CN110988619B - 一种多源放电信号分离方法以及分析判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多源放电信号分离方法以及分析判别方法，所述多源放电信号分离方法包括以下步骤:定位多源放电信号在被测电缆中的对应的放电位置L，并计算所述多源放电信号的等效时长T和等效带宽W；根据所述放电位置L、等效时长T以及等效带宽W对所述多源放电信号进行分离；本发明通过LTW三维分离空间除了能够区分时频分布特征的不同的放电信号，还能够进一步区分时频特征类似但放电位置不同的放电源。

Description

一种多源放电信号分离方法以及分析判别方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是一种多源放电信号分离方法以及分析判别方法。

背景技术

高压电缆是电力传输的主要途径，电缆的正常工作是供电系统的基础。在电缆工作过程中，不同的局部放电现象会对电缆造成不同程度的损坏，影响电力能源的输送和使用，造成经济损失；因此，局部放电检测是衡量电力电缆绝缘性能的重要指标。

然而，在实际局部放电检测过程中由于现场环境的复杂性，多种放电源混杂或者局放检测设备不可避免地会受到各种干扰放电影响，因此对采集信号进行分析和判别是局放检测的重点和难点所在，有必要寻求一种有效的多源分离方法。

目前，多源放电信号的分离主要是通过脉冲波形特征、时频变换等参量或方法来进行；前者依据脉冲传播衰减特性，来构造远端和近端的脉冲波形特征属性，包括脉冲宽度、上升/下降时间、振荡极性、主振频率等多个参量，在脉冲信号采集时进行比对，但是，这种方法并未考虑放电成因的多变性，更无法进一步识别放电的类型，只能依据经验中的几种放电脉冲波形来判断，判断粗糙、武断；后者利用时频联合分析，将脉冲数据映射为时域和频域的标准密度分布特征，从统计学角度来看的确可以区分不同类型的脉冲波，但在实际的电缆局放检测中依然会存在脉冲极为相似但相位分布特征依然混杂的情况，致使难以进一步有效分离，因此需要寻找一种能够解决此类问题的方法。

发明内容

有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本发明提供了一种多源放电信号分离方法，包括以下步骤:，定位多源放电信号在被测电缆中的对应的放电位置L，并计算所述多源放电信号的等效时长T和等效带宽W；将所述放电位置L、等效时长T以及等效带宽W组成三维分离空间，根据该三维分离空间对所述多源放电信号进行分离。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，利用时频联合分析来对多源放电信号进行分离，在实际的电缆局放检测中难以进一步有效分离时频特征类似但不同源的放电信号；而本发明公开的多源放电信号分离方法，在被测电缆的两端分别设置一台局放采集器，通过双端同步定位采集放电信号并在采集到该放电信号时记录该放电信号分别到达两端的时间的时间差，并基于行波定位原理，同源的放电脉冲同时向两端传播，到达两端的时间差∆t跟放电位置L相关，从而根据该时间差∆t计算得到该放电信号的放电位置L，通过所述放电位置L、等效时长T以及等效带宽W组成LTW三维分离空间，通过LTW三维分离空间除了能够区分时频分布特征的不同的放电信号，还能够进一步区分时频特征类似但放电位置不同的放电源。

另外，根据本发明公开的一种多源放电信号分离方法还具有如下附加技术特征：

进一步地，所述放电位置L通过如下方法进行筛选定位：通过两台局部放电采集器分别在被测电缆的两端采集所述多源放电信号中的各个放电信号，并在采集到所述放电信号E_i时记录该放电信号E_i到达所述被测电缆的两端的时间差∆t_i；将所述时间差∆t_i带入下式（1），得到该时间差∆t_i对应的所述放电信号E_i的放电位置L：

L = (S+v∆t_i)/2 (1)

其中，所述Ei表示记录到的第i个放电信号，所述∆t_i表示第i个所述放电信号Ei对应的所述时间差，所述S表示所述被测电缆的长度，所述v表示所述放电信号Ei的行波速度。

进一步地，所述等效时间T的计算方法包括如下步骤:

步骤S1，通过下式(2)对放电信号进行归一化：

其中，所述t表示时刻，所述S(t)表示放电脉冲时域信号，所述 T_s表示所述放电脉冲时域信号的周期时长，所述

表示放电脉冲归 一化信号；

步骤S2，计算所述放电信号的平均时间t₀，如下式(3)：

步骤S3，将所述放电脉冲归一化信号

所述平均时间t₀代入 下式(4)，得到所述等效时长T：

进一步地，所述等效带宽W的计算方法包括如下步骤:

步骤z1，对所述放电脉冲归一化信号

进行傅里叶变换，得到 频域信号

变换公式如下式(5)：

其中，所述j表示虚数，所述w表示频率，

步骤z2，将所述频域信号

代入下式(6)，得到所述等效带 宽W：

不同类型的放电信号，由于放电机理、放电缺陷位置、放电信号 传播衰减的不同，会在局部放电信号波形的时频特征上有所表现，因 此一般情况下根据不同放电信号时频分布特征的不同，能够对不同类 型的放电脉冲信号进行分离。

根据本发明的另一方面，还提供了一种基于上述的多源放电信号的分离方法的放电信号的分析判别方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤1，采集所述放电信号的放电量Q和相位Φ；

步骤2，采用所述多源放电信号的分离方法对所述多源放电信号进行分离，得到一个或多个所述放电信号，并在相位分布图谱对应分离得到的每个所述放电信号的分布点簇；

步骤3，根据所述放电信号的分布点簇的相位分布特征判别对应的所述放电信号的放电类型。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为双端同步定位的原理示意图；

图2为现有技术中TW等效时频图谱；

图3为现有技术中PRPD放电相位图谱；

图4为本发明提供的一个实施例中的 LTW三维图谱的示意图；

图5为图4中的 LTW三维图谱的另一个角度的观测示意图；

图6为图4中的 LTW三维图谱的另一个角度的观测示意图；

图7是本发明提供的分析判别方法得到的PRPD放电相位图谱。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的构思如下，通过所述放电位置L、等效时长T以及等效带宽W组成LTW三维分离空间，通过LTW三维分离空间除了能够区分时频分布特征的不同的放电信号，还能够进一步区分时频特征类似但放电位置不同的放电源。

图1为双端同步定位的原理示意图；图2为现有技术中TW等效时频图谱；图3为现有技术中PRPD放电相位图谱；图4至图6为本发明提供的一个实施例中的 LTW三维图谱不同角度的观测示意图；图7是本发明提供的分析判别方法得到的PRPD放电相位图谱。

如图所示，根据本发明的实施例，多源放电信号分离方法包括以下步骤:定位多源放电信号在被测电缆中的对应的放电位置L，并计算所述多源放电信号的等效时长T和等效带宽W；将所述放电位置L、等效时长T以及等效带宽W组成三维分离空间，根据该三维分离空间对所述多源放电信号进行分离。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，利用时频联合分析来对多源放电信号进行分离，在实际的电缆局放检测中难以进一步有效分离时频特征类似但不同源的放电信号；而本发明公开的多源放电信号分离方法，在被测电缆的两端分别设置一台局放采集器，通过双端同步定位采集放电信号并在采集到该放电信号时记录该放电信号分别到达两端的时间的时间差，并基于行波定位原理，同源的放电脉冲同时向两端传播，到达两端的时间差∆t跟放电位置L相关，从而根据该时间差∆t计算得到该放电信号的放电位置L，通过所述放电位置L、等效时长T以及等效带宽W组成LTW三维分离空间，通过LTW三维分离空间除了能够区分时频分布特征的不同的放电信号，还能够进一步区分时频特征类似但放电位置不同的放电源。

另外，根据本发明公开的一种多源放电信号分离方法还具有如下附加技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述放电位置L通过如下方法进行筛选定位：通过两台局部放电采集器分别在被测电缆的两端采集所述多源放电信号中的各个放电信号，并在采集到所述放电信号E_i时记录该放电信号E_i到达所述被测电缆的两端的时间差∆t_i；将所述时间差∆t_i带入下式（1），得到该时间差∆t_i对应的所述放电信号E_i的放电位置L：

L = (S+v∆t_i)/2 (1)

其中，所述Ei表示记录到的第i个放电信号，所述∆t_i表示第i个所述放电信号Ei对应的所述时间差，所述S表示所述被测电缆的长度，所述v表示所述放电信号Ei的行波速度。

如图1所示，所述放电信号E_i到达所述被测电缆的两端的时间分别记作A端达到时间t_1i和B端到达时间t_2i，则t_1i=L/v，t_2i=（S-L）/v，从而得到L = (S+v∆t_i)/2。

根据本发明的一些实施例，所述等效时间T的计算方法包括如下 步骤:

步骤S1，通过下式(2)对放电信号进行归一化：

其中，所述t表示时刻，所述S(t)表示放电脉冲时域信号，所述 T_s表示所述放电脉冲时域信号的周期时长，所述

表示放电脉冲归 一化信号；

步骤S2，计算所述放电信号的平均时间t₀，如下式(3)：

步骤S3，将所述放电脉冲归一化信号

所述平均时间t₀代入 下式(4)，得到所述等效时长T：

根据本发明的一些实施例，所述等效带宽W的计算方法包括如下 步骤:

步骤z1，对所述放电脉冲归一化信号

进行傅里叶变换，得到 频域信号

变换公式如下式(5)：

其中，所述j表示虚数，所述w表示频率，

步骤z2，将所述频域信号

代入下式(6)，得到所述等效带 宽W：

不同类型的放电信号，由于放电机理、放电缺陷位置、放电信号 传播衰减的不同，会在局部放电信号波形的时频特征上有所表现，因 此一般情况下根据不同放电信号时频分布特征的不同，能够对不同类 型的放电脉冲信号进行分离。

根据本发明的另一方面，还提供了一种基于上述的多源放电信号的分离方法的放电信号的分析判别方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤1，采集所述放电信号的放电量Q和相位Φ；

步骤2，采用所述多源放电信号的分离方法对所述多源放电信号进行分离，得到一个或多个所述放电信号，并在相位分布图谱对应分离得到的每个所述放电信号的分布点簇；

步骤3，根据所述放电信号的分布点簇的相位分布特征判别对应的所述放电信号的放电类型。

根据本发明的一个实施例，通过局部放电采集器采集放电量Q和相位Φ，得到用于判别放电类型的PRPD放电图谱，如图2所示，相位分布混杂，容易造成误判，因此需要先对多源放电信号进行分离；利用时频联合分析来对多源放电信号进行分离得到的TW等效时频图谱如图 3所示，但是有部分放电信号的时频特征类似而无法彻底分离；引入参量放电位置L，形成LTW三维散点图谱，如图 4至图 6所示，将放电信号数据映射到LTW三维空间，可以区分时频特征类似但放电位置不同的放电源，最后得到相位分布清晰的PRPD放电图谱，如图7所示。

任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中；在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例；而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。

尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内；具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神；除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种多源放电信号分离方法，其特征在于，包括以下步骤:

通过两台局部放电采集器分别在被测电缆的两端采集所述多源放电信号中的各个放电信号，并在采集到所述放电信号E_i时记录该放电信号E_i到达所述被测电缆的两端的时间差∆t_i；将所述时间差∆t_i代 入下式，得到该时间差∆t_i对应的所述放电信号E_i的放电位置L：L = (S+v∆t_i)/2,由此定位多源放电信号在被测电缆中的对应的放电位置L，并计算所述多源放电信号的等效时长T和等效带宽W；

通过所述放电位置L、等效时长T以及等效带宽W组成LTW三维分离空间，通过LTW三维分离空间区分时频分布特征的不同的放电信号，并进一步区分时频特征类似但放电位置不同的放电源；

其中，所述Ei表示记录到的第i个放电信号，所述∆t_i表示第i个所述放电信号Ei对应的所述时间差，所述S表示所述被测电缆的长度，所述v表示所述放电信号Ei的行波速度；

其中，所述等效时长 T的计算方法包括如下步骤:

步骤S1，通过下式（2）对放电信号进行归一化：

(2)

所述t表示时刻，所述S(t)表示放电脉冲时域信号，所述T_s表示所述放电脉冲时域信号的周期时长，所述

表示放电脉冲归一化信号；

步骤S2，计算所述放电信号的平均时间t₀，如下式(3)：

(3)

步骤S3，将所述放电脉冲归一化信号

、所述平均时间t₀代入下式(4)，得到所述等效时长T：

(4)

其中，所述等效带宽W的计算方法包括如下步骤:

步骤z1，对所述放电脉冲归一化信号

进行傅里叶变换，得到频域信号

，变换公式如下式（5）：

(5)

所述j表示虚数，所述w表示频率，

步骤z2，将所述频域信号

代入下式（6），得到所述等效带宽W：

。

2.一种基于权利要求1中的所述多源放电信号的分离方法的放电信号的分析判别方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤1，采集所述放电信号的放电量Q和相位Φ；

步骤2，采用所述多源放电信号的分离方法对所述多源放电信号进行分离，得到一个或多个所述放电信号，并在相位分布图谱对应分离得到的每个所述放电信号的分布点簇；

步骤3，根据所述放电信号的分布点簇的相位分布特征判别对应的所述放电信号的放电类型。

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