引言

電力電纜是電能在電氣設(shè)備之間傳輸或控制信號(hào)在電氣設(shè)備之間傳遞及通信的重要媒介,在檢修維護(hù)電力設(shè)備及電力建設(shè)過程中發(fā)揮的作用十分重要。在實(shí)際工作中,電力電纜從早期的建設(shè)到后期投入運(yùn)行后的運(yùn)維,其對(duì)線、查線、探測(cè)和管理上均存在著很大的不足,具體表現(xiàn)為建設(shè)電纜時(shí)接線與鋪設(shè)核線技術(shù)不夠先進(jìn),電纜檢測(cè)效率較低,電纜探測(cè)精確度無法滿足電纜檢測(cè)實(shí)用性的要求,電纜檢測(cè)的準(zhǔn)確性與供電可靠性存在明顯差距,在復(fù)雜環(huán)境下,如運(yùn)行時(shí)檢測(cè)、掩埋、強(qiáng)電磁干擾、多條電纜纏繞等情況下,電纜普查和數(shù)據(jù)信息的管理往往存在很大的技術(shù)漏洞和缺陷,究其原因均為缺乏有效的技術(shù)手段對(duì)電力電纜進(jìn)行精準(zhǔn)地定位檢測(cè)。另外,電力電纜在后期的檢修運(yùn)維中也存在著很大的困難,如21世紀(jì)以來,電力電纜快速發(fā)展,迅速從早期的新建過渡到了如今的大規(guī)模鋪設(shè),隨著城鎮(zhèn)現(xiàn)代化的推進(jìn),如今的電力電纜網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜,因而在施工過程中,從輕度受損到被挖斷的情況屢屢發(fā)生,其原因主要在于早期電纜鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)大多沒有存檔記錄。此外,管理規(guī)范片面且落后、技術(shù)手段缺乏、人員不斷變動(dòng)等因素也導(dǎo)致了此類情況的發(fā)生。

1雙調(diào)制波的合成

根據(jù)電纜信號(hào)傳輸模型,需要一個(gè)發(fā)射信號(hào),且該信號(hào)的正反相周期特性須不同。而雙調(diào)制波是一種正相信號(hào)與反相信號(hào)不同的周期信號(hào),其通過疊加兩個(gè)設(shè)計(jì)好的不同頻率的正弦波信號(hào)而產(chǎn)生,識(shí)別電力電纜便可基于該信號(hào)來完成。本項(xiàng)目所研究的電力電纜核線裝置正是基于該技術(shù),且兩個(gè)正弦波信號(hào)頻率設(shè)計(jì)為800Hz和1200Hz。

在設(shè)計(jì)雙調(diào)制波的過程中,不能選取頻率具有整數(shù)倍關(guān)系的兩個(gè)波形,其原因在于成倍數(shù)關(guān)系的兩個(gè)波形疊加后所得到的調(diào)制波相位變化了180^。,如圖1和圖2所示(圖中選取的波形頻率為1kHz和3kHz,其頻率成倍數(shù)關(guān)系）。

為更方便地合成波形,選取波形的最優(yōu)方法是選擇頻率具有最小公倍數(shù)的兩個(gè)波形,故本項(xiàng)目選擇的是頻率分別為800Hz和1200Hz的兩個(gè)正弦波,其疊加后所得到的雙調(diào)制波頻率是400Hz,且波形正反相是截然不同的,如圖3所示,其分別是800Hz和1200Hz反相后的波形及疊加后所得到的波形。實(shí)際上,實(shí)現(xiàn)此效果的條件是兩個(gè)正弦波的頻率比為2/3。

由于逆變器的正弦信號(hào)受到開關(guān)頻率的限制,故采用上述頻率的正弦波信號(hào)。通常情況下,開關(guān)頻率在100kHz以下,如不間斷電源中的逆變器的開關(guān)頻率在20kHz左右。系統(tǒng)的開關(guān)頻率可設(shè)定為100kHz,導(dǎo)致波形畸變和開關(guān)頻率較難過濾的原因通常為調(diào)制波頻率過大,每個(gè)周波的開關(guān)周期過少。而且若頻率過高,考慮到傳輸線寄生參數(shù)的影響,會(huì)導(dǎo)致電纜上的信號(hào)嚴(yán)重衰減,從而減短信號(hào)的傳輸距離。另外,頻率不能太低,控制電纜內(nèi)部可能存在工頻交流電,其高頻諧波較弱,對(duì)上述兩個(gè)頻率的信號(hào)影響相對(duì)較小,這樣就能很容易地過濾掉低頻分量,得到400Hz的雙調(diào)制波信號(hào)。

2雙調(diào)制波信號(hào)相位分析

對(duì)雙調(diào)制波信號(hào)的某個(gè)周期進(jìn)行快速傅里葉變換運(yùn)算,可得到800Hz和1200Hz信號(hào)采樣周期起始點(diǎn)處的相位φ800和φ1200。根據(jù)這兩個(gè)相位可以求得800Hz信號(hào)峰值時(shí)(即φ800P=909),1200Hz信號(hào)的相位φ1200800P,且φ1200800P和φ800P=909均滿足一定的等式關(guān)系。

根據(jù)φ800與909的關(guān)系,匹配電纜上的信號(hào)劃分情形如圖4所示。

在情形1和Ⅲ所得到的φ800介于09～909之間,而情形Ⅱ和Ⅳ所得到的φ800介于909～3609之間。下面分析每一種情形以得到在不同情形下φ800和φ1200的關(guān)系。

在情形Ⅰ和Ⅲ下,起點(diǎn)到峰值經(jīng)過的相位為909-φ800,則1200Hz信號(hào)經(jīng)過的相位應(yīng)為2/3(909-φ800),于是:

對(duì)于情形V和s,起點(diǎn)到峰值經(jīng)過的相位為4509-φ800,則1200Hz信號(hào)經(jīng)過的相位應(yīng)為3/2(4509-φ800),于是:

由于以上計(jì)算結(jié)果有超過3609的可能,而快速傅里葉變換計(jì)算結(jié)果應(yīng)在09～3609,所以將09～3609之外的φ1200進(jìn)行處理,減去或加上3609,直到0≤φ1200≤3609。

(P)3609表示若是P>3609,則P減掉3609:若是P<0,則P加上3609,直到0≤P<3609。

同理,非匹配電纜上的信號(hào)劃分情形如圖5所示。

在情形I和I下,起點(diǎn)到峰值經(jīng)過的相位為4509-φ800,則1200Hz信號(hào)經(jīng)過的相位應(yīng)為3/2(4509-φ800),于是:

對(duì)于情形Ⅲ和Ⅳ,起點(diǎn)到峰值經(jīng)過的相位為909-φ800,則1200Hz信號(hào)經(jīng)過的相位應(yīng)為3/2(909-φ800),于是:

3識(shí)別判據(jù)

根據(jù)上文分析的結(jié)果,φ800和φ1%00在雙調(diào)制波正反相情況下滿足不同的等式關(guān)系,且以上述關(guān)系作為識(shí)別判據(jù),不會(huì)產(chǎn)生誤判。

故,電纜匹配標(biāo)準(zhǔn)判據(jù):

和:

兩者滿足其一即可。

電纜不匹配標(biāo)準(zhǔn)判據(jù):

和:

兩者滿足其一即可。

雖然電纜不匹配判據(jù)不能直接確定電纜之間的匹配關(guān)系,但其可以檢測(cè)儀器。若檢測(cè)結(jié)果同時(shí)不滿足匹配和非匹配標(biāo)準(zhǔn)判據(jù),則可能是儀器發(fā)生故障,重新更換設(shè)備即可。

4結(jié)語

本文對(duì)基于雙調(diào)制波的電纜核線系統(tǒng)中的部分環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究,后續(xù)得到了部分電路的試驗(yàn)結(jié)果且制造出了樣機(jī)?；诒疚乃黾夹g(shù)設(shè)計(jì)的電力電纜核線系統(tǒng)主要由發(fā)射端和接收端兩部分組成,其中發(fā)射端主要采用升壓逆變結(jié)構(gòu),通過電磁感應(yīng)原理將識(shí)別到的信號(hào)耦合到電力電纜的金屬鎧甲上:接收端采用相位識(shí)別技術(shù)來檢測(cè)和鑒別電力電纜金屬鎧甲上的信號(hào),并判斷出電力電纜的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系。如今,基于雙調(diào)制波技術(shù)的電力電纜核線系統(tǒng)已在智能管理系統(tǒng)中取得了良好的運(yùn)行效果,通過該系統(tǒng),相關(guān)工作人員可以及時(shí)、精確地掌握電力電纜位置和情況,這對(duì)電力電纜的安全運(yùn)維、日常管理、城市施工、事故預(yù)防等起到了積極作用。