电缆故障点定位方法及系统与流程

本发明属于电缆故障检测，尤其涉及一种电缆故障点定位方法及系统。

背景技术：

1、铁路信号电缆是专用于铁路信号控制系统的电缆，铁路信号电缆在局部受到外力破坏会导致电缆的保护层损伤，造成绝缘性能下降而发生故障，对铁路信号电缆高阻故障的检测与定位具有十分重要的现实意义。

2、目前针对电缆高阻故障检测主要是频域反射法(frequency domainreflectometry，fdr)，频域反射法主要是向铁路信号电缆芯线中注入扫频信号后，通过反射信号识别故障点位置，然而，铁路电缆由多段电缆接续而成，在接续点处将产生强烈的多重反射信号，且由于高阻故障处的反射通常比接续点处产生的多重反射弱得多，导致接续点处多次反射产生的谐波会在电缆故障定位谱中产生伪峰，对电缆高阻故障的检测与准确定位造成极大干扰。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种电缆故障点定位方法及系统，旨在解决铁路电缆中的接续点的多重反射在故障定位谱中产生伪峰，对故障定位造成干扰的问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

3、一种电缆故障点定位方法，用于对包括多个接续点的电缆进行故障定位，具体包括以下步骤：

4、从待检测的目标电缆的首端输入检测信号并从首端采集初始反射信号；

5、对所述初始反射信号进行预处理，得到目标反射信号；

6、对所述目标反射信号进行变分模态分解得到多个模态分量，并从多个模态分量去除所述首端阻抗不匹配造成的干扰的模态分量后进行重构，得到重构信号；

7、对所述重构信号进行希尔伯特包络解调得到初始故障定位谱；

8、基于所述初始故障定位谱和所述目标电缆的多个接续点的位置确定每个接续点的多重反射干扰谐波频率向量，并根据所述多重反射干扰谐波频率向量构建信号矢量组；

9、将所述信号矢量组输入滤波器中得到抑制多重反射谐波后的反射信号；

10、对抑制多重反射谐波后的反射信号进行希尔伯特包络解调得到目标故障定位谱；

11、从所述目标故障定位谱中识别故障点位置。

12、作为本发明技术方案的进一步限定，对所述初始反射信号进行预处理，得到目标反射信号，具体包括以下步骤：

13、对所述初始反射信号进行相位差分运算以去除基线漂移，得到增强后的目标反射信号。

14、作为本发明技术方案的进一步限定，对所述目标反射信号进行变分模态分解得到多个模态分量，并从多个模态分量去除所述首端阻抗不匹配造成的干扰的模态分量后进行重构，得到重构信号，具体包括以下步骤：

15、对所述目标反射信号进行变分模态分解得到多个模态分量；

16、将多个模态分量中频率最低的模态分量确定为所述首端阻抗不匹配造成的干扰的模态分量；

17、从多个模态分量中去除所述首端阻抗不匹配造成的干扰的模态分量；

18、将去除所述首端阻抗不匹配造成的干扰的模态分量后的多个模态分量相加，得到重构信号。

19、作为本发明技术方案的进一步限定，对所述目标反射信号进行变分模态分解得到多个模态分量，具体包括以下步骤：

20、初始化变分模态分解算法中的初始分解层数k；

21、将所述目标反射信号输入所述变分模态分解算法中，得到多个模态分量；

22、采用频谱估计算法估计每个模态分量的中心频率；

23、在所述多个模态分量的中心频率存在混叠时，分解层数k增加一层，并返回将所述目标反射信号输入所述变分模态分解算法中的步骤；

24、在满足停止分解条件时，目标分解层数k=m-1，其中，m为两个模态分量的中心频率的差值的绝对值小于预设值时的分解层数。

25、作为本发明技术方案的进一步限定，基于所述初始故障定位谱和所述目标电缆的多个接续点的位置确定每个接续点的多重反射干扰谐波频率向量，并根据所述多重反射干扰谐波频率向量构建信号矢量组，具体包括以下步骤：

26、基于所述目标电缆的多个接续点的位置和预置的频谱估计算法对所述初始故障定位谱中每个接续点估计基频；

27、计算每个接续点的基频与倍数范围中多个倍数的乘积，得到每个接续点的多重反射干扰谐波频率向量；

28、采用每个接续点的多重反射干扰谐波频率向量以及预置的正弦函数和余弦函数计算信号矢量，得到信号矢量组。

29、作为本发明技术方案的进一步限定，所述滤波器的传输函数如下：

30、yout(t)=wt(t－1)x(t)；

31、其中，t为时间步，x(t)为信号矢量组，yout(t)为滤波结果，w为滤波器系数。

32、作为本发明技术方案的进一步限定，将所述信号矢量组输入滤波器中得到抑制多重反射谐波后的反射信号，具体包括以下步骤：

33、初始化滤波器系数w(0)=0，逆相关矩阵p(0)=δ－1i，其中i为单位矩阵，δ为正则化系数；

34、将信号矢量组输入滤波器中，得到滤波结果yout(t)=wt(t－1)x(t)；

35、计算中间量π(t)=p(t－1)x(t)；

36、计算增益向量，λ为加权系数；

37、计算估计误差e(t)=x(t)－wt(t－1)x(t)；

38、更新滤波器系数w(t)=w(t－1)+k(t)e(t)；

39、更新逆相关矩阵；

40、判断是否满足停止迭代更新条件；

41、若是，将估计误差e(t)确定为抑制多重反射谐波后的反射信号；

42、若否，返回将信号矢量组输入滤波器中的步骤。

43、作为本发明技术方案的进一步限定，所述目标故障定位谱的横坐标为到目标电缆各个位置到首端的距离，纵坐标为幅值，从所述目标故障定位谱中识别故障点位置，具体包括以下步骤：

44、从所述目标故障定位谱中确定出各个接续点的波峰；

45、将目标故障定位谱中所述接续点的波峰以外的波峰确定为故障点波峰；

46、将所述故障点波峰对应的距离确定为故障点位置。

47、一种电缆故障点定位系统，用于对包括多个接续点的电缆进行故障定位，具体包括以下单元：

48、初始反射信号采集单元，用于从待检测的目标电缆的首端输入检测信号并从首端采集初始反射信号；

49、信号预处理单元，用于对所述初始反射信号进行预处理，得到目标反射信号；

50、信号重构单元，对所述目标反射信号进行变分模态分解得到多个模态分量，并从多个模态分量去除所述首端阻抗不匹配造成的干扰的模态分量后进行重构，得到重构信号；

51、初始故障定位谱获取单元，用于对所述重构信号进行希尔伯特包络解调得到初始故障定位谱；

52、信号矢量组构建单元，用于基于所述初始故障定位谱和所述目标电缆的多个接续点的位置确定每个接续点的多重反射干扰谐波频率向量，并根据所述多重反射干扰谐波频率向量构建信号矢量组；

53、多重反射抑制单元，用于将所述信号矢量组输入滤波器中得到抑制多重反射谐波后的反射信号；

54、目标故障定位谱获取单元，用于对抑制多重反射谐波后的反射信号进行希尔伯特包络解调得到目标故障定位谱；

55、故障点位置确定单元，用于从所述目标故障定位谱中识别故障点位置。

56、作为本发明技术方案的进一步限定，故障点位置确定单元，具体包括以下模块：

57、接续点波峰确定模块，用于从所述目标故障定位谱中确定出各个接续点的波峰；

58、故障点波峰确定模块，用于将目标故障定位谱中所述接续点的波峰以外的波峰确定为故障点波峰；

59、故障点位置确定模块，用于将所述故障点波峰对应的距离确定为故障点位置。

60、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

61、本发明实施例在从目标电缆的首端采集初始反射信号后进行预处理得到目标反射信号，并对目标反射信号进行变分模态分解得到多个模态分量，进一步去除首端阻抗不匹配造成的干扰的模态分量后重构得到重构信号，对重构信号进行希尔伯特包络解调得到初始故障定位谱，并基于初始故障定位谱和目标电缆的多个接续点的位置确定每个接续点的多重反射干扰谐波频率向量，并根据多重反射干扰谐波频率向量构建信号矢量组，将信号矢量组输入滤波器中得到抑制多重反射谐波后的反射信号，并对抑制多重反射谐波后的反射信号进行希尔伯特包络解调得到目标故障定位谱，以从目标故障定位谱中识别故障点位置，既可以消除目标电缆的首端所造成的干扰，又可以抑制接续点的多重反射产生的干扰谐波，消除干扰谐波造成的伪峰，使得目标故障定位谱上包含接续点、故障点以及末端的波峰，提高目标电缆中故障点定位的准确度。