基于混沌序列的线缆故障诊断

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线缆,作为传递能量与信息的关键部件,如何确保其健康运行以及实现线缆故障的及时诊断、精确定位已成为目前的研究重点。当线缆中存在故障时,其结构参数的变化会导致线缆电参数变化,这也是线缆故障最根本机理。由此,本文从线缆电磁参数出发,以RG-58同轴线缆为研究对象,从判断线缆是否存在故障和线缆故障定位两个角度开展了一系列的研究,本文的研究内容主要分为如下几个部分:1.研究了线缆软故障与线缆电磁参数关系。首先基于传输线理论,结合电磁场理论,分析了线缆分布参数的计算方法;通过建立RG-58同轴线缆的1/4有限元模型,计算线缆中存在不同程度的不同故障时的电容、电感参数,分析了线缆软故障机理。2.利用串扰作为指标对线缆是否存在故障进行判断。分析了串扰基本机理及机制,通过矩量法,建立极端故障线缆传输线仿真模型,对此种故障诊断方法进行初步验证;通过级联的方式建立软故障线缆传输线仿真模型,进行进一步验证,并探究了串扰回路的干扰线和“基线”选取原则;根据仿真结果搭建了相应的频域与时域的串扰测量平台,从实验与仿真的角度验证了串扰作为判断线缆中是否存在故障指标的可行性。3.研究了不同故障线缆或线缆网络的故障精确定位方法。首先,介绍了时域反射法(TDR)的基本原理,进而根据其用于故障定位的缺陷,结合混沌序列的特性,使用两种混沌序列结合生成的混沌信号代替TDR的脉冲信号,对线缆或线缆网络中存在的不同故障进行了在线、离线的故障定位仿真,仿真验证了混沌时域反射法(CTDR)用于上述情况的线缆故障定位具有良好的性能;根据仿真模型,搭建相应的故障定位实验平台,从实验的角度验证了CTDR在实际应用情况中的良好性能。4.设计了线缆故障定位的抗干扰措施。基于传输线理论,根据信号在故障定位系统中的传播路径,建立相应的数值模型。在此基础上,对测量系统桥接电阻,即对系统附加一个具体参数由数值模型确定的阻抗平衡网络,改变系统的传播系数,使注入信号幅值与末端开路反射信号幅值相等。在后续时延的运算中,利用二值化运算的特性,实现了软故障波头的放大,减小了故障被噪声淹没的可能性,提高了故障定位系统的抗干扰能力。研究表明,附加阻抗平衡网络后的测量波形中由软故障形成的反射波头幅值约为之前的若干倍,验证了对故障定位系统附加阻抗平衡网络用于软故障特征放大的可行性。
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