CN110579661B - 一种检测超导电缆的失超的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测超导电缆的失超的方法和系统。所述方法和系统通过采集超导电缆超导传输和屏蔽层的电流波形，计算多个连续检测时长内两个波形的Hausdorff距离瞬时值，并通过计算所述多个Hausdorff距离瞬时值的Hausdorff距离平均值，将所述Hausdorff距离平均值与整定的失超检测门槛值进行比较来判断超导电缆的失超检测状态。本发明所述的检测超导电缆的失超的方法和系统采用电气量判断超导电缆的失超，具有较高的灵敏度，能迅速判断超导电缆失超的发生，同时，所述方法和系统不需要另外安装特殊的电气量采集装置，结构简单，成本低。

Description

一种检测超导电缆的失超的方法和系统

技术领域

本发明涉及电力检测技术领域,并且更具体地，涉及一种检测超导电缆的失超的方法和系统。

背景技术

高温超导电力技术在实现电力装置的轻量化、小型化、低能耗和提高电力系统的安全性、稳定性和电能质量等方面具有重要的意义。其广泛应用将带来传统电力工业的重大革新，尤其是在短距离大电流的场合，如城市配电、发电厂、变电站母线、电渡电解行业有很大的应用前景。但是，受超导带材特性、电缆结构参数、低温系统、电网运行状态的影响，超导电缆可能会出现局部失超或完全失超的现象，而髙温超导电缆送电容量大，若发生失超，不仅可能损坏高温超导电缆本体，严重情况下，还会影响整个电力系统的供电稳定性，因此，根据高温超导电缆的结构和运行特点，开展高温超导电缆失超保护的理论和应用研究，对保证电缆的运行安全，提高电力系统运行的稳定性和供电可靠性具有重要的理论和现实意义。

对于高温超导电缆，传输电能的主体是超导带材，要使其能够正常工作，必须防止带材由无阻的超导态转变为电阻较大的失超态。超导体运行在超导态要同时满足三个条件，即运行的电流小于临界电流，运行的温度小于临界温度，运行的磁场强度小于临界磁场强度。超导电缆在电网的运行中，难免会遭受诸如过负荷、短路故障等各种运行工况，承受短路大电流、不平衡电流的冲击，产生的电磁、机械应力、热量的作用，从而导致超导电缆失超。超导体运行于超导态时呈现出感性负载的性质，当运行条件超出其临界值出现失超后，阻抗中附加了一部分阻性分量，从而产生燥热。利用超导体的这些特点，国内外科研人员提出了多种用于超导体失超检测的方法。概括起来，主要分为两类：基于非电气量失超检测方法和基于电气量失超检测方法，非电气量检测方法有温升检测、压力检测、流速检测、超声波检测，基于电气量的失超检测方法有电压检测、电流差值检测、相位差检测、改进的相位差检测法。

基于非电气量的失超检测方法的非电气量变化缓慢，不能及时反映失超的发生；为了快速、准确地检测出失超故障，需要寻找基于电气量的失超检测方法。在基于电气量的失超检测方法中，只有电流差值检测法与改进的相位差检测法能有效反映出故障的发生。在电流差值检测法中，仅是对导体层和屏蔽层电流做简单的相减，不能反映超导电缆在失超过程中复杂变化时对波形的度量。

发明内容

为了解决现有技术中的超导电缆失超检测方法不能及时反映失真的发生以及超导电缆在失超过程中复杂变化时对波形的度量的技术问题，本发明提供一种检测超导电缆的失超的方法，所述方法包括：

采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形；

在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离，并将所述Hausdorff距离作为超导电缆的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值，其中，检测时长的起始时间为t₁＝(i-1)×t_m/n，检测时长的结束时间为t₂＝t_m+(i-1)×t_m/n，i的初始值为1；

根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave，其中，1≤K≤n；

比较所述Hausdorff距离平均值h_ave与失超检测门槛值H_set，当所述距离平均值h_ave大于失超检测门槛值H_set时，确定所述超导电缆为失超状态。

进一步地，所述方法在采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形之前还包括确定检测超导电缆失超的参数，所述参数包括检测时长t_m、电流波形采样点个数n和失超检测门槛值H_set。

进一步地，所述确定失超检测门槛值H_set包括：

在超导电缆正常运行时，采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形；

在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合为B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离，并将所述Hausdorff距离作为超导电缆的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值，其中，检测时长的起始时间为t₁＝(i-1)×t_m/n，检测时长的结束时间为t₂＝t_m+(i-1)×t_m/n，i的初始值为1；

根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave；

将所述Hausdorff距离平均值h_ave平均与失超检测系数相乘的积即为失超检测门槛值H_set，其中，失超检测系数为常数值。

进一步地，通过安装在超导电缆的超导传输层和屏蔽层上的电流互感器采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形。

进一步地，所述在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合为A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离包括：

计算从集合A中的点a_i到集合B中的点b_j的Hausdorff距离，其计算公式为：

其中，||·||为欧氏距离；

计算集合A到集合B的单向Hausdorff距离h(A，B)，其计算公式为：

对于集合A和集合B，存在两个单向Hausdorff距离h(A，B)和h(B，A)，确定根据所述h(A，B)和h(B，A)确定集合A和集合B之间的Hausdorff距离H(A，B)的计算公式为：

H(A，B)＝max{h(A，B)，h(B，A)}。 (3)

进一步地，所述根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave是计算K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值的算术平均值，其计算公式为：

式中，H_k为导电缆在第k个检测时长t_m内的超导传输和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离，且i<n时，K＝i；i≥n时，K＝n。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种检测超导电缆的失超的系统，所述系统包括：

电流采集单元，其用于采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形；

第一距离单元，其用于在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离，并将所述Hausdorff距离作为超导电缆的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值，其中，检测时长的起始时间为t₁＝(i-1)×t_m/n，检测时长的结束时间为t₂＝t_m+(i-1)×t_m/n，i的初始值为1；

第二距离单元，其用于根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave，其中，1≤K≤n；

失超检测单元，其用于比较所述Hausdorff距离平均值h_ave与失超检测门槛值H_set，当所述距离平均值h_ave大于失超检测门槛值H_set时，确定所述超导电缆为失超状态。

进一步地，所述系统还包括参数设置单元，其用于确定检测超导电缆失超的参数，所述参数包括检测时长t_m、电流波形采样点个数n和失超检测门槛值H_set。

进一步地，所述第一距离单元在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合为B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离包括：

计算从集合A中的点a_i到集合B中的点b_j的Hausdorff距离，其计算公式为：

其中，||·||为欧氏距离；

计算集合A到集合B的单向Hausdorff距离h(A，B)，其计算公式为：

对于集合A和集合B，存在两个单向Hausdorff距离h(A，B)和h(B，A)，根据所述h(A，B)和h(B，A)确定集合A和集合B之间的Hausdorff距离H(A，B)的计算公式为：

H(A，B)＝max{h(A，B)，h(B，A)}。 (3)

进一步地，所述第二距离单元根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave是计算K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值的算术平均值，其计算公式为：

式中，H_k为导电缆在第k个检测时长t_m内的超导传输和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离，且i<n时，K＝i；i≥n时，K＝n。

本发明技术方案提供的检测超导电缆的失超的方法和系统通过采集超导电缆超导传输和屏蔽层的电流波形，计算多个连续检测时长内两个波形的Hausdorff距离瞬时值，并通过计算所述多个Hausdorff距离瞬时值的Hausdorff距离平均值，将所述Hausdorff距离平均值与整定的失超检测门槛值进行比较来判断超导电缆的失超检测状态。本发明所述的检测超导电缆的失超的方法和系统采用电气量判断超导电缆的失超，具有较高的灵敏度，能迅速判断超导电缆失超的发生，同时，所述方法和系统不需要另外安装特殊的电气量采集装置，结构简单，成本低。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为超导电缆的超导层和屏蔽层波形重合时的Hausdorff距离示意图。

图2为超导电缆的超导层和屏蔽层波形有差异时的Hausdorff距离示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的检测超导电缆的失超的方法的流程图；

图4为根据本发明优选实施方式的采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层电流的结构示意图。

图5为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中超导电缆处于超导态时的超导传输层和屏蔽层电流波形对比图；

图6为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中忽略铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形对比图；

图7为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中考虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形对比图；

图8为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中忽略铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形示意图；

图9为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中忽略虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形的Hausdorff距离瞬时值示意图；

图10为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中忽略铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形的Hausdorff距离平均值示意图；

图11为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中考虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形示意图；

图12为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中考虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形的Hausdorff距离瞬时值示意图；

图13为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中考虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形的Hausdorff距离平均值示意图；

图14为根据本发明优选实施方式的检测超导电缆的失超的系统的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

超导电缆正常运行传输电能时，屏蔽层中流过的电流和超导传输层中流过的电流相位相反，幅值接近，大概为超导传输层的90％左右。屏蔽层电流瞬时值波形乘以补偿系数后和传输层电流波形基本重合，显示了极高的相似性。

图1为超导电缆的超导层和屏蔽层波形重合时的Hausdorff距离示意图。如图1所示，当超导电缆在正常运行时的屏蔽层电流波形经过处理后，和传输层的电流波形重合时，Hausdorff距离的值恒为0。

一般超导电缆传输层为多层(2层)，最里面的超导带材靠近铜骨架，其他层和里层之间有支撑层等其他增强结构强度的材料，液氮冷却液在铜骨架中流过，所以冷却液液氮并没有和超导带材直接接触，超导带材产生的热量并不能迅速被液氮带走。超导层带材绕制并不均匀，由于制造和运输还可能使得超导传输层的某些位置的带材绕制不规则，甚至受到破坏，使得整条超导电缆超导带材发热并不均匀。超导电缆发生失超时，大量电流流入铜骨架和超导线材的支撑层，产生大量的热量，使得超导带材温度升高，降低超导线材的失超电流，超导失超状态更进一步，直至超导电缆完全失超，传输电流均流入到铜骨架和支撑层中，超导带材中没有电流。在失超过程中超导带材由超导态转化为失超态，超导层阻抗中会出现电阻分量，完全失超时电阻分量无穷大。流过带材的交流电流相位会发生变化，失超程度不同，相位变化不同，同时，超导电缆的失超过程还是一个温度-电磁耦合的暂态过程，失超的超导带材中的电流还存在谐波分量。所以，失超过程中各层超导带材的电流波形是有差异的。屏蔽层和液氮冷却液充分接触，其产生的热量能够被液氮迅速带走，使得屏蔽层温度较低，失超电流门槛较高，屏蔽层不易进入失超状态，在失超暂态过程中，其流过的电流波形和传输层电流有较大差异。

图2为超导电缆的超导层和屏蔽层波形有差异时的Hausdorff距离示意图。如图2所示，当超导电缆出现失超时，所述超导传输层和屏蔽层的电流波形出现差异，波形不重合的部分有较大的Hausdorff距离，因此，通过超导电缆超导层和屏蔽层的电流波形来计算波形之间的Hausdorff距离，从而检测超导电缆是否处于失超状态是可行的。

图3为根据本发明优选实施方式的检测超导电缆的失超的方法的流程图。

如图1所示，本优选实施方式所述的检测超导电缆的失超的方法100从步骤101开始。

在步骤101，确定检测超导电缆失超的参数，所述参数包括检测时长t_m、电流波形采样点个数n和失超检测门槛值H_set。

在步骤102，采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形。

优选地，通过安装在超导电缆的超导传输层和屏蔽层上的电流互感器采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形。

图4为根据本发明优选实施方式的采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层电流的结构示意图。如图4所示，在本优选实施方式中，HTS为超导电缆的传输层，SL为超导电缆的屏蔽层，其中TA1表示超导电缆左侧安装的电流互感器，TA2表示右侧安装的电流互感器,TA1、TA2用于采集超导电缆传输层的电流波形，TA3表示屏蔽层左侧安装的电流互感器，TA4表示右侧安装的电流互感器，TA3、TA4用于采集屏蔽层的波形。

在步骤103，在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离，并将所述Hausdorff距离作为超导电缆的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值，其中，检测时长的起始时间为t₁＝(i-1)×t_m/n，检测时长的结束时间为t₂＝t_m+(i-1)×t_m/n，i的初始值为1。

在步骤104，根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave，其中，1≤K≤n。

在本优选实施方式中，为了避免只针对一个检测时长的电流波形求超导传输层和屏蔽层波形之间的Hausdorff距离，容易因为测量电流时产生的误差而错误判断超导电缆失超，通过求取多个连续检测时长内的电流波形的Hausdorff距离瞬时值，再对其求平均值则较好了避免了上述情况的发生，判断更准确。

在步骤105，比较所述Hausdorff距离平均值h_ave与失超检测门槛值H_set，当所述距离平均值h_ave大于失超检测门槛值H_set时，确定所述超导电缆为失超状态。

优选地，所述确定失超检测门槛值H_set包括：

在超导电缆正常运行时，采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形；

在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离，并将所述Hausdorff距离作为超导电缆的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值，其中，检测时长的起始时间为t₁＝(i-1)×t_m/n，检测时长的结束时间为t₂＝t_m+(i-1)×t_m/n，i的初始值为1；

根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave；

将所述Hausdorff距离平均值h_ave平均与失超检测系数相乘的积即为失超检测门槛值H_set，其中，失超检测系数为常数值。

通过将超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形差异性的评判指标转换为两个电流波形集合的Hausdorff距离的大小，距离越大其差异越大，越有可能判断为超导电缆失超。利用Hausdorff距离检测超导电缆失超时，有两个因素会影响失超检测的最终结果，一个是检测时长的长度，既检测时长，另一个是失超检测门槛值。将超导电流正常运行时确定的Hausdorff距离平均值h_ave平均与失超检测系数相乘的积作为失超检测门槛值H_set时，如果失超检测系数过大，则无法迅速可靠地检测失超的发生，反之，如果失超检测系数偏小，则无法区分正常运行状态和失超状态，容易误判，因此，根据经验，失超检测系数一般取值1.5。

优选地，所述在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离包括：

计算从集合A中的点a_i到集合B中的点b_j的Hausdorff距离，其计算公式为：

其中，||·||为欧氏距离；

计算集合A到集合B的单向Hausdorff距离h(A，B)，其计算公式为：

对于集合A和集合B，存在两个单向Hausdorff距离h(A，B)和h(B，A)，根据所述h(A，B)和h(B，A)确定集合A和集合B之间的Hausdorff距离H(A，B)的计算公式为：

H(A，B)＝max{h(A，B)，h(B，A)}。 (3)

优选地，所述根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave是计算K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值的算术平均值，其计算公式为：

式中，H_k为导电缆在第k个检测时长t_m内的超导传输和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离，且i<n时，K＝i；i≥n时，K＝n。

在本优选实施方式中，按照图4所示的结构图搭建了超导电缆的失超模型仿真超导电缆的各种状态，并对超导层和屏蔽层电流波形进行了对比。

图5为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中超导电缆处于超导态时的超导传输层和屏蔽层电流波形对比图。如图5所示，当超导电缆处于超导态时，屏蔽层电流通过反相和幅值补偿处理后，和超导层电流完全重合。

图6为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中忽略虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形对比图。如图6所示，仿真中如果忽略虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时，超导层和屏蔽层之间的电流波形差别不明显。

图7为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中考虑虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形对比图。如图7所示，如果考虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时，超导传输层和屏蔽层电流波形的差异性较为明显。

利用超导层电流波形和屏蔽层电流波形的Hausdorff距离检测超导电缆失超的方法，通过考虑铜骨架和各层之间互感和不考虑互感两种模型分别进行讨论，了解不同影响因素对检测算法的影响，现场测试和考虑互感的模型比较接近。

(1)不考虑铜骨架和各层之间的互感

图8为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中忽略铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形示意图。如图8所示，由于不考虑铜骨架互感对超导层和屏蔽层的影响，屏蔽层电流由超导层感应产生，其大小随着超导层电流大小变化

图9为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中忽略虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形的Hausdorff距离瞬时值示意图。如图9所示，在完全失超的情况下，铜骨架流过所有的传输电流，超导层中没有电流时，屏蔽层中电流也为0，所以超导层和屏蔽层电流波形的差异性并不大，其Hausdorff距离瞬时值不到100。

图10为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中忽略铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形的Hausdorff距离平均值示意图。如图10所示，在完全失超的情况下，铜骨架流过所有的传输电流，超导层中没有电流时，屏蔽层中电流也为0，所以超导层和屏蔽层电流波形的差异性并不大，根据Hausdorff距离瞬时值确定的Hausdorff距离平均值也较小，不到100，但是和正常运行态的Hausdorff平均值还是有较大的差异。

(2)考虑筒骨架和各层之间的互感

图11为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中考虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形示意图。如图11所示，考虑筒骨架和各层之间的互感后，屏蔽层中的电流将会由铜骨架电流和超导层电流共同决定，在失超初期筒骨架电流较小，超导电缆传输电流几乎都流过超导层，屏蔽层电流几乎由超导层电流决定，其波形差异性很小。但是，随着失超程度的加深，筒骨架中流过大量的电流，超导层中的电流越来越小，而屏蔽层中的电流减少的不多，超导层电流和屏蔽层电流的差异性会越来越大。在完全失超时，超导层电流为0，而屏蔽层电流由筒骨架上的电流决定，仍有较大电流，波形的差异性最大。

图12为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中考虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形的Hausdorff距离瞬时值示意图。如图12所示，当考虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时，根据图11的超导传输层和屏蔽层电流波形确定的Hausdorff距离的瞬时值高达1500至4500。

图13为根据本发明优选实施方式的超导电缆失超模型中考虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时的超导传输层和屏蔽层电流波形的Hausdorff距离平均值示意图。如图13所示，当考虑铜骨架和支撑层与屏蔽层的互感关系时，根据图12的超导传输层和屏蔽层电流波形的Hausdorff距离瞬时值确定的Hausdorff距离平均值依然高达500以上。

所以，通过两种模型的分析，可以得出以下结论：

(1)超导电缆在正常运行时，通过屏蔽层电流反相和幅值补偿，和超导层电流几乎重合，几乎没有差异性，而在失超过程中，屏蔽层电流和超导层电流波形会出现差异性。

(2)通过计算Hausdorff距离平均值，能够反映电流波形的差异性，通过整定得到的失超检测门槛值，可以检测出超导电缆的失超状态。

(3)超导电缆失超程度决定了电流波形差异性的大小，完全失超的情况下，差异性最大，超导层中没有电流，屏蔽层中有很大电流。波形的Hausdorff距离的检测方法可以较高灵敏度的检测出超导电缆的失超状态。

图14为根据本发明优选实施方式的检测超导电缆的失超的系统的结构示意图。如图14所示，本优选实施方式所述的检测超导电缆的失超的系统1400包括：

参数设置单元1401，其用于确定检测超导电缆失超的参数，所述参数包括检测时长t_m、电流波形采样点个数n和失超检测门槛值H_set。

电流采集单元1402，其用于采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形；

第一距离单元1403，其用于在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离，并将所述Hausdorff距离作为超导电缆的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值，其中，检测时长的起始时间为t₁＝(i-1)×t_m/n，检测时长的结束时间为t₂＝t_m+(i-1)×t_m/n，i的初始值为1；

第二距离单元1404，其用于根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave，其中，1≤K≤n；

失超检测单元1405，其用于比较所述Hausdorff距离平均值h_ave与失超检测门槛值H_set，当所述距离平均值h_ave大于失超检测门槛值H_set时，确定所述超导电缆为失超状态。

优选地，所述第一距离单元1403在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}，和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离包括：

计算从集合A中的点a_i到集合B中的点b_j的Hausdorff距离，其计算公式为：

其中，||·||为欧氏距离；

计算集合A到集合B的单向Hausdorff距离h(A，B)，其计算公式为：

对于集合A和集合B，存在两个单向Hausdorff距离h(A，B)和h(B，A)，根据所述h(A，B)和h(B，A)确定集合A和集合B之间的Hausdorff距离H(A，B)定义为两个单向Hausdorff距离的最大值，计算公式为：

H(A，B)＝max{h(A，B)，h(B，A)}。 (3)

优选地，所述第二距离单元1404根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave是计算K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值的算术平均值，其计算公式为：

式中，H_k为导电缆在第k个检测时长t_m内的超导传输和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离，且i<n时，K＝i；i≥n时，K＝n。

本发明所述检测超导电缆的失超的系统对超导电缆进行失超检测的方法与本发明所述检测超导电缆的失超的方法的步骤相同，并且达到的技术效果也相同，此处不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种检测超导电缆的失超的方法，其特征在于，所述方法包括：

采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形；

在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离，并将所述Hausdorff距离作为超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值，其中，检测时长的起始时间为t₁＝(i-1)×t_m/n，检测时长的结束时间为t₂＝t_m+(i-1)×t_m/n，i的初始值为1；

根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层的电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave，其中，1≤K≤n；

比较所述Hausdorff距离平均值h_ave与失超检测门槛值H_set，当所述距离平均值h_ave大于失超检测门槛值H_set时，确定所述超导电缆为失超状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形之前还包括：确定检测超导电缆失超的参数，所述参数包括检测时长t_m、电流波形采样点个数n和失超检测门槛值H_set。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定失超检测门槛值H_set包括：

在超导电缆正常运行时，采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形；

在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离，并将所述Hausdorff距离作为超导电缆的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值，其中，检测时长的起始时间为t₁＝(i-1)×t_m/n，检测时长的结束时间为t₂＝t_m+(i-1)×t_m/n，i的初始值为1；

根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave；

将所述Hausdorff距离平均值h_ave平均与失超检测系数相乘的积作为失超检测门槛值H_set，其中，失超检测系数为常数值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过安装在超导电缆的超导传输层和屏蔽层上的电流互感器采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形。

5.根据权利要求1或者3所述的方法，其特征在于，所述在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合为B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离包括：

计算从集合A中的点a_i到集合B中的点b_j的Hausdorff距离，其计算公式为：

其中，||·||为欧氏距离；

计算集合A到集合B的单向Hausdorff距离h(A，B)，其计算公式为：

对于集合A和集合B，存在两个单向Hausdorff距离h(A，B)和h(B，A)，根据所述h(A，B)和h(B，A)确定集合A和集合B之间的Hausdorff距离H(A，B)的计算公式为：

H(A，B)＝max{h(A，B)，h(B，A)}。 (3)

6.根据权利要求1或者3所述的方法，其特征在于，所述根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave是计算K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值的算术平均值，其计算公式为：

式中，H_k为导电缆在第k个检测时长t_m内的超导传输和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离，且i<n时，K＝i；i≥n时，K＝n。

7.一种检测超导电缆的失超的系统，其特征在于，所述系统包括：

电流采集单元，其用于采集超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形；

第一距离单元，其用于在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离，并将所述Hausdorff距离作为超导电缆的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值，其中，检测时长的起始时间为t₁＝(i-1)×t_m/n，检测时长的结束时间为t₂＝t_m+(i-1)×t_m/n，i的初始值为1；

第二距离单元，其用于根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave，其中，1≤K≤n；

失超检测单元，其用于比较所述Hausdorff距离平均值h_ave与失超检测门槛值H_set，当所述距离平均值h_ave大于失超检测门槛值H_set时，确定所述超导电缆为失超状态。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括参数设置单元，其用于确定检测超导电缆失超的参数，所述参数包括检测时长t_m、电流波形采样点个数n和失超检测门槛值H_set。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一距离单元在检测时长t_m内，分别对超导电缆的超导传输层和屏蔽层的电流波形选取n个采样点，生成超导传输层电流波形采样点的集合A＝{a₁，a₂，…a_n}和屏蔽层的电流波形采样点的集合B＝{b₁，b₂，…b_n}，计算集合A和集合B之间的Hausdorff距离包括：

计算从集合A中的点a_i到集合B中的点b_j的Hausdorff距离，其计算公式为：

其中，||·||为欧氏距离；

计算集合A到集合B的单向Hausdorff距离h(A，B)，其计算公式为：

对于集合A和集合B，存在两个单向Hausdorff距离h(A，B)和h(B，A)，根据所述h(A，B)和h(B，A)确定集合A和集合B之间的Hausdorff距离H(A，B)的计算公式为：

H(A，B)＝max{h(A，B)，h(B，A)}。 (3)

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二距离单元根据K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值计算Hausdorff距离平均值h_ave是计算K个连续检测时长t_m内的超导传输层和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离瞬时值的算术平均值，其计算公式为：

式中，H_k为导电缆在第k个检测时长t_m内的超导传输和屏蔽层电流波形之间的Hausdorff距离，且i<n时，K＝i；i≥n时，K＝n。

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