CN112924823B - 一种电力电缆局部放电量测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电力电缆局部放电量测量方法及系统，包括：对局部放电信号进行频谱分析后得到不同电缆位置的局部放电信号频谱特征；对局部放电信号频谱特征进行低通滤波后得到低频分量；根据低频分量的峰值和校准比例系数得到不同电缆位置的局部放电量。根据局部放电信号中高频成分衰减较快，低频成分衰减较慢的特点，对不同位置的局部放电信号进行频谱分析，同时设计数字滤波器，滤除局部放电信号中衰减较快的高频成分，通过低频成分计算局部放电量，大大提高测量精度。

Description

一种电力电缆局部放电量测量方法及系统

技术领域

本发明涉及局部放电量测量技术领域，特别是涉及一种电力电缆局部放电量测量方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

局部放电量是评价电力电缆绝缘的重要参数，准确测量局部放电量对保证电力电缆的安全可靠运行具有重要意义。电力电缆是具有分布参数模型的元件，高频信号沿电缆传播有显著的衰减，目前的局部放电测量装置很少考虑电力电缆的这种分布特性，导致局部放电测量精度较差，无法真实反应电缆绝缘的实际状态。

电力电缆产生的局部放电信号为频谱范围很宽的高频信号，局部放电信号沿电缆的传播会出现快速的衰减现象。局部放电测量装置一般根据局部放电信号的幅值来计算局部放电量，由于局部放电测量点与局部放电发生点往往不在同一位置，测量装置测量到的信号为从局部放电点传播过来的信号，信号幅度已经发生较严重的衰减和畸变，所以导致测量精度较差，无法反应实际放电量。

局部放电信号沿电缆传播的快速衰减是导致局部放电量测量不准的主要原因，在局部放电发生点处，局部放电波形的峰值与局部放电量成正比，因此只要经过适当的校准，就能根据局部放电的峰值获得局部放电量的值(pC)。对于像电容器、套管等具有集中参数的元件来说，局部放电发生点和局部放电测量点基本位于同一位置，因此采用波形峰值计算放电量是合适的，但对于像电力电缆这样具有分布参数的元件来说，由于局部放电发生点可能远离测量点，测量点处获得的波形峰值已严重衰减，直接采用峰值进行局部放电量就会存在很大的误差，导致测量精度较差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种电力电缆局部放电量测量方法及系统，根据局部放电信号中高频成分衰减较快，低频成分衰减较慢的特点，对不同位置的局部放电信号进行频谱分析，同时设计数字滤波器，滤除局部放电信号中衰减较快的高频成分，通过低频成分计算局部放电量，大大提高测量精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种电力电缆局部放电量测量方法，包括：

对局部放电信号进行频谱分析后得到不同电缆位置的局部放电信号频谱特征；

对局部放电信号频谱特征进行低通滤波后得到低频分量；

根据低频分量的峰值和校准比例系数得到不同电缆位置的局部放电量。

第二方面，本发明提供一种电力电缆局部放电量测量系统，包括：

频谱分析模块，被配置为对局部放电信号进行频谱分析后得到不同电缆位置的局部放电信号频谱特征；

低通滤波模块，被配置为对局部放电信号频谱特征进行低通滤波后得到低频分量；

测量校准模块，被配置为根据低频分量的峰值和校准比例系数得到不同电缆位置的局部放电量。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明解决了信号衰减对放电量测量精度的问题，首先对不同位置的局部放电信号进行频谱分析，得到放电信号的变化规律，同时在此基础上设计数字滤波器，滤除局部放电信号中衰减较快的高频成分，利用过滤后的低频成分的波形峰值进行放电量的校准和测量，以提高局部放电量的测量精度。

本发明提出基于数字滤波的局部放电量计算方法，根据局部放电信号中的高频成分衰减较快，而低频成分衰减较慢的特点，利用数字滤波器将局部放电信号中的高频成分滤除，通过局部放电信号中的低频成分计算局部放电量，大大提高局部放电量的测量精度。

本发明在局部放电量的校准中采用滤波后的峰值，得到峰值与局部放电量的比例系数，在测量时采用局放信号进行滤波后的峰值乘以校准的比例系数，得到实际放电量。

本发明附加方面的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

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的电力电缆局部放电量测量方法流程图；

图2(a)-2(h)为本发明实施例1提供的原始局部放电信号以及离局部放电点100m、500m、1000m、2000m、3000m、4000m、5000m处局部放电信号的幅度频谱图；

图3为本发明实施例1提供的低通滤波器设计参数示意图；

图4为本发明实施例1提供的FIR数字低通滤波器单位冲击响应图；

图5为本发明实施例1提供的FIR数字低通滤波器幅度响应图；

图6为本发明实施例1提供的FIR数字低通滤波器相位响应图；

图7为本发明实施例1提供的不同测量位置处的滤波前后的峰值曲线图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种电力电缆局部放电量测量方法，包括：

S1：对局部放电信号进行频谱分析后得到不同电缆位置的局部放电信号频谱特征；

S2：对局部放电信号频谱特征进行低通滤波后得到低频分量；

S3：根据低频分量的峰值和校准比例系数得到不同电缆位置的局部放电量。

在本实施例中，根据实际电力电缆的结构参数，采用ATP-EMTP电磁暂态程序建立电缆模型，同时考虑到电缆线路参数随频率的变化，选用JMARTI模型作为电缆模型。

所述步骤S1中，本实施例为得到电力电缆的局部放电信号的频谱特性，在电缆始端注入局部放电信号，沿电缆每100m间隔测量该局部放电信号波形，采用傅里叶变换分析不同位置信号的频谱特征。

具体地，傅里叶正变换为：

傅里叶逆变换为：

式中，F(ω)是f(t)的频谱函数。

对不同位置的局部放电信号进行频谱分析，得到如图2(a)-2(h)所示的幅度频谱图，分别为原始局部放电信号以及离局部放电点100m、500m、1000m、2000m、3000m、4000m、5000m处局部放电信号的幅度频谱图；通过分析幅度频谱可知，局部放电信号中衰减较快的频率成分在1MHz以上，较稳定的低频成分的频率范围大约在50KHz至150KHz之间，所以本实施例采用局部放电信号中衰减较慢的低频分量进行局部放电量的校准和计算，以取得较高的测量精度。

所述步骤S2中，本实施例通过FIR(Finite Impulse Response，FIR)数字滤波器得到局部放电信号中衰减较慢的低频分量，滤除局部放电信号中的高频成分。

如图3所示为FIR低通滤波所需参数的示意图，其中，Fs为信号采样频率，本实施例设置为100MHz；Fpass为低通滤波的通带截止频率，即通过该滤波器的最高频率，本实施例设置Fpass值为150KHz；Fstop为低通滤波的阻带开始频率，即滤除的最低频率值，本实施例设置Fstop值为200KHz；Apass为1dB，Astop为60dB；如图4、图5和图6分别为低通数字滤波器的单位冲击响应、幅度响应和相位响应图，可以看出，本实施例设计的上述参数满足局部放电信号低频滤波的要求。

所述步骤S3中，采用FIR低通数字滤波分别对不同位置的局部放电信号进行低通滤波，取滤波后波形的峰值，如图7所示为不同测量位置处的波形峰值形成的曲线，“×”曲线为滤波前的波形峰值曲线，“Ο”曲线为滤波后的波形峰值曲线，可以看出，滤波后不同位置的局放峰值为一平缓的直线，只有很小的衰减，毫无疑问，若用滤波后的峰值来校准和计算放电量，可以明显提高放电量的测量精度。

在实际应用中，局部放电量的校准采用滤波后的峰值，再根据历史实际放电量，得到峰值与局部放电量的比例系数，在测量时，采用局放信号进行滤波后的峰值乘以校准的比例系数，即可得到实际放电量。

本实施例采用YJV22-8.7/10-3×240mm²三芯电力电缆进行局部放电测量的仿真验证，利用ATP-EMTP建立仿真模型，分别沿电缆在距测量点100m、200m、500m、1000m、2000m、3000m、4000m和5000m处注入放电量为320pC的局部放电信号。表1分别给出原始信号(不采用数字滤波)和本实施例方法(采用数字滤波)的仿真测试结果，结果表明，本实施例提出的方法明显提高了局部放电的测量精度。

表1仿真测试结果

实施例2

本实施例提供一种电力电缆局部放电量测量系统，包括：

频谱分析模块，被配置为对局部放电信号进行频谱分析后得到不同电缆位置的局部放电信号频谱特征；

低通滤波模块，被配置为对局部放电信号频谱特征进行低通滤波后得到低频分量；

测量校准模块，被配置为根据低频分量的峰值和校准比例系数得到不同电缆位置的局部放电量。

此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中所述的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

在更多实施例中，还提供：

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1中所述的方法。

实施例1中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种电力电缆局部放电量测量方法，其特征在于，包括：

对局部放电信号进行频谱分析后得到不同电缆位置的局部放电信号频谱特征，对不同位置的局部放电信号进行频谱分析得到幅度频谱图，通过分析幅度频谱，采用局部放电信号中衰减较慢的低频分量进行局部放电量的校准和计算；

对局部放电信号频谱特征进行低通滤波后得到低频分量；

根据低频分量的峰值和校准比例系数得到不同电缆位置的局部放电量；根据低频分量的峰值与历史实际放电量得到峰值与局部放电量的校准比例系数，将低频分量的峰值乘以校准比例系数得到不同电缆位置的局部放电量。

2.如权利要求1所述的一种电力电缆局部放电量测量方法，其特征在于，采用傅里叶变换进行频谱分析得到不同电缆位置的局部放电信号频谱特征。

3.如权利要求1所述的一种电力电缆局部放电量测量方法，其特征在于，采用FIR数字滤波器进行低通滤波，滤除局部放电信号中的高频成分，得到衰减较慢的低频分量。

4.如权利要求3所述的一种电力电缆局部放电量测量方法，其特征在于，所述FIR数字滤波器的信号采样频率为100MHz。

5.如权利要求3所述的一种电力电缆局部放电量测量方法，其特征在于，所述FIR数字滤波器的通带截止频率为150KHz，阻带开始频率为200KHz。

6.一种电力电缆局部放电量测量系统，其特征在于，包括：

频谱分析模块，被配置为对局部放电信号进行频谱分析后得到不同电缆位置的局部放电信号频谱特征，对不同位置的局部放电信号进行频谱分析得到幅度频谱图，通过分析幅度频谱，采用局部放电信号中衰减较慢的低频分量进行局部放电量的校准和计算；

低通滤波模块，被配置为对局部放电信号频谱特征进行低通滤波后得到低频分量；

测量校准模块，被配置为根据低频分量的峰值和校准比例系数得到不同电缆位置的局部放电量；根据低频分量的峰值与历史实际放电量得到峰值与局部放电量的校准比例系数，将低频分量的峰值乘以校准比例系数得到不同电缆位置的局部放电量。

7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-5任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-5任一项所述的方法。

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