异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法

1.一种异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法，其特征在于，包括以下阶段：
（1）准备阶段：将待测电缆两端分别与振荡波局部放电信号采集装置连接，局部放电信号采集装置记录电缆产生的原始波形与反射波形，并将记录的数据信息实时显示；
（2）信号采集阶段：激发待测电缆的故障点产生局部放电信号，振荡波局部放电信号采集装置采集电缆的故障点产生的局部放电信号；
（3）局部放电信号定位阶段：对采集到的局部放电信号进行滤波处理，调用局部放电定位算法，计算出局部放电信号产生的位置；
所述振荡波局部放电信号采集装置包括A端采集装置和B端采集装置；所述A端采集装置通过开关控制，所述B端采集装置通过电平方式触发；
所述阶段（2）中，所述激发故障点产生局部放电信号的过程为：利用高压程控直流电源，向振荡波局部放电信号采集装置施加实验电压，对谐振回路充电，通过设备电感与待测电缆电容发生谐振，在待测电缆两端产生阻尼振荡电压，故障点被激发产生局部放电信号，局部放电信号向电缆两端传输；
所述局部放电信号采集装置记录电缆产生的原始波形与反射波形，并将记录的数据信息实时显示；
所述局部放电定位算法包括以下步骤：
（1）初始化，对局部放电信号采集装置采集的信号进行滤波处理；
（2）查找脉冲对，求单次局部放电信号的时间差△Ti：电缆的总长度为L，局部放电在电缆中的传播速度为V，根据局部放电信号采集装置记录产生的A端和B端的原始波形与反射波形，查找与A端中的一对入射波和反射波波形匹配的B端波形中的B端原始波形与反射波形，确定该组A端波形与B端波形是由同一个局部放电位置产生的，将该组波形作为一个脉冲对i；确定A端采集装置采集的波形文件中入射波与反射波对应的时间t1和t2，确定B端采集装置采集的波形文件中波形对应的时间t3，根据t1、t2和t3确定第i个脉冲对的位移即单次局部放电信号的时间差△Ti，计算公式如下：
（3）对该等级下的实验电压的m组数据进行分析，得到m组数据△T1、△T2、△T3、……、△Tm；
（4）判断该电压等级下的数据是否分析完毕，若没有分析完毕，分析下一组数据，依次执行步骤（2）和（3）；若分析完毕，则执行步骤（5）；
（5）计算实验电压下局部放电的时间差△T：通过聚集类的方法将步骤（3）得到的数据中剔除不满足要求的时间点，得到n组脉冲对对应的时间差为△T1、△T2、△T3、……、△Tn，进行统计处理得到其平均值△T，计算公式如下：
（6）时间同步处理：通过步骤（4）得到的△T对B端采集装置的信号作平移，得到实际传输距离的信号，未平移前的时间为t’，平移之后的时间t=t’+△T；
（7）通过计算确定故障位置：电缆的总长度为L，采集装置与电缆始端间的连接电缆的长度L1忽略不计，故障点距A端采集装置的长度为x，B端采集装置采集到波形对应的传输距离为L‐x，则入射波的传输距离为x+L1，反射波的传输距离：2L‐x+L1；在B端采集装置采集的信号中查找与时间点t处的幅值对应的波形，即为故障位置产生的局部放电信号，通过： 可得： 通过计算得到局部放电位置：
（8）判断本次的测试数据是否分析完毕，若分析完毕，则结束本次循环；若未分析完毕，则返回执行步骤（2），继续查找脉冲对。
2.根据权利要求1所述的异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法，其特征在于，所述A端采集装置的信号采集过程为：故障点产生的局部放电信号通过分压装置进行分压后分成两路进入A端采集装置，其中一路经过滤波直接进入A端采集装置，另一路向电缆末端传输，在电缆末端处发生全反射，再次向A端采集装置传输，经过耦合器对信号进行转换后进入A端采集装置。
3.根据权利要求2所述的异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法，其特征在于，所述B端采集装置的信号采集过程为：故障点产生的局部放电信号向电缆B端采集装置传输，当信号的幅值足够大则触发启动B端的采集装置，进行分压、耦合处理，并记录波形对应的传输距离。
4.根据权利要求3所述的异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法，其特征在于，所述A端采集装置采集的信号分为两路，其中一路是故障点产生的局部放电信号，另一路是包含有入射波与反射波的连续信号。

异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于电力系统领域，涉及电力系统信号处理应用技术，具体涉及一种异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法。\n背景技术\n[0002] 电力电缆故障定位是保障电网安全经济运行的重要措施。由于电力电缆线路的隐蔽性和检测设备的局限性，故障点的快速、精确定位与查找技术还不完善。\n[0003] 目前，国内外运用于电力电缆故障定位的方法主要有以下几种：行波法故障定位、能量搜索算法故障定位、双端行波定位方法和GPS故障行波定位方法等。其中，行波法故障定位需要对入射波与反射波进行匹配，由于波形在电缆的传输过程中采集到的信号有入射波、反射波、入射波的反射波、反射波的反射波和其它干扰信号，因此由同一个局部放电点产生的入射波和反射波很难匹配正确；而基于能量搜索算法的定位方法，定位误差为厘米级，但当局部放电信号传播路径中发生折、反射时，该定位方法的有效性较差；双端行波定位方法是根据线路双端检测故障产生的初始行波，利用行波到达双端的时间差和波速通过计算来得到故障距离，其存在的主要缺陷是必须解决时间同步的问题；GPS故障行波定位方法是一种较为理想的时间同步技术，利用GPS的同步时钟输出，能够实现两端定位装置精确到一微秒的时间同步，但由于两端需要通讯联系和GPS系统来实现时间同步，投资成本比较大，而且当运用于振荡波信号采集装置时，需在室内进行，室内的GPS信号信号微弱甚至无法接收。\n[0004] 以上这些方法均在不同程度上存在测量误差、局限性大，入射波与反射波匹配困难，不能确定电力电缆局部放电的精确位置且成本高等缺陷，从而限制了其在电力电缆振荡波局部放电检测领域的进一步应用。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法，通过在待检测电缆的两端安装不同的局部放电信号检测装置，利用定位装置检测行波信号到达时间，然后由故障行波定位主站对所有时间信息进行处理，并根据行波法对处理后的时间信息进行计算得出局部放电位置。\n[0006] 一种异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法，包括以下阶段：\n[0007] （1）准备阶段：将待测电缆两端分别与振荡波局部放电信号采集装置连接，局部放电信号采集装置记录电缆产生的原始波形与反射波形，并将记录的数据信息实时显示；\n[0008] （2）信号采集阶段：激发待测电缆的故障点产生局部放电信号，振荡波局部放电信号采集装置采集电缆的故障点产生的局部放电信号；\n[0009] （3）局部放电信号定位阶段：对采集到的局部放电信号进行滤波处理，调用局部放电定位算法，计算出局部放电信号产生的位置。\n[0010] 本发明所述振荡波局部放电信号采集装置包括A端采集装置和B端采集装置；A端采集装置通过开关控制，B端采集装置通过电平方式触发。\n[0011] 本发明阶段（2）中，激发故障点产生局部放电信号的过程为：利用高压程控直流电源，向振荡波局部放电信号采集装置施加实验电压，对谐振回路充电，通过设备电感与待测电缆电容发生谐振，在待测电缆两端产生阻尼振荡电压，故障点被激发产生局部放电信号，局部放电信号向电缆两端传输。\n[0012] 本发明所述A端采集装置的信号采集过程为：故障点产生的局部放电信号通过分压装置进行分压后分成两路进入A端采集装置，其中一路经过滤波直接进入A端采集装置，另一路向电缆末端传输，在电缆末端处发生全反射，再次向A端采集装置传输，经过耦合器对信号进行转换后进入A端采集装置。由于波形在电缆的传输过程中会发生衰减，散射、反射等，经过一段距离的传输，经衰减后，局部放电信号对应的波形幅值减小，宽度变宽。最终得到的反射波的幅值比入射波的幅值小，频率变低。\n[0013] 本发明所述B端采集装置的信号采集过程为：故障点产生的局部放电信号向电缆B端采集装置传输，当信号的幅值足够大则触发启动B端的采集装置，进行分压、耦合处理，并记录波形对应的传输距离。\n[0014] 本发明所述A端采集装置采集的信号分为两路，其中一路是故障点产生的局部放电信号，另一路是包含有入射波与反射波的连续信号。\n[0015] 本发明所述局部放电定位算法包括以下步骤：\n[0016] （1）初始化，对局部放电信号采集装置采集的信号进行滤波处理；\n[0017] 查找脉冲对，求单次局部放电信号的时间差△Ti：根据局部放电信号采集装置记录产生的A端和B端的原始波形与反射波形，查找与A端中的一对入射波和反射波波形匹配的B端波形确定该组波形是由同一个局部放电位置产生的，作为一个脉冲对i ；确定A端采集装置采集的波形文件中入射波与反射波对应的时间t1和t2，确定B端采集装置采集的波形文件中波形对应的时间t3，根据t1、t2和t3确定第i个脉冲对的位移即单次局部放电信号的时间差△Ti，计算公式如下：\n[0018] ；\n[0019] （3）对该等级下的实验电压的m组数据进行分析，得到m组数据△T1、△T2、△T3、……、△Tm；\n[0020] （4）判断该电压等级下的数据是否分析完毕，若没有分析完毕，分析下一组数据，依次执行步骤（2）和（3）；若分析完毕，则执行步骤（5）；\n[0021] （5）计算实验电压下局部放电的时间差△T：通过聚集类的方法将步骤（3）得到的数据中剔除不满足要求的时间点，得到n组脉冲对对应的时间差为△T1、△T2、△T3、……、△Tn，进行统计处理得到其平均值△T，计算公式如下：\n[0022] ；\n[0023] （5）时间同步处理：通过步骤（4）得到的△T对B端采集装置的信号作平移，得到实际传输距离的信号，未平移前的时间为t’，平移之后的时间t=t’+△T；\n[0024] （7）通过计算确定故障位置：电缆的总长度为L，采集装置与电缆始端间的连接电缆的长度L1忽略不计，故障点距A端采集装置的长度为x，B端采集装置采集到波形对应的传输距离为L-x，则入射波的传输距离为x+L1，反射波的传输距离：2L-x+L1；在B端采集装置采集的信号中查找与时间点t处的幅值对应的波形，即为故障位置产生的局部放电信号，通过\n[0025] ， ，可得： ，\n[0026] 通过计算得到局部放电位置： ；\n[0027] （8）判断本次的测试数据是否分析完毕，若分析完毕，则结束本次循环；若未分析完毕，则执行步骤（2），继续查找脉冲对。\n[0028] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：\n[0029] （1）本发明通过两端采集的信号进行换算实现双端准同步，无需耗资加同步装置，无需定时，因而不存在GPS双端定位方法中因不同步而产生的定时误差；\n[0030] （2）本发明测量精度高、抗干扰性好，抗噪能力强：基于异步双端检测的电力电缆局部放电定位算法克服了单端测量的不足，可以确定真正的局部放电信号，有效排除一些反射波的反射波、其它入射波的反射波等干扰现象；\n[0031] （3）本发明用振荡波信号采集装置得到的波形为稳态连续波，能量稳定，所以检测容易，波形长度有限，随着振荡电压衰减完毕，信号采集结束；\n[0032] （4）本发明定位方法简单方便，可以应用于探头、收发单元与处理单元有线连接和无线连接的场合。对于非专业的技术人员也可以快速掌握其使用方法；\n[0033] （5）本发明不仅可以用于运行电缆的故障检测，也可用于电缆出厂的测试检测；\n[0034] （6）由于本发明的测量精度受测量环境影响小，并可以通过提高采样率来提高测量精度，该技术可行且适用性强。\n附图说明\n[0035] 图1为本发明的异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法的操作步骤流程图。\n[0036] 图2为本发明的方法中振荡波局部放电信号采集装置与待测电缆连接方式的示意图。\n[0037] 图3为本发明的局部放电识别与定位方法流程图。\n具体实施方式\n[0038] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释，但本发明要求保护的范围并不限于此。\n[0039] 图1为本发明的方法的操作步骤流程图，如图1所示，本发明的异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法包括以下阶段：\n[0040] （1）准备阶段：将待测电缆两端分别与振荡波局部放电信号采集装置连接，局部放电信号采集装置记录电缆产生的原始波形与反射波形，并将记录的数据信息实时显示；\n[0041] （2）信号采集阶段：激发待测电缆的故障点产生局部放电信号，振荡波局部放电信号采集装置采集电缆的故障点产生的局部放电信号；\n[0042] （3）局部放电信号定位阶段：对采集到的局部放电信号进行滤波处理，调用局部放电定位算法，计算出局部放电信号产生的位置。\n[0043] 如图2所示，本发明的异步双端电力电缆振荡波局部放电识别与定位方法是通过在待测电缆的A端和B端同时连接振荡波局部放电信号采集装置，A端采集装置通过开关控制，B端采集装置通过电平方式触发。激发故障点产生局部放电信号的过程为：利用高压程控直流电源，向振荡波局部放电信号采集装置施加实验电压，对谐振回路充电，通过设备电感与待测电缆电容发生谐振，在待测电缆两端产生阻尼振荡电压，故障点被激发产生局部放电信号，局部放电信号向电缆两端传输。\n[0044] A端采集装置的信号采集过程为：故障点产生的局部放电信号通过分压装置进行分压后分成两路进入A端采集装置，其中一路经过滤波直接进入A端采集装置，另一路向电缆末端传输，在电缆末端处发生全反射，再次向A端采集装置传输，经过耦合器对信号进行转换后进入A端采集装置。因此，A端采集装置采集的信号分为两路，其中一路是故障点产生的局部放电信号，另一路是包含有入射波与反射波的连续信号\n[0045] B端采集装置的信号采集过程为：故障点产生的局部放电信号向电缆B端采集装置传输，当信号的幅值足够大则触发启动B端的采集装置，进行分压、耦合处理，将记录的数据信息实时显示，得到定位所需的波形文件，并记录波形对应的传输距离。\n[0046] 如图3所示，本发明的局部放电定位算法包括以下步骤：\n[0047] （1）初始化，对局部放电信号采集装置采集的信号进行滤波处理；\n[0048] （2）查找脉冲对，求单次局部放电信号的时间差△Ti：根据局部放电信号采集装置记录产生的A端和B端的原始波形与反射波形，查找与A端中的一对入射波和反射波波形匹配的B端波形确定该组波形是由同一个局部放电位置产生的，作为一个脉冲对i ；确定A端采集装置采集的波形文件中入射波与反射波对应的时间t1和t2，确定B端采集装置采集的波形文件中波形对应的时间t3，根据t1、t2和t3确定第i个脉冲对的位移即单次局部放电信号的时间差△Ti，计算公式如下：\n[0049] ；\n[0050] （3）对该等级下的实验电压的m组数据进行分析，得到m组数据△T1、△T2、△T3、……、△Tm；\n[0051] （4）判断该电压等级下的数据是否分析完毕，若没有分析完毕，分析下一组数据，依次执行步骤（2）和（3）；若分析完毕，则执行步骤（5）；\n[0052] （5）计算实验电压下局部放电的时间差△T：通过聚集类的方法将步骤（3）得到的数据中剔除不满足要求的时间点，得到n组脉冲对对应的时间差为△T1、△T2、△T3、……、△Tn，进行统计处理得到其平均值△T，计算公式如下：\n[0053] ；\n[0054] （6）时间同步处理：通过步骤（4）得到的△T对B端采集装置的信号作平移，得到实际传输距离的信号，未平移前的时间为t’，平移之后的时间t=t’+△T；\n[0055] （7）通过计算确定故障位置：电缆的总长度为L，采集装置与电缆始端间的连接电缆的长度L1忽略不计，故障点距A端采集装置的长度为x，B端采集装置采集到波形对应的传输距离为L-x，则入射波的传输距离为x+L1，反射波的传输距离：2L-x+L1；在B端采集装置采集的信号中查找与时间点t处的幅值对应的波形，即为故障位置产生的局部放电信号，通过： ， ，可得： ，通过计算得到局部放电位置：\n；\n[0056] （8）判断本次的测试数据是否分析完毕，若分析完毕，则结束本次循环；若未分析完毕，则返回执行步骤（2），继续查找脉冲对。