CN113820568B - 电缆的局部放电定位方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电缆的局部放电定位方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：获取待测试电缆的第一局放信号以及第二局放信号；第一局放信号为待测试电缆的测试端得到的由局放源发出的直达波的局放信号，第二局放信号为测试端得到的由局放源发出的反射波的局放信号；根据第一局放信号以及第二局放信号获取对应的修正系数，利用修正系数对第一局放信号进行修正，得到第一修正信号，以及利用修正系数对第二局放信号进行修正，得到第二修正信号；基于第一修正信号以及第二修正信号构建距离互相关函数，并获取距离互相关函数的函数值最大时的局放传输距离；根据局放传输距离确定局放源的位置。采用本方法能提高海底电缆的局部放电定位精度。
Description
技术领域
本申请涉及电缆检测技术领域，特别是涉及一种电缆的局部放电定位方法、装置、计算机设备和存储 介质。
背景技术
随着电力技术的发展，海底电缆规模的日益增加，其重要性也日益凸显。同时，海底电缆由于其工作 环境较为复杂，因此会造成海底电缆的护层力学性能退化，从而导致绝缘下降，使其在运行时存在被击穿 的风险，因此提前发现海底电缆中的局部缺陷对于保证电力系统的稳定运行有着重大意义。
目前，对海底电缆中的局部缺陷的检测通常是采用局部放电测试的方式进行，通过对局放源进行定位， 可以快速发现局部缺陷的位置。其中，局放源定位一般采用互相关算法实现局放源定位。然而，由于海底 电缆的长度一般较长，因此容易造成局部放电信号的畸变，降低了信号之间的相关性，因此，目前海底电缆的局部放电定位精度较低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种的电缆的局部放电定位方法、装置、计算机设备和存储 介质。
一种电缆的局部放电定位方法，所述方法包括：
获取待测试电缆的第一局放信号以及第二局放信号；所述第一局放信号为所述待测试电缆的测试端得 到的由局放源发出的直达波的局放信号，所述第二局放信号为所述测试端得到的由所述局放源发出的反射 波的局放信号；
根据所述第一局放信号以及第二局放信号获取对应的修正系数，利用所述修正系数对所述第一局放信 号进行修正，得到第一修正信号，以及利用所述修正系数对所述第二局放信号进行修正，得到第二修正信 号；
基于所述第一修正信号以及所述第二修正信号构建距离互相关函数，并获取所述距离互相关函数的函 数值最大时的局放传输距离；
根据所述局放传输距离确定所述局放源的位置。
在其中一个实施例中，所述根据所述第一局放信号以及第二局放信号获取对应的修正系数，包括：获 取所述第一局放信号对应的第一距离中心，并获取所述第二局放信号对应的第二距离中心；获取所述第一 局放信号与所述第二局放信号的传播延迟；根据所述第一距离中心、第二距离中心，以及所述传播延迟得到所述修正系数。
在其中一个实施例中，所述获取所述第一局放信号对应的第一距离中心，包括：获取预设的衰减因子 以及色散因子，并确定与所述第一局放信号对应的信号持续时间；根据所述衰减因子、色散因子、信号持 续时间以及所述第一局放信号，得到所述第一距离中心。
在其中一个实施例中，所述获取所述第一局放信号与所述第二局放信号的传播延迟，包括：获取所述 第一局放信号与所述第二局放信号之间的相位偏移，以及所述第一局放信号的脉冲宽度；将所述相位偏移 与所述脉冲宽度的商作为所述传播延迟。
在其中一个实施例中，基于所述第一修正信号以及所述第二修正信号构建距离互相关函数，包括：通 过傅里叶变换将所述第一修正信号以及所述第二修正信号转化为对应的第一频域信号以及第二频域信号； 获取预设的互功率谱函数；基于所述互功率谱函数，构建所述第一频域信号以及所述第二频域信号的距离互相关函数。
在其中一个实施例中，所述根据所述局放传输距离确定所述局放源的位置，包括：根据所述局放传输 距离得到所述测试端与所述局放源之间的距离；获取所述测试端的位置；根据所述测试端的位置，以及所 述测试端与所述局放源之间的距离，得到所述局放源的位置。
在其中一个实施例中，所述根据所述局放传输距离得到所述测试端与所述局放源之间的距离，包括： 获取所述待测试电缆的电缆长度；基于所述电缆长度以及所述局放传输距离的一半得到所述测试端与所述 局放源之间的距离。
一种电缆的局部放电定位装置，所述装置包括：
局放信号获取模块，用于获取待测试电缆的第一局放信号以及第二局放信号；所述第一局放信号为所 述待测试电缆的测试端得到的由局放源发出的直达波的局放信号，所述第二局放信号为所述测试端得到的 由所述局放源发出的反射波的局放信号；
局放信号修正模块，用于根据所述第一局放信号以及第二局放信号获取对应的修正系数，利用所述修 正系数对所述第一局放信号进行修正，得到第一修正信号，以及利用所述修正系数对所述第二局放信号进 行修正，得到第二修正信号；
传输距离获取模块，用于基于所述第一修正信号以及所述第二修正信号构建距离互相关函数，并获取 所述距离互相关函数的函数值最大时的局放传输距离；
局放位置确定模块，用于根据所述局放传输距离确定所述局放源的位置。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机 程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法 的步骤。
上述电缆的局部放电定位方法、装置、计算机设备和存储介质，通过获取待测试电缆的第一局放信号 以及第二局放信号；第一局放信号为待测试电缆的测试端得到的由局放源发出的直达波的局放信号，第二 局放信号为测试端得到的由局放源发出的反射波的局放信号；根据第一局放信号以及第二局放信号获取对应的修正系数，利用修正系数对第一局放信号进行修正，得到第一修正信号，以及利用修正系数对第二局 放信号进行修正，得到第二修正信号；基于第一修正信号以及第二修正信号构建距离互相关函数，并获取 距离互相关函数的函数值最大时的局放传输距离；根据局放传输距离确定局放源的位置。本申请通过修正 系数对采集得到的局放信号进行修正，以及利用修正后的局放信号构建距离互相关函数，可以减少衰减和色散现象造成的局部放电信号的畸变，从而可以增加修正后的局放信号的相关性，提高海底电缆的局部放 电定位精度。
附图说明
图1为一个实施例中电缆的局部放电定位方法的流程示意图；
图2为一个实施例中局放信号传播的原理示意图；
图3为一个实施例中根据局放信号获取修正系数的流程示意图；
图4为一个实施例中局放信号时域波形示意图；
图5为一个实施例中构建距离互相关函数的流程示意图；
图6为一个实施例中得到局放源的位置的流程示意图；
图7为一个应用实例中测试端得到的PD信号示意图；
图8为一个应用实例中PD信号的FFT功率谱；
图9为一个应用实例中仿真信号互相关函数的信号示意图；
图10为一个应用实例中不同传播距离的定位误差示意图；
图11为一个应用实例中不同采样率的定位误差示意图；
图12为一个应用实例中不同信噪比下的PD波形示意图；
图13为一个应用实例中10dB下不同方法的定位结果示意图；
图14为一个应用实例中10kV电缆的相位常数测试示意图；
图15为一个应用实例中10kV电缆的特征参数；
图16为一个应用实例中局部放电检测系统原理图；
图17为一个应用实例中电缆的预制缺陷示意图；
图18为一个应用实例中实测PD信号示意图；
图19为一个实施例中电缆的局部放电定位装置的结构框图；
图20为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步 详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电缆的局部放电定位方法，本实施例以该方法应用于终 端进行举例说明，可以理解的是，该方法也可以应用于服务器，还可以应用于包括终端和服务器的系统， 并通过终端和服务器的交互实现。本实施例中，该方法包括以下步骤：
步骤S101，获取待测试电缆的第一局放信号以及第二局放信号；第一局放信号为待测试电缆的测试 端得到的由局放源发出的直达波的局放信号，第二局放信号为测试端得到的由局放源发出的反射波的局放 信号。
其中，待测试电缆指的是需要进行局部放电定位而进行放电测试的电缆，第一局放信号则指的是在 待测试电缆的测试端上得到的，由局放源发出的直达波所对应的局放信号，而第二局放信号则指的是该测 试端接收到的，由局放源发出的发射波所对应的局放信号。具体来说，如图2所示，测试端位于待测试电 缆的一端上，在进行局部放电测试时，局放源会向测试端分别发送局放信号x1和x2，其中x1是测试端接收 到的由局放源直接发送的局部放电信号，也就是直达波的局放信号，而x2则是测试端接收到的由局放源发 送并经过待测试电缆中与测试端不同的另一端反射后的局部放电信号，即反射波的局放信号。测试端即可 同时接收到来自局放源的直达波的局放信号，即第一局放信号x1，以及来自局放源的反射波的局放信号， 即第二局放信号x2，并将接收到的第一局放信号以及第二局放信号发送至终端进行分析。
步骤S102，根据第一局放信号以及第二局放信号获取对应的修正系数，利用修正系数对第一局放信 号进行修正，得到第一修正信号，以及利用修正系数对第二局放信号进行修正，得到第二修正信号。
其中，修正系数是用于修正局放信号在待测试电缆传输过程中因衰减和色散现象造成的局放信号的 幅值衰减和相位偏移，该修正系数可以是根据第一局放信号以及第二局放信号计算得到。具体来说，终端 可以基于采集得到的第一局放信号以及第二局放信号计算得到修正系数，并利用该修正系数分别对第一局放信号以及第二局放信号进行修正，用于对第一局放信号以及第二局放信号的衰减和色散通过修正系数进 行补偿，从而分别得到第一修正信号以及第二修正信号。
例如，修正系数可用K进行表示，终端得到的第一局放信号以及第二局放信号可以分别用以及/>表示，那么得到的第一修正信号以及第二修正信号则可以分别用x1(d)以及x2(d)表示，并且/>
步骤S103，基于第一修正信号以及第二修正信号构建距离互相关函数，并获取距离互相关函数的函 数值最大时的局放传输距离；
步骤S104，根据局放传输距离确定局放源的位置。
局放传输距离可通过d进行表示，本申请中，采集的修正信号可以以局放传输距离作为自变量的方 式，构建第一修正信号与第二修正信号的互相关函数，并且求取出互相关函数的函数值最大时对应的自变 量，即互相关函数的函数值最大时对应的局放传输距离，并基于得到的局放传输距离，确定出局放源在待测试电缆上的位置。
上述电缆的局部放电定位方法中，通过获取待测试电缆的第一局放信号以及第二局放信号；第一局放 信号为待测试电缆的测试端得到的由局放源发出的直达波的局放信号，第二局放信号为测试端得到的由局 放源发出的反射波的局放信号；根据第一局放信号以及第二局放信号获取对应的修正系数，利用修正系数对第一局放信号进行修正，得到第一修正信号，以及利用修正系数对第二局放信号进行修正，得到第二修 正信号；基于第一修正信号以及第二修正信号构建距离互相关函数，并获取距离互相关函数的函数值最大时的局放传输距离；根据局放传输距离确定局放源的位置。本申请通过修正系数对采集得到的局放信号进 行修正，以及利用修正后的局放信号构建距离互相关函数，可以减少衰减和色散现象造成的局部放电信号的畸变，从而可以增加修正后的局放信号的相关性，提高海底电缆的局部放电定位精度。
在一个实施例中，如图3所示，步骤S102可以进一步包括：
步骤S301，获取第一局放信号对应的第一距离中心，并获取第二局放信号对应的第二距离中心。
其中，第一距离中心指的是终端采集到的第一局放信号因色散现象导致偏移后的相位中心，而第二距 离中心则指的是第二局放信号中偏移后的中心，具体来说，终端在步骤S101中得到第一局放信号以及第 二局放信号，可以分别求取第一局放信号以及第二局放信号对应的时域波形的中心，作为第一距离中心以及第二距离中心。
步骤S302，获取第一局放信号与第二局放信号的传播延迟；
步骤S303，根据第一距离中心、第二距离中心，以及传播延迟得到修正系数。
传播延迟指的是第一局放信号与第二局放信号之间信号传播所造成的延迟，由于第一局放信号是由局 放源发出的直达波的局放信号，而第二局放信号则是由局放源发出的反射波的局放信号，直达波的传输路 径必然相较于反射波更短，因此第一局放信号相较于第二局放信号受到的信号衰减以及色散等原因造成信号波形的延迟也必然更小，而为了准确修正上述延迟，故需要在修正系数中进一步引入用于修正上述波形 延迟的传输延迟，并利用第一距离中心、第二距离中心，以及传播延迟得到修正系数。
例如，修正系数K可通过如下计算公式得到：
K＝Dx2(d)-Dx1(d)+δd
其中，Dx2(d)表示第二距离中心，Dx1(d)则表示第一距离中心，而δd表示的是传播延迟。
进一步地，步骤S301可以进一步包括：获取预设的衰减因子以及色散因子，并确定与第一局放信号 对应的信号持续时间；根据衰减因子、色散因子、信号持续时间以及第一局放信号，得到第一距离中心。
衰减因子以及色散因子指的是信号衰减的衰减系数以及造成色散的色散常数，该衰减因子以及色散因 子可以是用户预先进行设定，将衰减因子以及色散因子分别设定为某一个常数，而信号持续时间则指的是 测试端检测得到第一局放信号的持续时间，即从测试端开始检测到第一局放信号到检测不到第一局放信号的时间。如图4所示，测试端接收到的第一局放信号从0.2s-0.8s，因此该信号持续时间即为0.2s-0.8s。之 后，终端即可利用得到的衰减因子、色散因子、信号持续时间以及第一局放信号，计算出第一距离中心。
具体来说，终端在步骤S101中得到第一局放信号后，则可以利用预设的衰减因子以及色散因子，以 及得到的第一局放信号的信号持续时间，计算出第一距离中心。
同理，终端也可以通过上述相同的方式，得到与第二局放信号对应的信号持续时间，即1.4s-2s，从而 得到第二距离中心。
例如，第一距离中心Dx1(d)可以通过如下计算公式得到：
Dx1(d)＝A∫t|x1|2dt+B
其中，x1表示第一局放信号，A表示衰减因子，B表示色散因子，A和B为固定的常数，t则表示第 一局放信号对应的信号持续时间。
进一步地，步骤S302可以进一步包括：获取第一局放信号与第二局放信号之间的相位偏移，以及第 一局放信号的脉冲宽度；将相位偏移与脉冲宽度的商作为传播延迟。
另外，在得到第一局放信号以及第二局放信号后，终端还可以得到第一局放信号与第二局放信号之间 的相位偏移，同时，还可以求取第一局放信号的脉冲宽度，其中由于第一局放信号以及第二局放信号来自 于同样的局放源，因此其发出的局放信号的脉冲宽度是相同的，即得到的第二局放信号的脉冲宽度与第一局放信号的脉冲宽度是相同的，因此也可以通过得到第二局放信号的脉冲宽度，并将其作为第一局放信号 的脉冲宽度。之后，终端则可以将相位偏移与脉冲宽度的商作为上述传播延迟。
例如，传播延迟δd可以通过如下公式计算得到：
其中，δω表示第一局放信号与第二局放信号之间的相位偏移，而x表示测试端采集得到的局放信号 的脉冲宽度，既可以是第一局放信号的脉冲宽度，也可以是第二局放信号的脉冲宽度。
上述实施例中，通过引入修正系数实现了对第一局放信号以及第二局放信号的修正，并且该修正系数 是通过衰减因子以及色散因子得到，从而可以解决因衰减和色散造成的局部放电信号的畸变，从而可以增 加修正后的局放信号的相关性，另外，还引入了第一局放信号与第二局放信号的传播延迟，修正波形延迟造成的传输延迟，从而提高修正系数的准确性。
在一个实施例中，如图5所示，步骤S103可以进一步包括：
步骤S501，通过傅里叶变换将第一修正信号以及第二修正信号转化为对应的第一频域信号以及第二频 域信号。
本实施例中，终端采集的第一修正信号以及第二修正信号可以是时域信号，而为了将时域信号转化为 频域信号，本申请在终端得到作为时域信号的第一修正信号以及第二修正信号后，则可以通过傅里叶变换 的方式，将得到的第一修正信号转化为频域信号，即第一频域信号，以及将第二修正信号转化为频域信号，即第二频域信号。
步骤S502，获取预设的互功率谱函数；
步骤S503，基于互功率谱函数，构建第一频域信号以及第二频域信号的距离互相关函数。
本实施例中，互功率谱函数可以是由第一频域信号以及第二频域信号所组成的互功率谱函数，通过该 互功率谱函数，以及维纳-辛钦定理则可以构建出第一频域信号以及第二频域信号的距离互相关函数。
例如：互功率谱函数可如下所示：
其中，X1 *表示第一频域信号的共轭形式，X2则表示第二频域信号，并根据维纳-辛钦定理，则可以 构造如下距离互相关函数：
其中β为相位常数，可表示为β＝2πf/v，并且f表示频率，v表示电缆的相速度，d则表示局放 传播距离。
本实施例中，距离互相关函数的构造可以是通过互功率谱函数以及对第一修正信号以及第二修正信号 进行傅里叶变换后得到的第一频域信号以及第二频域信号构建，相比于构建时延互相关函数，可以有效避 免采样率和电缆相速度频变特性的影响，进而达到更高的定位精度。
另外，在一个实施例中，如图6所示，步骤S104可以进一步包括：
步骤S601，根据局放传输距离得到测试端与局放源之间的距离。
本实施例中，终端在得到距离互相关函数的函数值最大时的局放传输距离后，则可以根据该距离计算 出测试端与局放源之间的距离。
步骤S602，获取测试端的位置；
步骤S603，根据测试端的位置，以及测试端与局放源之间的距离，得到局放源的位置。
之后，终端则可以找出预先设置的测试端的安装位置，并利用测试端的位置，以及步骤S601中得出 的测试端与局放源之间的距离，从而得到局放源的位置。
进一步地，步骤S601可以进一步包括：获取待测试电缆的电缆长度；基于电缆长度以及局放传输距 离的一半得到测试端与局放源之间的距离。
本实施例中，距离互相关函数取最大值dmax时，对应的局放传输距离即为第二局放信号相较于第一局 放信号多传输的一段距离，参考图2可知，将测试端与局放源之间的距离设定为L1，而待测试电缆的电缆 长度则可以设定为L1+L2，并且可以确认得到，第一局放信号传输的距离为L1，且第二局放信号为L1+2L2， 因此本实施例中得到的dmax＝2L2，局放传输距离的一半即为L2，得到L2后，终端则可以利用待测试电缆 的电缆长度减去L2，进而确定出L1，即测试端与局放源之间的距离。
本实施例中，可以利用距离互相关函数的函数值最大时的局放传输距离，得到测试端与局放源之间的 距离，并利用已知的测试端的位置确定出局放源的位置，从而可以提高局放源位置确定的效率。
在一个应用实例中，还提供了一种实现信号衰减及色散修正的海底电缆局部放电定位算法，在实际海 底电缆局放检测中，由于进行双端PD信号的检测需要高精度的同步时钟，成本较高，所以通常采用单端 局放测试方法局放源距离测试端和对端的长度L1、L2。当电缆局放源位置产生局部放电后，在电缆测试 端处将会检测到相应的PD脉冲信号x1、x2。传统互相关算法是利用广义互相关函数(GCC)进行PD脉 冲信号的时延求解，进而结合电缆的相速度确定局部放电的位置。GCC算法是通过求解两个PD脉冲信号 的互功率谱，从而得到其互相关函数，其中互相关函数的峰值位置对应两信号的相对时延。其具体的计算步骤如下：
首先在电缆测试端将接收到的时域信号x1、x2数据保存。由于局放信号在海缆传输过程中存在衰减 和色散，局放信号会出现幅值衰减和相位偏移。假设在一定频率范围内局放信号衰减和色散常数与频率保 持线性关系，即衰减因子α(ω)≈Aω和色散因子β(ω)≈Bω，以此引入衰减和色散的时延修正系数。
当局放信号相位中心因为色散现象发生偏移时，得到的信号x2偏移后距离中心Dx(d)计算结果如下：
Dx(d)＝A∫t|x|2dt+B
式中，A为衰减因子，B为色散因子。二者可通过测试得到的局放信号参数x进行计算。为了准确对 局放信号传播延迟进行分析，波形的延迟由δd进行补偿，其中dx为测试得到原始信号x1的距离中心， δd由接收到的局放信号波形参数x和相位偏移δω决定，使得修正系数K满足：
求出修正系数后，即可对局放信号在海缆中传输时的衰减和色散现象进行一定的修正补偿。即将原始 PD脉冲信号x1、x2的衰减和色散用修正系数K进行补偿，即脉冲信号x1、x2距离中心相应增加K以对 衰减和色散造成的波形偏移进行补偿。即：
x1(d)＝x1(d+K)，x2(d)＝x2(d+K)
将信号修正后得到的x1、x2通过傅里叶变换转换成频域信号X1、X2。
式中：f代表频率，t代表时间。
通过上式求出互功率谱函数
式中：*表示共轭。
由维纳-辛钦定理，可以得到互相关函数和/>构成如下所示的一组傅里叶变换对。
式中：τ为信号的延时。
对于离散信号x1、x2而言，互相关函数绝对值最大的元素与数据采样周期的乘积即为信号之间的时 延τ12，将τ12结合电缆相速度v计算得到局放源位置。
根据传输线理论，考虑电缆的衰减和色散现象，X2可以表示为：
式中：γ为传播系数，α为衰减常数，β为相位常数，可表示为β＝2πf/v。
由此定义新的互相关函数为
式中：d为局放传播距离。
从而得到
由上式可以看出当取最大值时，d＝2L2，即确定了电缆中局放源的位置，并且此时色散带来 的误差也得到了修正，提高了互相关算法的定位精度。
由于实际X1、X2为离散信号，因此将上式进行离散化处理得到下式：
式中：k1和k2分别代表下限和上限频率的离散点数位置，以作为带通滤波器提高互相关算法的抗 噪性能。
传统的互相关算法是通过确定x1和x2的时延，再结合电缆的固定相速度确定局放源位置，由于x1 和x2均为离散信号，所以其时延估计的精度会受信号之间采样时间间隔的影响，同时电缆的相速度具有 频变特性，因此会造成传统互相关算法的定位精度较差。而提出的的自变量d是传播距离而不是 时延，因此不需要计算x1和x2的时延，可以有效避免采样率和电缆相速度频变特性的影响，进而达到更 高的定位精度。即当达到最大值时，可以直接精准确定x2较x1多传播的距离2L2。
将测试端测得的局放信号进行分离得到时域信号x1和x2，将窗口其余数据部分置零；
将接收到的时域信号x1、x2通过傅里叶变换转换成频域信号X1、X2；
根据X1、X2的FFT功率谱确定下限和上限频率的离散点数位置k1和k2；
结合电缆的相位常数计算互相关函数并确定其取最大值时的d为dmax；
根据L2＝dmax/2确定电缆局放源位置。
通过本申请的上述技术方案得到的基于距离互相关的海底电缆局部放电定位算法，其有益效果是：
该互相关算法将PD信号传播距离作为自变量，因此可以有效避免采样率和电缆相速度频变特性的 影响。
之后，还通过仿真验证这一结论的准确性：
(1)仿真模型搭建：
利用MATLAB建立图2所示的电缆仿真模型，电缆的相关参数如表1所示：
| 电缆参数 | 数值 |
| 缆芯半径rc/mm | 4 |
| 屏蔽层内半径rs/mm | 9.5 |
| 缆芯电阻率ρc/(μΩ*mm) | 17.5 |
| 屏蔽层电阻率ρs/(μΩ*mm) | 17.5 |
表1电缆参数示意表
L1和L2分别设置为150m和350m，电缆的单位长度电阻R(Ω/m)、电感L(H/m)、电导G(S/m)和电 容C(F/m)可通过下式计算：
式中：ω＝2πf为角频率；rc和rs分别为电缆缆芯半径和屏蔽层内半径；ρc和ρs分别为电缆的缆 芯和屏蔽层电阻率；μ0为真空磁导率；σ和ε分别为电介质的电导率和介电常数，将其取为1×10-16S/m 和2.04×10-11F/m。
为了说明该方法的效果，不失一般性，分别利用双指数衰减脉冲和双指数衰减振荡脉冲对方法的可 行性进行研究。仿真PD信号及其传播如下式所示：
s1(t)＝IFFT(S(ω)e-γ(ω)l)
式中：A为PD信号幅值，取为10mV；为衰减系数，取为150ns；fc为振荡频率，取为10MHz， S(ω)为s(t)的傅里叶变换；l为传播距离；IFFT为快速反傅里叶变换。
仿真PD信号的采样频率设置为100MHz，时间窗口为10μs，仿真得到测试端的x1、x2波形如图7 所示。从图7中分离出x1、x2波形后利用傅里叶变换得到频域信号X1、X2的FFT功率谱如图8所示。
由图7可以看出，在衰减和色散的共同作用下，局放波形出现了幅值降低和畸变的现象，此时波形 的畸变会导致传统互相关算法的定位精度降低。从图8中可以更加明显地看出衰减和色散对局放波形的影 响，同时可以看出PD的频带分布较窄，通过设置k1和k2可以凭借带通滤波器的形式提高算法的抗噪性能。
将衰减脉冲信号的k1和k2设置为1和75；衰减振荡脉冲信号的k1和k2设置为1和100。利用算 法对其进行处理得到互相关函数如图9所示，为了方便观察，图9中将d转化为了距首端的距离，同时将 互相关函数进行了基于最大值的归一化处理。然后分别将定位结果和峰值法，GCC，MCCM进行对比， 峰值法，GCC的固定波速选择为高频下相速度的平均值，MCCM的参考速度设置为m/s，得到定位结果如 表2所示。
表2定位方法结果示意表
从表2中可以看出所提互相关算法可以有效地确定电力电缆局部放电源的位置，其互相关函数均在 距首端150m处取得最大值，定位精度较高。
峰值法和GCC受到采样频率和电缆色散特性的影响，定位效果较差，尤其是峰值法；MCCM虽然 考虑了相速度的频变特性但是仍旧受到采样频率的影响，导致定位结果出现偏差，而方法是建立在传播距 离d为自变量的互相关方法上，因此可以有效地降低采样频率和电缆色散特性对定位精度的影响。同时从 图9中可以看出方法由于对局放波形的色散进行了修正，使得互相关函数具有更高的对称性，间接提高了 其定位精度，另一方面的互相关算法是基于d的函数，可以代入不同的d进行运算，达到较高的距离分辨 率，使得互相关函数更加平滑，定位精度更高。
通过进一步分析表2，可以发现各方法对于衰减脉冲信号的定位精度较差，这是由于衰减脉冲信号 的频带较低，该频段受电缆相速度频变特性影响大。
(2)传播距离对定位精度的影响
随着传播距离的增加，电缆中PD信号的衰减和色散现象会变得更加严重，导致波形发生畸变，影 响定位精度。为了验证方法对不同长度电缆的局放源定位效果，改变仿真模型中L2的长度，并将定位误 差与峰值法，MCCM进行比较，其结果如图10所示。值得说明的是，为了有效地观测局放信号x1和x2， 时间窗口增加为50μs。
从图10中可以看出，对于传统的峰值法，在固定的相速度和波形畸变的影响下，当PD信号传播距 离增加时，其定位误差会逐渐增大；对于MCCM，由于考虑了相速度的频变特性和具有互相关算法较好的 鲁棒性，因此其定位精度较高，但是在采样间隔的影响，定位精度存在一定的误差；而算法拥有更小的定 位误差。
(3)采样率对定位精度的影响
在实际测试中，采样设备的采样率会影响测试得到的PD波形，进而可能会影响到局放源的定位精 度。为了研究采样率对算法的影响，改仿真模型的采样率进行算法的验证，并与峰值法、MCCM进行了对 比，得到其定位误差结果如图11所示。
从图11中可以看出在采样率较低的情况下，基于时延估计的峰值法和MCCM均出现了较大的定位 偏差，这是由于此时各数据点之间的时间间隔较大，难以确定到精确的时延，而且随着采样频率的降低， 这种现象会更加明显。而方法的互相关函数是直接建立在以传播距离为自变量的基础上，因此不需要估计 时延，可以直接确定局放源的位置，所以即使在较低的采样率下，方法也可以取得较小的定位误差。
(4)噪声对定位精度的影响
由于实际测试得到的PD波形往往会夹杂着白噪声，因此需要研究在不同信噪比下算法的定位效果。 分别向图7(a)中的仿真局放波形中添加SNR为20、10和5dB的高斯白噪声，得到不同SNR下PD波形 如图12所示，这些信噪比分别代表小、中、大噪声。从图12中可以看出当噪声小时，直达波和反射波清 晰可见。另一方面，当噪声较大时，PD波形很难与噪声区分开。
通过蒙特卡洛模拟100次，得到不同SNR下峰值法，MCCM和方法的定位统计结果如表3所示。
表3定位方法结果示意表
当SNR＝10dB时，得到各方法的定位结果统计图如图13所示。从表3中可以看出，方法具有较强的 抗噪能力。当SNR降低时，方法的定位误差明显小于其他方法,即使是在信噪比较高时(SNR＝5dB)，算法 也能取得较好的效果。同时从图13中可以看出，在SNR＝10dB时，方法相比于其他方法的定位结果分散 性较小，定位精度较高。
(5)电缆相位常数测量
在使用方法对实际电力电缆局放源定位之前，需要对电缆的相位常数进行测试。对于β的测量通常 有2种方法，一种是时域法，另外一种是频域法。时域法是通过往电缆注入一个时域脉冲信号，然后测试 其通过一定长度电缆后的时域波形并通过傅里叶变换计算各频点下的电缆相位常数；频域法是通过往电缆注入扫频正弦信号，然后测试其通过一定长度的电缆后各频点的参数进而直接得到各频点下的电缆相位常 数。由于的估算误差会直接影响PD的定位精度，因此采用测试效果较好的频域法进行测试。采用网络分 析仪对10kV电缆100MHz以内的S12参数进行测试，得到S12的相频特性便可以确定β，其测试原理图如图14所示。测试前需要先对测试用同轴电缆进行校准，消除同轴电缆对电力电缆测试结果的影响；然 后用网络分析仪自带的时域选通功能减小同轴电缆和电力电缆连接点阻抗不匹配的影响，测试得到电缆的相位常数和相速度结果如图15所示。
(6)实测局放源定位
为了实际验证方法的有效性，在实验室搭建10kV电缆振荡波局放试验平台进行电力电缆局放检测。 其试验原理接线图如图16所示，其由充电回路和阻尼振荡放电回路构成。首先用直流高压电源对电缆进 行充电，当电缆达到相应的设定电压，闭合高压开关K，电缆通过阻尼振荡回路进行放电，构成RLC放 电回路，进而在电缆上产生阻尼振荡电压波激发电缆局放。
在实际制作中压电缆中间接头时，由于黑色的绝缘胶带可能会被制作人员弄混为半导电带，在这种 情况下会出现中间接头半导电带错用绝缘胶带的缺陷。该缺陷会导致在电缆交接局放试验时会出现局放超 标现象，此时需要精确进行PD定位确定是接头存在问题还是施工不规范造成的电缆局部缺陷。综上所述，可以通过设置该缺陷代表中间接头产生局放这一类典型局放现象。在250m电力电缆距测试端100.5m处模 拟制作了该缺陷，其缺陷设置如图17所示。测试时的直流电压为22kV，采集示波器的型号为Rigol DS6104， 采样频率设置为100MHz，得到其PD波形如图18所示。在实际电缆局放测试中可能会存在较多干扰信号， 当实测PD的干扰较大时，应当先进行去噪处理，待恢复出PD波形后再进行定位分析。
对图18的PD信号进行定位处理，并与峰值法和MCCM进行对比，得到其定位结果见表4所示。
表4定位方法结果示意表
从表4中可以看出传统的峰值法和MCCM都受到采样率和相速度选取结果的影响导致定位结果较 差，而方法直接建立在以距离为自变量的互相关算法上，即具有互相关的较强抗噪能力，同时不受采样率 和相速度选取结果的影响，因此具有更高的定位精度。
对于实际在线运行电缆而言，如果在线采集的PD信号干扰不大，那么仍然可以利用方法进行局放 源定位，其本质上和振荡波局放测试下的定位没有区别；如果出现干扰影响太大的情况，可以待局放监测 超标后，再断电利用振荡波局放测试设备进行局放数据采集，最后利用方法进行定位，即和实验部分验证 方法一致。综上所述，本节的实验对算法对实际电缆中局放源的准确定位有一定验证效果。
上述应用实例中，提出了一种基于距离的互相关算法用于电力电缆局放源定位，用于解决传统互相 关算法的定位结果受采样率和电缆相速度频变特性影响大的问题。并且，由仿真结果可以看出方法由于不 需要进行时延估计和选取参考相速度，因此相比于其他算法有更高的定位精度。同时还表明，传播距离、采样率和白噪声对算法的定位结果影响较小，因此算法更适合用于现场的局放源定位。算法能对真实电缆 中的局放源进行准确定位，并且定位精度高于传统方法。
应该理解的是，虽然本申请的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是 必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制， 这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序 也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图19所示，提供了一种电缆的局部放电定位装置，包括：局放信号获取模块 1901、局放信号修正模块1902、传输距离获取模块1903和局放位置确定模块1904，其中：
局放信号获取模块1901，用于获取待测试电缆的第一局放信号以及第二局放信号；第一局放信号为待 测试电缆的测试端得到的由局放源发出的直达波的局放信号，第二局放信号为测试端得到的由局放源发出 的反射波的局放信号；
局放信号修正模块1902，用于根据第一局放信号以及第二局放信号获取对应的修正系数，利用修正系 数对第一局放信号进行修正，得到第一修正信号，以及利用修正系数对第二局放信号进行修正，得到第二 修正信号；
传输距离获取模块1903，用于基于第一修正信号以及第二修正信号构建距离互相关函数，并获取距离 互相关函数的函数值最大时的局放传输距离；
局放位置确定模块1904，用于根据局放传输距离确定局放源的位置。
在一个实施例中，局放信号修正模块1902，进一步用于获取第一局放信号对应的第一距离中心，并获 取第二局放信号对应的第二距离中心；获取第一局放信号与第二局放信号的传播延迟；根据第一距离中心、 第二距离中心，以及传播延迟得到修正系数。
在一个实施例中，局放信号修正模块1902，进一步用于获取预设的衰减因子以及色散因子，并确定与 第一局放信号对应的信号持续时间；根据衰减因子、色散因子、信号持续时间以及第一局放信号，得到第 一距离中心。
在一个实施例中，局放信号修正模块1902，进一步用于获取第一局放信号与第二局放信号之间的相位 偏移，以及第一局放信号的脉冲宽度；将相位偏移与脉冲宽度的商作为传播延迟。
在一个实施例中，传输距离获取模块1903，进一步用于通过傅里叶变换将第一修正信号以及第二修正 信号转化为对应的第一频域信号以及第二频域信号；获取预设的互功率谱函数；基于互功率谱函数，构建 第一频域信号以及第二频域信号的距离互相关函数。
在一个实施例中，局放位置确定模块1904，进一步用于根据局放传输距离得到测试端与局放源之间的 距离；获取测试端的位置；根据测试端的位置，以及测试端与局放源之间的距离，得到局放源的位置。
在一个实施例中，局放位置确定模块1904，进一步用于获取待测试电缆的电缆长度；基于电缆长度以 及局放传输距离的一半得到测试端与局放源之间的距离。
关于电缆的局部放电定位装置的具体限定可以参见上文中对于电缆的局部放电定位方法的限定，在此 不再赘述。上述电缆的局部放电定位装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上 述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图20所 示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计 算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。 该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算 机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一 种电缆的局部放电定位方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设 备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板， 还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图20中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不 构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少 的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该 处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器 执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来 指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序 在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器 可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括 随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储 器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征 所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的 范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对 发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电缆的局部放电定位方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待测试电缆的第一局放信号以及第二局放信号；所述第一局放信号为所述待测试电缆的测试端得到的由局放源发出的直达波的局放信号，所述第二局放信号为所述测试端得到的由所述局放源发出的反射波的局放信号；
获取所述第一局放信号对应的第一距离中心，以及所述第二局放信号对应的第二距离中心；获取所述第一局放信号与所述第二局放信号的传播延迟；根据所述第一距离中心、第二距离中心，以及所述传播延迟得到修正系数；利用所述修正系数对所述第一局放信号进行修正，得到第一修正信号，以及利用所述修正系数对所述第二局放信号进行修正，得到第二修正信号；所述修正系数用于修正局放信号在待测试电缆传输过程中因衰减和色散现象造成的局放信号的幅值衰减和相位偏移；
基于所述第一修正信号以及所述第二修正信号构建距离互相关函数，并获取所述距离互相关函数的函数值最大时的局放传输距离；
根据所述局放传输距离确定所述局放源的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一局放信号对应的第一距离中心，包括：
获取预设的衰减因子以及色散因子，并确定与所述第一局放信号对应的信号持续时间；
根据所述衰减因子、色散因子、信号持续时间以及所述第一局放信号，得到所述第一距离中心。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一局放信号与所述第二局放信号的传播延迟，包括：
获取所述第一局放信号与所述第二局放信号之间的相位偏移，以及所述第一局放信号的脉冲宽度；
将所述相位偏移与所述脉冲宽度的商作为所述传播延迟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第一修正信号以及所述第二修正信号构建距离互相关函数，包括：
通过傅里叶变换将所述第一修正信号以及所述第二修正信号转化为对应的第一频域信号以及第二频域信号；
获取预设的互功率谱函数；
基于所述互功率谱函数，构建所述第一频域信号以及所述第二频域信号的距离互相关函数。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述局放传输距离确定所述局放源的位置，包括：
根据所述局放传输距离得到所述测试端与所述局放源之间的距离；
获取所述测试端的位置；
根据所述测试端的位置，以及所述测试端与所述局放源之间的距离，得到所述局放源的位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述局放传输距离得到所述测试端与所述局放源之间的距离，包括：
获取所述待测试电缆的电缆长度；
基于所述电缆长度以及所述局放传输距离的一半得到所述测试端与所述局放源之间的距离。
7.一种电缆的局部放电定位装置，其特征在于，所述装置包括：
局放信号获取模块，用于获取待测试电缆的第一局放信号以及第二局放信号；所述第一局放信号为所述待测试电缆的测试端得到的由局放源发出的直达波的局放信号，所述第二局放信号为所述测试端得到的由所述局放源发出的反射波的局放信号；
局放信号修正模块，用于获取所述第一局放信号对应的第一距离中心，以及所述第二局放信号对应的第二距离中心；获取所述第一局放信号与所述第二局放信号的传播延迟；根据所述第一距离中心、第二距离中心，以及所述传播延迟得到修正系数；利用所述修正系数对所述第一局放信号进行修正，得到第一修正信号，以及利用所述修正系数对所述第二局放信号进行修正，得到第二修正信号；所述修正系数用于修正局放信号在待测试电缆传输过程中因衰减和色散现象造成的局放信号的幅值衰减和相位偏移；
传输距离获取模块，用于基于所述第一修正信号以及所述第二修正信号构建距离互相关函数，并获取所述距离互相关函数的函数值最大时的局放传输距离；
局放位置确定模块，用于根据所述局放传输距离确定所述局放源的位置。
8.根据权利要求7所述的电缆的局部放电定位装置，其特征在于，所述局放信号修正模块进一步用于：
获取预设的衰减因子以及色散因子，并确定与第一局放信号对应的信号持续时间；根据衰减因子、色散因子、信号持续时间以及第一局放信号，得到第一距离中心；
获取第一局放信号与第二局放信号之间的相位偏移，以及第一局放信号的脉冲宽度；将相位偏移与脉冲宽度的商作为传播延迟。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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