[發明專利]一種光電復合海纜故障測距系統及故障測距方法

有效

• 申請號: 202011131291.X
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112305378B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 王稼銘;李光炬;甘維明;邢錳;陳為俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所南海研究站
• 主分類號: G01R31/11
• 分類號: G01R31/11;G01R31/08
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;李彪

本發明屬于光電復合海纜故障測距技術領域，具體地說，涉及一種光電復合海纜故障測距系統，包括：第一電流行波傳感器，用于實時采集任一故障點的故障電流行波信號，獲得任一故障點的故障數據；第二電流傳感器，用于判斷第一電流行波傳感器采集的故障點是否在預先設定的區內故障段內；并根據判斷結果，獲取與第一電流行波傳感器采集的相同故障點的故障行波的波速度；故障行波采集器，用于根據預先設定的區內故障段，采集每一個故障點的故障數據和對應的故障行波的波速度，并將其通過數據傳輸網絡，傳送至故障行波綜合分析處理器；故障行波綜合分析處理器，用于采用FAVMD算法，獲得該故障點的故障初始行波和故障反射行波波頭到達時間差，獲取該故障點的位置。

技術領域

本發明屬于光電復合海纜故障測距技術領域，具體地說，涉及一種光電復合海纜故障測距系統及故障測距方法。

背景技術

纜系海底科學觀測網是實現長期、原位、實時、立體和高分辨率觀測深海大洋的關鍵工具。纜系海底科學觀測網的穩定持續運行依賴于光電復合海纜(簡稱海纜)可靠地供給電能和傳輸數據，系統運行過程中，人為破壞及海底地理環境變化等因素會引發海纜故障，為盡早地搶修系統，恢復遠供能力，快速精確地定位海纜故障位置就成為保障系統正常運行的關鍵技術。

現有海纜故障測距方案主要是通過水下遙控機器人在海纜上探測特定頻率的交變電流產生的同頻交變磁場，來尋找海纜故障點，耗時長且花費高。另外，現有的方法還可以根據海纜電阻及海纜壓降應用于點對點的低阻故障定位方法，尋找海纜故障點，但是，該方法對線路參數的準確度要求很高，不易實施，可操作性差。此外，現有的方法還可以根據基爾霍夫電流定律和干線電流在拉普拉斯變換域內變化的平均誤差值判定海纜故障點，但是，該方法只能識別短路故障的主節點和海纜區段，無法進行精確定位。

行波測距是應用于架空線路及陸地電纜線路的精確故障定位方法，通過等距劃分線路，構建各節點的基準行波波頭到達時差矩陣和行波從故障點到各線路端點的到達時差矩陣，對兩個矩陣的差做范數運算，求取最小值，以最小值所對應的節點作為故障點來定位故障點，但是，面對長距離的海纜線路，構建間距為50m的節點基準時差矩陣工作量過大，不滿足實際工程需求。

發明內容

為解決現有技術存在的上述缺陷，本發明提出了一種光電復合海纜故障測距系統，能夠實時監測線路運行狀況，并當線路故障時，通過兩個電流行波傳感器分別采集故障行波和波速度，傳送至故障采集與處理子系統，記錄和分析故障數據，且能將其傳送至故障綜合分析子系統進行分析定位故障點；同時在利用信號處理算法確定故障發生時刻及其持續時間的過程中，現有的方法中存在的小波變換選取不同的小波基函數會結果不同，希爾伯特黃變換存在嚴重的高頻振蕩及模態混疊問題，以及變分模態分解算法存在變換效果取決于分解參數的問題。本發明的方法為了解決上述問題，采用快速自適應變分模態分解(Fast?Adaptive?Variational?Mode?Decomposition，FAVMD)自適應地分解故障行波電流信號，并根據能量比值準則重構特征信號，利用一維信號的腐蝕與膨脹操作算子檢測暫態特征，確定故障初始行波波頭與反射行波波頭的到達時刻，實現故障的精準測距。

本發明提供了一種光電復合海纜故障測距系統，該系統包括：第一電流行波傳感器、第二電流行波傳感器、故障行波采集器和故障行波綜合分析處理器；

岸基電氣設備與水下負載通過光電復合海纜連接，第一電流行波傳感器安裝在岸基電氣設備與光電復合海纜的首端的連接處，第二電流行波傳感器安裝在光電復合海纜的中間位置處；

所述第一電流行波傳感器，用于實時采集任一故障點的故障電流行波信號，獲得任一故障點的故障數據；所述故障數據包括：故障行波的初始波頭和反射波頭；

所述第二電流傳感器，用于判斷第一電流行波傳感器采集的故障點是否在預先設定的區內故障段內；并根據判斷結果，獲取與第一電流行波傳感器采集的相同故障點的、故障行波的波速度；