基於hht電力電纜長度測量方法
2023-05-13 21:35:26
基於hht電力電纜長度測量方法
【專利摘要】本發明提供一種基於HHT電力電纜長度測量方法，包括：向待測電纜導線的首端傳入低壓脈衝信號並接收所述低壓脈衝信號的反射波信號的步驟；根據希爾伯特-黃變換處理所述反射波信號並形成處理數據的步驟；根據所述處理數據確定傳入所述低壓脈衝信號與接收所述反射波信號之間的時間差的步驟；根據所述時間差確定所述待測電纜導線長度的步驟。為了解決盲區的問題，本發明採用低壓脈衝法，控制脈衝寬度，避免入射波和反射波重疊；為了更加準確測定低壓脈衝信號的反射波到達接收處時間，本發明對傳輸的電壓、電流行波進行經驗模態分解(EMD)，採用希爾伯特-黃變換(HHT)求取已分解固有模態函數的瞬時頻率，來確定反射波到達的時刻。
【專利說明】基於HHT電力電纜長度測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於電力電纜測量領域中測量電力電纜長度技術，特別涉及了一種基於 HHT電力電纜長度測量方法。
【背景技術】
[0002] 目前，電纜長度以及故障測距的方法包括電橋法、低壓脈衝反射法、脈衝電壓法、 脈衝電流法、二次脈衝法等。
[0003] 電橋法缺點是不適用於高阻故障、閃絡性故障，因為故障電阻很高的情況下，電橋 裡電流很小，一般靈敏度的儀器，很難探測；電橋法的另一缺點是需要知道電纜的準確長度 等原始技術資料，當一條電纜線路內是由導體材料或截面不同的電纜組成時，還要進行換 算，電橋法還不能測量三相短路或斷路故障。隨著新技術的不斷進步，現在現場上電橋法用 得越來越少。
[0004] 脈衝電壓法的缺點主要有：儀器通過一個電容電阻分壓器分壓測量電壓脈衝信 號，儀器與高壓迴路有電耦合，很容易發生高壓信號串入，造成儀器損壞，安全性差；在利用 閃測法測距時，高壓電容對脈衝信號呈短路狀態，需要串一個電阻或電感以產生電壓信號， 增加了接線的複雜性，且降低了電容放電時加在故障電纜上的電壓，使故障點不容易擊穿； 在故障放電時，特別是進行衝閃法測試時，分壓器藕合的電壓波形變化不尖銳，難以分辨。
[0005] 脈衝電流法存在盲區，有時波形不夠明顯，需要靠人為判斷，儀器誤差較大。
[0006] 二次脈衝法的缺點是：所用儀器較多；由於故障點電阻要降到很小的數值，如果 故障點受潮嚴重，故障點擊穿過程較長，測試時間相應增加；故障點維持低阻狀態的時間不 確定，施加二次脈衝的控制有難度。
[0007] 近年來，隨著行波理論的不斷完善和小波變換、數學形態學等理論的不斷發展，脈 衝行波測距技術得到了較快發展，但是因為電纜的距離比較短又埋於地下，行波傳播過程 更為複雜，要達到幾米的精確測距，需要克服更多的困難。同時小波變換主要基於傅立葉分 析，不可避免具有傅立葉分析的局限性。
[0008] 通過以上分析，我們可以得知在測距原理上存在的問題：一般性質的長導線，無法 承受上述一些故障測試方法所加的高電壓。若在低壓電力電纜上用高壓電橋法、脈衝直流 法、衝擊法來進行測距，都可能產生損壞。因此，比較好的常用測距方法是低壓脈衝反射法。
[0009] 低壓脈衝法對低阻擊穿、短路、開路故障，可在電纜芯線上施加脈衝訊號。訊號在 電纜傳播及反射，用數字示波器或手提筆記本電腦虛擬示波器等測出脈衝波形而算出故障 點的位置。低壓脈衝反射法的優點是簡單、直觀，不需要詳細的電纜原始資料，還可以根據 反射脈衝的極性分辨故障類型。
[0010] 在現有的技術和產品中，有幾個技術難點還沒有得到徹底解決。
[0011] 第一個問題是盲區問題，當在測量點附近發生故障時，由於入射波與反射波之間 的重疊，使第一個反射波無從識別。
[0012] 第二個問題是反射波到達時間的問題，由於行波是一種全頻域信號，在導線中傳 輸的過程中將發生衰減，而且不同頻率的信號其衰減程度和速度也不同，頻率越高，傳播速 度越快，其衰減也越嚴重，導致行波波形在傳播過程中產生扭曲、變形，以哪一點作為反射 波到達的時刻，將直接影響測距的精度。
[0013] 1998年，Norden E. Huang等人提出了經驗模態分解方法，並引入了 Hilbert 譜的概念和Hilbert譜分析的方法，美國國家航空和宇航局（NASA)將這一方法命名為 Hilbert-Huang Transform，簡稱HHT，即希爾伯特-黃變換。
[0014] HHT主要內容包含兩部分，第一部分為經驗模態分解（Empirical Mode Decomposition,簡稱EMD)，它是由Huang提出的；第二部分為Hilbert譜分析（Hilbert Spectrum Analysis,簡稱HSA)。簡單說來，HHT處理非平穩信號的基本過程是：首先利用 EMD方法將給定的信號分解為若干固有模態函數（以Intrinsic Mode Function或MF 表示，也稱作本徵模態函數），這些MF是滿足一定條件的分量；然後，對每一個MF進行 Hilbert變換，得到相應的Hilbert譜，即將每個IMF表示在聯合的時頻域中；最後，匯總所 有MF的Hilbert譜就會得到原始信號的Hilbert譜。
【發明內容】
[0015] 本發明的主要目的在於提供一種基於HHT電力電纜長度測量方法，利用該方法解 決了更加準確測定低壓脈衝信號的反射波到達接收處時間的問題。
[0016] 本發明提供一種基於HHT電力電纜長度測量方法，包括：
[0017]向待測電纜導線的首端傳入低壓脈衝信號並接收所述低壓脈衝信號的反射波信 號的步驟；
[0018] 根據希爾伯特-黃變換處理所述反射波信號並形成處理數據的步驟；
[0019] 根據所述處理數據確定傳入所述低壓脈衝信號與接收所述反射波信號之間的時 間差的步驟；
[0020] 根據所述時間差確定所述待測電纜導線長度的步驟。
[0021] 進一步的，所述向待測電纜導線的首端傳入低壓脈衝信號並接收所述低壓脈衝信 號的反射波信號的步驟包括：
[0022] 確定低壓脈衝信號在待測電纜導線中傳播的速度的步驟；
[0023] 向所述待測電纜導線的首端傳入所述低壓脈衝信號的步驟；
[0024] 從所述待測電纜導線的首端接收所述低壓脈衝信號的反射波信號的步驟。
[0025] 進一步的，所述根據希爾伯特_黃變換處理所述反射波信號並形成處理數據的步 驟包括：
[0026] 根據經驗模態分解所述反射波信號並得出一列本徵模態函數的步驟；
[0027] 根據Hilbert變換所述本徵模態函數並獲得所述反射波信號的瞬間頻率的步驟。
[0028] 進一步的，所述根據所述處理數據確定傳入所述低壓脈衝信號與接收所述反射波 信號之間的時間差的步驟包括：
[0029] 記錄傳入所述待測電纜導線的所述低壓脈衝信號的傳入時刻的步驟；
[0030] 記錄接收所述反射波信號的所述瞬間頻率的突變時刻的步驟；
[0031] 確定所述突變時刻及所述傳入時刻之間的時間差的步驟。
[0032] 進一步的，所述根據所述時間差確定所述待測電纜導線長度的步驟包括：
[0033] 根據所述時間差及所述低壓脈衝信號在所述待測電纜導線中傳播的所述速度確 定所述待測電纜導線長度的步驟；
[0034] 輸出所述待測電纜導線長度的步驟。
[0035] 本發明的有益效果在於，提供一種基於HHT電力電纜長度測量方法，為了解決盲 區的問題，本發明採用低壓脈衝法，控制脈衝寬度，避免入射波和反射波重疊；為了更加準 確測定低壓脈衝信號的反射波到達接收處時間，本發明對傳輸的電壓、電流行波進行經驗 模態分解（EMD)，採用希爾伯特-黃變換（HHT)求取已分解固有模態函數的瞬時頻率，來確 定反射波到達的時刻。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發明實施例基於HHT電力電纜長度測量方法的流程圖；
[0037] 圖2是本發明實施例一種基於HHT電力電纜長度測量方法的具體流程圖；
[0038] 圖3是本發明實施例低壓脈衝反射法的原理圖；
【具體實施方式】
[0039] 下文將結合附圖詳細描述本發明的實施例。應當注意的是，下述實施例中描述的 技術特徵或者技術特徵的組合不應當被認為是孤立的，它們可以被相互組合和相互結合從 而達到更好的技術效果。
[0040] 圖1是本發明實施例基於HHT電力電纜長度測量方法的流程圖。
[0041] 本發明實施例提供一種基於HHT電力電纜長度測量方法，其特徵在於，包括：
[0042] 步驟100 :向待測電纜導線的首端傳入低壓脈衝信號並接收所述低壓脈衝信號的 反射波信號的步驟；
[0043] 步驟200 :根據希爾伯特-黃變換處理所述反射波信號並形成處理數據的步驟；
[0044] 步驟300 :根據所述處理數據確定傳入所述低壓脈衝信號與接收所述反射波信號 之間的時間差的步驟；
[0045] 步驟400 :根據所述時間差確定所述待測電纜導線長度的步驟。
[0046] 圖2是本發明實施例一種基於HHT電力電纜長度測量方法的具體流程圖
[0047] 在本發明實施例中，所述步驟100 :向待測電纜導線的首端傳入低壓脈衝信號並 接收所述低壓脈衝信號的反射波信號的步驟包括：
[0048] 步驟110 :確定低壓脈衝信號在待測電纜導線中傳播的速度的步驟；
[0049] 步驟120 :向所述待測電纜導線的首端傳入所述低壓脈衝信號的步驟；
[0050] 步驟130 :從所述待測電纜導線的首端接收所述低壓脈衝信號的反射波信號的步 驟。所述低壓脈衝信號的反射波信號在所述待測導線的末端或斷線故障點生成。
[0051] 在本發明實施例中，所述低壓脈衝信號可以選用選擇階躍電壓信號或脈衝電壓信 號；各種低壓脈衝信號在各種介質中的速度確定，所以能夠首先確定選用的低壓脈衝信號 在待測電纜導線中的傳播速度。
[0052] 在本發明實施例中，採用低壓脈衝法，控制脈衝寬度，避免入射波和反射波重疊； 同時，為了提高測距的有效性，根據故障的大概距離選擇脈衝寬度，儘量選擇滿足精度要求 內最寬的脈衝，低壓脈衝反射法的原理如圖3所示，向待測電纜導線的首端傳入所述低壓 脈衝信號。
[0053] 在本發明實施例中，所述步驟200 :根據希爾伯特-黃變換處理所述反射波信號並 形成處理數據的步驟包括：
[0054] 步驟210 :根據經驗模態分解所述反射波信號並得出一列本徵模態函數的步驟；
[0055] 步驟220 :根據Hilbert變換所述本徵模態函數並獲得所述反射波信號的瞬間頻 率的步驟。
[0056] 在本發明實施例中，經驗模態分解（EMD)往往被稱為是一個"篩選"過程。這個篩 選過程依據信號特點自適應地把任意一個複雜信號分解為一列本徵模態函數（IMF)。它滿 足如下兩個條件：
[0057] (1)信號極值點的數量與零點數相等或相差是一；
[0058] (2)信號的由極大值定義的上包絡和由極小值定義的下包絡的局部均值為零。
[0059] 這兩個條件稱為MF條件。
[0060] 所述根據經驗模態分解所述反射波信號並得出一列本徵模態函數的步驟的過程 如下：
[0061] 1.輸入所述反射波信號s (t);
[0062] 2.求出s(t)的所有局部極值點，用三次樣條曲線將局部極大值點擬合上包絡線， 將局部極小值點擬合成下包絡線，上下包絡線包含所有極值點；
[0063] 3.取上下包絡線均值為Hi1 ;
[0064] 4?根據 Ii1 = s (t) Ii1 求出 Ii1 ;
[0065] 式中，s(t)為反射波信號，ml為上下包絡線均值，hi為原反射信號與上下包絡均 值的差值。
[0066] 5.判斷h是否滿足MF條件，若不滿足，則把h當原始信號重複上述步驟，直到 滿足條件為止，並得到C1 = hk為第一個IMF分量。
[0067] 6.將C1從s⑴中分離出來得到&，即
[0068] T1 = s (t) -C1
[0069] 將F1當原始信號重複步驟1，得到第二個MF分量C2，如此循環n次得到n個MF 分量，則殘餘分量為
【權利要求】
1. 一種基於HHT電力電纜長度測量方法，其特徵在於，包括： 向待測電纜導線的首端傳入低壓脈衝信號並接收所述低壓脈衝信號的反射波信號的 步驟； 根據希爾伯特-黃變換處理所述反射波信號並形成處理數據的步驟； 根據所述處理數據確定傳入所述低壓脈衝信號與接收所述反射波信號之間的時間差 的步驟； 根據所述時間差確定所述待測電纜導線長度的步驟。
2. 如權利要求1所述的基於HHT電力電纜長度測量方法，其特徵在於，所述向待測電纜 導線的首端傳入低壓脈衝信號並接收所述低壓脈衝信號的反射波信號的步驟包括： 確定低壓脈衝信號在待測電纜導線中傳播的速度的步驟； 向所述待測電纜導線的首端傳入所述低壓脈衝信號的步驟； 從所述待測電纜導線的首端接收所述低壓脈衝信號的反射波信號的步驟。
3. 如權利要求1所述的基於HHT電力電纜長度測量方法，其特徵在於，所述根據希爾伯 特-黃變換處理所述反射波信號並形成處理數據的步驟包括： 根據經驗模態分解所述反射波信號並得出一列本徵模態函數的步驟； 根據Hilbert變換所述本徵模態函數並獲得所述反射波信號的瞬間頻率的步驟。
4. 如權利要求1所述的基於HHT電力電纜長度測量方法，其特徵在於，所述根據所述處 理數據確定傳入所述低壓脈衝信號與接收所述反射波信號之間的時間差的步驟包括： 記錄傳入所述待測電纜導線的所述低壓脈衝信號的傳入時刻的步驟； 記錄接收所述反射波信號的所述瞬間頻率的突變時刻的步驟； 確定所述突變時刻及所述傳入時刻之間的時間差的步驟。
5. 如權利要求1所述的基於HHT電力電纜長度測量方法，其特徵在於，所述根據所述時 間差確定所述待測電纜導線長度的步驟包括： 根據所述時間差及所述低壓脈衝信號在所述待測電纜導線中傳播的所述速度確定所 述待測電纜導線長度的步驟； 輸出所述待測電纜導線長度的步驟。
【文檔編號】G01B7/02GK104406509SQ201410675380
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】王建元, 邵長亮 申請人:東北電力大學, 江蘇省電力公司鎮江供電公司