吳 瑀 莊紅軍 李 睿 陳 晨

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司畢節(jié)供電局，畢節(jié) 551700）

1 電力電纜故障檢測(cè)的方式

電力電纜作為電力供應(yīng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一旦發(fā)生故障，就會(huì)對(duì)供電產(chǎn)生極其嚴(yán)重的影響。所以，線纜故障的定位和檢測(cè)需要得到及時(shí)跟進(jìn)和保證，確保電力電纜能夠正常運(yùn)行。當(dāng)前，檢測(cè)的方式是頻域發(fā)射方式對(duì)高頻信號(hào)電纜進(jìn)行測(cè)量，這種方式的測(cè)量精準(zhǔn)度較高，且有非常強(qiáng)的抗干擾能力。同時(shí)，因?yàn)榘l(fā)射的調(diào)頻信號(hào)會(huì)干擾通訊，所以在線測(cè)量方式無法實(shí)現(xiàn)。也正因如此，這種方式對(duì)同軸射頻電纜更加適用。利用脈沖在故障點(diǎn)進(jìn)行回波發(fā)射，通過回波時(shí)間對(duì)故障位置進(jìn)行確定的時(shí)域反射方式，并不能進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，所以不能對(duì)高阻障礙以及間歇性故障進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，在通信電話線出現(xiàn)故障時(shí)，這種方式應(yīng)用較廣泛。噪聲反射法，是以信號(hào)時(shí)域的自相關(guān)函數(shù)屬性作為檢測(cè)的方式，通過噪聲或是線纜的有效信號(hào)來進(jìn)行，一旦信號(hào)中斷，就無法以此方式進(jìn)行檢測(cè)。通過對(duì)電纜故障檢測(cè)方式的了解，我們將在本文中通過擴(kuò)散頻譜時(shí)域反射法對(duì)線纜故障進(jìn)行檢測(cè)分析和研究，并利用建模方式對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步診斷，同時(shí)利用相關(guān)函數(shù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，利用不同調(diào)節(jié)方式對(duì)妥善頻譜時(shí)域反射法的調(diào)制方式進(jìn)行研究。

2 分析方式

2.1 SSTDR系統(tǒng)概述

SSTDR系統(tǒng)是由發(fā)生、調(diào)制、信號(hào)發(fā)射、線纜、信號(hào)采集、調(diào)節(jié)模塊以及其他基本模塊構(gòu)成的。信號(hào)發(fā)射模塊是利用Matlab仿真成直接序列的擴(kuò)頻信號(hào)，以此作為測(cè)試信號(hào)來進(jìn)行信號(hào)發(fā)射。調(diào)制模塊則是利用ASK、FSK等調(diào)試方式進(jìn)行。線纜模塊則是通過電力仿真工具箱發(fā)揮作用，采用貝杰龍數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)電流和電壓波之間的時(shí)間參數(shù)建模，確定故障點(diǎn)。因?yàn)榫€纜中信號(hào)只能進(jìn)行實(shí)數(shù)信號(hào)傳播，所以我們?cè)谛盘?hào)處理中必須保證結(jié)合實(shí)際獲取并將測(cè)試的信號(hào)確定為有效信號(hào)。本文將對(duì)信號(hào)發(fā)射模塊和采集模塊進(jìn)行深入研究，調(diào)節(jié)模塊也是利用ASK、FSK、PSK等調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)反射信號(hào)，與此相關(guān)的模塊，我們也會(huì)直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

2.2 直接序列發(fā)生器

將信息利用偽隨機(jī)序列調(diào)制到較寬的頻帶上，直接序列的擴(kuò)頻通信也是在此基礎(chǔ)上對(duì)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行處理，在接收端利用和發(fā)射端相同的偽隨機(jī)序列來對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。此方式能夠讓擴(kuò)頻調(diào)制信息得到恢復(fù)。系統(tǒng)中產(chǎn)生的輸出信號(hào)，和偽隨機(jī)碼之間的信號(hào)進(jìn)行模二加，出現(xiàn)的速度和偽隨機(jī)碼速度相同的擴(kuò)頻信號(hào)，能夠通過信噪比實(shí)現(xiàn)載波調(diào)制，一次強(qiáng)化系統(tǒng)的干擾能力。直接序列發(fā)生器模塊對(duì)兩個(gè)隨機(jī)序列的利用，將服從伯努利分布，另一個(gè)則是隨機(jī)生成的pn序列，這兩個(gè)序列將會(huì)通過模塊的調(diào)制，使擴(kuò)散頻譜時(shí)域反射法的測(cè)試信號(hào)有效生成。

2.3 反射模塊

在線纜發(fā)生故障時(shí)，即便線路中的阻抗特點(diǎn)會(huì)發(fā)生一系列變化，但反射后的信號(hào)和發(fā)射的信號(hào)會(huì)出現(xiàn)延遲的情況。擴(kuò)散頻譜時(shí)域反射法是將偽隨機(jī)序列信號(hào)，在與余弦調(diào)制以后，通過測(cè)試信號(hào)改變幅度的大小，強(qiáng)化線纜中能夠有效傳輸?shù)男盘?hào)噪聲免疫，這樣相關(guān)峰值就會(huì)更加凸顯，可用功率變小，精準(zhǔn)度也會(huì)有所提升，有助于對(duì)故障位置的準(zhǔn)確判斷。線纜發(fā)生故障時(shí)，在線進(jìn)行傳輸?shù)腟STDR信號(hào)就會(huì)在有效信號(hào)傳輸?shù)姆瓷涠丝谶M(jìn)行發(fā)射，經(jīng)過輸入信號(hào)分離器與高通濾波器后，能夠得到與測(cè)試信號(hào)延遲相關(guān)的信號(hào)，到達(dá)相關(guān)峰值時(shí)，可以通過延遲的時(shí)間，準(zhǔn)確判定故障點(diǎn)距離發(fā)射端之間的距離。

2.4 互相關(guān)系的分析

在線纜信號(hào)檢測(cè)中，要想有效避免噪聲干擾，可通過對(duì)噪聲源的干擾來進(jìn)行處理?？梢詫y(cè)試信號(hào)發(fā)射到線纜中，實(shí)現(xiàn)線纜的接收端與發(fā)射端唯一信號(hào)的同步，再次預(yù)測(cè)信號(hào)的線路系統(tǒng)延遲情況，從而準(zhǔn)確評(píng)估信號(hào)在線路系統(tǒng)中的傳輸延遲時(shí)間。

3 Simulink建模

Simulink這種可視化的反震工具，能夠讓動(dòng)態(tài)建模和仿真以及分析得到實(shí)現(xiàn)。直接序列發(fā)生器模塊需要對(duì)隨機(jī)序列進(jìn)行有效設(shè)置，數(shù)據(jù)流產(chǎn)生時(shí)，需要將設(shè)定采集的樣本時(shí)間，同時(shí)傳輸速度也要設(shè)置在100bit/s。隨機(jī)d PN序列生成，采集的時(shí)間需要設(shè)定為1/2000，也可以稱之為擴(kuò)頻。實(shí)部就是對(duì)有效信號(hào)的測(cè)量，虛部則不需要處理。經(jīng)過故障線纜的模塊，我們可以將故障線纜的故障設(shè)置為短路故障，位置是100km，在Parameters以短路現(xiàn)象作為選擇依據(jù)，單向短路設(shè)定的方式是對(duì)Phase B Fault進(jìn)行選擇，對(duì)Ground Fault進(jìn)行后選擇，在查閱資料時(shí)，我們可以了解到電纜的傳輸速度，并可以根據(jù)公式對(duì)延遲的時(shí)間進(jìn)行推斷，也對(duì)延遲的模塊進(jìn)行值的設(shè)定，且對(duì)仿真調(diào)節(jié)器可進(jìn)行ode23tb的設(shè)置，設(shè)置以后再次形成復(fù)數(shù)，然后進(jìn)行解調(diào)。BPsk調(diào)制和解調(diào)器的參數(shù)我們可以設(shè)定為20，這是由于接擴(kuò)系統(tǒng)頻率設(shè)定在2000次/s，BPSk亟待數(shù)據(jù)信號(hào)頻率設(shè)定為100，采樣頻率色設(shè)定為100次/s。故而，我們將每個(gè)符號(hào)采樣都設(shè)定在20次，零階保持器采樣的時(shí)間也需要設(shè)定在1/2000。

在通過檢測(cè)模塊進(jìn)行輸出后，需要在相關(guān)器輸出峰值的地方對(duì)延遲的時(shí)間進(jìn)行確認(rèn)，且可以d=1/2ct的公式對(duì)線纜的故障點(diǎn)進(jìn)行定位，SSTDR仿真模型，整個(gè)系統(tǒng)并沒有對(duì)噪聲進(jìn)行引入。對(duì)于SSTDR仿真模型的監(jiān)測(cè)方法來說，在本地參考信號(hào)和反射信號(hào)之間對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位，反射的參考信號(hào)中就已經(jīng)包含了故障點(diǎn)位置的具體信息內(nèi)容。

4 分析仿真結(jié)果

一般情況下，利用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控載波的數(shù)字調(diào)制，對(duì)于載波的幅度、頻率、相位等都會(huì)按鍵操控，之后就能得到ASK、FSK、PSK相關(guān)的數(shù)據(jù)。對(duì)比分析三種調(diào)制方式對(duì)噪聲干擾以及在信號(hào)頻率利用中的應(yīng)用效果，可以看出PSK的性能更加突出。BSPK對(duì)于載波的二項(xiàng)調(diào)制，則是利用二級(jí)制的基帶信號(hào)完成，并且對(duì)信息的接收以及抗噪音的能力更勝一籌。對(duì)設(shè)計(jì)好的信號(hào)，其電纜方針測(cè)試結(jié)果精準(zhǔn)度更高，故障定位能力也更強(qiáng)。在仿真實(shí)驗(yàn)中，我們能夠得出結(jié)論，PSK的性能最好，SSTDR線路故障測(cè)試系統(tǒng)中也具有一定的實(shí)用性，BSPK和QPSK的調(diào)制性能一樣好。

5 結(jié)論

在仿真實(shí)驗(yàn)過程中能夠得出SSTDR是最佳的PSK調(diào)制方法，并且因?yàn)榭垢蓴_能力強(qiáng)、傳輸速度更快、對(duì)線纜故障定位更準(zhǔn)確的特點(diǎn)，我們能夠了解到，對(duì)于方針的BPSK與QPSK都有非常好的調(diào)制性能，更加適合測(cè)量線纜故障。