射(Time Domain Reflectometry，TDR)技术的基本思想是向电缆中注入脉冲信号，然后直接在时域中识别反射波形，由于该方法可以直观地得到反射波的传播距离和极性，因此被广泛用于电缆中反射波的识别。但是该方法受噪声影响大，同时TDR注入脉冲的高频成分较少以及高频信号在电力电缆中衰减较为突出，所以TDR对于微弱反射波的识别能力较差。现有技术有在TDR基础上提出了扩展频谱时域反射法，该方法利用单频点的反射信息结合互相关算法完成反射波的识别，提高了传统TDR方法的抗噪能力，但是该方法的频域信息过少，因此也难以识别微弱反射波。

频域反射(Frequency Domain Reflectometry，FDR)技术中高频成分含量较多，频域信息丰富，能够识别更加微弱的反射波，因此近年来开始逐渐替代传统TDR方法。该方法采用扫频信号对电缆首端进行测试，然后通过算法进行时频等效变换，最后完成反射波的识别。现有技术中提出将FDR中宽频阻抗谱进行积分变换来识别电缆中反射波，并取得较好的识别效果，但是该方法需要预知完好电缆的多组原始数据，因此工程上的实用性较差。现有文献提出利用快速傅里叶反变换处理阻抗谱数据完成反射波识别，但是该方法要求较高的测试频率和较多的测试点数，测试成本较高，同时频率过高时测量夹具连接处将严重影响测试效果。现有文献提出利用带Kaiser窗的离散傅里叶变换(discrete Fouriertransform, DFT)算法处理FDR中反射系数谱数据实现微弱反射波的识别，该方法所需测试频带更窄、测试点数更少，并且不需要原始完好电缆的测试数据，因此具有较好的测试效果，但是该方法仍存在计算量大和参数难以设定的问题。另一方面，目前基于FDR的研究仅能计算反射波的传播距离，即定位阻抗不连续点，而无法判断反射波的极性，即无法判断阻抗不连续点的阻抗变化类型。因此现有的FDR技术仅能定位电缆的局部缺陷和故障，但是无法判断故障或缺陷的类型。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种频域反射法中阻抗变化类型判断的方法，以解决现有的FDR技术仅能定位电缆的局部缺陷和故障，但是无法判断故障或缺陷的类型的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种频域反射法中阻抗变化类型判断的方法，其包括：