宽带功率放大器在多分支电缆故障定位系统实验中的应用

实验名称：多分支电缆故障定位系统实验

研究方向：不同调制比检测信号及伪盲区验证、多分支定位信号预处理验证、多分支故障定位策略验证、时延估计优化算法验证、自适应阈值曲线定位验证、多物理场波速拟合与超频率估计精度提升验证

实验目的：该论文以梅森旋转法生成伪随机序列的扩展频谱时域反射法为核心技术，针对海底多分支电缆故障定位难、精度低等问题，提出可控阻波磁环与无线开关组合的多分支故障检测策略，并通过反射信号预处理、优化时延估计算法、构建多物理场波速拟合模型及自适应阈值曲线等手段优化定位精度，经实验验证，该方法可实现多分支电缆故障精准定位，且定位精度与缺陷故障敏感度均得到显著提升。

测试设备：功率放大器(Aigtek的ATA-1220E)、Y型分支电缆、上位机、示波器、无线开关、屏蔽磁环、信号源、FPGA芯片、数模转换模块。

实验过程：先搭建以FPGA为主控，集成ADC/DAC、功放、无线磁环的实验平台，模拟Y型多分支电缆与海水环境。随后测试不同调制比信号对200m断路及6m盲区故障的检测效果，验证PHAT加权指数抑制法等优化算法的盲区定位能力；对50m分支、100m缺陷故障的反射信号做预处理，提升缺陷故障敏感度；通过控制磁环通断实现故障支路精准区分；测试两种优化时延算法的单路及多分支故障检测性能；最后验证自适应阈值曲线的远距离故障识别能力，以及多物理场波速拟合、超频率估计的定位精度提升效果。

图1系统控制框图

图2实验平台

实验结果：

1、不同调制比及伪盲区实验结果表明，调制比0.4时检测效果最优，PHAT加权指数抑制法与改进SCOT加权函数法可实现3~8m盲区内故障直接定位且故障距离越大定位误差越小。

2、多分支定位信号预处理实验验证，均值比例去叠加结合自适应阈值修正小波去噪的预处理方式，能显著提升对特征阻抗变化不明显的缺陷故障的敏感度，可识别50m分支节点和99.424m缺陷故障。

3、自适应阈值曲线定位实验发现，自适应阈值曲线可适配不同距离的信号衰减，能有效识别远距离衰减故障，检测效果优于传统固定阈值。

4、多物理场波速拟合与超频率估计精度提升实验证明，多物理场波速拟合可使定位精度提升约6%，10组采样的超频率估计法能再提升约0.3%定位精度且采样组数越多提升效果越显著。

图3多分支故障检测结果

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图：ATA-1220E宽带放大器指标参数

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审核编辑 黄宇