高壓電力電纜故障識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高壓電力電纜故障檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓電力電纜故障識(shí)別方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著高壓電力電纜在城市配電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，電力電纜及其附件故障 對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)所造成的影響和損失也越來(lái)越顯著。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在城市電網(wǎng)運(yùn)行事故中，因高壓 電力電纜及其附件故障引起的電力事故高達(dá)75%，因此對(duì)高壓電力電纜及其附件故障進(jìn)行 檢測(cè)分析和故障類(lèi)型及大小的識(shí)別尤為重要。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于高壓電力電纜及其附件故障 分析識(shí)別的方法有很多，但大多數(shù)分析識(shí)別方法不能直接在現(xiàn)場(chǎng)完成，效率低，造成持續(xù)性 的損失。另外，當(dāng)前的故障識(shí)別方法只能識(shí)別是否存在故障，不能實(shí)現(xiàn)故障類(lèi)型及大小的判 斷，更不能對(duì)高壓電力電纜及其附件的老化狀態(tài)及剩余壽命做出一個(gè)有效的預(yù)估，也就不 能提出正確的故障修復(fù)方案。
[0003] 高壓電力電纜及其附件故障發(fā)生過(guò)程中往往會(huì)發(fā)生局部放電現(xiàn)象，并且局部放電 大小隨故障缺陷大小及程度而不同。局部放電是涉及絕緣層的放電，由于局部放電的發(fā)展 受限于絕緣層故障缺陷的類(lèi)型和大小，局部放電量又與絕緣狀況密切相關(guān)，所以通過(guò)對(duì)局 部放電量的檢測(cè)可以檢測(cè)并識(shí)別高壓電力電纜及其附件可能存在的故障。基于局部放電檢 測(cè)的高壓電力電纜及其附件故障類(lèi)型識(shí)別技術(shù)是高壓電力電纜及其附件故障信號(hào)檢測(cè)、分 析及故障類(lèi)型識(shí)別的最佳方法，并作為及時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓電纜及其附件故障隱患、運(yùn)行壽命預(yù) 測(cè)、保障高壓電力電纜及其附件安全可靠運(yùn)行的重要手段。
[0004] 目前，國(guó)際上研究學(xué)者對(duì)于高壓電力電纜及其附件故障局部放電信號(hào)的檢測(cè)分析 及故障類(lèi)型的識(shí)別沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使用較多的檢測(cè)元件是高頻電流傳感器，該方法的優(yōu) 點(diǎn)是高壓電力電纜及其附件與測(cè)量回路之間沒(méi)有電氣連接，從而可以較好的抑制噪聲，另 外傳感器安裝簡(jiǎn)單、操作方便，可檢測(cè)到完整的局部放電脈沖。缺點(diǎn)是該方法僅適用于電纜 外屏蔽層有接地線(xiàn)的情況，對(duì)于有完全屏蔽的電纜將線(xiàn)圈套在電纜本體外難以檢測(cè)到局放 信號(hào)，因此，單一的使用該檢測(cè)方法進(jìn)行高壓電力電纜故障局部放電信號(hào)的檢測(cè)分析及故 障類(lèi)型的識(shí)別難以達(dá)到預(yù)期的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高壓電力電纜故障識(shí)別方法，能自行對(duì)所 采集到的故障信號(hào)進(jìn)行去噪、時(shí)頻分析、特征提取并準(zhǔn)確的識(shí)別出故障類(lèi)型及大小。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種高壓電力電纜故障識(shí)別方法，包括信號(hào)聯(lián)合采集、信號(hào)綜合處理和故障智能 識(shí)別，具體為：
[0008] 信號(hào)聯(lián)合采集:采用UHF超高頻傳感器對(duì)局部放電產(chǎn)生的電磁暫態(tài)和電磁波進(jìn)行 采集，采用壓電式AE超聲波傳感器對(duì)局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)進(jìn)行采集，采用TEV地電波 傳感器對(duì)局部放電產(chǎn)生的地電波進(jìn)行采集，采用HFCT高頻電流傳感器對(duì)局部放電產(chǎn)生的瞬 變磁場(chǎng)進(jìn)行采集；
[0009] 信號(hào)綜合處理：在信號(hào)聯(lián)合采集過(guò)程中通過(guò)四個(gè)傳感器對(duì)局部放電信號(hào)進(jìn)行檢 測(cè)，并通過(guò)示波器記錄每個(gè)放電脈沖的時(shí)域波形，波形上的每一個(gè)點(diǎn)都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間和 幅值，提取5個(gè)表征放電強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)，包括脈沖上升時(shí)間t r、下降時(shí)間td、50%幅值 脈沖持續(xù)時(shí)間10 %幅值脈沖持續(xù)時(shí)間t1Q%、脈沖總持續(xù)時(shí)間ttcltai，通過(guò)這些特征參數(shù) 對(duì)局部放電進(jìn)行趨勢(shì)分析，結(jié)合局部放電的相位分布圖譜，檢測(cè)提取出表征局部放電類(lèi)型 的相位;還包括提取出電纜故障所產(chǎn)生的局部放電的特征參數(shù)，包括平均值
差σ2= Σ (Χ?-μ)2ρ?，
，.放電不對(duì)稱(chēng)
，構(gòu)建缺陷所對(duì)應(yīng)的局部放電指紋特征庫(kù)，所述缺陷包括線(xiàn)芯毛刺、主絕緣 割傷、半導(dǎo)電層翹起、絕緣內(nèi)部存在氣隙、主絕緣表面存在導(dǎo)電微粒；
[0010] 故障智能識(shí)別:將提取的時(shí)頻特征參數(shù)分批送入兩種智能算法中進(jìn)行自行匹配識(shí) 另IJ，兩種智能識(shí)別算法為ΒΡ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)識(shí)別和ELM極限學(xué)習(xí)機(jī)分類(lèi)識(shí)別，對(duì)兩種智能識(shí)別 算法的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行時(shí)時(shí)對(duì)比匯總，進(jìn)而確定故障的類(lèi)型及大小。
[0011]根據(jù)上述方案，在故障智能識(shí)別中，還包括用已有的故障類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)兩種智能 識(shí)別算法進(jìn)行訓(xùn)練，以提尚兩種智能識(shí)別算法的性能。
[0012]根據(jù)上述方案，所述UHF超高頻傳感器的信號(hào)接收天線(xiàn)為希爾伯特分形天線(xiàn)。
[0013]根據(jù)上述方案，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征提取之前，還包括將采集到的信號(hào)用帶通濾波 器去除干擾信號(hào)及噪聲信號(hào)，之后再將去噪后的信號(hào)進(jìn)行放大的步驟。
[0014]根據(jù)上述方案，去除干擾信號(hào)的步驟具體為:采用基于FFT的窄帶干擾抑制算法去 除窄帶干擾，采用基于小波的消噪算法去除白噪聲干擾，采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的濾波算法去 除脈沖型干擾信號(hào)。
[0015] 根據(jù)上述方案，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)識(shí)別和ELM極限學(xué)習(xí)機(jī)分類(lèi)識(shí)別進(jìn)行識(shí)別時(shí)， 識(shí)別結(jié)果都會(huì)進(jìn)行時(shí)時(shí)對(duì)比存儲(chǔ)。
[0016] 根據(jù)上述方案，在進(jìn)行識(shí)別之前，先用已有的特征數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練、測(cè)試和 驗(yàn)證，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明自行對(duì)所采集到的故障信號(hào)進(jìn)行 去噪、時(shí)頻分析、特征提取并準(zhǔn)確的識(shí)別出故障類(lèi)型及大小，為后續(xù)高壓電力電纜及其附件 的剩余壽命評(píng)估提供可靠而又科學(xué)的依據(jù)，從而大大降低因電纜故障所帶來(lái)的電網(wǎng)損失。 本發(fā)明檢測(cè)安全，故障識(shí)別迅速準(zhǔn)確，可集成化，便于工作人員學(xué)習(xí)掌握，可廣泛用于實(shí)驗(yàn) 室項(xiàng)目研究和現(xiàn)場(chǎng)在線(xiàn)測(cè)試識(shí)別。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明中示波器記錄每個(gè)放電脈沖的時(shí)域波形。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面對(duì)本發(fā)明高壓電力電纜故障識(shí)別方法作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0020] 針對(duì)當(dāng)前高壓電力電纜故障信號(hào)檢測(cè)分析及故障類(lèi)型識(shí)別所存在的不足，本發(fā)明 提出了一種高效、快速、精準(zhǔn)的高壓電力電纜故障類(lèi)型識(shí)別方法。高壓電力電纜故障類(lèi)型及 故障大小的判定對(duì)電纜的剩余使用壽命評(píng)估至關(guān)重要，因?yàn)槠渲苯雨P(guān)系著整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行 安全。本發(fā)明包括信號(hào)聯(lián)合采集、信號(hào)綜合處理與故障智能識(shí)別等步驟，現(xiàn)詳述如下。
[0021]彳目號(hào)聯(lián)合米集
[0022]分別從電磁波、超聲波等領(lǐng)域?qū)址判盘?hào)進(jìn)行采集分析，從而實(shí)現(xiàn)全方位、不同角 度對(duì)高壓電力電纜故障所產(chǎn)生的局部放電信號(hào)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)局放信號(hào)全方位、零死角的 捕捉，為后續(xù)的信號(hào)分析、故障類(lèi)型及大小識(shí)別提供可靠的信號(hào)來(lái)源。
[0023] 采用4種傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，即是UHF超高頻傳感器、AE超聲波傳感器、TEV地 電波傳感器和HFCT高頻電流傳感器。高壓電力電纜及其附件存在故障時(shí)，在高壓下往往會(huì) 產(chǎn)生局部放電，局部放電過(guò)程會(huì)長(zhǎng)生寬頻帶的暫態(tài)和電磁波。不同類(lèi)型的電擊穿過(guò)程不盡 相同，從而產(chǎn)生不同幅值和陡度的脈沖電流，因此產(chǎn)生不同頻率成分的電磁暫態(tài)和電磁波。 采用的UHF超高頻傳感器由超高頻信號(hào)接收天線(xiàn)構(gòu)成，傳感器天線(xiàn)采用希爾伯特分形天線(xiàn)， 它是一種非頻變天線(xiàn)，其電性能與頻率無(wú)關(guān)，具有寬頻率，圓極化，尺度小，效率高，可嵌裝 等優(yōu)點(diǎn)。放大器采用低噪音、高增益(40db)超高頻信號(hào)，傳感器工作頻帶300~1500MHz，能 夠有效避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)電暈等干擾，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
[0024] 當(dāng)高壓電力電纜及其附件內(nèi)部產(chǎn)生局部放電的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生沖擊的振動(dòng)及聲音， 同時(shí)激發(fā)超聲波信號(hào)，局部放電所激發(fā)的超聲波信號(hào)，其類(lèi)型包括縱波、橫波和表面波?？v 波通過(guò)氣體傳到外殼，橫波則需要通過(guò)固體介質(zhì)傳到外殼。通過(guò)貼在高壓電力電纜及其附 件表面的壓電式AE超聲波傳感器接收這些超聲波信號(hào)，以達(dá)到檢測(cè)局方的目的。
[0025] 高壓電力電纜及其附件內(nèi)部局放所激發(fā)的脈沖電流在傳播過(guò)程中會(huì)在半導(dǎo)層、屏 蔽層等金屬表面形成暫態(tài)地電波。通過(guò)貼在高壓電力電纜及其附件表面的TEV地電波傳感 器接收這些地電波信號(hào)，以達(dá)到檢測(cè)局方的目的。
[0026] 高壓電力電纜及其附件內(nèi)部產(chǎn)生局放時(shí)會(huì)形成脈沖電流，當(dāng)脈沖電流經(jīng)半