專(zhuān)利名稱(chēng)：行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電纜局部放電檢測(cè)技術(shù)，特別涉及一種行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法及裝置。
背景技術(shù)：
傳輸線路如電力電纜、光纖，發(fā)生故障時(shí)會(huì)表現(xiàn)出不同程度物理特性的改變。傳輸線路進(jìn)行故障點(diǎn)測(cè)量的目的首先是要了解傳輸線路正常使用時(shí)所表現(xiàn)出的特征情況，與當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下的特征值進(jìn)行比對(duì)，第二是如果發(fā)現(xiàn)異常情況，則要找出故障點(diǎn)的所在位置。 對(duì)于運(yùn)行中的傳輸線路可以將放電嚴(yán)重的部分更換掉，確保線路安全運(yùn)行；對(duì)于正在制造中的傳輸介質(zhì)若發(fā)現(xiàn)某段有嚴(yán)重缺陷后，一方面可以發(fā)現(xiàn)工藝中的問(wèn)題，另一方面可以去除不合要求的那段長(zhǎng)度，不至于造成整盤(pán)傳輸介質(zhì)的報(bào)廢。而傳輸線路故障定位是排除傳輸線路故障的前提條件，準(zhǔn)確的傳輸線路故障定位可以縮短發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)的時(shí)間，有利于快速排除故障，減小由傳輸線路故障帶來(lái)的損失?，F(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的定位方法復(fù)雜多樣，目前運(yùn)用于故障定位的方法主要有以下幾種行波法故障定位、用于電力電纜能量搜索算法故障定位和運(yùn)用于電話(huà)電纜的 GPS故障行波定位方法等。能量搜索算法對(duì)電力電纜進(jìn)行定位的方法，定位誤差為厘米級(jí)，但當(dāng)故障點(diǎn)產(chǎn)生的信號(hào)在傳播路徑中發(fā)生折、反射時(shí)，該法定位的有效性較差。GPS故障行波定位方法對(duì)電話(huà)電纜進(jìn)行故障定位，是基于雙端行波法一種定位方法。在線路雙端檢測(cè)故障產(chǎn)生的初始行波，利用行波到達(dá)雙端的時(shí)間差和波速通過(guò)計(jì)算來(lái)得到故障距離。而雙端行波法的關(guān)鍵問(wèn)題是要解決時(shí)間同步的問(wèn)題，相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家提出利用GPS的同步時(shí)鐘輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)兩端定位裝置精確到一微秒的時(shí)間同步。但兩端需要通訊聯(lián)系和GPS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，投資比較大。行波法故障定位主要包括單端行波法和雙端行波法。而其中由于單端行波法定位的成本比雙端行波法定位的成本低，目前已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用。參見(jiàn)圖1所示，圖1是采用單端行波法定位中的線路的信號(hào)傳輸模型結(jié)構(gòu)示意圖， 入射波的傳輸路徑為D到A，反射波的傳輸路徑為D到B (B處發(fā)生反射)再到A，采集信號(hào)的裝置均在A端。電纜長(zhǎng)度L = Γι+Γ2,則入射波的傳輸距離為r1;反射波的傳輸距離為 (r!+2r2)。參見(jiàn)圖2所示，由于單端行波法定位運(yùn)用到的參數(shù)除了線路長(zhǎng)度L，波形在線路中的傳輸波速V這兩個(gè)可測(cè)量的參數(shù)外，最重要的是在同一端接收到入射脈沖與反射脈沖之間的定位時(shí)間差ΔΤ。所以準(zhǔn)確計(jì)算ΔΤ成為了單端行波法定位精度的關(guān)鍵。由于多數(shù)反射回波不是穩(wěn)態(tài)連續(xù)波，能量不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致不易檢測(cè)存在定時(shí)上的誤差。波形在線路的傳輸過(guò)程中采集到的信號(hào)有入射波、反射波、入射波的反射波、反射波的反射波和其它干擾信號(hào)，現(xiàn)有的單端行波法定位中，計(jì)算時(shí)間差的方法，通常是測(cè)量信號(hào)具有特征的某一點(diǎn)的時(shí)間，然后直接將不同接收點(diǎn)的對(duì)應(yīng)時(shí)間進(jìn)行相減，很難做到采集到的原始信號(hào)與反射信號(hào)之間的同步，由同一個(gè)故障點(diǎn)產(chǎn)生的入射波和反射波很難匹配正確，受干擾的影響經(jīng)常出現(xiàn)虛假的特征點(diǎn)，從而影響時(shí)延的測(cè)量精度，容易導(dǎo)致計(jì)算存在誤差，使得所計(jì)算入射波與反射波之間的時(shí)間差的結(jié)果準(zhǔn)確性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法及裝置，解決了目前單端行波法定位過(guò)程中所計(jì)算入射波與反射波之間的時(shí)間差的結(jié)果準(zhǔn)確性較低的問(wèn)題。一種行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，包括以下步驟將用于定位的特征參數(shù)生成采樣點(diǎn)的圖形；分別將所述圖形中的波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖，然后在所述圖形中查找與該入射脈沖匹配的波形；根據(jù)該匹配波形與入射脈沖計(jì)算入射波與反射波的時(shí)間差。一種行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的裝置，包括圖形生成單元，用于將用于定位的特征參數(shù)生成采樣點(diǎn)的圖形；脈沖匹配單元，用于分別將所述圖形中的波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖，然后在所述圖形中查找與該入射脈沖匹配的波形；時(shí)間差計(jì)算單元，用于根據(jù)該匹配波形與入射脈沖計(jì)算入射波與反射波的時(shí)間差。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的技術(shù)，從采集到的入射波及反射波的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用入射脈沖與反射脈沖之間的特征聯(lián)系來(lái)確定脈沖對(duì)間的時(shí)間差，計(jì)算出單端行波法定位中所需的入射波與反射波之間的時(shí)間差，得到的時(shí)間差的參數(shù)值的結(jié)果更加準(zhǔn)確，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，無(wú)需測(cè)試人員靠經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)去標(biāo)定入射波與反射波，便于工作人員判斷，避免了因人為失誤而造成的經(jīng)濟(jì)損失，降低了人力消耗的成本。


圖1所示的為線路的信號(hào)傳輸模型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用于定位的特征參數(shù)的基本信息示意圖；圖3是本發(fā)明的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法流程示意圖；圖4是行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；圖5是實(shí)施例中的多維數(shù)組的示意圖；圖6是實(shí)施例中的匹配脈沖對(duì)過(guò)程的流程示意圖；圖7是本發(fā)明的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的技術(shù)，在于計(jì)算ΔΤ過(guò)程中，與常規(guī)的行波法定位采用脈沖形式的入射波進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算入射波對(duì)應(yīng)的入射脈沖與相應(yīng)的反射脈沖之間的時(shí)間差即可以確定入射波與反射波之間的時(shí)間差。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法作詳細(xì)描述。一種行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，如圖3所示，包括步驟將用于定位的特征參數(shù)生成采樣點(diǎn)圖形，該圖形包括了入射脈沖的波形與反射脈沖的波形；分別將所述圖形中的波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖，然后在所述圖形中查找與該入射脈沖匹配的波形(即反射脈沖)；根據(jù)該匹配波形與入射脈沖計(jì)算入射波與反射波的時(shí)間差。為了更加清晰本發(fā)明的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，下面結(jié)合附圖和較佳實(shí)施例作更詳細(xì)的闡述。在一實(shí)施例中，對(duì)于所述分別將所述圖形中的波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖過(guò)程，進(jìn)一步地，首先將所述圖形中的波峰按皮庫(kù)量的大小進(jìn)行排序；然后以波峰皮庫(kù)量的降序，分別將所述波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖。當(dāng)傳輸線路為電力電纜時(shí)，信號(hào)的幅值用皮庫(kù)量表征，皮庫(kù)量是表征電力電纜故障嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。參見(jiàn)圖4，圖4是本實(shí)施例的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法流程示意圖，包括Si、將用于定位的特征參數(shù)生成采樣點(diǎn)的圖形；優(yōu)選地，將上述定位參數(shù)在界面上顯示，生成采樣點(diǎn)的圖形，縱軸表示皮庫(kù)量，橫軸表示采樣點(diǎn)，便于后面查找入射脈沖及其匹配的反射脈沖；其中，所述特征參數(shù)可以包括波速、衰減系數(shù)、電纜長(zhǎng)度、電纜接頭的位置
等參數(shù)。S2、對(duì)生成的圖形進(jìn)行濾波預(yù)處理；具體地，由于定位參數(shù)中不僅包括有用信號(hào) (故障位置產(chǎn)生的信號(hào))還包括隨機(jī)噪聲，各種干擾造成的干擾信號(hào)，所以，在將所述圖形中的波峰按皮庫(kù)量的大小進(jìn)行排序前，對(duì)圖形進(jìn)行濾波預(yù)處理可以濾除這些干擾信號(hào)，優(yōu)選地，濾波預(yù)處理包括小波濾波、帶通濾波或閾值去噪。在本實(shí)施例中，采用閾值去噪的方式，預(yù)設(shè)閥值判決上述圖形，將低于所述預(yù)設(shè)閥值的波形濾除，即只對(duì)閾值及其以上的波形進(jìn)行處理。對(duì)于預(yù)設(shè)閾值，可以根據(jù)本專(zhuān)利使用者的實(shí)際情況而定，其原則是去掉干擾信號(hào)的同時(shí)盡可能多的保留有用信號(hào)。例如，若預(yù)設(shè)閾值為a，濾除特征參數(shù)中皮庫(kù)量小于a的數(shù)據(jù)，則結(jié)合顯示的圖形， 找出所有大于等于a的波峰，其中，a值的確定可以從特征參數(shù)中，局部放電信號(hào)量大于零的數(shù)據(jù)求平均值再乘以6即為特征閥值a。對(duì)于波峰的確定方法，可以如下即波峰的前一個(gè)點(diǎn)和后一點(diǎn)均小于波峰的值，查找波峰的方法也可以直接調(diào)用matlab中的求峰值點(diǎn)的算法。通過(guò)在排序前對(duì)圖形作進(jìn)一步濾波預(yù)處理，消除了隨機(jī)干擾和噪聲對(duì)計(jì)算過(guò)程的影響。S3、將經(jīng)過(guò)濾波預(yù)處理的圖形中的波峰按皮庫(kù)量的大小進(jìn)行排序；優(yōu)選地，為了便于后面查找入射脈沖及其匹配的反射脈沖，可以以多維數(shù)組的形式保存排序后的波峰，如圖5所示，設(shè)置一個(gè)N行3列的數(shù)組，標(biāo)識(shí)符N為對(duì)圖形進(jìn)行閾值去噪處理后保留下來(lái)的波峰的個(gè)數(shù)，采樣點(diǎn)數(shù)η是局部放電信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)目，皮庫(kù)量P是波峰的皮庫(kù)量值。S4、匹配脈沖對(duì)；具體地，按照波峰皮庫(kù)量大小的降序，先后分別將波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖，然后在采樣點(diǎn)的圖形中查找與該入射脈沖匹配的波形(即反射脈沖)，即可得到波形匹配的入射脈沖與反射脈沖的脈沖對(duì)。對(duì)于具體匹配過(guò)程，優(yōu)選地，可以利用信號(hào)與信息處理中的相關(guān)性分析和線性近似來(lái)確定脈沖對(duì)，具體如下提取采樣點(diǎn)的圖形中的入射脈沖的波形與其它波峰對(duì)應(yīng)的波形；其中波峰對(duì)應(yīng)的左邊一個(gè)零點(diǎn)和右邊第二個(gè)零點(diǎn)之間的波形即為該波峰對(duì)應(yīng)的波形。利用相關(guān)函數(shù)計(jì)算該入射脈沖波形所述其它波峰的波形之間的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)該相關(guān)系數(shù)查找與該入射脈沖匹配的波形。對(duì)于根據(jù)相關(guān)函數(shù)查找反射脈沖方法，具體地，在相關(guān)系數(shù)小于1的波形中，相關(guān)系數(shù)值最大的波形即為反射脈沖。進(jìn)一步地，可以在計(jì)算入射脈沖與其它波峰對(duì)應(yīng)的波形的相關(guān)函數(shù)前，先計(jì)算該入射脈沖和其它波峰對(duì)應(yīng)的波形之間的波形衰減系數(shù)，根據(jù)該波形衰減系數(shù)確定符合所述匹配要求的波形，縮小匹配的范圍。更進(jìn)一步地，還可以在計(jì)算波形衰減系數(shù)前先將反射脈沖的匹配時(shí)間間隔范圍設(shè)置為(0，2L/V)，縮小匹配的范圍。下面對(duì)本實(shí)施例的匹配脈沖對(duì)過(guò)程做詳細(xì)描述，參見(jiàn)圖6所示，圖6是優(yōu)選的匹配脈沖對(duì)過(guò)程的流程圖。S401、提取入射脈沖波形與其它波峰對(duì)應(yīng)的波形；其中，將入射脈沖波形表示為 X1 (t)，將其它波峰的波形表示為\ (t)。S402、將匹配的時(shí)間間隔范圍鎖定在(0，2L/V)，即限定入射脈沖與反射脈沖之間相差的點(diǎn)數(shù)在(0，2L/VAt)之內(nèi)；根據(jù)波形在電纜中的傳輸理論，反射脈沖是由入射脈沖在阻抗不匹配的地方發(fā)生反射，方向發(fā)生改變的波形。反射脈沖與入射脈沖之間的絕對(duì)距離不會(huì)超過(guò)線路的兩倍長(zhǎng)度，當(dāng)且僅當(dāng)故障位置在始端時(shí)，兩個(gè)脈沖之間的絕對(duì)距離才會(huì)為2L，即入射脈沖與反射脈沖的時(shí)間間隔應(yīng)在(0，2L/V)內(nèi)，在這之外的波形可能為入射脈沖的反射脈沖、反射脈沖的反射脈沖或干擾信號(hào)。通過(guò)上述限制，我們保留了有用信號(hào)的脈沖對(duì)，也去除了其它一些背景噪聲，這樣就可以縮小匹配的范圍。S403、計(jì)算波形衰減系數(shù)，即計(jì)算波形在電纜中傳輸?shù)乃p系數(shù)；由于波形在電纜的傳播過(guò)程中受到電阻損耗、介質(zhì)損耗、集膚效應(yīng)的影響會(huì)產(chǎn)生衰減，其衰減系數(shù)用局部放電量與傳輸距離的關(guān)系來(lái)表征 = ‘ 2_
2 -O1其中，波形α為衰減系數(shù)，隊(duì)、仏分別是波形在電纜中傳播的前后局部放電量，S2、 S1波形在電纜中傳播的前后的位置。S404、確定符合衰減要求的波形，具體地，在上述限定的時(shí)間間隔(0，2L/V)范圍內(nèi)，根據(jù)該波形衰減系數(shù)α確定符合所述匹配波形要求的波形，其算式可以表示如下
權(quán)利要求
1.一種行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，其特征在于，包括將用于定位的特征參數(shù)生成采樣點(diǎn)的圖形；分別將所述圖形中的波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖，然后在所述圖形中查找與該入射脈沖匹配的波形；根據(jù)該匹配波形與入射脈沖計(jì)算入射波與反射波的時(shí)間差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，其特征在于，在所述分別將所述圖形中的波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖過(guò)程進(jìn)一步包括將所述圖形中的波峰按皮庫(kù)量的大小進(jìn)行排序，以波峰皮庫(kù)量的降序，分別將所述波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，其特征在于，在將所述圖形中的波峰按皮庫(kù)量的大小進(jìn)行排序前，還包括對(duì)所述圖形進(jìn)行濾波處理；所述濾波處理的方式包括小波濾波、帶通濾波或閾值去噪；其中，所述閾值去噪為預(yù)設(shè)閥值判決所述圖形，將低于所述預(yù)設(shè)閥值的波形濾除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，其特征在于，所述匹配過(guò)程包括步驟提取入射脈沖的波形和其它波峰的波形；利用相關(guān)函數(shù)計(jì)算該入射脈沖的波形與其它的波峰波形之間的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)所述相關(guān)系數(shù)查找與該入射脈沖匹配的波形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述相關(guān)系數(shù)查找與該入射脈沖匹配的波形的方法包括在與入射脈沖的相關(guān)系數(shù)小于1的匹配波形中，選擇相關(guān)系數(shù)值最大的波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，其特征在于，所述計(jì)算入射脈沖和其他波形的相關(guān)函數(shù)前還包括計(jì)算波形在電纜中傳輸?shù)乃p系數(shù)，根據(jù)該波形衰減系數(shù)確定符合所述匹配波形衰減要求的波形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，其特征在于，所述計(jì)算波形衰減系數(shù)前還包括將反射脈沖的匹配的時(shí)間范圍設(shè)置為(0，2L/V)，其中，L為電纜長(zhǎng)度，V為波形在電纜中的傳播速度。
8.一種行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的裝置，其特征在于，包括圖形生成單元，用于將用于定位的特征參數(shù)生成采樣點(diǎn)的圖形；脈沖匹配單元，用于分別將所述圖形中的波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖，然后在所述圖形中查找與該入射脈沖匹配的波形；時(shí)間差計(jì)算單元，用于根據(jù)該匹配波形與入射脈沖計(jì)算入射波與反射波的時(shí)間差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的裝置，其特征在于，在所述脈沖匹配單元前還連接波峰排序單元，所述波峰排序單元用于將所述圖形中的波峰按皮庫(kù)量的大小進(jìn)行排序；在所述波峰排序單元前進(jìn)一步還連接濾波單元，所述濾波單元用于對(duì)所述圖形進(jìn)行濾波處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的裝置，其特征在于，所述脈沖匹配單元包括波形提取模塊，用于提取入射脈沖的波形和其它波峰的波形； 衰減處理模塊，用于計(jì)算波形在電纜中傳輸?shù)乃p系數(shù)，根據(jù)該波形衰減系數(shù)確定符合所述匹配波形衰減要求的波形；相關(guān)處理模塊，用于利用相關(guān)函數(shù)計(jì)算該入射脈沖的波形與其它的波峰對(duì)應(yīng)的波形之間的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)所述相關(guān)系數(shù)查找與該入射脈沖匹配的波形。
全文摘要
一種行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的方法，包括將用于定位的特征參數(shù)生成采樣點(diǎn)的圖形；將所述圖形中的波峰對(duì)應(yīng)的波形設(shè)為入射脈沖，然后在所述圖形中查找與該入射脈沖匹配的波形；根據(jù)該匹配波形與入射脈沖計(jì)算入射波與反射波的時(shí)間差。本發(fā)明還提供一種行波法定位中計(jì)算入射波與反射波時(shí)間差的裝置，通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)，計(jì)算出單端行波法定位中所需的入射波與反射波之間的時(shí)間差，得到的時(shí)間差的參數(shù)值的結(jié)果更加準(zhǔn)確，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，無(wú)需測(cè)試人員靠經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)去標(biāo)定入射波與反射波，便于工作人員判斷，避免了因人為失誤而造成的經(jīng)濟(jì)損失，降低了人力消耗的成本。
文檔編號(hào)G01R31/11GK102426323SQ20111033914
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者葉加驊, 寧宇, 熊俊, 田立斌, 陸國(guó)俊 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 廣東電網(wǎng)公司廣州供電局