脉冲电流法电缆故障自动测距技术

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脉冲电流测距法(脉冲电流法)是一种测试安全、击穿成功率高、适用范围广的电缆故障测距方法,但其产生的电流波形复杂,故障点反射脉冲识别困难,至今仍主要依赖人工识别故障点反射脉冲进行测距,对操作人员专业经验要求较高。实现自动测距是脉冲电流法的发展方向,由于脉冲电流测距系统模型欠准确,对信号特征和波形复杂的原因缺乏深入研究,导致现有的自动测距方法主要集中于行波波头的检测,无法克服波形复杂问题,测距效果并不理想。本文介绍了脉冲电流测距系统的构成和工作原理,对该系统进行了建模。针对高压信号发生器,建立了RLC串联的电路模型,并通过测量RLC电路的欠阻尼放电特征和串联谐振特征两种方法对参数进行了量化;针对线性电流耦合器,建立了线圈互感、电感、电阻以及采样电阻串联的电路模型,并通过测量线圈的频率响应特性和分频段参数辨识对参数进行了量化。针对线性电流耦合器传递函数不收敛问题,提出了利用修正后的传递函数实现二次回路计算和仿真方法,实现了脉冲电流法的定量分析。基于模型进一步分析脉冲电流法的行波过程得到:向着故障点运动的故障行波(正向行波)与其对应的故障点反射波(反向行波)之间反极性相似,其时间延时为行波在测量端与故障点之间传播一个来回的时间。根据该特征提出了利用相关系数检测方向行波上故障点反射波的自动测距方法。由于三相电缆健全相长度始终大于等于故障距离,健全相与故障相上同时施加高压信号,健全相反射波首次到达时间始终晚于或等于故障相(故障位于线路末端),根据该特征提出了只利用电流信号构造故障相上方向行波的方法。文章还分析了线性电流耦合器传变特性、线路衰减和色散、并联健全相后测量端反射系数变化对测距精度的影响。证明了利用线性电流耦合器输出电压构造的方向行波依然满足反极性相似的特征;相关法的精度主要受行波在传播过程中的色散影响,信号频率越高其影响越小,文中计算了工程上常用的中压电缆理想的测距信号频段;并联健全相后主要影响测量端杂散电感起作用时的反射情况,测量端有足够能量,因此对本文测距方法影响不大。通过ATP-EMTP的仿真数据以及实际系统的试验数据对得到的结论进行了验证。证明了本文所提脉冲电流测距系统模型、脉冲电流特征分析结论以及故障测距方法的准确性和可行性。本文方法立足于有效解决脉冲电流波形复杂的问题,期待能够减少对工程人员经验的要求,提高电缆维护的效率。
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