脉冲法电缆故障测寻仿真方法

摘要

本发明提供一种脉冲法电缆故障测寻仿真方法，该方法包括：建立电缆三维模型，并根据被测电缆的特性参数建立脉冲信号在电缆中传输的传输模型；虚拟出电缆故障测寻仪器的三维外壳，并在该三维外壳上设定三维按键以及三维显示屏；响应用户通过三维按键输入的指令，根据预存的脉宽参数生成入射脉冲信号；根据传输模型计算入射脉冲信号与反射脉冲之间的时间差值，并将入射脉冲和反射脉冲的波形在三维显示屏上进行显示；根据时间差值计算故障点位置，将故障点在电缆三维模型上对应位置进行显示。本发明的技术，实现了可视化的电缆故障测寻仿真，为电缆故障排除提供了重要的直观参考，确保了供电的安全性，提高了保障工作的效率，具有极高的推广价值。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统仿真技术，特别是涉及一种脉冲法电缆故障测寻仿真方法。

背景技术

电缆是大型城市电网输送电力的关键设备。电缆运行中发生绝缘不合格缺陷会造成电缆不能正常输送电力而导致大面积停电的可能性。电缆故障测寻是电力系统电缆相关技术研究、运行缺陷检测、实施状态检修的重要手段。

电缆故障测寻有多种方法，其中脉冲法全自动电缆故障测寻是其中的一种，脉冲法是向故障电缆发射低压脉冲的测距方法，适合于电缆断线和低阻故障测寻。目前，对于脉冲法电缆故障测寻技术，一般是通过基于物理设备的测寻技术，由于使用物理设备，需要占用大量场地设施，而且需要配备物理设备导致成本高，需要到电缆现场进行测寻的效率低。

发明内容

基于此，有必要针对传统的脉冲法电缆故障测寻技术成本高、效率低的问题，提供一种脉冲法电缆故障测寻仿真方法。

一种脉冲法电缆故障测寻仿真方法，包括如下步骤：

利用虚拟现实技术建立电缆三维模型，并根据被测电缆的特性参数建立脉冲信号在电缆中传输的传输模型；

利用虚拟现实技术虚拟出电缆故障测寻仪器的三维外壳，并在该三维外壳上设定三维按键以及三维显示屏；

响应用户通过所述三维按键输入的指令，根据预存的脉宽参数生成入射脉冲信号；

根据所述传输模型计算所述入射脉冲信号与相应的反射脉冲之间的时间差值，并将所述入射脉冲和反射脉冲的波形在所述三维显示屏上进行显示；

根据所述时间差值计算电缆故障点的位置，将所述故障点在电缆三维模型上对应位置进行显示。

上述脉冲法电缆故障测寻仿真方法，仿真脉冲法电缆故障测寻的过程，与虚拟现实技术相结合，通过建立可视化的电缆模型和仪器模型，在仿真试验过程中可以实现可视化的展示，实现了可视化的电缆故障测寻仿真，为电缆故障排除提供了重要的直观参考，确保了供电的安全性，提高了保障工作的效率，具有极高的推广价值。

附图说明

图1为一个实施例的脉冲法电缆故障测寻仿真方法流程图；

图2为电缆的等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的脉冲法电缆故障测寻仿真方法的具体实施方式作详细描述。

图1示出了一个实施例的脉冲法电缆故障测寻仿真方法流程图，主要包括如下步骤：

步骤S100、利用虚拟现实技术建立电缆三维模型，并根据被测电缆的特性参数建立脉冲信号在电缆中传输的传输模型；

步骤S200、利用虚拟现实技术虚拟出电缆故障测寻仪器的三维外壳，并在该三维外壳上设定三维按键以及三维显示屏；

步骤S300、响应用户通过所述三维按键输入的指令，根据预存的脉宽参数生成入射脉冲信号；

步骤S400、根据所述传输模型计算所述入射脉冲信号与相应的反射脉冲之间的时间差值，并将所述入射脉冲和反射脉冲的波形在所述三维显示屏上进行显示；

步骤S500、根据所述时间差值计算电缆故障点的位置，将所述故障点在电缆三维模型上对应位置进行显示。

为了更加清晰本发明的技术，下面阐述较佳实施例。

对于步骤S100中，利用虚拟现实技术建立电缆三维模型的过程：

具体地，以被测电缆为原型，按照各部件的比例及颜色，利用3DMAX软件虚拟出电缆三维模型，其中，所述电缆三维模型由三相构成，包括两侧三相电缆头、接线端、外护套、铠装层、接地线、支架部件。

对于步骤S100中，根据被测电缆的特性参数建立脉冲信号在电缆中传输的传输模型的过程：

首先，对电缆在运行过程中的特性数据进行分析，获取由电阻、电导、电感和电容组成的等效电路；

具体地，对电缆在运行过程进行监测，读取其实时运行的典型数据，典型数据进行分析，建立关于电缆的由电阻、电导、电感和电容组成的等效电路；

由于脉冲行波在电缆传输过程中，受到电缆本身电场的影响，将电缆分解成电阻、电导、电感和电容组成的等效电路，如图2所示，图中R₀为单位长度的电阻，L₀为单位长度的电感，G₀为单位长度的电纳，R₀，G₀的存在会导致波形产生衰减，当R₀=0、G₀=0时，电缆为无损电缆，通过等效电路可以实现对电缆特性的高度仿真，提高仿真测寻的准确性。

然后，根据所述等效电路获取脉冲信号在电缆中传输的波速的计算公式及波形衰减系数；

例如，对于无损电缆来说，其波速对于单导线架空线路来说，其其中，μ₀为导磁系数，ε₀为介电常数。

对于步骤S200中，利用虚拟现实技术虚拟出电缆故障测寻仪器的三维外壳，并在该三维外壳上设置三维按键以及三维显示屏的过程，主要是制作仪器的三维外壳、三维部件，并设定部件的功能，具体包括：

首先，以电缆故障测寻仪器的外部结构为原型，利用3DMAX软件虚拟出仪器的三维外壳；

具体地，采用3DMAX商业软件按照FH-8630型电缆故障测寻仪器的长、宽、高的比例关系建立检测仪器三维外壳，依据外壳的长、宽比例及在仪器上的位置，在仪器的三维外壳上帖深色底图。

然后，在所述三维外壳上虚拟出三维按键、三维显示屏图形；其中，三维按键包括电源开关、测试按键、数字键等，另外，为了达到更加逼真的虚拟效果，还可以制作其它如连接头，测量接线、测量接地等插头部件。

第三，建立一个平面坐标系，在该坐标系内设定所述三维按键图形的区域为鼠标事件的作用范围，设定所述三维显示屏为波形显示范围；

具体地，以仪器正面矩形的左下角为原点，建立平面坐标系，在该坐标系内定义为每个三维按键、三维显示屏定义一个矩形去作为作用范围用于响应鼠标事件；以鼠标点击该矩形范围为设定事件的触发指令，三维显示屏可以在其区域内显示波形图形；

通过建立所述三维按键与输入的操作指令之间的对应关系，以三维按键代替选择键和数据输入框等，使得仪器仿真的指令、数据输入都通过以实际按键为原型的三维按键来进行输入，同时，将仪器仿真数学模型的输出数据在三维显示屏外接矩形所确定的坐标范围内进行显示，通过上述方式，实现了对仪器操作高度的可视化展示，解决了传统的选择按键、输入框等可视化低的缺陷。

进一步，考虑行波法在电缆故障定位过程中收电缆衰减的影响，还可以设置不同的宽度的脉冲信号来进行故障测寻，提高故障测寻的准确性，具体地，在所述三维外壳上设定三维调节旋钮，响应用户通过所述三维调节旋钮输入的调档指令，从所述预存的参数中选择对应的脉宽参数，生成入射脉冲信号；

作为一个实施例，选择脉冲宽度参数与被测电缆长度的关系如下：

当被测电缆为1000~9999米时，可以选择0.2微秒脉冲的脉宽参数；

当被测电缆为10000~19999米时，可以选择2微秒脉冲的脉宽参数；

当被测电缆为20000米以上时，可以选择4微秒脉冲的脉宽参数。

对于步骤S300、响应用户通过所述三维按键输入的指令，根据预存的脉宽参数生成入射脉冲信号；

具体地，主要是在进行仿真试验过程中，利用仪器三维模型来进行控制指令、数据输入及输出数据显示（包括各种测量值、波形等），从而实现仿真试验的高度可视化；

作为一个实施例，首先将电缆三维模型和仪器三维模型导入到基于虚拟现实技术虚拟场景中；其中，该虚拟场景是以电缆所在的场景为原型，采用3DMAX商业软件进行仿真的三维场景模型。然后在该三维场景模型中使用仪器三维模型进行电缆故障测寻；当需要显示波形图形时，将入射脉冲和反射脉冲的波形图形跟随三维显示屏的显示范围内进行显示，入射脉冲的波形经过波形衰减系数后，获得反射脉冲波形。

通过上述方式，相对于通过选择按键的形式，更具有逼真的可视化效果；相对于固定的波形显示方式，更具有逼真的可视化效果。

对于步骤S500中，根据所述时间差值计算电缆故障点的位置的过程，根据各个参数量，利用如下公式进行计算故障距离，确定故障位置：

$>L=\frac{\mathrm{\Delta t}*v}{2}$>

式中，L为故障点的距离，Δt为时间差值，v为脉冲在电缆中的传输速度。

对于步骤S500中，将故障点在电缆三维模型上对应位置进行显示；具体地，由于电缆三维模型为按比例缩小，所以根据实际故障点的位置，然后在电缆三维模型上计算出相应位置，然后在该位置上进行高亮显示，从而可以实现故障点的实时可视化效果。

本发明的技术方案以高度的沉浸感和良好的交互性为特征的虚拟现实技术，获取逼真的人工模拟环境，有效地模拟人在实验环境中各种感知系统的行为，实现高度可视化的电缆故障测寻仿真，提高了故障排除的工作效率，本发明的技术已经在电网系统中得到广泛应用，并且已经取得了相当好的效果，在仿真安全培训教育，电缆的运行工况及故障状态进行监测方面，能带来极好的效果，具有积极的意义。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。