[发明专利]基于电磁耦合注入的电力电缆局部缺陷在线定位方法

权利要求书

1.一种基于电磁耦合注入的电力电缆局部缺陷在线定位方法，包括模型建立步骤、基础定位步骤、在线定位步骤，其特征在于，先根据传输线理论，建立电力电缆的分布参数模型，再进行电力电缆缺陷定位，最后通过信号注入传感器，实现电缆缺陷在线定位。

2.根据权利要求1所述的基于电磁耦合注入的电力电缆局部缺陷在线定位方法，其特征在于，所述模型建立步骤中，确定R₀、L₀、G₀、C₀分别为单位长度电缆的电阻、电感、电导、电容，因集肤效应和邻近效应的影响，单位长度的电阻和电感会随频率而发生变化，R₀、L₀可表示为：

式中：μ₀是真空磁导率；ω＝2πf是角频率；r_c是电缆缆芯半径；r_s是电缆屏蔽层内半径；ρ_c是缆芯电阻率；ρ_s是屏蔽层电阻率，

因电力电缆为同轴结构，G₀、C₀可表示为：

式中：σ是电介质的电导率，ε是电介质的介电常数，

假设电缆的总长为l，根据图1的电缆等效电路，求解可得到距离电缆首端任意位置k处的电压V(k)、电流I(k)为：

式中：V_i2是负载侧的入射电压波；V_r2是负载侧的反射电压波；γ是电缆的传播常数；Z₀是电缆的特性阻抗，

传播常数γ为：

式中：α为衰减常数，β为相位常数，v为电缆中电磁波的传播速度，

特性阻抗Z₀为：

在高频下，由于ωLR，ωCG，则式(5)可近似表示为：

3.根据权利要求2所述的基于电磁耦合注入的电力电缆局部缺陷在线定位方法，其特征在于，基础定位步骤，长为l的电力电缆中，定义任意位置k处的反射系数为：

式中：Z_L是负载阻抗，

由此可得线路末端的反射系数为：

当线路末端开路时，即Z_L＝∞，反射系数Г(k)可以写为：

将式(10)与式(3)联立可得距离电缆首端k处的输入阻抗可表示为：

于是可得出电缆首端(k＝0)处的输入阻抗为：

通过对电缆首端的输入阻抗谱进行分析可以得到缺陷点的位置信息，输入阻抗谱的实部、虚部、幅值、相位均可对缺陷点进行定位，主要取输入阻抗谱的实部进行分析，

对式(13)使用欧拉公式展开可得：

仅考虑输入阻抗谱的实部，与式(8)联立可得：

利用离散傅立叶变换对输入阻抗谱进行处理，可通过找寻局部缺陷处和电缆末端处反射所对应的位置来实现对电缆缺陷、末端的定位。

4.根据权利要求1所述的基于电磁耦合注入的电力电缆局部缺陷在线定位方法，其特征在于，所述基础定位步骤中，电缆局部缺陷的存在会造成电缆物理结构或者电气性能发生变化，以电缆电容发生微弱变化为表征，因此可用输入阻抗谱对含有局部缺陷的电缆进行建模分析，并根据上述所述定位方法实现对电缆缺陷的定位，然而，若直接使用DFT算法对输入阻抗进行处理，则会带来数据截断和栅栏效应，这会大大降低对电缆缺陷的识别灵敏度，为提高对电缆缺陷点处的识别灵敏度，采用Kaiser窗函数对输入阻抗实部的DFT谱进行加窗处理，处理方式为：Z'＝real(Z(0))·Kaiser(N,β) (14)

式中：real(Z(0))是输入阻抗的实部；N是采样点数；β是控制Kaiser窗函数的旁瓣衰减系数，当局部缺陷较微弱时，可以通过增大β的值来提高电缆局部缺陷的分辨率。