基于AI技术的电缆故障测试定位系统的制作方法

基于ai技术的电缆故障测试定位系统
技术领域
1.本发明属于电缆故障定位技术领域，具体涉及基于ai技术的电缆故障测试定位系统。


背景技术：

2.电力电缆在当今社会作为一种非常重要的输送电力载体，在城乡建设中起到了至关重要的作用，由于电缆芯线由多层保护材料包裹，而且在电缆铺设时，一般直接埋入地下或放置于电缆沟中，故障一旦发生，寻找故障点位置变得十分困难，特别是在城市中建筑物密集且路面多为硬面，不能也无法直接将电缆大面积挖出以确定故障位置，这就造成了电缆故障位置的巡测困难，故障修复时间延的长，给社会带来一定的影响和经济损失，如果地埋电缆故障不能及时修复，不但会消耗大量的人力资源，而且还会因电缆故障引发大规模的事故；因此，提供一种实现电缆故障测试声磁同步定点、快速进行电缆故障定位、提高电缆故障检测能力的基于ai技术的电缆故障测试定位系统是非常有必要的。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种实现电缆故障测试声磁同步定点、快速进行电缆故障定位、提高电缆故障检测能力的基于ai技术的电缆故障测试定位系统。
4.本发明的目的是这样实现的：基于ai技术的电缆故障测试定位系统，它包括故障定位系统，所述的故障定位系统包括高频高压电源单元、多次脉冲产生单元、绝缘测试单元、故障测试单元、路径测试单元、波形转换单元、自动故障定位单元、数据采集板、显示单元、电缆测试app单元和云服务平台。
5.所述的高频高压电源单元与多次脉冲产生单元连接，所述的多次脉冲产生单元与故障测试单元连接，所述的故障测试单元分别与显示单元、波形转换单元连接，所述的波形转换单元与自动故障定位单元连接，所述的自动故障定位单元与电缆测试app单元连接，所述的电缆测试app单元与云服务平台连接。
6.所述的电缆测试app单元采用4g/5g网络与云服务平台连接。
7.所述的电缆测试app单元采用基于c++界面可视化的qt开发架构，且所述的电缆测试app单元依据不同电缆故障类型智能选取包括低压脉冲法、多次脉冲法和冲闪电流法不同的定位方法进行定位。
8.所述的显示单元的显示方式包括以柱状图方式显示声信号强度、以模拟指针摆动方式显示磁信号强度、以数字方式显示声、磁信号强度。
9.所述的故障测试单元分别与绝缘测试单元、路径测试单元连接，所述的故障测试单元通过串口与数据采集板连接，所述的数据采集板通过串口与故障测试单元上位机连接，所述的故障测试单元上位机与故障测试单元连接。
10.所述的故障测试单元采用声磁同步定点技术对电缆故障进行测试，具体为：磁场
信号以接近光的速率传播，而声音信号在固体中的传播速率为每秒千米级，故磁场信号传播到检测仪器所需的时间可以忽略，检测仪器接收到磁场信号的时刻可视为声磁信号产生的时刻，设两者到达检测仪器的时间差为δt，检测仪器与故障点的距离为s，冲击放电声的传播速率为v，有：s＝v
·
δt(1)，由式(1)可知，只需计算出的时间差大小就可计算出故障点距离，当时间差为最小值时，检测仪器位于故障点正上方。
11.所述的路径测试单元包括路径发射机和路径接收机。
12.所述的自动故障定位单元根据低阻故障、高阻故障及开路故障的测试方法与原理，电缆故障距离计算使用公式：式中，l为故障距离，单位m；v为电波速度，单位m/μs；t为脉冲传播时间，单位μs；根据电缆长度不同，采用不同的采样频率，在已知采样频率情况下，可以计算出两次采样点间隔的时间，由故障点和发射点波形数据差值计算出传播时间，进而计算故障距离，同样，在已知电缆长度的情况下，可计算出电波在电缆中传输速度；所述的自动故障定位单元利用波形数据数值大小找出反射波形和入射波形，根据公式计算距离，而后在自动定位区域使用两条竖直线卡出位置，并显示当前故障距离。
13.本发明的有益效果：本发明为基于ai技术的电缆故障测试定位系统，在使用中，本发明的系统用于电力电缆各类故障的初步判断、路径寻测和定位，故障测试单元能够自动识别反射波形并显示电缆故障距离，为电力电缆故障的快速测试提供便利；本发明将电缆测试app单元引入到电缆故障测试中，为提高电缆故障检测能力和信息化水平提供技术手段，为推动配电网智能化水平提供新的思路及创新性技术保障，只需使用电缆测试app单元，使用手机就能测试各种电缆故障，借助4g/5g网络连接云服务平台，能得到专家及时、可靠的技术支持，无论是低压脉冲测试还是高压脉冲测试都能轻松完成；本发明采用声磁同步定点技术，在显示单元分别以图形和数字方式显示故障点声、磁信号强度信号，以柱状图方式显示声信号强度，以模拟指针摆动方式显示磁信号强度，同时还有声、磁信号强度的数字显示，界面清晰又直观；本发明具有以下优点：一、将互联网技术引入到电缆故障测试中，开发基于app技术的电缆测试，结合配套装置使用移动手机就能测试各种电缆故障；二、采用声磁同步定点技术，实现电缆故障测试智能化声磁同步定点，快速进行电缆故障的现场定位；三、根据冲击放电产生的声音和脉冲磁场信号特征，采用声磁同步法检测出故障点位置；在故障电缆一端施加脉冲高压击穿故障点以产生冲击放电现象，检测人员借助定点检测仪检测冲击放电产生的声磁信号特征结合app测试功能，实现快速准确地查找出故障点所在位置；本发明具有实现电缆故障测试声磁同步定点、快速进行电缆故障定位、提高电缆故障检测能力的优点。
附图说明
14.图1为本发明基于ai技术的电缆故障测试定位系统的结构框图。
15.图2为本发明基于ai技术的电缆故障测试定位系统的架构图。
16.图3为本发明基于ai技术的电缆故障测试定位系统的故障测试单元与数据采集板的连接结构示意图。
17.图4为本发明基于ai技术的电缆故障测试定位系统的绝缘测试单元的功能框图。
18.图5为本发明基于ai技术的电缆故障测试定位系统的显示单元的显示方式示意
图。
19.图6为本发明基于ai技术的电缆故障测试定位系统的声磁同步法原理图。
20.图7为本发明基于ai技术的电缆故障测试定位系统的波形显示流程图。
21.图8为本发明基于ai技术的电缆故障测试定位系统的电缆测试app单元与云服务平台的连接框架图。
22.图9为本发明基于ai技术的电缆故障测试定位系统的电缆测试app单元的功能模块图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明做进一步的说明。
24.实施例1
25.如图1-9所示，基于ai技术的电缆故障测试定位系统，它包括故障定位系统，所述的故障定位系统包括高频高压电源单元、多次脉冲产生单元、绝缘测试单元、故障测试单元、路径测试单元、波形转换单元、自动故障定位单元、数据采集板、显示单元、电缆测试app单元和云服务平台。
26.所述的高频高压电源单元与多次脉冲产生单元连接，所述的多次脉冲产生单元与故障测试单元连接，所述的故障测试单元分别与显示单元、波形转换单元连接，所述的波形转换单元与自动故障定位单元连接，所述的自动故障定位单元与电缆测试app单元连接，所述的电缆测试app单元与云服务平台连接。
27.所述的电缆测试app单元采用4g/5g网络与云服务平台连接。
28.所述的电缆测试app单元采用基于c++界面可视化的qt开发架构，且所述的电缆测试app单元依据不同电缆故障类型智能选取包括低压脉冲法、多次脉冲法和冲闪电流法不同的定位方法进行定位。
29.所述的显示单元的显示方式包括以柱状图方式显示声信号强度、以模拟指针摆动方式显示磁信号强度、以数字方式显示声、磁信号强度。
30.在本实施例中，高频高压电源单元：该单元主要用于电力电缆高阻故障的波形采样，以及故障点定位时的脉冲放电；输出方式为脉冲输出、直流输出；输出电压为0-35kv连续可调，工作电流≤40ma，放电能量为1225j，脉冲周期3s-8s自适应，工作电源工频220v；
31.多次脉冲单元：该单元的作用是将高频高压电源单元产生的脉冲高压引导至电缆故障相上，让故障点持续放电，延长故障点电弧时间，与此同时，生成一个触发信号来启动故障测试单元；
32.绝缘测试单元：该单元为数字式，液晶显示屏可显示当前工作状态和测试结果；绝缘测试单元具有开机自检功能及自动校准功能；绝缘测试单元采用全中文显示，全智能完成吸收比、测试极化指数、绝缘电阻的测量；使用数字滤波技术，具有强大的防干扰能力；采用了大容量可充电锂电池组，具有过载、自动放电、短路保护功能；
33.故障测试单元：能对电缆的低阻故障、高阻故障故障进行测试，可测量电缆长度已知的电波速，也可测试市政供电的电缆、铁路供电的电缆、以及居民小区的各种电缆故障；故障测试单元进行故障距离测试时根据其它仪器的测试结果及当前故障电缆参数进行故障类型判断与波速度选择，并通过串口发送到数据采集板，采集板采集到故障数据后再通
过串口发回故障测试单元上位机；
34.路径测试单元：信号频率为9.6khz正弦波，探测电缆距离《15km，探测地埋电缆深度≤3m，路径误差《5cm；包含路径发射机和路径接收机；路径测试单元产生10khz断续或连续信号，将这一信号接入被测电缆的好相上，所发射信号沿管线传输并产生电磁场，在所寻管线的远端，信号通过地表返回路径发射机，形成回路，路径接收机沿着管线行走，便接收到电磁信号；测试类型满足短距离、中距离、长距离电缆测试模式选择，可满足不同长度的电缆测试需求；实现有高、低压脉冲测试选择，可满足对开路、短路和高阻等一切主绝缘故障测试；
35.波形转换单元：将高阻故障的波形转变为易于分析的低阻故障的波形，识别出的低压脉冲短路故障波形进行处理，并与电缆的好相波形叠加，波形拐点容易识别，便于通过自动故障定位单元定位出故障点的位置；
36.本发明为基于ai技术的电缆故障测试定位系统，在使用中，本发明的系统用于电力电缆各类故障的初步判断、路径寻测和定位，故障测试单元能够自动识别反射波形并显示电缆故障距离，为电力电缆故障的快速测试提供便利；本发明将电缆测试app单元引入到电缆故障测试中，为提高电缆故障检测能力和信息化水平提供技术手段，为推动配电网智能化水平提供新的思路及创新性技术保障，只需使用电缆测试app单元，使用手机就能测试各种电缆故障，借助4g/5g网络连接云服务平台，能得到专家及时、可靠的技术支持，无论是低压脉冲测试还是高压脉冲测试都能轻松完成；本发明采用声磁同步定点技术，在显示单元分别以图形和数字方式显示故障点声、磁信号强度信号，以柱状图方式显示声信号强度，以模拟指针摆动方式显示磁信号强度，同时还有声、磁信号强度的数字显示，界面清晰又直观；本发明具有以下优点：一、将互联网技术引入到电缆故障测试中，开发基于app技术的电缆测试，结合配套装置使用移动手机就能测试各种电缆故障；二、采用声磁同步定点技术，实现电缆故障测试智能化声磁同步定点，快速进行电缆故障的现场定位；三、根据冲击放电产生的声音和脉冲磁场信号特征，采用声磁同步法检测出故障点位置；在故障电缆一端施加脉冲高压击穿故障点以产生冲击放电现象，检测人员借助定点检测仪检测冲击放电产生的声磁信号特征结合app测试功能，实现快速准确地查找出故障点所在位置；本发明具有实现电缆故障测试声磁同步定点、快速进行电缆故障定位、提高电缆故障检测能力的优点。
37.实施例2
38.如图1-9所示，基于ai技术的电缆故障测试定位系统，它包括故障定位系统，所述的故障定位系统包括高频高压电源单元、多次脉冲产生单元、绝缘测试单元、故障测试单元、路径测试单元、波形转换单元、自动故障定位单元、数据采集板、显示单元、电缆测试app单元和云服务平台。
39.所述的高频高压电源单元与多次脉冲产生单元连接，所述的多次脉冲产生单元与故障测试单元连接，所述的故障测试单元分别与显示单元、波形转换单元连接，所述的波形转换单元与自动故障定位单元连接，所述的自动故障定位单元与电缆测试app单元连接，所述的电缆测试app单元与云服务平台连接。
40.所述的电缆测试app单元采用4g/5g网络与云服务平台连接。
41.所述的电缆测试app单元采用基于c++界面可视化的qt开发架构，且所述的电缆测试app单元依据不同电缆故障类型智能选取包括低压脉冲法、多次脉冲法和冲闪电流法不
同的定位方法进行定位。
42.所述的显示单元的显示方式包括以柱状图方式显示声信号强度、以模拟指针摆动方式显示磁信号强度、以数字方式显示声、磁信号强度。
43.所述的故障测试单元分别与绝缘测试单元、路径测试单元连接，所述的故障测试单元通过串口与数据采集板连接，所述的数据采集板通过串口与故障测试单元上位机连接，所述的故障测试单元上位机与故障测试单元连接。
44.所述的故障测试单元采用声磁同步定点技术对电缆故障进行测试，具体为：磁场信号以接近光的速率传播，而声音信号在固体中的传播速率为每秒千米级，故磁场信号传播到检测仪器所需的时间可以忽略，检测仪器接收到磁场信号的时刻可视为声磁信号产生的时刻，设两者到达检测仪器的时间差为δt，检测仪器与故障点的距离为s，冲击放电声的传播速率为v，有：s＝v
·
δt(1)，由式(1)可知，只需计算出的时间差大小就可计算出故障点距离，当时间差为最小值时，检测仪器位于故障点正上方，声磁同步法原理如图6所示。
45.所述的路径测试单元包括路径发射机和路径接收机。
46.所述的自动故障定位单元根据低阻故障、高阻故障及开路故障的测试方法与原理，电缆故障距离计算使用公式：式中，l为故障距离，单位m；v为电波速度，单位m/μs；t为脉冲传播时间，单位μs；根据电缆长度不同，采用不同的采样频率，在已知采样频率情况下，可以计算出两次采样点间隔的时间，由故障点和发射点波形数据差值计算出传播时间，进而计算故障距离，同样，在已知电缆长度的情况下，可计算出电波在电缆中传输速度；所述的自动故障定位单元利用波形数据数值大小找出反射波形和入射波形，根据公式计算距离，而后在自动定位区域使用两条竖直线卡出位置，并显示当前故障距离。
47.在本实施例中，电缆测试app单元：1)能够依据不同电缆故障类型智能选取包括低压脉冲法、多次脉冲法和冲闪电流法不同的定位方法进行定位，同时可以对采集到的故障点反射数据进行直观清晰地显示，以方便电缆检测人员能够很快地进行故障类型的识别与故障距离的判断，具备较高的智能化程度以及友好的人机界面；2)记录并显示原始测试波形，并具备图像缩放功能；3)具备光标功能，针对具体的测试波形，能通过光标实现故障距离的测算和数值同步显示；4)存储数据和图像功能，并能进行选择回放；5)通过与数据采集板通信，进行测试参数的发送、数据的接收；并根据测试参数的设置进行故障距离判断或电波速度计算，同时能够把数据采集板传回的故障波形数据进行存储和测试报告生成；6)针对测试电缆的长度，选择测试距离s-短距离、m-中距离、l-长距离；7)可以在低压脉冲测试和高压脉冲测试之间切换。
48.本发明为基于ai技术的电缆故障测试定位系统，在使用中，本发明的系统用于电力电缆各类故障的初步判断、路径寻测和定位，故障测试单元能够自动识别反射波形并显示电缆故障距离，为电力电缆故障的快速测试提供便利；本发明将电缆测试app单元引入到电缆故障测试中，为提高电缆故障检测能力和信息化水平提供技术手段，为推动配电网智能化水平提供新的思路及创新性技术保障，只需使用电缆测试app单元，使用手机就能测试各种电缆故障，借助4g/5g网络连接云服务平台，能得到专家及时、可靠的技术支持，无论是低压脉冲测试还是高压脉冲测试都能轻松完成；本发明采用声磁同步定点技术，在显示单元分别以图形和数字方式显示故障点声、磁信号强度信号，以柱状图方式显示声信号强度，
以模拟指针摆动方式显示磁信号强度，同时还有声、磁信号强度的数字显示，界面清晰又直观；本发明具有以下优点：一、将互联网技术引入到电缆故障测试中，开发基于app技术的电缆测试，结合配套装置使用移动手机就能测试各种电缆故障；二、采用声磁同步定点技术，实现电缆故障测试智能化声磁同步定点，快速进行电缆故障的现场定位；三、根据冲击放电产生的声音和脉冲磁场信号特征，采用声磁同步法检测出故障点位置；在故障电缆一端施加脉冲高压击穿故障点以产生冲击放电现象，检测人员借助定点检测仪检测冲击放电产生的声磁信号特征结合app测试功能，实现快速准确地查找出故障点所在位置；本发明具有实现电缆故障测试声磁同步定点、快速进行电缆故障定位、提高电缆故障检测能力的优点。

技术特征：
1.基于ai技术的电缆故障测试定位系统，它包括故障定位系统，其特征在于：所述的故障定位系统包括高频高压电源单元、多次脉冲产生单元、绝缘测试单元、故障测试单元、路径测试单元、波形转换单元、自动故障定位单元、数据采集板、显示单元、电缆测试app单元和云服务平台。2.如权利要求1所述的基于ai技术的电缆故障测试定位系统，其特征在于：所述的高频高压电源单元与多次脉冲产生单元连接，所述的多次脉冲产生单元与故障测试单元连接，所述的故障测试单元分别与显示单元、波形转换单元连接，所述的波形转换单元与自动故障定位单元连接，所述的自动故障定位单元与电缆测试app单元连接，所述的电缆测试app单元与云服务平台连接。3.如权利要求2所述的基于ai技术的电缆故障测试定位系统，其特征在于：所述的电缆测试app单元采用4g/5g网络与云服务平台连接。4.如权利要求3所述的基于ai技术的电缆故障测试定位系统，其特征在于：所述的电缆测试app单元采用基于c++界面可视化的qt开发架构，且所述的电缆测试app单元依据不同电缆故障类型智能选取包括低压脉冲法、多次脉冲法和冲闪电流法不同的定位方法进行定位。5.如权利要求2所述的基于ai技术的电缆故障测试定位系统，其特征在于：所述的显示单元的显示方式包括以柱状图方式显示声信号强度、以模拟指针摆动方式显示磁信号强度、以数字方式显示声、磁信号强度。6.如权利要求2所述的基于ai技术的电缆故障测试定位系统，其特征在于：所述的故障测试单元分别与绝缘测试单元、路径测试单元连接，所述的故障测试单元通过串口与数据采集板连接，所述的数据采集板通过串口与故障测试单元上位机连接，所述的故障测试单元上位机与故障测试单元连接。7.如权利要求6所述的基于ai技术的电缆故障测试定位系统，其特征在于：所述的故障测试单元采用声磁同步定点技术对电缆故障进行测试，具体为：磁场信号以接近光的速率传播，而声音信号在固体中的传播速率为每秒千米级，故磁场信号传播到检测仪器所需的时间可以忽略，检测仪器接收到磁场信号的时刻可视为声磁信号产生的时刻，设两者到达检测仪器的时间差为δt，检测仪器与故障点的距离为s，冲击放电声的传播速率为v，有：s＝v
·
δt(1)，由式(1)可知，只需计算出的时间差大小就可计算出故障点距离，当时间差为最小值时，检测仪器位于故障点正上方。8.如权利要求6所述的基于ai技术的电缆故障测试定位系统，其特征在于：所述的路径测试单元包括路径发射机和路径接收机。9.如权利要求2所述的基于ai技术的电缆故障测试定位系统，其特征在于：所述的自动故障定位单元根据低阻故障、高阻故障及开路故障的测试方法与原理，电缆故障距离计算使用公式：式中，l为故障距离，单位m；v为电波速度，单位m/μs；t为脉冲传播时间，单位μs；根据电缆长度不同，采用不同的采样频率，在已知采样频率情况下，可以计算出两次采样点间隔的时间，由故障点和发射点波形数据差值计算出传播时间，进而计算故障距离，同样，在已知电缆长度的情况下，可计算出电波在电缆中传输速度；所述的自动故障定位单元利用波形数据数值大小找出反射波形和入射波形，根据公式计算距离，而后在
自动定位区域使用两条竖直线卡出位置，并显示当前故障距离。

技术总结
本发明涉及基于AI技术的电缆故障测试定位系统，它包括故障定位系统，故障定位系统包括高频高压电源单元、多次脉冲产生单元、绝缘测试单元、故障测试单元、路径测试单元、波形转换单元、自动故障定位单元、数据采集板、显示单元、电缆测试APP单元和云服务平台；本发明具有实现电缆故障测试声磁同步定点、快速进行电缆故障定位、提高电缆故障检测能力的优点。提高电缆故障检测能力的优点。提高电缆故障检测能力的优点。


技术研发人员：王延平 苏长宝 黄健钊 杨秋月 姚刚 董建刚
受保护的技术使用者：河南创嘉电气工程有限公司
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/7/11