基于hht電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法，包括：向待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端傳入低壓脈沖信號(hào)并接收所述低壓脈沖信號(hào)的反射波信號(hào)的步驟；根據(jù)希爾伯特-黃變換處理所述反射波信號(hào)并形成處理數(shù)據(jù)的步驟；根據(jù)所述處理數(shù)據(jù)確定傳入所述低壓脈沖信號(hào)與接收所述反射波信號(hào)之間的時(shí)間差的步驟；根據(jù)所述時(shí)間差確定所述待測(cè)電纜導(dǎo)線長(zhǎng)度的步驟。為了解決盲區(qū)的問題，本發(fā)明采用低壓脈沖法，控制脈沖寬度，避免入射波和反射波重疊；為了更加準(zhǔn)確測(cè)定低壓脈沖信號(hào)的反射波到達(dá)接收處時(shí)間，本發(fā)明對(duì)傳輸?shù)碾妷?、電流行波進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)，采用希爾伯特-黃變換(HHT)求取已分解固有模態(tài)函數(shù)的瞬時(shí)頻率，來確定反射波到達(dá)的時(shí)刻。
【專利說明】基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電纜測(cè)量領(lǐng)域中測(cè)量電力電纜長(zhǎng)度技術(shù)，特別涉及了一種基于 HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，電纜長(zhǎng)度以及故障測(cè)距的方法包括電橋法、低壓脈沖反射法、脈沖電壓法、 脈沖電流法、二次脈沖法等。
[0003] 電橋法缺點(diǎn)是不適用于高阻故障、閃絡(luò)性故障，因?yàn)楣收想娮韬芨叩那闆r下，電橋 里電流很小，一般靈敏度的儀器，很難探測(cè)；電橋法的另一缺點(diǎn)是需要知道電纜的準(zhǔn)確長(zhǎng)度 等原始技術(shù)資料，當(dāng)一條電纜線路內(nèi)是由導(dǎo)體材料或截面不同的電纜組成時(shí)，還要進(jìn)行換 算，電橋法還不能測(cè)量三相短路或斷路故障。隨著新技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)上電橋法用 得越來越少。
[0004] 脈沖電壓法的缺點(diǎn)主要有：儀器通過一個(gè)電容電阻分壓器分壓測(cè)量電壓脈沖信 號(hào)，儀器與高壓回路有電耦合，很容易發(fā)生高壓信號(hào)串入，造成儀器損壞，安全性差；在利用 閃測(cè)法測(cè)距時(shí)，高壓電容對(duì)脈沖信號(hào)呈短路狀態(tài)，需要串一個(gè)電阻或電感以產(chǎn)生電壓信號(hào)， 增加了接線的復(fù)雜性，且降低了電容放電時(shí)加在故障電纜上的電壓，使故障點(diǎn)不容易擊穿； 在故障放電時(shí)，特別是進(jìn)行沖閃法測(cè)試時(shí)，分壓器藕合的電壓波形變化不尖銳，難以分辨。
[0005] 脈沖電流法存在盲區(qū)，有時(shí)波形不夠明顯，需要靠人為判斷，儀器誤差較大。
[0006] 二次脈沖法的缺點(diǎn)是：所用儀器較多；由于故障點(diǎn)電阻要降到很小的數(shù)值，如果 故障點(diǎn)受潮嚴(yán)重，故障點(diǎn)擊穿過程較長(zhǎng)，測(cè)試時(shí)間相應(yīng)增加；故障點(diǎn)維持低阻狀態(tài)的時(shí)間不 確定，施加二次脈沖的控制有難度。
[0007] 近年來，隨著行波理論的不斷完善和小波變換、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等理論的不斷發(fā)展，脈 沖行波測(cè)距技術(shù)得到了較快發(fā)展，但是因?yàn)殡娎|的距離比較短又埋于地下，行波傳播過程 更為復(fù)雜，要達(dá)到幾米的精確測(cè)距，需要克服更多的困難。同時(shí)小波變換主要基于傅里葉分 析，不可避免具有傅里葉分析的局限性。
[0008] 通過以上分析，我們可以得知在測(cè)距原理上存在的問題：一般性質(zhì)的長(zhǎng)導(dǎo)線，無(wú)法 承受上述一些故障測(cè)試方法所加的高電壓。若在低壓電力電纜上用高壓電橋法、脈沖直流 法、沖擊法來進(jìn)行測(cè)距，都可能產(chǎn)生損壞。因此，比較好的常用測(cè)距方法是低壓脈沖反射法。
[0009] 低壓脈沖法對(duì)低阻擊穿、短路、開路故障，可在電纜芯線上施加脈沖訊號(hào)。訊號(hào)在 電纜傳播及反射，用數(shù)字示波器或手提筆記本電腦虛擬示波器等測(cè)出脈沖波形而算出故障 點(diǎn)的位置。低壓脈沖反射法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直觀，不需要詳細(xì)的電纜原始資料，還可以根據(jù) 反射脈沖的極性分辨故障類型。
[0010] 在現(xiàn)有的技術(shù)和產(chǎn)品中，有幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)還沒有得到徹底解決。
[0011] 第一個(gè)問題是盲區(qū)問題，當(dāng)在測(cè)量點(diǎn)附近發(fā)生故障時(shí)，由于入射波與反射波之間 的重疊，使第一個(gè)反射波無(wú)從識(shí)別。
[0012] 第二個(gè)問題是反射波到達(dá)時(shí)間的問題，由于行波是一種全頻域信號(hào)，在導(dǎo)線中傳 輸?shù)倪^程中將發(fā)生衰減，而且不同頻率的信號(hào)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(yán)重，導(dǎo)致行波波形在傳播過程中產(chǎn)生扭曲、變形，以哪一點(diǎn)作為反射 波到達(dá)的時(shí)刻，將直接影響測(cè)距的精度。
[0013] 1998年，Norden E. Huang等人提出了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法，并引入了 Hilbert 譜的概念和Hilbert譜分析的方法，美國(guó)國(guó)家航空和宇航局（NASA)將這一方法命名為 Hilbert-Huang Transform，簡(jiǎn)稱HHT，即希爾伯特-黃變換。
[0014] HHT主要內(nèi)容包含兩部分，第一部分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（Empirical Mode Decomposition,簡(jiǎn)稱EMD)，它是由Huang提出的；第二部分為Hilbert譜分析（Hilbert Spectrum Analysis,簡(jiǎn)稱HSA)。簡(jiǎn)單說來，HHT處理非平穩(wěn)信號(hào)的基本過程是：首先利用 EMD方法將給定的信號(hào)分解為若干固有模態(tài)函數(shù)（以Intrinsic Mode Function或MF 表示，也稱作本征模態(tài)函數(shù)），這些MF是滿足一定條件的分量；然后，對(duì)每一個(gè)MF進(jìn)行 Hilbert變換，得到相應(yīng)的Hilbert譜，即將每個(gè)IMF表示在聯(lián)合的時(shí)頻域中；最后，匯總所 有MF的Hilbert譜就會(huì)得到原始信號(hào)的Hilbert譜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法，利用該方法解 決了更加準(zhǔn)確測(cè)定低壓脈沖信號(hào)的反射波到達(dá)接收處時(shí)間的問題。
[0016] 本發(fā)明提供一種基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法，包括：
[0017]向待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端傳入低壓脈沖信號(hào)并接收所述低壓脈沖信號(hào)的反射波信 號(hào)的步驟；
[0018] 根據(jù)希爾伯特-黃變換處理所述反射波信號(hào)并形成處理數(shù)據(jù)的步驟；
[0019] 根據(jù)所述處理數(shù)據(jù)確定傳入所述低壓脈沖信號(hào)與接收所述反射波信號(hào)之間的時(shí) 間差的步驟；
[0020] 根據(jù)所述時(shí)間差確定所述待測(cè)電纜導(dǎo)線長(zhǎng)度的步驟。
[0021] 進(jìn)一步的，所述向待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端傳入低壓脈沖信號(hào)并接收所述低壓脈沖信 號(hào)的反射波信號(hào)的步驟包括：
[0022] 確定低壓脈沖信號(hào)在待測(cè)電纜導(dǎo)線中傳播的速度的步驟；
[0023] 向所述待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端傳入所述低壓脈沖信號(hào)的步驟；
[0024] 從所述待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端接收所述低壓脈沖信號(hào)的反射波信號(hào)的步驟。
[0025] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)希爾伯特_黃變換處理所述反射波信號(hào)并形成處理數(shù)據(jù)的步 驟包括：
[0026] 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解所述反射波信號(hào)并得出一列本征模態(tài)函數(shù)的步驟；
[0027] 根據(jù)Hilbert變換所述本征模態(tài)函數(shù)并獲得所述反射波信號(hào)的瞬間頻率的步驟。
[0028] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述處理數(shù)據(jù)確定傳入所述低壓脈沖信號(hào)與接收所述反射波 信號(hào)之間的時(shí)間差的步驟包括：
[0029] 記錄傳入所述待測(cè)電纜導(dǎo)線的所述低壓脈沖信號(hào)的傳入時(shí)刻的步驟；
[0030] 記錄接收所述反射波信號(hào)的所述瞬間頻率的突變時(shí)刻的步驟；
[0031] 確定所述突變時(shí)刻及所述傳入時(shí)刻之間的時(shí)間差的步驟。
[0032] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述時(shí)間差確定所述待測(cè)電纜導(dǎo)線長(zhǎng)度的步驟包括：
[0033] 根據(jù)所述時(shí)間差及所述低壓脈沖信號(hào)在所述待測(cè)電纜導(dǎo)線中傳播的所述速度確 定所述待測(cè)電纜導(dǎo)線長(zhǎng)度的步驟；
[0034] 輸出所述待測(cè)電纜導(dǎo)線長(zhǎng)度的步驟。
[0035] 本發(fā)明的有益效果在于，提供一種基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法，為了解決盲 區(qū)的問題，本發(fā)明采用低壓脈沖法，控制脈沖寬度，避免入射波和反射波重疊；為了更加準(zhǔn) 確測(cè)定低壓脈沖信號(hào)的反射波到達(dá)接收處時(shí)間，本發(fā)明對(duì)傳輸?shù)碾妷?、電流行波進(jìn)行經(jīng)驗(yàn) 模態(tài)分解（EMD)，采用希爾伯特-黃變換（HHT)求取已分解固有模態(tài)函數(shù)的瞬時(shí)頻率，來確 定反射波到達(dá)的時(shí)刻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法的流程圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法的具體流程圖；
[0038] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例低壓脈沖反射法的原理圖；

【具體實(shí)施方式】
[0039] 下文將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的 技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合和相互結(jié)合從 而達(dá)到更好的技術(shù)效果。
[0040] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法的流程圖。
[0041] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法，其特征在于，包括：
[0042] 步驟100 :向待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端傳入低壓脈沖信號(hào)并接收所述低壓脈沖信號(hào)的 反射波信號(hào)的步驟；
[0043] 步驟200 :根據(jù)希爾伯特-黃變換處理所述反射波信號(hào)并形成處理數(shù)據(jù)的步驟；
[0044] 步驟300 :根據(jù)所述處理數(shù)據(jù)確定傳入所述低壓脈沖信號(hào)與接收所述反射波信號(hào) 之間的時(shí)間差的步驟；
[0045] 步驟400 :根據(jù)所述時(shí)間差確定所述待測(cè)電纜導(dǎo)線長(zhǎng)度的步驟。
[0046] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法的具體流程圖
[0047] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述步驟100 :向待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端傳入低壓脈沖信號(hào)并 接收所述低壓脈沖信號(hào)的反射波信號(hào)的步驟包括：
[0048] 步驟110 :確定低壓脈沖信號(hào)在待測(cè)電纜導(dǎo)線中傳播的速度的步驟；
[0049] 步驟120 :向所述待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端傳入所述低壓脈沖信號(hào)的步驟；
[0050] 步驟130 :從所述待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端接收所述低壓脈沖信號(hào)的反射波信號(hào)的步 驟。所述低壓脈沖信號(hào)的反射波信號(hào)在所述待測(cè)導(dǎo)線的末端或斷線故障點(diǎn)生成。
[0051] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述低壓脈沖信號(hào)可以選用選擇階躍電壓信號(hào)或脈沖電壓信 號(hào)；各種低壓脈沖信號(hào)在各種介質(zhì)中的速度確定，所以能夠首先確定選用的低壓脈沖信號(hào) 在待測(cè)電纜導(dǎo)線中的傳播速度。
[0052] 在本發(fā)明實(shí)施例中，采用低壓脈沖法，控制脈沖寬度，避免入射波和反射波重疊； 同時(shí)，為了提高測(cè)距的有效性，根據(jù)故障的大概距離選擇脈沖寬度，盡量選擇滿足精度要求 內(nèi)最寬的脈沖，低壓脈沖反射法的原理如圖3所示，向待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端傳入所述低壓 脈沖信號(hào)。
[0053] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述步驟200 :根據(jù)希爾伯特-黃變換處理所述反射波信號(hào)并 形成處理數(shù)據(jù)的步驟包括：
[0054] 步驟210 :根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解所述反射波信號(hào)并得出一列本征模態(tài)函數(shù)的步驟；
[0055] 步驟220 :根據(jù)Hilbert變換所述本征模態(tài)函數(shù)并獲得所述反射波信號(hào)的瞬間頻 率的步驟。
[0056] 在本發(fā)明實(shí)施例中，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD)往往被稱為是一個(gè)"篩選"過程。這個(gè)篩 選過程依據(jù)信號(hào)特點(diǎn)自適應(yīng)地把任意一個(gè)復(fù)雜信號(hào)分解為一列本征模態(tài)函數(shù)（IMF)。它滿 足如下兩個(gè)條件：
[0057] (1)信號(hào)極值點(diǎn)的數(shù)量與零點(diǎn)數(shù)相等或相差是一；
[0058] (2)信號(hào)的由極大值定義的上包絡(luò)和由極小值定義的下包絡(luò)的局部均值為零。
[0059] 這兩個(gè)條件稱為MF條件。
[0060] 所述根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解所述反射波信號(hào)并得出一列本征模態(tài)函數(shù)的步驟的過程 如下：
[0061] 1.輸入所述反射波信號(hào)s (t);
[0062] 2.求出s(t)的所有局部極值點(diǎn)，用三次樣條曲線將局部極大值點(diǎn)擬合上包絡(luò)線， 將局部極小值點(diǎn)擬合成下包絡(luò)線，上下包絡(luò)線包含所有極值點(diǎn)；
[0063] 3.取上下包絡(luò)線均值為Hi1 ;
[0064] 4?根據(jù) Ii1 = s (t) Ii1 求出 Ii1 ;
[0065] 式中，s(t)為反射波信號(hào)，ml為上下包絡(luò)線均值，hi為原反射信號(hào)與上下包絡(luò)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(dāng)原始信號(hào)重復(fù)上述步驟，直到 滿足條件為止，并得到C1 = hk為第一個(gè)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(dāng)原始信號(hào)重復(fù)步驟1，得到第二個(gè)MF分量C2，如此循環(huán)n次得到n個(gè)MF 分量，則殘余分量為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法，其特征在于，包括： 向待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端傳入低壓脈沖信號(hào)并接收所述低壓脈沖信號(hào)的反射波信號(hào)的 步驟； 根據(jù)希爾伯特-黃變換處理所述反射波信號(hào)并形成處理數(shù)據(jù)的步驟； 根據(jù)所述處理數(shù)據(jù)確定傳入所述低壓脈沖信號(hào)與接收所述反射波信號(hào)之間的時(shí)間差 的步驟； 根據(jù)所述時(shí)間差確定所述待測(cè)電纜導(dǎo)線長(zhǎng)度的步驟。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法，其特征在于，所述向待測(cè)電纜 導(dǎo)線的首端傳入低壓脈沖信號(hào)并接收所述低壓脈沖信號(hào)的反射波信號(hào)的步驟包括： 確定低壓脈沖信號(hào)在待測(cè)電纜導(dǎo)線中傳播的速度的步驟； 向所述待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端傳入所述低壓脈沖信號(hào)的步驟； 從所述待測(cè)電纜導(dǎo)線的首端接收所述低壓脈沖信號(hào)的反射波信號(hào)的步驟。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)希爾伯 特-黃變換處理所述反射波信號(hào)并形成處理數(shù)據(jù)的步驟包括： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解所述反射波信號(hào)并得出一列本征模態(tài)函數(shù)的步驟； 根據(jù)Hilbert變換所述本征模態(tài)函數(shù)并獲得所述反射波信號(hào)的瞬間頻率的步驟。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)所述處 理數(shù)據(jù)確定傳入所述低壓脈沖信號(hào)與接收所述反射波信號(hào)之間的時(shí)間差的步驟包括： 記錄傳入所述待測(cè)電纜導(dǎo)線的所述低壓脈沖信號(hào)的傳入時(shí)刻的步驟； 記錄接收所述反射波信號(hào)的所述瞬間頻率的突變時(shí)刻的步驟； 確定所述突變時(shí)刻及所述傳入時(shí)刻之間的時(shí)間差的步驟。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于HHT電力電纜長(zhǎng)度測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)所述時(shí) 間差確定所述待測(cè)電纜導(dǎo)線長(zhǎng)度的步驟包括： 根據(jù)所述時(shí)間差及所述低壓脈沖信號(hào)在所述待測(cè)電纜導(dǎo)線中傳播的所述速度確定所 述待測(cè)電纜導(dǎo)線長(zhǎng)度的步驟； 輸出所述待測(cè)電纜導(dǎo)線長(zhǎng)度的步驟。
【文檔編號(hào)】G01B7/02GK104406509SQ201410675380
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】王建元, 邵長(zhǎng)亮 申請(qǐng)人:東北電力大學(xué), 江蘇省電力公司鎮(zhèn)江供電公司