[發明專利]適用于FDR測試的首端阻抗匹配方法及電纜阻抗不匹配位置反射狀態評估方法

有效

• 申請號: 202210006066.6
• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN114414947B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 周凱;謝敏;唐志榮;孟鵬飛;黃靖濤
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01R31/11
• 分類號: G01R31/11;G01R31/08;G01R27/16
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 李蜜

本發明公開了一種適用于FDR測試的首端阻抗匹配方法，通過引入可變電阻Zsubgt;s/subgt;，有效計算電纜首端反射系數和電纜的特性阻抗，便可得到電纜首端的輸入阻抗Zsubgt;in/subgt;，從而實現現場FDR數據的有效校正，抑制分叉引線雜散參數導致的首端阻抗不匹配對測試結果的影響；而且可進一步獲取電纜首端阻抗匹配情況下的反射系數。本發明在實現首端阻抗匹配的基礎上，能夠進一步實現電纜阻抗不匹配位置的反射類型和反射極性的有效判斷，且可進一步獲取電纜阻抗不匹配位置的反射系數，為FDR在現場中的實際應用提供指導意義。

技術領域

本發明屬于電力設備狀態監測與故障診斷領域，涉及電纜中間接頭反射狀態評估，尤其涉及一種基于FDR與阻抗匹配的電纜阻抗不匹配位置反射狀態評估技術。

背景技術

FDR(Frequency?Domain?Reflectometer)頻域反射技術，通過發送特定頻帶的掃頻測試信號，在導體阻抗不匹配處會產生較強和發射信號同樣頻率但不同時段的反射信號，通過傅立葉轉換方式分析這些信號，并且通過測量反射信號峰值的頻率換算出線路障礙點的距離。該項技術已經應用到通信測試領域。傳統的FDR方法由于具有更遠的測試范圍和更高的測試靈敏度，開始廣泛應用于電纜絕緣狀態診斷。

然而該方法未考慮電纜首端阻抗不匹配對測試結果的影響，從而導致測試波形產生較明顯的畸變，且其無法直接利用VNA的校準程序進行校準。同時其采用相對比值法進行了診斷分析(需要提供完好電纜的測試數據)，因此其評估結果存在一定的局限性，即無法真實反映電纜中間接頭位置處的反射強度。除此之外，在利用FDR進行現場測試中，由于無法較好地對電纜中間接頭位置的反射極性進行判斷，因此無法準確識別電纜中間接頭位置的絕緣缺陷類型。

發明內容

本發明的旨在提供一種首端阻抗匹配方法，以解決因電纜首端阻抗不匹配而影響測試效果的問題。

本發明的另一目的是在首端阻抗匹配方法基礎上，進一步提供一種電纜阻抗不匹配位置反射狀態評估方法，能夠實現中間接頭反射極性及反射類型的判斷。

為達到上述目的，本發明采取以下技術方案來實現。

本發明通過提供的首端阻抗匹配方法，首先獲取FDR下的首端反射系數Γ₀(ω)，進一步得到電纜的輸入阻抗，從而有效抑制分叉引線雜散參數對測試結果的影響。再將利用三角函數疊加法實現阻抗不匹配位置反射類型和反射極性的有效判斷，在對數坐標中利用線性函數實現衰減的有效補償，得到阻抗不匹配位置的反射系數。

由行波理論可知，對于圖1中給出的電力電纜存在阻抗不匹配且忽略電纜末端的反射情況下電纜首端測試得到的FDR表達式U₁(ω)可表示為：

式中，U₀(ω)為注入信號；ω＝2πf為角頻率；f為測試頻率；ρ₁為電纜首端的反射系數(不考慮電纜其他位置反射狀況)，可表示為ρ₁＝(Z₀-R₀)/(Z₀+R₀)，Z₀為電纜的特性阻抗，R₀為測試儀與電纜之間連接的同軸電纜特性阻抗；ρ₂為電纜本體與阻抗不匹配位置端面的反射系數，可表示為ρ₂＝(Z₁-Z₀)/(Z₁+Z₀)，Z₁為阻抗不匹配位置特性阻抗；γ為電纜的傳播常數，γ₁為電纜阻抗不匹配位置的傳播常數；l₁表示電纜阻抗不匹配位置到電纜首端的距離，d阻抗不匹配位置的長度。當電纜存在阻抗不匹配位置時，信號將在阻抗不匹配位置內產生多次折反射現象，從而使阻抗不匹配位置反射至電纜首端的波形發生較明顯的畸變。