：本发明属于电缆在线监测，特别涉及一种宽频阻抗谱和护层电流结合的电缆在线监测和故障定位系统。
背景技术
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背景技术：
1、为了防止高压电缆送电过程中，电缆表面产生过高的感应电压，对运维人员产生安全隐患，电缆每隔一定长度需要在金属护层加装接地线。常见接地方式主要有以下三种：1)双端保护接地：高压电缆两端不经保护装置直接接地，这样金属护层和大地之间直接形成了通路，从而形成环流，该方法适用于电缆长度较短时；2)中间点接地：高压电缆两端直接接地，中间点经保护装置后接地，适用于电缆长度中等时的接地方式；3)交叉互联接地：电缆的金属护层在线路终端处直接接地，中间段在交叉互联箱内实现三相金属护层的换位后接地，适用于长距离电缆，是运用最为广泛的接地方式。
2、在高压电缆正常运行时，上述接地方式下所产生的接地环流数据值处在一定的稳定范围内；但当出现例如金属护层多点接地、护层被蚁害缓慢损坏、电缆终端故障、接地线被盗等故障时，会引起接地环流大幅度变化。因此，接地电流可作为判断电缆故障的技术指标。
3、现有接地电流的判断方式主要有以下两种几种：1)基于电流互感器取电的护层环流在线监测，该方式只能判断出高压电缆a/b/c三相中哪一项产生了环流，并不能对故障点进行精确定位；同时，传统的护层电流在线监测并不能监测电缆本体的绝缘状况，更不用说对其故障进行定位；2)人工巡检，人工巡检必须停电作业，而停电期间会造成经济损失，同时，由于是周期性定期检查，而不是连续的实时监测，电缆还可能在检查的间隔期内发生故障，因此可能会错过对故障的排查。
4、基于上述现有技术的不足，本申请提出一种宽频阻抗谱和护层电流结合方法来实现对电缆的在线监测和故障定位。
5、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
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技术实现要素：
1、本发明的目的在于提供一种宽频阻抗谱和护层电流结合的电缆在线监测和故障定位系统，从而克服上述现有技术中的缺陷。
2、为了实现上述目的，本发明提供了一种宽频阻抗谱和护层电流结合的电缆在线监测和故障定位系统，包括ct互感器、波形提取模块、滤波器、信号触发器、无线模块、模数转换器、宽频阻抗谱模块和云平台。
3、所述ct互感器安装在电缆接地线上，用于在线监测电缆金属护层的接地电流，当接地电流发生异动时，通常是大于50a时，通过波形提取模块提取出每相电流的波形；所提取的电流波形经过滤波器滤波后通过模数转换器转换为数字信号，同时由信号触发器触发宽频阻抗谱模块，与此同时，该电流波形经过无线模块上传至云平台，更方便查看和存储。
4、进一步的，作为优选，所述宽频阻抗谱模块包括扫频模块、傅里叶变换模块、频谱分析模块、网关、数据存储模块及工控机。
5、所述宽频阻抗谱模块接受到触发信号后，通过扫频模块对电缆进行扫频，脉冲发生器可发射0.1-100mhz宽频阻抗电磁脉冲，经过滤波器滤除杂波后再电缆上传输，频率与测试距离成反比，频率越高，衰减越厉害，测试距离越短；当电缆长度为2-5km时，频率选取10mhz；长度为5-10km时，频率选取5mhz，宽频阻抗谱模块接受到返回的波形后由傅里叶变换模块对波形进行傅里叶变换，再由频谱分析模块进行分析后通过传统的时域反射技术(time domain reflectometry,tdr)和单端行波测距法相结合的定位算法自动绘制出故障定位图像，将绘制的图像上传至数据存储模块，方便检修人员查看，同时通过网关将图像传输至云平台，该云平台与上述云平台共用，方便数据处理和综合研判，与此同时，工控机可控制扫频的频率和时间间隔等参数。
6、所述宽频阻抗谱检测一次，扫频频率高达20000次，扫频带宽在0.1-100mhz范围内调整以匹配特定的电缆长度。
7、进一步的，作为优选，所述故障定位采用时域反射和单端行波测距法相结合的定位方法包括如下步骤：
8、步骤1:通过快速傅里叶逆变换算法得到时域反射信号，计算公式如下：
9、tr(p)＝fft(tr(s))
10、tf(s)＝f[ifft(si(w)c(n)z(n)*)]
11、其中，si(t)tr(s)和si(w)tr(p)分别为入射信号的时域谱和频域谱，频域信号包含正负频谱；c(n)为窗函数，其长度n等于t(p)的采样点数；z(n)*为z(n)的共轭延拓信号，其负频域的值等于对应正频域值的共轭，z(n)为第n段电缆的自反射系数；tf(s)为反射信号的时域谱，即为时域反射信号，其反映了反射信号在时域中的传输过程；
12、步骤2:通过单端行波测距法得到行波信号，电磁波以波速v延电缆表面传播，当遇到故障点(tp)时，行波延原路返回起始点，记录下该段行进的时间为sd，那么一半的路程所用时间即为td即为行波信号行波单位时间内在电缆中传播的速度为波速度v可表示为：
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14、其中l0为电缆单位长度上的电容，c0为电缆单位长度上的电感，μr为电缆芯线周围绝缘材料的相对磁导系数，εr为相对介电系数。
15、步骤3:将时域反射信号和行波信号结合
16、取时域反射信号和行波信号的平均值，再乘以波速，就等于故障点距波信号发射点距离，也就是故障点的位置s，计算公式如下：
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18、与现有技术相比，本发明的一个方面具有如下有益效果：
19、(1)本发明采用护层电流监测结合宽频阻抗谱进行故障定位，不仅能够识别电缆发生故障时是在a/b/c哪一相，还可以对电缆故障位置进行准确判断，提高对电缆的在线监测能力及检修效率，减少停电检修而带来经济损失；
20、(2)本发明形成电缆金属护层电流监测和宽频阻抗谱定位的闭环监测系统，既能监测金属护层的运行情况，也能监测电缆本体并进行故障定位，同时共用一个云平台来进行综合研判，金属护层还能对宽频阻抗谱进行脉冲控制，增加二者的联动性，可以保证电缆安全运行；
21、(3)宽频阻抗谱定位可以发现电缆绝缘中的微弱缺陷引起的阻抗变化，不会损坏电缆，可分析电缆长度、接头位置、绝缘受潮、绝缘老化、局部放电等重要信息；
22、(4)采用时域反射和单端行波测距法相结合的定位方法可以提高定位的精准度。
1.一种宽频阻抗谱和护层电流结合的电缆在线监测和故障定位系统，其特征在于：包括ct互感器、波形提取模块、滤波器、信号触发器、无线模块、模数转换器、宽频阻抗谱模块和云平台；所述ct互感器在线监测电缆金属护层的接地电流；所述波形提取模块提取每相电流波形再通过滤波器滤波后由模数转换器转换为数字信号，同时由信号触发器触发宽频阻抗谱模块；所述电流波形经无线模块上传至云平台。
2.根据权利要求1所述的一种宽频阻抗谱和护层电流结合的电缆在线监测和故障定位系统，其特征在于：所述接地电流大于50a时，波形提取模块提取每相电流波形。
3.根据权利要求1所述的一种宽频阻抗谱和护层电流结合的电缆在线监测和故障定位系统，其特征在于：所述宽频阻抗谱模块包括扫频模块、傅里叶变换模块、频谱分析模块、网关、数据存储模块及工控机；所述扫频模块用于对电缆进行扫频，所述傅里叶变换模块用于进行波形变换，所述频谱分析模块用于对频谱进行分析并绘制出故障定位图像，所述数据存储模块用于存储波形数据并通过网关传输至云平台，所述工控机用于控制宽频阻抗谱模块工作参数。
4.根据权利要求3所述的一种宽频阻抗谱和护层电流结合的电缆在线监测和故障定位系统，其特征在于：所述扫频模块扫频带宽在0.1-100mhz范围内。
5.根据权利要求3所述的一种宽频阻抗谱和护层电流结合的电缆在线监测和故障定位系统，其特征在于：所述故障定位采用时域反射和单端行波测距法相结合的定位方法。
6.根据权利要求5所述的一种宽频阻抗谱和护层电流结合的电缆在线监测和故障定位系统，其特征在于：所述定位方法包括如下步骤：
