專利名稱：脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真技術(shù)，特別是涉及一種脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法。
背景技術(shù)：
電纜是大型城市電網(wǎng)輸送電力的關(guān)鍵設(shè)備。電纜運(yùn)行中發(fā)生絕緣不合格缺陷會(huì)造成電纜不能正常輸送電力而導(dǎo)致大面積停電的可能性。電纜故障測(cè)尋是電力系統(tǒng)電纜相關(guān)技術(shù)研究、運(yùn)行缺陷檢測(cè)、實(shí)施狀態(tài)檢修的重要手段。電纜故障測(cè)尋有多種方法，其中脈沖法全自動(dòng)電纜故障測(cè)尋是其中的一種，脈沖法是向故障電纜發(fā)射低壓脈沖的測(cè)距方法，適合于電纜斷線和低阻故障測(cè)尋。目前，對(duì)于脈沖法電纜故障測(cè)尋技術(shù)，一般是通過(guò)基于物理設(shè)備的測(cè)尋技術(shù)，由于使用物理設(shè)備，需要占用大量場(chǎng)地設(shè)施，而且需要配備物理設(shè)備導(dǎo)致成本高，需要到電纜現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)尋的效率低。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對(duì)傳統(tǒng)的脈沖法電纜故障測(cè)尋技術(shù)成本高、效率低的問(wèn)題，提供一種脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法。一種脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，包括如下步驟利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立電纜三維模型，并根據(jù)被測(cè)電纜的特性參數(shù)建立脈沖信號(hào)在電纜中傳輸?shù)膫鬏斈Ｐ停焕锰摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障測(cè)尋儀器的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)定三維按鍵以及三維顯示屏；響應(yīng)用戶通過(guò)所述三維按鍵輸入的指令，根據(jù)預(yù)存的脈寬參數(shù)生成入射脈沖信號(hào);根據(jù)所述傳輸模型計(jì)算所述入射脈沖信號(hào)與相應(yīng)的反射脈沖之間的時(shí)間差值，并將所述入射脈沖和反射脈沖的波形在所述三維顯示屏上進(jìn)行顯示；根據(jù)所述時(shí)間差值計(jì)算電纜故障點(diǎn)的位置，將所述故障點(diǎn)在電纜三維模型上對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行顯示。上述脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，仿真脈沖法電纜故障測(cè)尋的過(guò)程，與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)建立可視化的電纜模型和儀器模型，在仿真試驗(yàn)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)可視化的展示，實(shí)現(xiàn)了可視化的電纜故障測(cè)尋仿真，為電纜故障排除提供了重要的直觀參考，確保了供電的安全性，提高了保障工作的效率，具有極高的推廣價(jià)值。


圖I為一個(gè)實(shí)施例的脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法流程圖；圖2為電纜的等效電路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)描述。圖I示出了一個(gè)實(shí)施例的脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法流程圖，主要包括如下步驟步驟S100、利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立電纜三維模型，并根據(jù)被測(cè)電纜的特性參數(shù)建立脈沖信號(hào)在電纜中傳輸?shù)膫鬏斈Ｐ?；步驟S200、利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障測(cè)尋儀器的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)定三維按鍵以及三維顯示屏；步驟S300、響應(yīng)用戶通過(guò)所述三維按鍵輸入的指令，根據(jù)預(yù)存的脈寬參數(shù)生成入射脈沖信號(hào)；步驟S400、根據(jù)所述傳輸模型計(jì)算所述入射脈沖信號(hào)與相應(yīng)的反射脈沖之間的時(shí) 間差值，并將所述入射脈沖和反射脈沖的波形在所述三維顯示屏上進(jìn)行顯示；步驟S500、根據(jù)所述時(shí)間差值計(jì)算電纜故障點(diǎn)的位置，將所述故障點(diǎn)在電纜三維模型上對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行顯示。為了更加清晰本發(fā)明的技術(shù)，下面闡述較佳實(shí)施例。對(duì)于步驟SlOO中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立電纜三維模型的過(guò)程具體地，以被測(cè)電纜為原型，按照各部件的比例及顏色，利用3DMAX軟件虛擬出電纜三維模型，其中，所述電纜三維模型由三相構(gòu)成，包括兩側(cè)三相電纜頭、接線端、外護(hù)套、鎧裝層、接地線、支架部件。對(duì)于步驟SlOO中，根據(jù)被測(cè)電纜的特性參數(shù)建立脈沖信號(hào)在電纜中傳輸?shù)膫鬏斈Ｐ偷倪^(guò)程首先，對(duì)電纜在運(yùn)行過(guò)程中的特性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取由電阻、電導(dǎo)、電感和電容組成的等效電路；具體地，對(duì)電纜在運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，讀取其實(shí)時(shí)運(yùn)行的典型數(shù)據(jù)，典型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立關(guān)于電纜的由電阻、電導(dǎo)、電感和電容組成的等效電路；由于脈沖行波在電纜傳輸過(guò)程中，受到電纜本身電場(chǎng)的影響，將電纜分解成電阻、電導(dǎo)、電感和電容組成的等效電路，如圖2所示，圖中Rtl為單位長(zhǎng)度的電阻，L0為單位長(zhǎng)度的電感，G0為單位長(zhǎng)度的電納，R0, G0的存在會(huì)導(dǎo)致波形產(chǎn)生衰減，當(dāng)RfO、G0=O時(shí)，電纜為無(wú)損電纜，通過(guò)等效電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜特性的高度仿真，提高仿真測(cè)尋的準(zhǔn)確性。然后，根據(jù)所述等效電路獲取脈沖信號(hào)在電纜中傳輸?shù)牟ㄋ俚挠?jì)算公式及波形衰減系數(shù)；例如，對(duì)于無(wú)損電纜來(lái)說(shuō)，其波速V =.小/。對(duì)于單導(dǎo)線架空線路來(lái)說(shuō)，其V =扣(μ0ε0)，其中,μ C1為導(dǎo)磁系數(shù)，Stl為介電常數(shù)。對(duì)于步驟S200中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障測(cè)尋儀器的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)置三維按鍵以及三維顯示屏的過(guò)程，主要是制作儀器的三維外殼、三維部件，并設(shè)定部件的功能，具體包括首先，以電纜故障測(cè)尋儀器的外部結(jié)構(gòu)為原型，利用3DMAX軟件虛擬出儀器的三維外殼；
具體地，采用3DMAX商業(yè)軟件按照FH-8630型電纜故障測(cè)尋儀器的長(zhǎng)、寬、高的比例關(guān)系建立檢測(cè)儀器三維外殼，依據(jù)外殼的長(zhǎng)、寬比例及在儀器上的位置，在儀器的三維外殼上帖深色底圖。然后，在所述三維外殼上虛擬出三維按鍵、三維顯示屏圖形；其中，三維按鍵包括電源開(kāi)關(guān)、測(cè)試按鍵、數(shù)字鍵等，另外，為了達(dá)到更加逼真的虛擬效果，還可以制作其它如連接頭，測(cè)量接線、測(cè)量接地等插頭部件。第三，建立一個(gè)平面坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系內(nèi)設(shè)定所述三維按鍵圖形的區(qū)域?yàn)槭髽?biāo)事件的作用范圍，設(shè)定所述三維顯示屏為波形顯示范圍；具體地，以儀器正面矩形的左下角為原點(diǎn)，建立平面坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系內(nèi)定義為每個(gè)三維按鍵、三維顯示屏定義一個(gè)矩形去作為作用范圍用于響應(yīng)鼠標(biāo)事件；以鼠標(biāo)點(diǎn)擊該矩形范圍為設(shè)定事件的觸發(fā)指令，三維顯示屏可以在其區(qū)域內(nèi)顯示波形圖形；
通過(guò)建立所述三維按鍵與輸入的操作指令之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以三維按鍵代替選擇鍵和數(shù)據(jù)輸入框等，使得儀器仿真的指令、數(shù)據(jù)輸入都通過(guò)以實(shí)際按鍵為原型的三維按鍵來(lái)進(jìn)行輸入，同時(shí)，將儀器仿真數(shù)學(xué)模型的輸出數(shù)據(jù)在三維顯示屏外接矩形所確定的坐標(biāo)范圍內(nèi)進(jìn)行顯示，通過(guò)上述方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儀器操作高度的可視化展示，解決了傳統(tǒng)的選擇按鍵、輸入框等可視化低的缺陷。進(jìn)一步，考慮行波法在電纜故障定位過(guò)程中收電纜衰減的影響，還可以設(shè)置不同的寬度的脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行故障測(cè)尋，提高故障測(cè)尋的準(zhǔn)確性，具體地，在所述三維外殼上設(shè)定三維調(diào)節(jié)旋鈕，響應(yīng)用戶通過(guò)所述三維調(diào)節(jié)旋鈕輸入的調(diào)檔指令，從所述預(yù)存的參數(shù)中選擇對(duì)應(yīng)的脈寬參數(shù)，生成入射脈沖信號(hào)；作為一個(gè)實(shí)施例，選擇脈沖寬度參數(shù)與被測(cè)電纜長(zhǎng)度的關(guān)系如下當(dāng)被測(cè)電纜為100(Γ9999米時(shí)，可以選擇O. 2微秒脈沖的脈寬參數(shù)；當(dāng)被測(cè)電纜為1000(Tl9999米時(shí)，可以選擇2微秒脈沖的脈寬參數(shù)；當(dāng)被測(cè)電纜為20000米以上時(shí)，可以選擇4微秒脈沖的脈寬參數(shù)。對(duì)于步驟S300、響應(yīng)用戶通過(guò)所述三維按鍵輸入的指令，根據(jù)預(yù)存的脈寬參數(shù)生成入射脈沖信號(hào)；具體地，主要是在進(jìn)行仿真試驗(yàn)過(guò)程中，利用儀器三維模型來(lái)進(jìn)行控制指令、數(shù)據(jù)輸入及輸出數(shù)據(jù)顯示(包括各種測(cè)量值、波形等)，從而實(shí)現(xiàn)仿真試驗(yàn)的高度可視化；作為一個(gè)實(shí)施例，首先將電纜三維模型和儀器三維模型導(dǎo)入到基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬場(chǎng)景中；其中，該虛擬場(chǎng)景是以電纜所在的場(chǎng)景為原型，采用3DMAX商業(yè)軟件進(jìn)行仿真的三維場(chǎng)景模型。然后在該三維場(chǎng)景模型中使用儀器三維模型進(jìn)行電纜故障測(cè)尋；當(dāng)需要顯示波形圖形時(shí)，將入射脈沖和反射脈沖的波形圖形跟隨三維顯示屏的顯示范圍內(nèi)進(jìn)行顯示，入射脈沖的波形經(jīng)過(guò)波形衰減系數(shù)后，獲得反射脈沖波形。通過(guò)上述方式，相對(duì)于通過(guò)選擇按鍵的形式，更具有逼真的可視化效果；相對(duì)于固定的波形顯示方式，更具有逼真的可視化效果。對(duì)于步驟S500中，根據(jù)所述時(shí)間差值計(jì)算電纜故障點(diǎn)的位置的過(guò)程，根據(jù)各個(gè)參數(shù)量，利用如下公式進(jìn)行計(jì)算故障距離，確定故障位置
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2
式中，L為故障點(diǎn)的距離，At為時(shí)間差值，V為脈 沖在電纜中的傳輸速度。對(duì)于步驟S500中，將故障點(diǎn)在電纜三維模型上對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行顯示；具體地，由于電纜三維模型為按比例縮小，所以根據(jù)實(shí)際故障點(diǎn)的位置，然后在電纜三維模型上計(jì)算出相應(yīng)位置，然后在該位置上進(jìn)行高亮顯示，從而可以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的實(shí)時(shí)可視化效果。本發(fā)明的技術(shù)方案以高度的沉浸感和良好的交互性為特征的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，獲取逼真的人工模擬環(huán)境，有效地模擬人在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中各種感知系統(tǒng)的行為，實(shí)現(xiàn)高度可視化的電纜故障測(cè)尋仿真，提高了故障排除的工作效率，本發(fā)明的技術(shù)已經(jīng)在電網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，并且已經(jīng)取得了相當(dāng)好的效果，在仿真安全培訓(xùn)教育，電纜的運(yùn)行工況及故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)方面，能帶來(lái)極好的效果，具有積極的意義。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，其特征在于，包括以下步驟 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立電纜三維模型，并根據(jù)被測(cè)電纜的特性參數(shù)建立脈沖信號(hào)在電纜中傳輸?shù)膫鬏斈Ｐ停? 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障測(cè)尋儀器的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)定三維按鍵以及三維顯示屏； 響應(yīng)用戶通過(guò)所述三維按鍵輸入的指令，根據(jù)預(yù)存的脈寬參數(shù)生成入射脈沖信號(hào)； 根據(jù)所述傳輸模型計(jì)算所述入射脈沖信號(hào)與相應(yīng)的反射脈沖之間的時(shí)間差值，并將所述入射脈沖和反射脈沖的波形在所述三維顯示屏上進(jìn)行顯示； 根據(jù)所述時(shí)間差值計(jì)算電纜故障點(diǎn)的位置，將所述故障點(diǎn)在電纜三維模型上對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，其特征在于，所述利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立電纜三維模型步驟包括 以被測(cè)電纜為原型，按照各部件的比例及顏色，利用3DMAX軟件虛擬出電纜三維模型，其中，所述電纜三維模型由三相構(gòu)成，包括兩側(cè)三相電纜頭、接線端、外護(hù)套、鎧裝層、接地線、支架部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)被測(cè)電纜的特性參數(shù)建立脈沖信號(hào)在電纜中傳輸?shù)膫鬏斈Ｐ筒襟E包括 對(duì)脈沖信號(hào)在電纜中暫態(tài)行波過(guò)程進(jìn)行分析，獲取由電阻、電導(dǎo)、電感和電容組成的等效電路； 根據(jù)所述等效電路獲取脈沖信號(hào)在電纜中傳輸?shù)牟ㄋ俚挠?jì)算公式及波形衰減系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，其特征在于，所述利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障測(cè)尋儀器的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)置三維按鍵以及三維顯示屏步驟具體包括 以電纜故障測(cè)尋儀器的外部結(jié)構(gòu)為原型，利用3DMAX軟件虛擬出儀器的三維外殼； 在所述三維外殼上虛擬出三維按鍵、三維顯示屏圖形； 建立一個(gè)平面坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系內(nèi)設(shè)定所述三維按鍵圖形的區(qū)域?yàn)槭髽?biāo)事件的作用范圍，設(shè)定所述三維顯示屏為波形顯示范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，其特征在于，還包括 在所述三維外殼上設(shè)定三維調(diào)節(jié)旋鈕，響應(yīng)用戶通過(guò)所述三維調(diào)節(jié)旋鈕輸入的調(diào)檔指令，從所述預(yù)存的參數(shù)中選擇對(duì)應(yīng)的脈寬參數(shù)，生成入射脈沖信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，其特征在于，所述響應(yīng)用戶通過(guò)所述三維按鍵輸入的指令，根據(jù)預(yù)存的脈寬參數(shù)生成入射脈沖信號(hào)步驟包括 將電纜三維模型和儀器三維模型導(dǎo)入到基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬場(chǎng)景中；其中，該虛擬場(chǎng)景是以電纜所在的場(chǎng)景為原型，采用3DMAX商業(yè)軟件進(jìn)行仿真的三維場(chǎng)景模型； 然后在該三維場(chǎng)景模型中使用儀器三維模型對(duì)電纜三維模型進(jìn)行仿真測(cè)尋。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)所述 時(shí)間差值計(jì)算電纜故障點(diǎn)的位置步驟包括式中，L為故障點(diǎn)的距離，At為時(shí)間差值，V為脈沖在電纜中的傳輸速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，其特征在于，還包括根據(jù)所述故障點(diǎn)的位置對(duì)電纜進(jìn)行故障排除。
全文摘要
本發(fā)明提供一種脈沖法電纜故障測(cè)尋仿真方法，該方法包括建立電纜三維模型，并根據(jù)被測(cè)電纜的特性參數(shù)建立脈沖信號(hào)在電纜中傳輸?shù)膫鬏斈Ｐ?；虛擬出電纜故障測(cè)尋儀器的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)定三維按鍵以及三維顯示屏；響應(yīng)用戶通過(guò)三維按鍵輸入的指令，根據(jù)預(yù)存的脈寬參數(shù)生成入射脈沖信號(hào)；根據(jù)傳輸模型計(jì)算入射脈沖信號(hào)與反射脈沖之間的時(shí)間差值，并將入射脈沖和反射脈沖的波形在三維顯示屏上進(jìn)行顯示；根據(jù)時(shí)間差值計(jì)算故障點(diǎn)位置，將故障點(diǎn)在電纜三維模型上對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行顯示。本發(fā)明的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了可視化的電纜故障測(cè)尋仿真，為電纜故障排除提供了重要的直觀參考，確保了供電的安全性，提高了保障工作的效率，具有極高的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)G01R31/11GK102809716SQ20121029250
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者覃煜, 王勇, 陸國(guó)俊, 黃炎光, 熊俊, 黃慧紅, 黃青丹, 宋浩永 申請(qǐng)人:廣州供電局有限公司