基于逆散射理论的同轴电缆软故障检测方法研究

发布时间：2020-03-27 09:09

【摘要】：电缆故障的检测与修复能为电力和通讯的持续、高质量供给提供有力保障,特别是电缆软故障的检测可以预防系统事故发生,对维持系统运行的稳定、安全、可靠意义重大。目前电缆硬故障的检测和定位已经不存在技术上的难题,但对电缆软故障的检测仍然是一个较大的挑战。因此,本文就电缆的软故障检测问题进行探讨,在对理想电缆传输线模型研究的基础上提出基于逆散射理论的电缆软故障检测方法,通过对实际电缆的损耗分析给出衰减的补偿方法,使得基于逆散射理论的电缆软故障检测方法在实际电缆软故障的检测中适用,具体的工作如下:本文首先从电缆的传输线模型展开介绍,并以RG58-SYV-50-3型同轴电缆为对象给出了电缆各分布参数的计算过程,分析各参数对频率的响应关系。参考一般电缆故障的检测原理和电缆各参数的频率响应结果,选择电缆的特性阻抗作为表征电缆软故障情况的特征参数。使用CST软件建立电缆的软故障模型,探究电缆的特性阻抗在遭受不同形式及不同程度的电缆软故障的影响情况,以验证选择特性阻抗作为描述电缆软故障情况的合理性。其次,将电缆软故障的问题看成是一个逆散射问题,通过对理想电缆的传输线模型进行分析,推导出电缆波动方程的一维薛定谔方程形式,实现对电缆的逆散射问题的数学建模。再给出逆散射理论中盖尔芬德-莱维坦方程的具体求解过程,完成对薛定谔方程中势函数的重建,根据特性阻抗和势函数的关系实现对电缆特性阻抗的重构,通过分析重构后的特性阻抗判断电缆的软故障情况,并设计相应的软故障仿真算例以实现对该软故障检测方法的验证。最后,对实际电缆的损耗问题进行深入研究,了解电缆对信号衰减的过程,给出对实际电缆的散射参数进行衰减补偿的方法,实现基于逆散射理论的电缆软故障检测方法在实际电缆软故障检测中的应用。使用RG58-SYV-50-3型同轴电缆设计了电缆的实际软故障模型,用于检验基于逆散射理论的电缆软故障检测方法在实际电缆软故障的检测中应用的有效性。在检验中对所使用的矢量网络分析仪在测取电缆散射参数时存在的局限性展开探讨,得出使用矢量网络分析仪对电缆进行检测时,其总衰减不能超过-40d B的结论,并使用三次样条插值方法补充实测中在0Hz时所缺失的值。检验的结果表明基于逆散射理论的电缆软故障检测方法在实际电缆软故障的检测中误差不超过5Ω。
【图文】：

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图 1-1 电桥法等效电路2R 合适的阻值，并调节可变电位器4R 的阻电桥两端的电位相等，即电桥达到平衡状态测电缆等效电阻3R 的电流相等，流经电阻欧姆定律得：3 1 4 2R R R /R般情况下导体中电阻的分布是均匀的，如果线缆的长度 l 可以由下面的公式得到：3l R /r理简单、测量准确度高等优点。但是电桥法在两侧同时准确地接入电缆的两端，然而在合，只能找到电缆的一端。除此之外，电缆缆的阻值会随着温度的变化而变化，从而影检测方法，，但该方法并没有被淘汰，因为该度，可在不受电缆使用场合限制的情况下应

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文只能测试特定类型的故障。电阻电桥法只能检测短路类型的故障，而电容要用于测试电缆断路类型的故障。因此，电桥法在实际的故障检测中具有限性。2 电缆故障的反射测量方法.1 电缆故障检测的时域反射法时域反射测量技术（Time-Domain Reflectometry , TDR）是随高速脉冲技术来的一种很有效的测量技术[12-14]。TDR 检测技术经历了十几年的发展，因泛是目前在测量系统中常用的测量方法[12]。时域反射仪的结构原理如图其主要由信号发生器和高速的数据采集卡组成。时域反射仪工作时由信号生测试信号加载到待测电缆中，当电缆存在故障时一般表现为特性阻抗失，对载入的测试信号会在故障位置发生反射和折射现象，反射的信号经过的传输后回到测试端由高速信号采集卡读取。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM75

【参考文献】