一种基于频率响应的电缆故障类型识别系统

技术领域

一种应用于电缆绝缘和缺陷诊断的改进IFFT算法，属于电缆故障诊断领域，具体涉及通过同轴电缆的阻抗、相位谱数据分析提取出电缆运行状态相关信息，进而实现电缆故障类型识别的一种方法。

背景技术

在传统的频域法诊断电缆故障中采用傅里叶反变换（IFFT）算法较多，傅里叶反变换等传统算法存在运算量大，对数据处理精度低等问题。改进的IFFT算法省去了对序列变址处理的时间，提升了算法运算能力，提高了软件对数据处理的精度和速度，降低冗余时间，提升硬件整体性能。目前针对电缆故障的检测手段以行波法为主，常见方法有脉冲电流测试法(impulse current experimentation，ICE)、时域反射法(time domainreflectometry，TDR)。ICE 法虽能检测电缆高阻故障，但需施加高压将故障点击穿，且其测试精度极易受到外界电磁干扰的影响。而TDR法是一种无损测试方法，因其测试设备便携被广泛应用于电缆故障检测中。TDR 法通过入射脉冲信号与反射脉冲信号的时间差实现电缆故障定位，但由于所注入脉冲信号的高频信号成分较少、信号传播过程中衰减和色散效应、现场电磁干扰的影响，使得TDR法的测试精度较低。现今，逐步兴起的频域反射法(frequency domain reflectometry，FDR) 因采用扫频信号，入射波的高频成分较多，使其在定位方面比传统的TDR法更具优势。虽已有学者运用 IFFT算法在电缆故障诊断上进行探究，但是由于算法存在一定的局限性，没有对故障类型进行精确识别。 要实现对电缆故障类型精确识别，必定要改进诊断算法。

发明内容

为了保障电缆安全稳定地运行，精确识别电缆存在的故障类型，本发明提出了一种应用于识别电缆故障类型的改进IFFT算法。将传统需要倒位序的IFFT算法进行改进，实现不需要对序列进行变址处理就可得到其自然序输入-自然序输出的IFFT变换，实现对电缆故障的精确识别，监测电缆的运行状态。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种应用于识别电缆故障类型的改进IFFT算法，其特征在于：改进倒位序节算法，不需要对序列进行变址处理就可得到其自然序输入-自然序输出，所述改进傅里叶IFFT算法包括以下步骤。

S11：电缆的一次传播参数包括单位长度的电阻

S12： 电缆的二次传播参数包括波阻抗

S13：电缆在位置

S14：长度为

进一步地，所述电缆频域特性计算方法如下。

S21：末端开路的电缆阻抗在

S22：长度为

S23：电缆的幅频特性和相频特性可以表示为：

进一步地，所述故障电缆频域特性计算方法如下。

S31：电缆首端和在故障处的阻抗为：

S32：对应的反射系数分别为：

本发明提出的一种识别电缆故障类型的算法，有益效果在于：本发明在IFFT的基础上对改进倒位序节算法，建立不需倒位序的基-4 IFFT 算法，在很大程度上能精确识别电缆的故障类型。

图1为本发明结构框图。

图2为按时间抽选基-4 IFFT算法流图。

图3为加入基4-IFFT实时波形解析算法图。

图4为相频及幅频特性原始数据在线存储调用图。

图5为电缆分布参数示意图。

图6为本发明电缆开路故障频域波形。

图7为本发明电缆短路故障频域波形。

图8为本发明电缆高阻故障频域波形。

图9为本发明电缆低阻故障频域波形。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

当电缆处于开路故障时，对于输入阻抗幅值谱图，开路故障的存在会导致输入阻抗幅值增大，谐振点偏移，谐振周期变大；对于输入阻抗相位谱图，开路故障虽然会使其谐振周期变大，但并不会改变其初始相位值，初始相位值仍为-90°。

当电缆处于短路故障时，对于输入阻抗幅值谱图，短路故障的存在会导致其输入阻抗幅值增大，谐振点偏移，谐振周期增大；对于输入阻抗相位谱图，短路故障会使其谐振周期变大，与开路故障不同的是，短路故障的存在会使其初始相位值发生180°的转变，即为+90°。

当电缆处于高阻故障时，对于输入阻抗幅值谱图，高阻故障的存在会导致输入阻抗幅值与相位发生衰减、振荡，但其谐振规律并不会发生改变。随着高阻故障的加深，输入阻抗幅值与相位的衰减振荡逐渐减弱，且其初始相位值变小，但仍为负值(0°~-90°)。

当电缆处于低阻故障时，对于输入阻抗幅值谱图，低阻故障的存在会导致输入阻抗幅值和相位的衰减、谐振点偏移、谐振周期增大。与高阻故障不同的是，低阻故障会造成相位的转变，且其初始相位值为正值(0°~+90°)。

综上所述，本发明的原理可以概括为，针对电缆故障类型的识别，提出了改进IFFT算法，将传统的IFFT算法需倒位序进行改进，改善了算法冗余性，由于该算法能精确处理数据，所以提高了电缆故障识别的精确度，能有效检测电缆的运行状态。