新型基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷定位方法

为解决传统时域反射法(time domain reflectometry,TDR)和宽频阻抗谱法(broadband impedance spectroscopy,BIS)对电缆微弱局部缺陷进行定位时存在的问题,提出一种新型基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷精确定位方法。首先结合电缆分布参数模型及精细频谱分析、Kaiser窗、距离窗处理技术详细阐明了反射系数谱定位方法的基本原理;然后对不同损伤程度的电缆缺陷进行建模定位仿真,检验该方法的可行性与识别灵敏度;最后在实验室65.5 m长的10 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆上制作了微弱局部缺陷对该方法的准确性进行了验证。仿真和实验结果表明:该方法能对不同损伤程度的某些局部缺陷进行有效定位,即使电缆损伤程度较弱时,该方法也具有较高的识别灵敏度和识别精度,定位误差0.6%。与传统TDR相比,该方法对微弱缺陷的识别能力更强;与BIS法相比,该方法所需测试频率更低,所需测试点数更少。     

基于反射系数傅里叶逆变换的电缆局部缺陷诊断方法研究

为了及时发现电缆中存在的潜伏性缺陷,研究一种基于反射系数傅里叶逆变换的电缆局部缺陷诊断方法。首先根据传输线理论建立电缆计算模型,然后采用快速傅里叶逆变换（IFFT）将电缆首端反射系数谱转换到空间域,最后利用缺陷定位诊断函数DF（x）实现电缆局部缺陷的定位和诊断。针对存在典型局部缺陷的10 kV交联聚乙烯（XLPE）电缆仿真分析,当选取适当的测试频率和测试点数,缺陷定位误差最低可达0.01%。定位曲线中缺陷对应的DF（x）幅值受分布参数的影响,与电容变化的程度线性相关;缺陷长度在一定范围内,DF（x）幅值与缺陷长度成正比;随着缺陷到电缆首端距离的增加,DF（x）幅值成指数衰减;此外,电缆上多处缺陷的诊断结果相互独立。结果表明,该方法具有良好的灵敏度和精确性。     

基于距离的互相关算法在电力电缆局部放电定位中的应用

电力电缆局部放电源定位是找出电缆局部缺陷的有效手段之一。为了解决传统互相关算法的定位结果受采样频率和电缆相速度频变特性影响大的问题,提出了一种基于距离的互相关算法用于电力电缆局放源定位。首先介绍了基于距离的互相关算法的基本原理,然后利用MATLAB建立了局放传播模型验证了该方法的有效性,研究了不同传播距离,不同采样频率和不同信噪比对定位精度的影响。最后利用振荡波测试平台对250 m的10 kV XLPE电力电缆进行局部放电试验,利用不同方法对局放信号进行定位,验证了该方法的优越性。仿真和实测结果表明,由于该互相关算法是直接以距离为自变量,不需要进行时延估计,因此该方法相较于传统的互相关方法具有更高的定位精度。     

基于反射系数谱的XLPE电缆水树缺陷定位方法

地下电缆中的水树能够在不改变电缆性能的情况下持续生长数年,并最终导致无法预料的绝缘故障.为解决现有技术对电缆水树缺陷定位诊断时存在的不足,提出基于反射系数谱的水树定位方法.首先利用传输线理论构建了含水树缺陷的电缆反射系数谱的解析模型.然后以分布电容为对象分析了水树缺陷对反射系数谱的影响,并基于广义正交法构建了诊断函数D...     

基于阻抗谱加窗傅里叶变换的电缆多段缺陷识别方法

电缆各类潜伏性缺陷的识别和定位对电力运维具有重要意义,然而现有电缆检测方法无法在故障产生前对电缆老化、局部破损等缺陷检测进行定位。提出了一种基于电缆宽频阻抗谱的无损局部缺陷检测方法,可以有效地定位电缆早期缺陷,避免演变产生电缆故障事故。建立电缆分布参数的数值模型,研究了电缆阻抗谱特征规律,对比分析不同老化程度的潜伏性缺陷的出现对电缆阻抗谱的影响,分析了不同潜在缺陷的频域阻抗谱特征;对含有缺陷的电缆阻抗谱进行离散傅里叶变换,并以切比雪夫窗函数对积分变换的结果进行处理,实现了对多段潜伏性缺陷的准确定位。实验和仿真结果表明：该方法可以实现电缆上多段潜伏性缺陷定位,通过窗函数算法可以显著抑制噪声,提升定位精度。为电缆故障定位技术改进提供了新的技术手段。     

一种基于阻抗相位变化比率的长电缆局部缺陷定位新方法

在电缆出现故障前对局部缺陷进行定位非常关键。该文提出一种基于阻抗相位变化比率的长电缆局部缺陷定位的新方法。首先,研究局部缺陷对分布参数的影响,建立含局部缺陷的输入阻抗谱计算模型,在此基础上研究输入阻抗变化比率与局部缺陷的关联性;然后,通过分析变化比率第一峰值和第二峰值的比值与不同缺陷位置的关系,提出一种基于阻抗相位变化比率的长电缆局部缺陷的定位方法;最后,运用PSCAD仿真软件进行仿真验证。验证结果表明:该方法具有较高的识别精度,定位误差小于1.8%。相比于阻抗幅值谱在谐振频率处的微弱变化,阻抗相位变化比率能够比较灵敏地反映长电缆的局部缺陷,该文提出的方法可以有效定位长电缆局部缺陷位置。     

基于信号能量谱特征的局部放电故障识别方法及其系统实现

为解决传统超高频(ultra-high frequency,UHF)法实现局部放电(partial discharge,PD)故障模式识别对采样频率、传输带宽和处理速度要求苛刻的困难,提出一种基于信号能量谱特征的局部放电故障识别新方法。该方法通过提取局部放电超高频电磁波信号在不同频段的能量值,构建能量谱序列作为模式识别判据,能够有效降低局放信号对采样频率、传输带宽和处理速度的要求。其次通过5种典型空气绝缘缺陷局部放电试验获得了模式识别的初步判据,验证了该方法的有效性;基于该方法,应用射频理论构建了相应的信号处理系统,并再次通过局部放电试验构建了基于此系统的模式识别判断依据,最后通过验证性试验证明该系统的识别正确率基本达到90%。     

基于电磁耦合注入的电力电缆局部缺陷在线定位方法

为了解决现有频域反射方法仅能在离线情况下对电缆缺陷进行定位检测的不足,提出了一种基于频域反射法和电磁耦合技术的电缆缺陷在线定位方法。首先,依据电缆分布参数模型对含有局部缺陷的电缆进行仿真建模,分析了不同电容变化程度的缺陷点与不同测试频率对电缆缺陷定位效果的影响。然后,探究了传感器结构对信号注入效率的影响。最后,分别在实验室105 m和500 m电力电缆上进行验证,在离线测试情况下,通过改变105 m电缆末端负载阻值,模拟不同电缆负载下的线路情况,并分析其对局部缺陷处和电缆末端处反射强度的影响。在带电测试情况下,通过串联谐振平台对500 m电缆进行通电,利用所提在线定位方法对该电缆进行测试,以检验所提方法的有效性。仿真及实验结果表明：相较于电缆离线定位测试方法,该方法能够在电缆通电的状态下,实现对电缆缺陷点的在线定位,且具有较高定位精度和识别灵敏度。     

基于EEMD与边际谱能量的电缆局部放电定位方法

振荡波局部放电试验在电缆绝缘缺陷检测中得到了越来越多的研究和应用,但背景噪声干扰和放电脉冲匹配的问题会影响局部放电定位的准确度。为实现振荡波电压下电缆绝缘缺陷的准确定位,提出一种基于集合经验模态分解与Hilbert边际谱能量的局部放电定位方法。首先采用移动窗口阈值法提取出局部放电脉冲信号,采用集合经验模态分解算法对信号进行分解,对得到的各分量进行Hilbert变换获得其边际谱能量值;然后选择不同本征模态函数分量在原始信号边际谱能量值的占比作为特征量,计算信号相似度进行入射脉冲信号和反射脉冲信号的匹配,最终采用时域反射法进行局部放电定位;最后对35 kV电缆进行振荡波耐压试验,对检测到的局部放电信号进行定位计算。结果表明,提出的方法可以在高斯白噪声较强的情况下实现电缆绝缘缺陷定位,定位平均误差可以达到1.15%。     

基于插值互相关函数的GIS局部放电特高频时差定位方法

文中提出一种基于插值互相关函数的GIS局部放电特高频时差定位方法。该方法对在较低采样频率下捕获的局部放电特高频信号首先进行三次样条插值处理,再对插值后信号进行互相关分析,以达到精确估计特高频信号时延的目的。该方法能够利用算法提升系统采样频率,从而提高弥补系统硬件的采样性能,同时减小由于信号时延与采样间隔非整数倍匹配所造成的时延估计误差。通过仿真试验分析两组特高频信号的时延,验证了该方法的可行性和有效性。应用该方法成功定位了一起220 k V GIS内部悬浮电位放电缺陷。仿真试验及应用结果表明,利用基于插值互相关函数的特高频时差定位方法,能够准确快速地进行时延估计,提高时延估计准确度27%以上。     

考虑波速特性的小波变换模极大值法的电力电缆局部放电定位研究

电力电缆局部放电的有效检测和精确定位对于保障城市配电网系统的安全可靠供电具有重要意义。首先,通过在实验室搭建10 k V振荡波检测系统对一条497 m长缺陷电缆进行局部放电检测试验,并分析了局部放电信号在电缆中的传播特性;其次,通过比较不同时域定位方法的定位精度,提出采用小波变换模极大值法与自相关方法的联合定位方法以减小定位误差。此外,为了降低波速不定性对局部放电定位精度的影响,对试品电缆的波速特性进行了测量,并提出利用局部放电信号小波变换各尺度中心频率对应的波速进行定位计算,由于各尺度下频率分量较为集中,降低了由于波速不定性带来的定位误差。试验结果表明,振荡波电压能够有效激发局部放电的产生,所提定位方法具有较高的定位精度,满足工程需要。     

计算电容型设备介质损耗因数的相关函数法的改进

由于不能在整周期区间内准确积分,当采样频率与电网信号频率不同步时,采用有限时间离散相关函数法计算电容型设备的介质损耗因数(介损)会产生较大的误差.采用插值法修正了相关函数法的积分区间,用梯形积分代替矩形积分,采用优化的采样频率和采样点数来提高计算精度.仿真实验表明经过修正的相关函数法对电网频率波动有较强的抑制能力,可明显减少介损的计算误差,从而不必使用同步采集卡.此外,该方法的采样频率不高、采样点数不多,易于通过基于微控制器单元(MCU)或数字信号处理器(DSP)的测量系统实现.     

基于时间反演技术的电力电缆局部放电定位方法

时延估计与相速度的频变特性是影响电缆局部放电定位精度的主要原因。该文提出了一种基于时间反演技术的电力电缆局部放电定位方法,该方法无需直接对局放时延进行估计并考虑了相速度的频变特性。通过双指数局放模型模拟实际局放信号,考虑了不同传输距离、不同信噪比、不同量化误差以及不同采样率对定位精度的影响,验证了该方法的可行性。最后利用振荡波局部放电测试系统对实验室一条长为498m的10kV XLPE电缆中的半导电层搭接不良缺陷进行了局部放电测试试验,考虑了2种不同类型的局放波形,并利用不同方法对2种不同类型的局放信号进行定位,验证了该方法的有效性和准确性。结果表明,该方法相比于传统的峰值法、相关法以及能量法都具有更高的定位精度。     

基于反射系数谱相关系数的电缆故障检测方法

频域反射法可以有效探测电缆中故障，但是传统的数据处理方法只能定位电缆中故障，而不能检测故障的阻抗状态。因此，本文提出了一种基于反射系数谱相关系数的电缆故障检测方法。首先设计对比函数，然后通过对比函数与反射系数谱构建相关系数的函数曲线，并利用该曲线中极值的位置与类型分别检测故障的位置与阻抗状态。最后对含故障的10 kV电力电缆开展仿真研究，并对含故障的60 m 10 kV电力电缆开展实验研究。仿真与实验结果表明：基于反射系数谱相关系数的电缆故障检测方法对电缆故障的定位精度较高，并且可以准确检测故障的阻抗状态。     

配电电缆本体受潮缺陷定位及受潮特性分析

为解决现阶段极化/去极化电流法(polarization and depolarization current, PDC)和时域反射法(time domain reflectometry,TDR)无法对电缆本体局部受潮缺陷进行定位及识别受潮路径的问题,提出一种基于输入阻抗谱的配电电缆本体受潮缺陷定位方法,并对电缆本体受潮特性进行详细分析。首先,利用电缆分布参数模型、频域反射理论、输入阻抗谱、加窗傅里叶变换,阐述所提诊断定位方法的基本原理。接着,建立电缆本体受潮模型,运用短电缆样本受潮实验和仿真建模,详细说明电缆本体不同受潮严重程度、潮气扩散速率分别对电缆电容变化与样本含水量的影响。之后,运用仿真,对不同受潮程度、不同受潮区域范围的电缆局部缺陷进行定位诊断,得到不同受潮缺陷的定位反射特征。最后,在实验室20m长的10kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆上制作0.8 m长的局部受潮缺陷,通过电缆本体受潮实验检验所提方法的有效性。仿真和实验结果表明:短时间内潮气很难径向入侵至电缆主绝缘,而会沿着铜屏蔽层与外半导电层之间的间隙往电缆首末两端轴向...     

基于支持向量机递归特征消除的电缆局部放电特征寻优

电缆局部放电通常由电缆缺陷引起。有效地识别局放信号可以快速地判断缺陷类型。本文提出了一种基于支持向量机递归特征消除且结合了K均值聚类算法的局部放电特征优选新方法。对原始数据提取特征后展开了K-SVM-RFE的特征寻优,按照权重大小获得了不同类型缺陷的局部放电特征排序结果,并对优选排序结果进行了验证。结果表明,不同类型局部放电信号有效特征参数是测试电压和相角与极性的乘积。不同算法下的验证结果表明,本文提出的K-SVM-RFE的特征寻优方法是一种有效的电缆局部放电特征优选方法,可大幅提高电缆缺陷的故障诊断率。     

基于输入阻抗谱的电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位

为解决局部放电(PD)法和反射系数谱(RCS)法在电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位方面存在的不足,提出一种基于输入阻抗谱的电力电缆本体局部缺陷类型识别及定位方法.首先,依据电力电缆分布参数模型,通过仿真分析,得到含有容性/感性缺陷的电力电缆输入阻抗谱特征.然后,运用电力电缆输入阻抗谱、Kaiser窗实现对电力电缆局部...     

基于移频滤波的频率测量方法

实际电力系统由于存在频率波动,使得严格同步采样条件难以满足,从而影响了电力系统频率及其他参数的准确测量。为此,该文提出一种基于移频滤波的电力系统频率测量新方法,该方法只需通过对原始采样信号进行简单的移频和滤波运算即可准确求得电力系统的频率。与经典时域测量方法相比,该文算法简单,运算量小,实时性好。与传统傅里叶算法及其改进算法相比,该频率测量方法无需额外求解方程和加窗插值运算,能有效克服传统傅里叶算法存在频谱泄露和栅栏效应的缺陷。该文分别在电网基波频率变动、不同采样率、不同采样点数、不同模数转换器字长以及不同信噪比噪声等条件下对算法进行了仿真测试。仿真结果表明,该算法能够实现对电力系统频率的准确测量且能有效地抑制白噪声的干扰。构建的实际硬件测试平台验证了所提算法的准确性和可靠性。     

基于改进残差网络的电缆终端缺陷识别方法

针对动车组乙丙橡胶电缆终端缺陷局部放电识别准确率低的问题,提出一种基于改进残差网络的车载电缆终端缺陷识别方法。首先制作了含4种典型绝缘缺陷的电缆终端,搭建局部放电检测平台获取不同缺陷状态的局部放电信号、建立数据集;然后利用特征变换将局部放电一维时序信号转换为二维拓扑特征图像,从而增强缺陷类别的可区分性;最后,在残差网络ResNet101模型中加入注意力机制,同时融合Center和Softmax损失函数进行训练和识别分类,进一步提升准确率。测试结果表明,该诊断方法对电缆终端局部放电的识别准确率高达97.3%,相比于其他传统缺陷诊断方法,模型的识别精度更高、均衡性更好。     

考虑相速度频变特性的改进互相关算法局部放电定位

电力电缆局部放电检测是诊断电缆绝缘状态的有效手段。针对传统时延估计局部放电定位方法中定位精度较低的问题,在互相关算法的基础上考虑电缆相速度的频变特性,利用电缆相速度对局放信号相位差进行修正。该方法不仅保留了互相关算法具有的抗噪性能,而且通过对局放信号相位差进行修正后,定位精度明显提高。首先,通过MATLAB搭建电缆仿真模型对不同信噪比和不同位置下的局放源进行定位,然后在实验室一条长为498 m长的10 k V XLPE电缆上利用振荡波局部放电测试系统进行局部放电定位实验,对该方法的可行性进行了验证。仿真和实测结果表明,利用相速度对局放信号相位差进行修正后,定位精度明显提高,并且定位结果对不同位置的局放源具有较好的鲁棒性,同时该方法在较低信噪比(-5 dB)下也能达到较小的定位误差。