脈衝法電纜故障測尋仿真方法
2023-06-30 08:11:46 1
專利名稱：脈衝法電纜故障測尋仿真方法
技術領域：
本發明涉及電力系統仿真技術，特別是涉及一種脈衝法電纜故障測尋仿真方法。
背景技術：
電纜是大型城市電網輸送電力的關鍵設備。電纜運行中發生絕緣不合格缺陷會造成電纜不能正常輸送電力而導致大面積停電的可能性。電纜故障測尋是電力系統電纜相關技術研究、運行缺陷檢測、實施狀態檢修的重要手段。電纜故障測尋有多種方法，其中脈衝法全自動電纜故障測尋是其中的一種，脈衝法是向故障電纜發射低壓脈衝的測距方法，適合於電纜斷線和低阻故障測尋。目前，對於脈衝法電纜故障測尋技術，一般是通過基於物理設備的測尋技術，由於使用物理設備，需要佔用大量場地設施，而且需要配備物理設備導致成本高，需要到電纜現場進行測尋的效率低。
發明內容
基於此，有必要針對傳統的脈衝法電纜故障測尋技術成本高、效率低的問題，提供一種脈衝法電纜故障測尋仿真方法。一種脈衝法電纜故障測尋仿真方法，包括如下步驟利用虛擬實境技術建立電纜三維模型，並根據被測電纜的特性參數建立脈衝信號在電纜中傳輸的傳輸模型；利用虛擬實境技術虛擬出電纜故障測尋儀器的三維外殼，並在該三維外殼上設定三維按鍵以及三維顯示屏；響應用戶通過所述三維按鍵輸入的指令，根據預存的脈寬參數生成入射脈衝信號;根據所述傳輸模型計算所述入射脈衝信號與相應的反射脈衝之間的時間差值，並將所述入射脈衝和反射脈衝的波形在所述三維顯示屏上進行顯示；根據所述時間差值計算電纜故障點的位置，將所述故障點在電纜三維模型上對應位置進行顯示。上述脈衝法電纜故障測尋仿真方法，仿真脈衝法電纜故障測尋的過程，與虛擬實境技術相結合，通過建立可視化的電纜模型和儀器模型，在仿真試驗過程中可以實現可視化的展示，實現了可視化的電纜故障測尋仿真，為電纜故障排除提供了重要的直觀參考，確保了供電的安全性，提高了保障工作的效率，具有極高的推廣價值。
圖I為一個實施例的脈衝法電纜故障測尋仿真方法流程圖；圖2為電纜的等效電路圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的脈衝法電纜故障測尋仿真方法的具體實施方式
作詳細描述。圖I示出了一個實施例的脈衝法電纜故障測尋仿真方法流程圖，主要包括如下步驟步驟S100、利用虛擬實境技術建立電纜三維模型，並根據被測電纜的特性參數建立脈衝信號在電纜中傳輸的傳輸模型；步驟S200、利用虛擬實境技術虛擬出電纜故障測尋儀器的三維外殼，並在該三維外殼上設定三維按鍵以及三維顯示屏；步驟S300、響應用戶通過所述三維按鍵輸入的指令，根據預存的脈寬參數生成入射脈衝信號；步驟S400、根據所述傳輸模型計算所述入射脈衝信號與相應的反射脈衝之間的時 間差值，並將所述入射脈衝和反射脈衝的波形在所述三維顯示屏上進行顯示；步驟S500、根據所述時間差值計算電纜故障點的位置，將所述故障點在電纜三維模型上對應位置進行顯示。為了更加清晰本發明的技術，下面闡述較佳實施例。對於步驟SlOO中，利用虛擬實境技術建立電纜三維模型的過程具體地，以被測電纜為原型，按照各部件的比例及顏色，利用3DMAX軟體虛擬出電纜三維模型，其中，所述電纜三維模型由三相構成，包括兩側三相電纜頭、接線端、外護套、鎧裝層、接地線、支架部件。對於步驟SlOO中，根據被測電纜的特性參數建立脈衝信號在電纜中傳輸的傳輸模型的過程首先，對電纜在運行過程中的特性數據進行分析，獲取由電阻、電導、電感和電容組成的等效電路；具體地，對電纜在運行過程進行監測，讀取其實時運行的典型數據，典型數據進行分析，建立關於電纜的由電阻、電導、電感和電容組成的等效電路；由於脈衝行波在電纜傳輸過程中，受到電纜本身電場的影響，將電纜分解成電阻、電導、電感和電容組成的等效電路，如圖2所示，圖中Rtl為單位長度的電阻，L0為單位長度的電感，G0為單位長度的電納，R0, G0的存在會導致波形產生衰減，當RfO、G0=O時，電纜為無損電纜，通過等效電路可以實現對電纜特性的高度仿真，提高仿真測尋的準確性。然後，根據所述等效電路獲取脈衝信號在電纜中傳輸的波速的計算公式及波形衰減係數；例如，對於無損電纜來說，其波速V =.小/。對於單導線架空線路來說，其V =扣(μ0ε0)，其中,μ C1為導磁係數，Stl為介電常數。對於步驟S200中，利用虛擬實境技術虛擬出電纜故障測尋儀器的三維外殼，並在該三維外殼上設置三維按鍵以及三維顯示屏的過程，主要是製作儀器的三維外殼、三維部件，並設定部件的功能，具體包括首先，以電纜故障測尋儀器的外部結構為原型，利用3DMAX軟體虛擬出儀器的三維外殼；
具體地，採用3DMAX商業軟體按照FH-8630型電纜故障測尋儀器的長、寬、高的比例關係建立檢測儀器三維外殼，依據外殼的長、寬比例及在儀器上的位置，在儀器的三維外殼上帖深色底圖。然後，在所述三維外殼上虛擬出三維按鍵、三維顯示屏圖形；其中，三維按鍵包括電源開關、測試按鍵、數字鍵等，另外，為了達到更加逼真的虛擬效果，還可以製作其它如連接頭，測量接線、測量接地等插頭部件。第三，建立一個平面坐標系，在該坐標系內設定所述三維按鍵圖形的區域為滑鼠事件的作用範圍，設定所述三維顯示屏為波形顯示範圍；具體地，以儀器正面矩形的左下角為原點，建立平面坐標系，在該坐標系內定義為每個三維按鍵、三維顯示屏定義一個矩形去作為作用範圍用於響應滑鼠事件；以滑鼠點擊該矩形範圍為設定事件的觸發指令，三維顯示屏可以在其區域內顯示波形圖形；
通過建立所述三維按鍵與輸入的操作指令之間的對應關係，以三維按鍵代替選擇鍵和數據輸入框等，使得儀器仿真的指令、數據輸入都通過以實際按鍵為原型的三維按鍵來進行輸入，同時，將儀器仿真數學模型的輸出數據在三維顯示屏外接矩形所確定的坐標範圍內進行顯示，通過上述方式，實現了對儀器操作高度的可視化展示，解決了傳統的選擇按鍵、輸入框等可視化低的缺陷。進一步，考慮行波法在電纜故障定位過程中收電纜衰減的影響，還可以設置不同的寬度的脈衝信號來進行故障測尋，提高故障測尋的準確性，具體地，在所述三維外殼上設定三維調節旋鈕，響應用戶通過所述三維調節旋鈕輸入的調檔指令，從所述預存的參數中選擇對應的脈寬參數，生成入射脈衝信號；作為一個實施例，選擇脈衝寬度參數與被測電纜長度的關係如下當被測電纜為100(Γ9999米時，可以選擇O. 2微秒脈衝的脈寬參數；當被測電纜為1000(Tl9999米時，可以選擇2微秒脈衝的脈寬參數；當被測電纜為20000米以上時，可以選擇4微秒脈衝的脈寬參數。對於步驟S300、響應用戶通過所述三維按鍵輸入的指令，根據預存的脈寬參數生成入射脈衝信號；具體地，主要是在進行仿真試驗過程中，利用儀器三維模型來進行控制指令、數據輸入及輸出數據顯示(包括各種測量值、波形等)，從而實現仿真試驗的高度可視化；作為一個實施例，首先將電纜三維模型和儀器三維模型導入到基於虛擬實境技術虛擬場景中；其中，該虛擬場景是以電纜所在的場景為原型，採用3DMAX商業軟體進行仿真的三維場景模型。然後在該三維場景模型中使用儀器三維模型進行電纜故障測尋；當需要顯示波形圖形時，將入射脈衝和反射脈衝的波形圖形跟隨三維顯示屏的顯示範圍內進行顯示，入射脈衝的波形經過波形衰減係數後，獲得反射脈衝波形。通過上述方式，相對於通過選擇按鍵的形式，更具有逼真的可視化效果；相對於固定的波形顯示方式，更具有逼真的可視化效果。對於步驟S500中，根據所述時間差值計算電纜故障點的位置的過程，根據各個參數量，利用如下公式進行計算故障距離，確定故障位置
T Al * VL =-
2
式中，L為故障點的距離，At為時間差值，V為脈 衝在電纜中的傳輸速度。對於步驟S500中，將故障點在電纜三維模型上對應位置進行顯示；具體地，由於電纜三維模型為按比例縮小，所以根據實際故障點的位置，然後在電纜三維模型上計算出相應位置，然後在該位置上進行高亮顯示，從而可以實現故障點的實時可視化效果。本發明的技術方案以高度的沉浸感和良好的交互性為特徵的虛擬實境技術，獲取逼真的人工模擬環境，有效地模擬人在實驗環境中各種感知系統的行為，實現高度可視化的電纜故障測尋仿真，提高了故障排除的工作效率，本發明的技術已經在電網系統中得到廣泛應用，並且已經取得了相當好的效果，在仿真安全培訓教育，電纜的運行工況及故障狀態進行監測方面，能帶來極好的效果，具有積極的意義。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種脈衝法電纜故障測尋仿真方法，其特徵在於，包括以下步驟 利用虛擬實境技術建立電纜三維模型，並根據被測電纜的特性參數建立脈衝信號在電纜中傳輸的傳輸模型； 利用虛擬實境技術虛擬出電纜故障測尋儀器的三維外殼，並在該三維外殼上設定三維按鍵以及三維顯示屏； 響應用戶通過所述三維按鍵輸入的指令，根據預存的脈寬參數生成入射脈衝信號； 根據所述傳輸模型計算所述入射脈衝信號與相應的反射脈衝之間的時間差值，並將所述入射脈衝和反射脈衝的波形在所述三維顯示屏上進行顯示； 根據所述時間差值計算電纜故障點的位置，將所述故障點在電纜三維模型上對應位置進行顯示。
2.根據權利要求I所述的脈衝法電纜故障測尋仿真方法，其特徵在於，所述利用虛擬實境技術建立電纜三維模型步驟包括 以被測電纜為原型，按照各部件的比例及顏色，利用3DMAX軟體虛擬出電纜三維模型，其中，所述電纜三維模型由三相構成，包括兩側三相電纜頭、接線端、外護套、鎧裝層、接地線、支架部件。
3.根據權利要求I所述的脈衝法電纜故障測尋仿真方法，其特徵在於，所述根據被測電纜的特性參數建立脈衝信號在電纜中傳輸的傳輸模型步驟包括 對脈衝信號在電纜中暫態行波過程進行分析，獲取由電阻、電導、電感和電容組成的等效電路； 根據所述等效電路獲取脈衝信號在電纜中傳輸的波速的計算公式及波形衰減係數。
4.根據權利要求I所述的脈衝法電纜故障測尋仿真方法，其特徵在於，所述利用虛擬實境技術虛擬出電纜故障測尋儀器的三維外殼，並在該三維外殼上設置三維按鍵以及三維顯示屏步驟具體包括 以電纜故障測尋儀器的外部結構為原型，利用3DMAX軟體虛擬出儀器的三維外殼； 在所述三維外殼上虛擬出三維按鍵、三維顯示屏圖形； 建立一個平面坐標系，在該坐標系內設定所述三維按鍵圖形的區域為滑鼠事件的作用範圍，設定所述三維顯示屏為波形顯示範圍。
5.根據權利要求I所述的脈衝法電纜故障測尋仿真方法，其特徵在於，還包括 在所述三維外殼上設定三維調節旋鈕，響應用戶通過所述三維調節旋鈕輸入的調檔指令，從所述預存的參數中選擇對應的脈寬參數，生成入射脈衝信號。
6.根據權利要求I所述的脈衝法電纜故障測尋仿真方法，其特徵在於，所述響應用戶通過所述三維按鍵輸入的指令，根據預存的脈寬參數生成入射脈衝信號步驟包括 將電纜三維模型和儀器三維模型導入到基於虛擬實境技術虛擬場景中；其中，該虛擬場景是以電纜所在的場景為原型，採用3DMAX商業軟體進行仿真的三維場景模型； 然後在該三維場景模型中使用儀器三維模型對電纜三維模型進行仿真測尋。
7.根據權利要求I所述的脈衝法電纜故障測尋仿真方法，其特徵在於，所述根據所述 時間差值計算電纜故障點的位置步驟包括式中，L為故障點的距離，At為時間差值，V為脈衝在電纜中的傳輸速度。
8.根據權利要求I所述的脈衝法電纜故障測尋仿真方法，其特徵在於，還包括根據所述故障點的位置對電纜進行故障排除。
全文摘要
本發明提供一種脈衝法電纜故障測尋仿真方法，該方法包括建立電纜三維模型，並根據被測電纜的特性參數建立脈衝信號在電纜中傳輸的傳輸模型；虛擬出電纜故障測尋儀器的三維外殼，並在該三維外殼上設定三維按鍵以及三維顯示屏；響應用戶通過三維按鍵輸入的指令，根據預存的脈寬參數生成入射脈衝信號；根據傳輸模型計算入射脈衝信號與反射脈衝之間的時間差值，並將入射脈衝和反射脈衝的波形在三維顯示屏上進行顯示；根據時間差值計算故障點位置，將故障點在電纜三維模型上對應位置進行顯示。本發明的技術，實現了可視化的電纜故障測尋仿真，為電纜故障排除提供了重要的直觀參考，確保了供電的安全性，提高了保障工作的效率，具有極高的推廣價值。
文檔編號G01R31/11GK102809716SQ20121029250
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月15日 優先權日2012年8月15日
發明者覃煜, 王勇, 陸國俊, 黃炎光, 熊俊, 黃慧紅, 黃青丹, 宋浩永 申請人:廣州供電局有限公司