基于自相關(guān)-小波模極大值分析的電纜局部放電定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及電力系統(tǒng)信號(hào)處理應(yīng)用技術(shù)，具體涉及一種基于 自相關(guān)-小波模極大值分析的電纜局部放電定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力電纜在城市配電網(wǎng)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是電力運(yùn)行部門(mén)急需了解電力電 纜的絕緣狀況以保障供電安全性和可靠性。局部放電是電力電纜發(fā)生絕緣故障的先兆，因 此有效檢測(cè)局部放電并對(duì)放電點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位是提高電纜安全運(yùn)行的一種重要途徑。
[0003] 時(shí)域反射技術(shù)(又稱TDR)是近十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的測(cè)量技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于線路測(cè) 長(zhǎng)及故障定位。局部放電信號(hào)在電纜中產(chǎn)生后，一路沿著電纜向采集端傳播，定義為入射 波；另一路沿著反方向傳播到電纜終端后反射回采集端，定義為反射波。應(yīng)用TDR方法進(jìn)行 局部放電點(diǎn)定位，其測(cè)量精度依賴于對(duì)局部放電信號(hào)入射波及反射波波前到達(dá)時(shí)間的準(zhǔn)確 判斷。
[0004] 相關(guān)法是檢測(cè)波形波前的常用方法，能夠從淹沒(méi)在噪聲信號(hào)或者其他無(wú)關(guān)信號(hào)中 找到信號(hào)兩部分或兩個(gè)信號(hào)之間的相互關(guān)系，判別其相似性，并對(duì)信號(hào)特征進(jìn)行檢測(cè)和提 取。但是，局部放電在電纜中傳播，高頻分量衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致反射波脈沖上升沿變緩，波形發(fā) 生了明顯畸變，因此采用相關(guān)法進(jìn)行定位尤其對(duì)于長(zhǎng)距離電纜，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致較大誤差。小波 變換具有在時(shí)域和頻域表征信號(hào)局部特性等性質(zhì)，采用小波變換模極大值法檢測(cè)反射波信 號(hào)的波前到達(dá)時(shí)間在一定程度上降低了局部放電信號(hào)波形衰減帶來(lái)的誤差。但是局部放電 信號(hào)中一般包含較大能量的噪聲，噪聲信號(hào)的小波模極大值會(huì)嚴(yán)重干擾對(duì)局部放電的準(zhǔn)確 定位。
[0005] 因此，單純采用相關(guān)法和小波變換模極大值法均不能達(dá)到較好的定位效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種定位精度高、抗干擾能力強(qiáng)的檢測(cè)電力電 纜局部放電并對(duì)放電點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位的方法，主要是采用自相關(guān)法與小波變換模極大值法 相結(jié)合進(jìn)行電纜局部放電定位的方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下： (1)采集并初步處理局部放電信號(hào)： 通過(guò)布置在電纜一端的局部放電檢測(cè)裝置采集電纜中的局部放電信號(hào)，經(jīng)濾波放大 后，由局部放電檢測(cè)裝置中的高速數(shù)字采集卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后保存處理 后的局部放電信號(hào)為局部放電數(shù)據(jù)； 所述局部放電檢測(cè)裝置包括局部放電耦合電容Ck、局部放電檢測(cè)阻抗Zm、信號(hào)濾波 器、信號(hào)放大器和數(shù)據(jù)采集裝置；所述局部放電耦合電容Ck的一端接在測(cè)試電纜的線芯 上，其另一端和局部放電檢測(cè)阻抗Zm串聯(lián)后接地，所述信號(hào)濾波器的輸入端接在局部放電 檢測(cè)阻抗Zm兩端，所述信號(hào)濾波器的輸出端經(jīng)信號(hào)放大器接入數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端，所 述數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端接外部的控制主機(jī)；所述測(cè)試電纜的線芯接高壓電源，其屏蔽層 兩端接地。所述數(shù)據(jù)采集裝置為高速數(shù)字采集卡。所述高壓電源為局部放電測(cè)試電壓產(chǎn)生 單元總稱，可為交流電壓源、超低頻電壓源、振蕩波電壓源等；所述高壓為電力行業(yè)的一個(gè) 常用語(yǔ)，高壓電源一般指電壓可輸出數(shù)kV甚至數(shù)百kV的電源，常用于高壓試驗(yàn)。
[0008] (2)提取局部放電入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段 ： 對(duì)步驟（1)中采集到的局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后，設(shè)定閾值，提取出包含局部放電 信號(hào)的完整入射波和反射波數(shù)據(jù)的局部放電入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段;所述設(shè)定閾 值需超過(guò)反射波幅值而低于入射波幅值； 具體過(guò)程如下： 設(shè)定合適閾值，保證該閾值超過(guò)反射波幅值而低于入射波幅值，提取以入射波為起點(diǎn) 的長(zhǎng)度為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于自相關(guān)-小波模極大值分析的電纜局部放電定位方法，其特征在于，其包 括以下步驟： (1) 采集并初步處理局部放電信號(hào)： 通過(guò)布置在電纜一端的局部放電檢測(cè)裝置采集電纜中的局部放電信號(hào)，經(jīng)濾波放大 后，由局部放電檢測(cè)裝置中的高速數(shù)字采集卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后保存處理 后的局部放電信號(hào)為局部放電數(shù)據(jù)； (2) 提取局部放電入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段： 對(duì)步驟（1)中采集到的局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后，設(shè)定閾值，提取出包含 局部放電信號(hào)的完整入射波和反射波數(shù)據(jù)的局部放電入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段 ;所述設(shè)定閾值需超過(guò)反射波幅值而低于入射波幅值； (3) 進(jìn)行自相關(guān)分析： 對(duì)步驟（2)中的入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段進(jìn)行自相關(guān)處理，提取入射波與反射 波的波前時(shí)間差的估計(jì)值dN ; (4) 進(jìn)行小波模極大值分析： 對(duì)步驟（3)中的入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段進(jìn)行N層小波分解、重構(gòu)，提取各層小 波重構(gòu)信號(hào)的最大值點(diǎn)作為入射波波前位置，之后以步驟（3)自相關(guān)分析得到的入射波與 反射波的波前時(shí)間差的估計(jì)值dN作為參照，提取反射波小波模極大值時(shí)刻，計(jì)算入射波和 反射波波前時(shí)間差，計(jì)算局部放電點(diǎn)位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的基于自相關(guān)-小波模極大值分析的電纜局部放電定位方 法，其特征在于：所述步驟（1)中所述局部放電檢測(cè)裝置包括局部放電耦合電容Ck、局部放 電檢測(cè)阻抗Zm、信號(hào)濾波器、信號(hào)放大器和數(shù)據(jù)采集裝置；所述局部放電耦合電容Ck的一 端接在測(cè)試電纜的線芯上，其另一端和局部放電檢測(cè)阻抗Zm串聯(lián)后接地，所述信號(hào)濾波器 的輸入端接在局部放電檢測(cè)阻抗Zm兩端，所述信號(hào)濾波器的輸出端經(jīng)信號(hào)放大器接入數(shù) 據(jù)采集裝置的輸入端；所述數(shù)據(jù)采集裝置為高速數(shù)字采集卡，所述測(cè)試電纜的線芯接高壓 電源，其屏蔽層兩端接地。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1或2所述的基于自相關(guān)-小波模極大值分析的電纜局部放電定位 方法，其特征在于：所述步驟（2)中所述局部放電入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段的提取 過(guò)程為：設(shè)定合適閾值，保證該閾值超過(guò)反射波幅值而低于入射波幅值，提取以入射波為起 21 點(diǎn)的長(zhǎng)度為[=^泠的信號(hào)區(qū)間，記為; 其中，Z為信號(hào)區(qū)間長(zhǎng)度； /為電纜長(zhǎng)度； V為信號(hào)在電纜中的傳播速度； Ps為米樣頻率； 2為信號(hào)在電纜中傳播的最大時(shí)長(zhǎng)，以保證采樣次數(shù)為L(zhǎng)的信號(hào)區(qū)間內(nèi)包含完整入射 V 波和反射波信號(hào)； X(X)中的η表示時(shí)間序號(hào)，η的取值范圍為1~L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)3所述的基于自相關(guān)-小波模極大值分析的電纜局部放電定位方 法，其特征在于：所述步驟（3)中自相關(guān)分析的步驟如下： 3-1、按照如下公式（1)計(jì)算出自相關(guān)分析結(jié)果序列:
其中，為自相關(guān)分析結(jié)果序列； k 為偏移量，k=0，±l、±2、±3，···，土L; 3- 2、提取自相關(guān)分析結(jié)果序列的主峰和次峰之間的距離，作為入射波和反射波 的波前時(shí)間差的估計(jì)值dN ;所述主峰即最大值點(diǎn)，所述次峰即次最大值點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)4所述的基于自相關(guān)-小波模極大值分析的電纜局部放電定位方 法，其特征在于：所述步驟（4)中小波模極大值分析的步驟如下： 4- 1、對(duì)步驟（3)中取得的局部放電入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段進(jìn)行N尺度的小波 分解； 4-2、對(duì)范圍是2~N-1尺度下的小波變換高頻分量進(jìn)行小波重構(gòu)，提取第》層小波重構(gòu) 信號(hào)的模最大值點(diǎn)位置作為入射波的波前位置，記為4，： = 2,3,...,況-1，其對(duì)應(yīng)峰值為 4-3、以步驟（3)中自相關(guān)分析得到的入射波與反射波的波前時(shí)間差的估計(jì)值dV為 參照，在[%+夂￥-4，巧+1+4]區(qū)間內(nèi)查找找最大值作為第1層小波重構(gòu)信號(hào)模極大值 點(diǎn)，作為反射波的波前位置，記為化，其對(duì)應(yīng)峰值為為i ;其中，^為自相關(guān)信號(hào)振蕩周期； 4-4、分析4;/為的值是否滿足隨i增大逐漸增大的規(guī)律，若滿足上述規(guī)律則進(jìn)行步驟 4-5 ； 若不滿足上述規(guī)律，則表明由&確定的脈沖信號(hào)為干擾信號(hào)，則返回步驟（3)進(jìn)行自 相關(guān)分析，重新計(jì)算入射波與反射波的波前時(shí)間差的估計(jì)值<^況； 4-5、依照如下公式（2)計(jì)算第i層小波重構(gòu)信號(hào)確定的入射波與反射波波前時(shí)間差 LNi : ^%=?-? (式 2) 其中，為第i層小波重構(gòu)信號(hào)確定的入射波與反射波波前時(shí)間差； -?為第i層小波重構(gòu)信號(hào)確定的反射波的波前位置； %為第i層小波重構(gòu)信號(hào)確定的入射波的波前位置； 從而依照如下公式（3)計(jì)算入射波與反射波傳播時(shí)間差ΔΓ : Ar = ANiFs (式 3) 其中，/?為采樣頻率； Δ3/為^坪平均值； 4-6、將入射波與反射波傳播時(shí)間差Δτ代入如下公式（4)計(jì)算得到局部放電點(diǎn)位置；
#中，為胃部放?點(diǎn)?纜A端白勺足巨離； /為電纜長(zhǎng)度； V為信號(hào)在電纜中的傳播速度。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于自相關(guān)-小波模極大值分析的電纜局部放電定位方法，屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，其步驟包括：1、采集并初步處理局部放電信號(hào)；2、提取局部放電入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段；3、對(duì)步驟2中的入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段進(jìn)行自相關(guān)處理，提取入射波與反射波的波前時(shí)間差的估計(jì)值dN；4、對(duì)步驟3中的入射波-反射波脈沖數(shù)據(jù)段進(jìn)行N層小波分解、重構(gòu)，提取各層小波重構(gòu)信號(hào)的最大值點(diǎn)作為入射波波前位置，之后以步驟（3）自相關(guān)分析得到的入射波與反射波的波前時(shí)間差的估計(jì)值dN作為參照，提取反射波小波模極大值時(shí)刻，計(jì)算入射波和反射波波前時(shí)間差，計(jì)算局部放電點(diǎn)位置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是定位精度高、抗干擾能力強(qiáng)。
【IPC分類(lèi)】G01R31-11
【公開(kāi)號(hào)】CN104730424
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510092868
【發(fā)明人】高樹(shù)國(guó), 范輝, 潘瑾, 陳志勇, 劉賀晨, 劉云鵬, 劉宏亮, 陳二松
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院, 河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月2日