CN107703407A - 电力电缆诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力电缆诊断方法及装置，涉及输变电及供电的技术领域，该方法包括：获取电力电缆端部的电流信号，计算电流信号中包含的各次谐波的含有率及总谐波失真率；根据各次谐波的含有率和总谐波失真率计算各次谐波所对应的谐波指数；将各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对；根据比对结果对电力电缆的状态进行诊断。本发明提供的电力电缆诊断方法及装置，能够有效对电力电缆的状态进行诊断，并且操作方法简单，诊断准确率较高，能够快速检测出带电状态下电力电缆各部位的劣化程度，有助于提高电力电缆故障诊断的效率。

Description

电力电缆诊断方法及装置

技术领域

本发明涉及输变电及供电技术领域，尤其是涉及一种电力电缆诊断方法及装置。

背景技术

随着我国基础设施的快速发展，供电系统的安全运行至关重要，近年来由于电力电缆异常引发的安全事故不断增加，造成重大的经济损失和社会影响，甚至危及生命安全，因此对电力电缆的故障诊断显得尤为重要。

电力电缆的绝缘体、屏蔽层、保护层、接头或外力损伤造成的劣化诊断，目前检测的方法时间长，费用高，准确率低，并且很难使用一种方法快速检测带电状态下电力电缆各部位的劣化程度。同时，在带电运行状态下对电力电缆进行检测的有效方法非常少，降低了电力电缆故障诊断的效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电力电缆诊断方法及装置，以缓解电力电缆故障诊断效率低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种电力电缆诊断方法，包括：获取电力电缆端部的电流谐波信号，计算电流谐波信号中包含的各次谐波的含有率及总谐波失真率；根据各次谐波的含有率和总谐波失真率计算各次谐波的谐波指数；将各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对；根据比对结果对电力电缆的状态进行诊断。

在本发明较佳的实施例中，上述电流谐波信号包括二次到十次电流谐波信号；根据各次谐波的含有率和总谐波失真率计算各次谐波的谐波指数包括：分别获取二次到十次电流谐波信号中各次谐波信号的含有率；根据各次谐波信号的含有率和总谐波失真率计算各次谐波信号的谐波指数。

在本发明较佳的实施例中，上述将各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对包括：分别将各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对；当各次谐波的谐波指数均小于判定基准指数时，将比对结果设置成正常状态；当至少有一个各次谐波的谐波指数大于判定基准指数时，将比对结果设置成异常状态。

在本发明较佳的实施例中，上述根据比对结果对所述电力电缆的状态进行诊断包括：获取大于判定基准指数时，各次谐波的谐波次数；在预先存储的电力电缆各部位的劣化判别对应关系中查找谐波次数对应的电力电缆的劣化部位；其中，劣化判别对应关系中保存有电力电缆各部位的劣化程度与谐波次数的对应关系；根据劣化部位对电力电缆进行诊断。

在本发明较佳的实施例中，上述根据劣化部位对所述电力电缆进行诊断包括：根据比对结果以及劣化判别对应关系对电力电缆的劣化部位的劣化程度进行分级，并对分级后的劣化部位进行标记。

在本发明较佳的实施例中，上述方法还包括：根据比对结果对电力电缆的使用寿命进行推算。

第二方面，本发明实施例提供了一种电力电缆诊断装置，包括：信号获取模块，用于获取电力电缆端部的电流信号，计算电流信号中包含的各次谐波的含有率及总谐波失真率；谐波指数计算模块，用于根据各次谐波的含有率和总谐波失真率计算各次谐波的谐波指数；比对模块，用于将各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对；诊断模块，用于根据比对结果对电力电缆的状态进行诊断。

在本发明较佳的实施例中，上述电流谐波信号包括二次到十次电流谐波信号；上述谐波指数计算模块用于：分别获取所述二次到十次电流谐波信号中各次谐波信号的含有率；根据所述各次谐波信号的含有率和总谐波失真率计算各次谐波信号的谐波指数。

在本发明较佳的实施例中，上述比对模块还用于：分别将各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对；当各次谐波的谐波指数均小于判定基准指数时，将比对结果设置成正常状态；当至少有一个各次谐波的谐波指数大于判定基准指数时，将比对结果设置成异常状态。

在本发明较佳的实施例中，上述诊断模块还用于：获取大于判定基准指数时，各次谐波的谐波次数；在预先存储的电力电缆各部位的劣化判别对应关系中查找谐波次数对应的电力电缆的劣化部位；其中，劣化判别对应关系中保存有电力电缆各部位的劣化程度与谐波次数的对应关系；根据劣化部位对电力电缆进行诊断。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种电力电缆诊断方法及装置，通过计算电力电缆端部的电流谐波信号中包含的各次谐波的含有率，根据各次谐波的含有率和总谐波失真率计算各次谐波的谐波指数，利用该谐波指数与判定基准指数进行比对的方式，能够有效对电力电缆进行诊断，并且操作方法简单，诊断准确率较高，能够快速检测出带电状态下电力电缆各部位的劣化程度，有助于提高电力电缆故障诊断的效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电力电缆检测位置的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电力电缆诊断方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的另一种电力电缆诊断方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种电力电缆诊断装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种电力电缆诊断装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前电力电缆故障诊断的方法时间长，费用高，准确率低，并且，在带电运行状态下对电力电缆进行检测的方法非常少，因此，研发和推广带电检测电缆老化和缺陷的方法迫在眉睫，以保证供电系统的安全运行。基于此，本发明实施例提供的一种电力电缆诊断方法及装置，以对电力电缆故障进行诊断。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种电力电缆诊断方法进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种电力电缆诊断方法，该方法通过高次谐波对电力电缆的故障进行诊断。

高次谐波诊断从原理上是检测电缆应力引起的高次谐波，可以认为需要观察的电缆中已显化的劣化信号基本是稳定的(测定值偏差较小)，潜在劣化(容易引起突发事故)是不稳定的，即，高次谐波为电缆各部位发生热应力、电压应力、机械应力而产生的，这些应力如超过某个界限即会推进劣化的产生。

通常，对电力电缆的诊断是对变电所与负载侧之间电力电缆进行诊断，如图1所示的一种电力电缆检测位置的示意图，对于22KV以上电缆诊断通常在变电侧(P点)和负载侧(S点)两点进行测定；作为简易诊断，则只在变电侧一点进行诊断；作为精密诊断，包括负载侧两点诊断就可以。一点诊断与两点诊断的误差以劣化度计算约9％。诊断装置通常包括无源电流谐波传感器，信号采集器、客户端数据管理软件和上位服务器专家数据库软件组成，能够实现电流谐波信号的获取，以及各种指数的计算过程。

具体地，如图2所示的一种电力电缆诊断方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S202，获取电力电缆端部的电流信号，计算电流信号中包含的各次谐波的含有率及总谐波失真率；

步骤S204，根据各次谐波的含有率和总谐波失真率计算各次谐波的谐波指数；

步骤S206，将各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对；

步骤S208，根据比对结果对电力电缆的状态进行诊断。

本发明实施例提供的一种电力电缆诊断方法，通过计算电力电缆端部的电流谐波信号中包含的各次谐波的含有率及总谐波失真率，根据各次谐波的含有率和总谐波失真率计算各次谐波的谐波指数，利用该谐波指数与判定基准指数进行比对的方式，能够有效对电力电缆进行诊断，并且操作方法简单，诊断准确率较高，能够快速检测出带电状态下电力电缆各部位的劣化程度，有助于提高电力电缆故障诊断的效率。

实施例二：

具体实现时，上述获取电力电缆端部的电流谐波信号的过程可以通过非接触式电磁测定传感器实现，优选地，本发明实施例中所述的电流谐波信号包括二次到十次电流谐波信号；因此，上述步骤S204的实现过程可以包括：(1)分别获取二次到十次电流谐波信号中各次谐波信号的含有率；(2)根据各次谐波信号的含有率和总谐波失真率计算各次谐波信号的谐波指数。

研究表明，电力电缆各部位的劣化程度与高次谐波(如二次到十次电流谐波)有一定的对应关系，因此，根据二次到十次各高次谐波含有率的组合特征，可以对电力电缆进行健康评价，包括：(1)电缆本体各部位的劣化度，如绝缘体、铜屏蔽层和保护层；(2)电缆连接部的劣化度；(3)电缆施工、设置的异常程度。

基于此，本发明实施例还提供了另一种电力电缆诊断方法，如图3所示的另一种电力电缆诊断方法的流程图，包括以下步骤：

步骤S302，获取二次到十次电流谐波信号中各次谐波信号的含有率及总谐波失真率；

具体实现时，谐波的含有率通常用H表示，各次谐波的含有率可以用Hk表示，其中，k＝2、3…10；各次谐波的含有率和总谐波失真率可以参考现有技术中的相关资料进行计算，本发明实施例对此不进行限制。

步骤S304，根据各次谐波信号的含有率和总谐波失真率计算各次谐波信号的谐波指数；

通常，总谐波失真率用THD表示，各次谐波信号的谐波指数用THk表示，其中，THk＝Hk/THD，k＝2、3…10；

计算出各次谐波信号的谐波指数后，需要分别将各次谐波信号的谐波指数与判定基准指数进行比对，以根据电力电缆各部位的劣化程度与高次谐波的对应关系对电力电缆的各部位进行诊断。

步骤S306，分别判断各次谐波信号的谐波指数是否小于判定基准指数；如果是，执行步骤S308，如果否，执行步骤S310。

在判断过程中，当各次谐波信号的谐波指数均小于判定基准指数时，将比对结果设置成正常状态；此时，执行步骤S308；当至少有一个谐波指数大于判定基准指数时，将比对结果设置成异常状态，此时，执行步骤S310。

步骤S308，将比对结果设置成正常状态；

其中，上述判定基准指数通常用CHk表示，具体实现时，上述总谐波失真率和判定基准指数的计算方法可以参考现有技术中的相关资料，本发明实施例对此不进行限制。

步骤S310，将比对结果设置成异常状态；

具体地，当比对结果为异常状态时，需要进一步对电力电缆进行诊断，具体诊断过程包括步骤S312～步骤S316。

步骤S312，获取大于判定基准指数时，谐波信号的谐波次数；

步骤S314，在预先存储的电力电缆各部位的劣化判别对应关系中查找谐波次数对应的电力电缆的劣化部位；

其中，上述劣化判别对应关系中保存有电力电缆各部位的劣化程度与谐波次数的对应关系；

优选地，上述劣化判别对应关系可以通过对电力电缆的主成分进行分析得到。

以上述电流谐波为二次到十次电流谐波为例进行说明，电力电缆各部位的劣化判别对应关系如下：

(1)本体部：

绝缘体初期劣化型，主成分为3次谐波(贡献率41％)、5次谐波(贡献率41％)，其它成分2次谐波(贡献率6％)、4次谐波(贡献率6％)，累计贡献率94％。

绝缘体环境劣化型(机械性损伤)，主成分为2次谐波(贡献率55％)，其它成分4次谐波(贡献率16％)、3次谐波(贡献率9％)、5次谐波(贡献率6％)，累计贡献率86％。

绝缘体环境劣化型(电气性损伤)，主成分为5次谐波(贡献率59％)，其它成分3次谐波(贡献率20％)、4次谐波(贡献率8％)、2次谐波(贡献率6％)，累计贡献率93％。

绝缘体经年劣化型，主成分为5次谐波(贡献率52％)，其它成分3次谐波(贡献率28％)，4次谐波(贡献率7％)、2次谐波(贡献率6％)，累计贡献率93％。

导体劣化，主成分为3次谐波(贡献率25％)，其它成分5次谐波(贡献率24％)、4次谐波(贡献率23％)、2次谐波(贡献率18％)，累计贡献率90％。

保护层劣化，主成分为2次谐波(贡献率39％)，其它成分4次谐波(贡献率29％)、3次谐波(贡献率10％)、5次谐波(贡献率7％)，累计贡献率85％。

(2)连接部：

电缆接头发热，主成分为7次谐波(贡献率53％)，其它成分10次谐波(贡献率15％)、9次谐波(贡献率11％)、8次谐波(贡献率7％)、6次谐波(贡献率5％)，累计贡献率91％。

电缆接头污损，主成分为8次谐波(贡献率35％)，其它成分7次谐波(贡献率29％)、9次谐波(贡献率13％)、10次谐波(贡献率11％)、6次谐波(贡献率7％)，累计贡献率95％。

电缆接头龟裂，主成分为9次谐波(贡献率33％)，其它成分8次谐波(贡献率25％)、7次谐波(贡献率21％)、10次谐波(贡献率8％)、6次谐波(贡献率5％)，累计贡献率92％。

电缆接头变形，主成分为10次谐波(贡献率30％)，其它成分7次谐波(贡献率23％)、8次谐波(贡献率17％)、9次谐波(贡献率15％)、6次谐波(贡献率6％)，累计贡献率91％。

步骤S316，根据劣化部位对电力电缆进行诊断。

具体地，上述步骤S316的诊断过程包括：根据比对结果以及劣化判别对应关系对电力电缆的劣化部位的劣化程度进行分级，并对分级后的劣化部位进行标记，进而诊断出劣部位。

具体地，上述对劣化程度的分级可以分为如下级别：正常则记为(A)，需要多加注意记为(B)，(B)又可以分为三个等级，即轻度劣化(B1)、中度劣化(B2)、重度劣化(B3)；不良记为(C)，具体等级可以根据比对结果，如，CHk与THk的比值进行标记。

优选地，上述方法还包括：根据比对结果对电力电缆的使用寿命进行推算。通常，当上述比对结果为异常状态时，会根据需求对电力电缆的使用寿命进行推算。

具体实现时，通常使用韦布尔函数对电力电缆的使用寿命进行推算，其中，韦布尔函数表示为：

m为韦布尔系数(形状参数)，η为尺度系数，t为时间(使用寿命)，μ为平均值；Γ为伽马函数。

随韦布尔系数m值的不同，分布的性质也发生变化，m＝1时为指数分布。

对于零件受到应力、电压、温度等负载情况下出现的故障现象也可以使用上述推算公式。如果将最弱环节模式的应力换算成时间，零件中寿命最短部分出现故障，部件整体也就出现了故障。

对时间t故障率描述的如下所示：

故障现象根据韦布尔系数m可以分为以下三种：

m<1时，随时间变化故障率会变小，即初期故障。

m＝1时，随时间变化故障率为定值，即偶发故障。

m>1时，随时间变化故障率会变大，即磨损性故障。

可靠性(无故障概率)通常用R表示，可靠性随时间的变化滤可以表示为：

其中，m为韦布尔系数(形状参数)，η为尺度系数，t为时间；

不可靠性(相当于累计故障率)如下式所示。

通过1200组样本统计，电缆的剩余寿命测定值的标准偏差8％，如电缆平均寿命为28年，剩余寿命推算误差为2.24年。

本发明实施例提供的一种电力电缆诊断方法，通过计算电力电缆端部的电流谐波信号中包含的各次谐波的含有率，根据各次谐波的含有率和预先设定的总谐波失真率计算各次谐波的谐波指数，利用该谐波指数与判定基准指数进行比对的方式，能够有效对电力电缆进行诊断，并且操作方法简单，诊断准确率较高，能够快速检测出带电状态下电力电缆各部位的劣化程度，有助于提高电力电缆故障诊断的效率。

实施例三：

在上述实施例的基础上，本发明还提供了一种电力电缆诊断装置，如图4所示的一种电力电缆诊断装置的结构示意图，包括：信号获取模块41、谐波指数计算模块42、比对模块43和诊断模块44，各个模块的功能如下：

信号获取模块41，用于获取电力电缆端部的电流信号，计算电流谐波信号中包含的各次谐波的含有率及总谐波失真率；

谐波指数计算模块42，用于根据各次谐波的含有率和总谐波失真率计算各次谐波的谐波指数；

比对模块43，用于将各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对；

诊断模块44，用于根据比对结果对电力电缆的状态进行诊断。

优选地，上述电流谐波信号包括二次到十次电流谐波信号；

因此，上述谐波指数计算模块42还用于：分别获取二次到十次电流谐波信号中各次谐波信号的含有率；根据各次谐波信号的含有率和总谐波失真率计算各次谐波信号的谐波指数。

进一步，上述比对模块43还用于：分别将各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对；当各次谐波的谐波指数均小于判定基准指数时，将比对结果设置成正常状态；当至少有一个各次谐波的谐波指数大于判定基准指数时，将比对结果设置成异常状态。

进一步，上述诊断模块44还用于：获取大于判定基准指数时，各次谐波的谐波次数；在预先存储的电力电缆各部位的劣化判别对应关系中查找谐波次数对应的电力电缆的劣化部位；其中，劣化判别对应关系中保存有电力电缆各部位的劣化程度与谐波次数的对应关系；根据劣化部位对电力电缆进行诊断。

优选地，在图4的基础上，图5示出了本发明实施例提供的另一种电力电缆诊断装置的结构示意图，除图4所示的结构外，上述装置还包括：

寿命推算模块45，用于根据比对结果对电力电缆的使用寿命进行推算。

本发明实施例提供的电力电缆诊断装置，与上述实施例提供的电力电缆诊断方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的电力电缆诊断方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电力电缆诊断方法，其特征在于，包括：

获取电力电缆端部的电流信号，计算所述电流信号中包含的各次谐波的含有率及总谐波失真率；

根据所述各次谐波的含有率和所述总谐波失真率计算所述各次谐波的谐波指数；

将所述各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对；

根据比对结果对所述电力电缆的状态进行诊断。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电流谐波信号包括二次到十次电流谐波信号；

所述根据所述各次谐波的含有率和总谐波失真率，计算所述各次谐波的谐波指数包括：

分别获取所述二次到十次电流谐波信号中各次谐波信号的含有率；

根据所述各次谐波信号的含有率和总谐波失真率计算所述各次谐波的谐波指数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对包括：

分别将所述各次谐波信号的谐波指数与所述判定基准指数进行比对；

当各次谐波的谐波指数均小于判定基准指数时，将比对结果设置成正常状态；当至少有一个各次谐波的谐波指数大于判定基准指数时，将比对结果设置成异常状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据比对结果对所述电力电缆的状态进行诊断包括：

获取大于所述判定基准指数时，所述谐波信号的谐波次数；

在预先存储的所述电力电缆各部位的劣化判别对应关系中查找所述谐波次数对应的所述电力电缆的劣化部位；其中，所述劣化判别对应关系中保存有所述电力电缆各部位的劣化程度与所述谐波次数的对应关系；

根据所述劣化部位对所述电力电缆进行诊断。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述劣化部位对所述电力电缆进行诊断包括：

根据所述比对结果以及所述劣化判别对应关系对所述电力电缆的劣化部位的劣化程度进行分级，并对分级后的所述劣化部位进行标记。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述比对结果对所述电力电缆的使用寿命进行推算。

7.一种电力电缆诊断装置，其特征在于，包括：

信号获取模块，用于获取电力电缆端部的电流信号，计算所述电流信号中包含的各次谐波的含有率及总谐波失真率；

谐波指数计算模块，用于根据所述各次谐波的含有率和所述总谐波失真率计算所述各次谐波的谐波指数；

比对模块，用于将所述各次谐波的谐波指数与判定基准指数进行比对；

诊断模块，用于根据比对结果对所述电力电缆的状态进行诊断。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电流谐波信号包括二次到十次电流谐波信号；

所述谐波指数计算模块用于：分别获取所述二次到十次电流谐波信号中各次谐波信号的含有率；根据所述各次谐波信号的含有率和所述总谐波失真率计算所述各次谐波信号的谐波指数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述比对模块还用于：

分别将所述各次谐波的谐波指数与所述判定基准指数进行比对；

当各次谐波的谐波指数均小于判定基准指数时，将比对结果设置成正常状态；当至少有一个各次谐波的谐波指数大于判定基准指数时，将比对结果设置成异常状态。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述诊断模块还用于：获取大于所述判定基准指数时，所述各次谐波的谐波次数；

在预先存储的所述电力电缆各部位的劣化判别对应关系中查找所述谐波次数对应的所述电力电缆的劣化部位；其中，所述劣化判别对应关系中保存有所述电力电缆各部位的劣化程度与所述谐波次数的对应关系；

根据所述劣化部位对所述电力电缆进行诊断。