專利名稱：電橋法電纜故障定位仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真技術(shù)，特別是涉及一種電橋法電纜故障定位仿真方法。
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。電纜故障定位是電力系統(tǒng)電纜相關(guān)技術(shù)研究、運(yùn)行缺陷檢測、實(shí)施狀態(tài)檢修的重要手段。電纜故障定位有多種方法，其中電橋法是其中的一種，電橋法是利用故障點(diǎn)兩側(cè)的電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成Murray電橋，根據(jù)電阻與電纜長度成比例的特性來進(jìn)行故障定位。目前，對于電橋法電纜故障定位技術(shù)，一般是通過基于物理設(shè)備的定位技術(shù)，由于使用物理設(shè)備，需要占用大量場地設(shè)施，而且需要配備物理設(shè)備，故障定位成本高，需要到電纜現(xiàn)場進(jìn)行測試，故障定位效率低?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對傳統(tǒng)的電橋法電纜故障定位技術(shù)成本高、效率低的問題，提供一種電橋法電纜故障定位仿真方法。一種電橋法電纜故障定位仿真方法，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)被測電纜的運(yùn)行參數(shù)建立電纜線芯電阻分布模型；利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障定位儀電橋的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)定三維按鍵以及三維刻度盤；響應(yīng)用戶通過所述三維按鍵輸入的指令，利用電橋法對被測電纜進(jìn)行故障定位仿真測試；根據(jù)所述電纜線芯電阻分布模型計(jì)算電橋電阻的比例值，并將所述比例值在所述三維刻度盤上進(jìn)行顯示；根據(jù)所述比例值計(jì)算電纜故障點(diǎn)，將所述故障點(diǎn)在電纜三維模型上對應(yīng)位置進(jìn)行顯不。上述電橋法電纜故障定位仿真方法，仿真電橋法電纜故障定位的過程，與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，通過建立可視化的電纜模型和儀器模型，在測試過程中可以實(shí)現(xiàn)可視化的展示，實(shí)現(xiàn)了可視化的電纜故障定位仿真，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)施例的電橋法電纜故障定位仿真方法流程圖；圖2為電纜的傳輸電路模型；圖3為電橋法定位的結(jié)構(gòu)示意圖4為電橋法定位的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的電橋法電纜故障定位仿真方法的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)描述。圖I示出了一個(gè)實(shí)施例的電橋法電纜故障定位仿真方法流程圖，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)被測電纜的運(yùn)行參數(shù)建立電纜線芯電阻分布模型；步驟S200、利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障定位儀電橋的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)定三維按鍵以及三維刻度盤；

步驟S300、響應(yīng)用戶通過所述三維按鍵輸入的指令，利用電橋法對被測電纜進(jìn)行故障定位仿真測試；步驟S400、根據(jù)所述電纜線芯電阻分布模型計(jì)算電橋電阻的比例值，并將所述比例值在所述三維刻度盤上進(jìn)行顯示；步驟S500、根據(jù)所述比例值計(jì)算電纜故障點(diǎn)，將所述故障點(diǎn)在電纜三維模型上對應(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程具體地，以被測電纜為原型，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。對于步驟SlOO中，根據(jù)被測電纜的運(yùn)行參數(shù)建立電纜線芯電阻分布模型的過程首先，根據(jù)電纜的傳輸電路模型，獲得電纜線芯傳輸?shù)碾妷悍匠獭㈦娏鞣匠?；具體地，通過對電纜在運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)測，讀取電纜實(shí)時(shí)運(yùn)行的典型數(shù)據(jù)，典型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到關(guān)于電纜的由電阻、電導(dǎo)、電感和電容組成的傳輸電路模型，如圖2所示，根據(jù)該傳輸電路模型可以獲得傳輸線的微分方程
5u n . r Si= R0/ + I-o —
C:Y67
di ,, du--= CjqU + Cq-
dxdt'然后，根據(jù)上述微分方程，作為計(jì)算均勻傳輸電纜工作狀態(tài)(穩(wěn)態(tài)和暫態(tài))的基本依據(jù)，用電壓相量和電流相量i表示正向電壓U(x, t)和正弦電流i (X，t),可得/ = — C^x — — CixY= (R02+ 2L02) (G02+ 2C02)式中，Co為正弦電壓源的角頻率，Zc為特性阻抗，其中Z0=R0+j co L0
Y0=G0+j co C0在電纜產(chǎn)生故障點(diǎn)時(shí)，根據(jù)電纜運(yùn)行過程中的電壓相量[j和電流相量j,由故障點(diǎn)的特性阻抗以及上述公式計(jì)算電纜各個(gè)位置的電阻值，根據(jù)該電阻值形成被測電纜的電纜線芯電阻分布模型，通過傳輸電路模型分析可以實(shí)現(xiàn)對電纜特性的高度仿真，提高仿真故障定位的準(zhǔn)確性。對于步驟S200中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障定位儀電橋的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)置三維按鍵以及三維刻度盤的過程，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，具體包括第一，以電纜故障定位儀電橋的外部結(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GZD-2型電纜故障定位儀電橋的長、寬、高的比例關(guān)系建立檢測儀器三維外殼，依據(jù)外殼的長、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。第二，在所述三維外殼上虛擬出三維按鍵、三維刻度盤；其中，三維按鍵包括電源開關(guān)、測試按鍵、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，測量接線、測量接地等插頭部件。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)定所述三維刻度盤為比例值顯示范圍；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)擊三維按鍵的矩形范圍為設(shè)定事件的觸發(fā)指令，以三維刻度盤在其外界矩形顯示比例值為數(shù)據(jù)顯示區(qū)域；通過建立所述三維按鍵與輸入的操作指令之間的對應(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)輸入都通過以實(shí)際按鍵為原型的三維按鍵來進(jìn)行輸入，同時(shí)將計(jì)算數(shù)據(jù)在三維刻度盤外接矩形所確定的坐標(biāo)范圍內(nèi)進(jìn)行逼真顯示，實(shí)現(xiàn)了對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。對于步驟S300、具體地，利用儀器三維模型來進(jìn)行控制指令、數(shù)據(jù)輸入及比例值的顯示，從而實(shí)現(xiàn)仿真試驗(yàn)的高度可視化；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)虛擬場景中；其中，該虛擬場景是以電纜所在的場景為原型，采用3DMAX商業(yè)軟件進(jìn)行仿真的三維場景模型。然后在該三維場景模型中使用儀器三維模型觸發(fā)電纜故障定位，利用電橋法對被測電纜進(jìn)行故障定位仿真測試，如圖3所示，圖3是電橋法定位的結(jié)構(gòu)示意圖，使用導(dǎo)線N、Y接通線芯A、B相兩端線芯，L1段電纜線芯電阻為R1, L2端電纜及A相電纜線芯的電阻R2,與電纜故障定位儀電橋構(gòu)成Murray電橋回路。對于步驟S400、如圖4所示，圖4是電橋法定位的電路原理圖，其中，比例電位器r，r=ri+r2,在平衡后，IVr2=R1A2，計(jì)算電纜電阻與比例電阻的比例值P1=IyV,將比例值在三維刻度盤的顯示范圍內(nèi)進(jìn)行指針顯示。通過上述方式，相對于輸入框的形式，更具有逼真的可視化效果；相對于純數(shù)字的顯示方式，更具有逼真的可視化效果。
對于步驟S500中，根據(jù)所述比例值計(jì)算電纜故障點(diǎn)的過程，利用如下公式進(jìn)行計(jì)算X=2XLXP1%式中，X為故障點(diǎn)的距離，PA為比例值，L為電纜的長度，得到故障點(diǎn)在電纜全程(Tl的具體位置。對于將故障點(diǎn)在電纜三維模型上對應(yīng)位置進(jìn)行顯示的過程，即根據(jù)實(shí)際故障點(diǎn)的位置，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，由于電纜三維模型為按比例縮小，所以按縮小的比例即可顯示故障點(diǎn)位置，從而可以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的實(shí)時(shí)展示，相對于純數(shù)字的顯示方式，更具有逼真的可視化效果。進(jìn)一步地，根據(jù)獲得的故障點(diǎn)的位置對電纜進(jìn)行故障排除。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定位仿真，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)測方面，能帶來極好的效果，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本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，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
1.一種電橋法電纜故障定位仿真方法，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)被測電纜的運(yùn)行參數(shù)建立電纜線芯電阻分布模型； 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障定位儀電橋的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)定三維按鍵以及三維刻度盤； 響應(yīng)用戶通過所述三維按鍵輸入的指令，利用電橋法對被測電纜進(jìn)行故障定位仿真測試； 根據(jù)所述電纜線芯電阻分布模型計(jì)算電橋電阻的比例值，并將所述比例值在所述三維刻度盤上進(jìn)行顯示； 根據(jù)所述比例值計(jì)算電纜故障點(diǎn)，將所述故障點(diǎn)在電纜三維模型上對應(yīng)位置進(jìn)行顯/Jn o
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電橋法電纜故障定位仿真方法，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所述的電橋法電纜故障定位仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)被測電纜的運(yùn)行參數(shù)建立電纜線芯電阻分布模型步驟包括 根據(jù)電纜的傳輸電路模型，獲得電纜線芯傳輸?shù)碾妷悍匠?、電流方程? 將所述運(yùn)行參數(shù)代入所述電壓方程、電流方程，計(jì)算電纜線芯電阻分布模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電橋法電纜故障定位仿真方法，其特征在于，所述利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障定位儀電橋的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)置三維按鍵以及三維刻度盤步驟具體包括 以電纜故障定位儀電橋的外部結(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、三維刻度盤； 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)定所述三維刻度盤為比例值顯示范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電橋法電纜故障定位仿真方法，其特征在于，所述響應(yīng)用戶通過所述三維按鍵輸入的指令，利用電橋法對被測電纜進(jìn)行故障定位仿真測試步驟包括 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)虛擬場景中；其中，該虛擬場景是以電纜所在的場景為原型，采用3DMAX商業(yè)軟件進(jìn)行仿真的三維場景模型； 然后響應(yīng)用戶通過所述儀器三維模型上的三維按鍵輸入的仿真測試控制指令，利用電橋法對被測電纜進(jìn)行故障定位仿真測試。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電橋法電纜故障定位仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)所述比例值計(jì)算電纜故障點(diǎn)步驟包括 X=2XLXP1% 式中，X為故障點(diǎn)的距離，P#。為比例值，L為電纜的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電橋法電纜故障定位仿真方法，其特征在于，還包括根據(jù)所述故障點(diǎn)的位置對電纜進(jìn)行故障排除。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電橋法電纜故障定位仿真方法，該方法包括利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立電纜三維模型，并根據(jù)被測電纜的運(yùn)行參數(shù)建立電纜線芯電阻分布模型；利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬出電纜故障定位儀電橋的三維外殼，并在該三維外殼上設(shè)定三維按鍵以及三維刻度盤；響應(yīng)用戶通過三維按鍵輸入的指令，利用電橋法對被測電纜進(jìn)行故障定位仿真測試；根據(jù)電纜線芯電阻分布模型計(jì)算電橋電阻的比例值，并將比例值在三維刻度盤上進(jìn)行顯示；根據(jù)比例值計(jì)算電纜故障點(diǎn)，將故障點(diǎn)在電纜三維模型上對應(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定位仿真，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G01R31/08GK102788935SQ20121030371
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者劉宇, 張琦, 易鷺, 李光茂, 李剛, 楊柳, 熊俊, 王勁, 王勇, 黃炎光 申請人:廣州供電局有限公司