CN106093722A - 一种电缆局部放电的定位和识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆局部放电的定位和识别方法，包括以下步骤：1)定位装置通过安装在待检测电缆线路上的局部放电检测器实时检测电流行波信号；2)根据电流行波信号中的异常行波信号，获得待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置，并根据异常行波信号中可能发生局部放电的位置、信号大小和时间构建X‑q‑t三维分布图谱；3)根据X‑q‑t三维分布图谱，通过局部放电信号判别方法在可能发生局部放电的位置中筛选出发生局部放电的准确位置。与现有技术相比，本发明具有先定位再判别、原理可靠、辨别效果好、精确度高等优点。

Description

一种电缆局部放电的定位和识别方法

技术领域

本发明涉及电力电缆线路局部放电检测技术领域，尤其是涉及一种电缆局部放电的定位和识别方法。

背景技术

现有的技术方案：

基于脉冲电流法的局放状态判别方法

局部放电的产生过程除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声波、发光、发热以及出现新的生成物等。因此针对这些现象，局部放电检测的基本方法有脉冲电流法、超高频法、超声波法、光谱法和化学检测法等。其中脉冲电流法因为其具有以下优点而得到广泛应用：①放电电流脉冲信息含量丰富，可通过电流脉冲的统计特征量—频率、相位、强度、密度、时间和实测波形来判定放电的严重程度，进而分析绝缘劣化的状况及其发展趋势；②对于突变信号反应灵敏，易于准确及时地发现故障；③易于定量分析。

基于脉冲电流法的局部放电判别方法是通过对该脉冲信号的频率分布(f)，发生频度(n)，发生相位(φ)，强度大小(q)和持续时间(t)等5个要素作分析，以φ-q-n和φ-q-t的2种3维图谱和φ-q、n-t和q-t的3种2维图谱，共5组图谱来进行分析和判別。

基于以下五个主要要素进行局放信号判断：

①f:相同的信号，同时出现在多个频率→局放可能性大

②两个信号族群之间的相位差为180°→局放可能性大

③n:信号脉冲重复率高于每秒30次(pps)→局放可能性大

④q:信号在相同电压之下，水平大致相同→有可能局放

⑤t:信号长时间持续出现→有可能局放

典型局放信号如图1所示，从φ-q-n图谱上看双簇团信号聚集点在相位上相差180度，在电缆运行电压不变的条件下，双簇团信号水平相同；从φ-q-t图谱上看信号在相位上的分布很明显，持续的时间也长，双簇团信号水平相同，而且两个信号之间的相位也相差180度，根据局放信号的判断标准，该信号为局部放电的可能性大。

如图2所示，图2为双端时间差定位法的原理图，两个电缆终端S1、S2之间的高压电力电缆长度为L，假设该电力电缆在某处发生故障，故障点到电缆终端S1的距离为X，在电缆终端S1和S2处安装局放传感器，局放传感器检测到故障行波，通过模拟电光信号转换装置(E/O)将电信号转为光信号，信号经过长度相等的光纤(图中标示1000m)传输到光纤定位装置，由定位装置根据双端时间差定位法计算并标定出电缆线路中故障点的具体位置。

当电力电缆线路发生故障时，产生的故障行波会向左右两边传播，其传播速度为v，假设故障行波向左传输，传输到光纤定位装置的时间为t₁；向右传输时，传输到光纤定位装置的时间为t₂。因此，可以得到：

X＝v·t₁ —(1)

L－X＝v·t₂ —(2)

由(1)(2)两式可以得到，

图8表示了故障行波到达终端S1、S2的先后顺序及波形变化情况，图中Δt＝t₂–t₁，所以，式(3)可化简为

所以，只要已知电力电缆长度L、故障行波在电力电缆传播速度v以及故障行波传播至两端测试点的时间差Δt，就可以定位故障点在电力电缆的位置。

若t₁＝t₂，说明故障点在线路中央点。

$X=\frac{L}{2}$

若t₁＜t₂，说明故障点在线路中央点的左边。

$X=\frac{L-v\·\mathrm{\Δ}t}{2}$

若t₁＞t₂，说明故障点在线路中央点的右边。

$X=L-\frac{L-v\·\mathrm{\Δ}t}{2}$

如图3所示，实际中故障行波波形在传输过程中由于电缆的衰减，造成故障行波幅值逐渐变小，波形上升沿时间变大。所以当两个测点的距离越长，其定位时间Δt越大，波形上升沿时间就会越长，从而导致故障定位误差加大，其中，Δt为故障行波到达两测试点的时间差，Δt′为故障行波由于电缆衰减后所定的时间差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种先定位再判别、原理可靠、辨别效果好、精确度高的电缆局部放电的定位和识别方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电缆局部放电的定位和识别方法，包括以下步骤：

1)定位装置通过安装在待检测电缆线路上的局部放电检测器实时检测电流行波信号；

2)根据电流行波信号中的异常行波信号，获得待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置，并根据异常行波信号中可能发生局部放电的位置、信号大小和时间构建X-q-t三维分布图谱；

3)根据X-q-t三维分布图谱，通过局部放电信号判别方法在可能发生局部放电的位置中筛选出发生局部放电的准确位置。

步骤2)中，所述的双端时差定位法具体包括以下步骤：

21)设置异常行波信号的触发阀值，剔除噪声信号后，将在设定时间段内高于触发阀值的电流行波信号判定为异常行波信号；

22)获取每个异常行波信号由待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置分别经过待检测的电缆线路两端局部放电检测器到定位装置的传输时间；

23)计算获取所有异常信号在待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置，计算公式为：

$X=\frac{L-v(t_2-t_1)}{2}$

其中，X为可能发生局部放电的位置，L为待检测电缆线路的长度，v为异常行波信号的传播速度，t₁、t₂为异常行波信号由待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置分别经过待检测的电缆线路两端局部放电检测器到定位装置的传输时间。

步骤21)中，所述的异常行波信号的触发阀值低于电涌触发阀值。

步骤3)中，所述的局部放电信号判别方法中，局部放电的电流行波信号应同时满足以下条件：

A：局部放电的电流行波信号在设定时间段内不间断出现；

B：局部放电的电流行波信号的强度随时间不变；

C：局部放电的电流行波信号的位置随时间不变。

步骤2)中，通过回波定位法、双端时差定位法或多重时间差定位法获得待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、先定位再判别：有别于传统的根据局部放电判别结果继而探寻局部放电源的方法，本方法由局部放电实时定位结果反推局部放电的状态，提出一种新的局部放电状态判别新方法。

二、原理可靠：由于局部放电信号会出现在一个相对集中的小区域内，而杂乱出现的噪声干扰则会分散出现，利用这一规律可帮助实现噪声干扰的排除。

三、辨别效果好：通过该方法可以实现信号的分类及局放的辨别。

四、精确度高：该方法既可以精准的辨别局放信号的位置，根据其分布进行有效而简单明了的局放识别，该局放判别方法可靠性高，精度高，误判率低。

附图说明

图1为典型局放信号图，其中，图(1a)为局放典型信号的相位-电量-频度分布图，图(1b)为相位-电量-时间分布图。

图2为高压电缆线路双端时间差定位法原理示意图。

图3为双端时间差定位法检测波形图。

图4为X-q-t三维分布图谱。

图5为根据局部放电实时定位位置分布作局部放电状态判别的流程图。

图6为实施例1中回波定位法的应用原理图。

图7为实施例2中双端时间差法的应用原理图。

图8为实施例3中多重时间差定位法的应用原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

基于现有技术的不足本专利发明了一种根据电缆在线局部放电实时定位位置分布进行局部放电判别的方法，该方法通过定位局部放电实时定位位置分布来进行局放信号的辨别，该方法首先通过时差法定位局放信号发生的位置，因局放信号发生的位置是固定的，持续性的，然后在根据局放信号的大小和持续时间的长短等特征来辨别局放信号，最终实现局放信号的定位及识别，该方法有区别与以往的先判断局放信号在进行定位的方法，以往的方法可能定位到的信号是干扰信号。

针对现有技术方案中的第一点，已有的局放状态判别技术中，只对单相信号的各个要素进行分解分析，然而高压电缆线路的敷设一般都是每相一回电缆，共组成A、B、C三相，进行局放检测时，当发现A、B、C三相均同时存在具有局放特征的疑似信号时，使用已有技术方案中的局放状态判别技术就难以使测试人员准确判别产生局部放电的相序，更无法对其进行定位。本提案所提及的根据实时定位位置分布进行局部放电判别的方法，就可以解决上述技术难题，帮助测试人员判别局部放电并对其作局放点定位。

针对现有技术方案中的第二点，基于双端时间差法的故障定位技术，当电缆线路中出现故障时，故障行波会沿电缆传播至两端安装的故障检测器，继而根据故障检测器的检测波形进行双端时间差定位。局部放电发生时，虽然局放脉冲电流波同样会沿着电缆线路传至各个局放检测器中，但是局放脉冲的幅值远小于故障脉冲，使用故障定位的阀值设置方法是不适合的(即将阀值定在一个很高的水平，一般噪声信号不可能使之触发)。所以本提案的技术方案提及的局放定位与现有技术方案中故障定位法的区别在于两者的阀值设置方法不一样，局放定位技术中的阀值不能设置得太高，允许部分水平较高的噪声信号被定位，通过多组定位结果综合计算，提供局部放电状态判别的新方法。

基于以上两点本专利发明了一种根据电缆在线局部放电实时定位位置分布进行局部放电判别的方法，该方法通过定位局部放电实时定位位置分布来进行局放信号的辨别，该方法首先通过时差法定位局放信号发生的位置，因局放信号发生的位置是固定的，持续性的，然后在根据局放信号的大小和持续时间的长短等特征来辨别局放信号，最终实现局放信号的定位及识别，该方法有区别与以往的先判断局放信号在进行定位的方法，以往的方法可能定位到的信号是干扰信号。

根据局部放电的产生原理，一个局部放电的放电位置是固定的，而杂乱的噪音源则是分散分布的。根据这一基本原理，可利用局部放电出现位置的集中性、固定性以及噪声信号的杂散性，提出一种根据电缆在线局部放电实时定位位置分布进行局部放电判别的方法。

如图4所示，可以知道，随着时间的推移，由于局部放电的放电位置是固定不变的，而噪音信号则可能无时无刻、无处不在，且大小不一，但其一般具有杂散性。

除此之外，还应从以下三个维度对检测信号波形进行分析计算。首先，由于局部放电是一个相对稳定而发展缓慢的放电过程，其信号水平大小相差不会太大，而噪音信号则由于具有许多不稳定性和偶然性，其信号水平往往不同，并且相差较大。其次，对于安装在电缆线路上的局放检测器，利用其检测波形作定位计算的结果中，局部放电源的标定位置将会出现在一个相对集中的区域内，而杂乱出现的噪声干扰则会分散出现。最后，还可以从信号的出现的持续时间上进行分析，一个较为稳定存在或发展缓慢的局部放电源，在其出现的时间上应该是相当持续的，一般会长期出现，而与之相对的噪音信号，则会因为其偶发性,其定位结果所标定位置得并不集中。

应当注意的是，当检测到的噪音信号是来自于电力系统时，对于上述三个维度的分析计算就遇到了问题。原因如下，电力系统噪音的主要特征是：长时间持续出现；出现位置固定；信号大小水平变化小。此时，单纯地由实时定位结果的位置分布来判别局部放电状态就显得不够严谨了。对此，本方法还引入了针对局放状态判别的阈值逻辑判断、波形相似度分析、神经网络分析、多重逻辑门判别、综合警报、关联报警判断等分析判断方法，通过该方法可以实现三相信号的同步局放信号的判别。

因局放信号的特征及噪音信号的特征不同，及其在电缆线路上位置的分布的不同，既而可以实现通过在线局部放电实时定位位置分布进行局部放电的判别。

本专利提及的局部放电状态的判别流程如图5所示，其工作流程大致如下，当局放检测器采集到检测波形后，传输至专用的信号处理装置并进行判断，判断其波形幅值是否大于系统设置的触发阀值，如果小于阀值，程序不动作；反之，当波形幅值大于阀值，则执行局放定位计算操作，当记录满20组定位结果后，程序跳至下一判断流程。当计算的定位结果中，判断是否有70％的定位结果(14组)都在同一定位区间中，(其定位区间取决于定位系统的精度)，如果小于70％，则程序判断其为噪声干扰；如果大于或等于70％的定位结果出现在同一定位区间中，则跳至下一判断流程，执行神经网络分析、多重逻辑门判别等计算，如果分析计算结果为噪声，则返回程序顶部；如果分析计算结果为局放信号，则发出局部放电警报并输出局放源位置。

基于以上技术，本专利提供了以下三种实施方式：

实施例1：

如图6所示，在电缆线路中，仅在其中的一个绝缘接头上安装局放传感器1，传感器采集到的信号经由电光信号发送装置(E/O)转换后通过光纤传输到安放在后台的定位装置中，定位装置对不同时刻所检测到的波形信号作统一处理，基于行波的回波定位原理，该原理是通过计算信号的首波与回波的时间差，标定出局放点或噪音的位置所在，再配合本发明所提及的局部放电判别方法，显示并输出局放点位置。

实施例2：

当线路较长，行波的回波可能会因长距离传播而衰减变形，最终不能用于定位，可用基于双端时间差法的局放判别方法。如图7所示，在电缆线路中，分别在其中的两个绝缘接头上安装局放传感器，分别是局放传感器1、2，传感器采集到的信号经由电光信号发送装置(E/O)转换后通过光纤传输到安放在后台的定位装置中，定位装置对同一时刻采集到的2组检测波形信号作统一处理，局放定位程序对该组检测波形作定位计算，基于双端时间差定位原理，标定出局放点的位置所在，配合本发明所提及的局部放电判别方法，显示并输出局放点位置。双端时间差法是基于两个测点的信息，可以通过信号到达两个点的时间差，标定出噪音或局放的定位。

实施例3：

当线路中可用作监测的点数足够多，可用多组检测波形构成的多重时间差定位法对局放点进行多重标定，提高定位精度。如图8所示，在电缆线路中，分别在其中的三个绝缘接头上都安装局放传感器，分别是局放传感器1、2、3，传感器采集到的信号经由电光信号发送装置(E/O)转换后通过光纤传输到安放在后台的定位装置中，定位装置对同一时刻采集到的3组检测波形信号作统一处理后测得得到多组时间差，局放定位程序对该组检测波形作多重定位计算，基于多重定位原理，标定出局放点的位置所在，配合本发明所提及的局部放电判别方法，显示并输出局放点位置。双重定位原理是基于三个以上的测试点的信息，通过测试多组时间差数据对同一局放信号或噪音点进行定位。

Claims (5)

1.一种电缆局部放电的定位和识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)定位装置通过安装在待检测电缆线路上的局部放电检测器实时检测电流行波信号；

2)根据电流行波信号中的异常行波信号，获得待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置，并根据异常行波信号中可能发生局部放电的位置、信号大小和时间构建X-q-t三维分布图谱；

3)根据X-q-t三维分布图谱，通过局部放电信号判别方法在可能发生局部放电的位置中筛选出发生局部放电的准确位置。

2.根据权利要求1所述的一种电缆局部放电的定位和识别方法，其特征在于，所述的步骤2)中，所述的双端时差定位法具体包括以下步骤：

21)设置异常行波信号的触发阀值，剔除噪声信号后，将在设定时间段内高于触发阀值的电流行波信号判定为异常行波信号；

22)获取每个异常行波信号由待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置分别经过待检测的电缆线路两端局部放电检测器到定位装置的传输时间；

23)计算获取所有异常信号在待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置，计算公式为：

$X=\frac{L-v(t_2-t_1)}{2}$

其中，X为可能发生局部放电的位置，L为待检测电缆线路的长度，v为异常行波信号的传播速度，t₁、t₂为异常行波信号由待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置分别经过待检测的电缆线路两端局部放电检测器到定位装置的传输时间。

3.根据权利要求1所述的一种电缆局部放电的定位和识别方法，其特征在于，所述的步骤21)中，所述的异常行波信号的触发阀值低于电涌触发阀值。

4.根据权利要求2所述的一种电缆局部放电的定位和识别方法，其特征在于，所述的步骤3)中，所述的局部放电信号判别方法中，局部放电的电流行波信号应同时满足以下条件：

A：局部放电的电流行波信号在设定时间段内不间断出现；

B：局部放电的电流行波信号的强度随时间不变；

C：局部放电的电流行波信号的位置随时间不变。

5.根据权利要求1所述的一种电缆局部放电的定位和识别方法，其特征在于，所述的步骤2)中，通过回波定位法、双端时差定位法或多重时间差定位法获得待检测电缆线路上可能发生局部放电的位置。