CN114441897A - 一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法 - Google Patents
一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114441897A CN114441897A CN202111673396.2A CN202111673396A CN114441897A CN 114441897 A CN114441897 A CN 114441897A CN 202111673396 A CN202111673396 A CN 202111673396A CN 114441897 A CN114441897 A CN 114441897A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cable
- partial discharge
- signal
- signals
- filtering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 106
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 76
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 31
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 25
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 22
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 19
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims description 16
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 11
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 9
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
- G01R31/088—Aspects of digital computing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Relating To Insulation (AREA)
Abstract
本申请涉及一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法，包括采集电缆近端和电缆远端的疑似局放信号；滤除疑似局放信号中的背景噪声，并从疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量，将其下混频至基带得到第一滤波信号；采集电缆两端的回波信号，参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低回波信号的有效峰值，得到滤波后电缆两端的第二滤波信号；若噪声较小，根据第二滤波信号计算电缆两端疑似局放信号的到达时间差；若噪声较大，根据采集的疑似局放信号总能量计算电缆两端疑似局放信号的到达时间差。采用本方法能够从机理层面提高局放定位在噪声干扰、散射及多路径效应下的准确度。
Description
技术领域
本申请涉及电缆线路状态检测技术领域，特别是涉及一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。
背景技术
振荡波、超低频等离线局放检测试验已广泛地应用于中压配电电缆线路的状态检测中。当电缆线路长度较长时(一般为1千米以上时)，局部放电脉冲的首波信号可观测，而反射波信号由于在电缆中传播距离长，受背景噪声、散射及多路径效应的影响，信号衰减严重，无法有效检测识别，进而导致了在对长电缆线路开展局放检测试验时，往往无法准确获取长电缆线路两端信号的到达时间差，导致根据到达时间差计算得到的电缆端到局放源的距离不精确，从而无法准确定位局放源位置，难以指导检修消缺的开展。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够从机理层面提高局放定位在噪声干扰、散射及多路径效应下的准确度的配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
第一方面，本申请提供了一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法。所述方法包括：
分别采集电缆近端和电缆远端的疑似局放信号，疑似局放信号为高频脉冲电流信号的离散时间序列；
滤除电缆近端和电缆远端的疑似局放信号中的背景噪声、确定噪声的大小，分别从滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量，将其下混频至基带得到第一滤波信号；
分别采集电缆近端和电缆远端的回波信号，参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低回波信号的有效峰值，得到滤波后的电缆近端和电缆远端的第二滤波信号；
若噪声小于预定值，则根据电缆近端和电缆远端的第二滤波信号计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差；若噪声大于预定值，则根据采集的疑似局放信号的总能量计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差。
在其中一个实施例中，分别从滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量的方法相同，包括，对于滤波后的电缆近端的疑似局放信号：
将疑似局放信号的原始频谱移频至(fc-IF)后输入到窄带滤波器中，调整窄带滤波器所选频谱间隔的带宽和位置，使滤波后的疑似局放信号有足够大的信噪比，经滤波后得到疑似局放信号的多个频谱分量，频谱分量位于频域中的固定中频位置；
其中，fc是所选频谱间隔的可调中心频率，IF是固定的中频；带宽不低于疑似局放信号的原始频谱的最小值，且带宽以固定中频为中心。
在其中一个实施例中，参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低回波信号的有效峰值，包括，对于电缆近端的回波信号：
将回波信号输入至自适应滤波器中，获取当前时刻电缆近端的第一滤波信号和自适应滤波器输出的第二滤波信号之间的误差，根据下式来调整自适应滤波器的系数以降低回波信号的有效峰值，表达式为：
hes(k+1)＝hes(k)+μxe(k)e(k)/(Px+ε)；
其中，hes(k)、hes(k+1)分别是当前时刻、下一时刻自适应滤波器的系数，μ是步长，xe(k)是回波信号，e(k)是误差，Px是回波信号的功率，ε是用于保持低信号功率值的稳定性的正则化项。
在其中一个实施例中，根据电缆近端和电缆远端的第二滤波信号计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，包括：
基于互相关算法、当电缆的近端和远端的第二滤波信号最佳对齐时互相关函数值达到最大，基于令互相关函数值最大时的采样离散时间计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，其中：
互相关函数的表达式为：
计算到达时间差的表达式为：Δτ＝Tsargmax{RNF(n)}；
其中，xN(m)和xF(m+n)分别表示电缆近端、电缆远端的高频脉冲电流信号的离散时间序列，N表示采样次数，Ts为采样时间。
在其中一个实施例中，根据采集的疑似局放信号的总能量计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，包括：
基于能量准则算法、获取令能量准则函数值最小时的采样离散时间计算得到相应的第一滤波信号和回波信号的到达时间差；基于第一滤波信号和回波信号的到达时间差计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，其中：
能量准则函数的表达式为：
计算第一滤波信号和回波信号的到达时间差的表达式为：
TOAi＝Tsargmin{ECi(n)}；
其中，x(m)表示电缆近端或电缆远端的高频脉冲电流信号的离散时间序列，i＝N或F，N表示电缆近端、F表示电缆远端，N表示采样次数，k表示第k个采样点，Ts为采样时间。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
若带宽足够小，并且疑似局放信号的频谱分量在所选频谱间隔中扩展，则生成的第一滤波信号在时域中近似为高斯分布，在这种情况下，第一滤波信号的标准偏差与带宽成反比。
第二方面，本申请还提供了一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别装置。所述装置包括：
采样模块，用于分别采集电缆近端和电缆远端的疑似局放信号，疑似局放信号为高频脉冲电流信号的离散时间序列；
滤波模块，用于滤除电缆近端和电缆远端的疑似局放信号中的背景噪声、确定噪声的大小；
预处理模块，用于分别从滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量，将其下混频至基带得到第一滤波信号；
回波抑制模块，用于分别采集电缆近端和电缆远端的回波信号，参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低回波信号的有效峰值，得到滤波后的电缆近端和电缆远端的第二滤波信号；
逻辑处理模块，用于在噪声小于预定值时，根据电缆近端和电缆远端的第二滤波信号计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差；还用于在噪声大于预定值时，根据采集的疑似局放信号的总能量计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差。
在其中一个实施例中，所述预处理模块包括：
移频单元，用于将疑似局放信号的原始频谱移频至(fc-IF)后输入到窄带滤波单元；
窄带滤波单元，用于调整所选频谱间隔的带宽和位置，滤波后输出疑似局放信号的多个频谱分量，使滤波后的疑似局放信号有足够大的信噪比，频谱分量位于频域中的固定中频位置；
包络检测单元，用于将疑似局放信号的多个频谱分量下混频至基带得到第一滤波信号。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述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第一方面提供的方法的步骤。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述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第一方面提供的方法的步骤。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面提供的方法的步骤。
上述配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，在不外设对端检测装置、同步授时装置的基础上，利用局放信号传播衰减的基本规律，先滤除疑似局放信号中的背景噪声，再从原始频谱中选取信噪比足够大的频谱分量，可以避免那些由于散射和多路径传播而导致信噪比降低的频谱带宽或者窄带干扰；进一步的，通过合理设置回波抑制措施，减少了回波在多径传播中的影响，该识别方法从机理层面提高了局放定位在噪声干扰、散射及多路径效应下的准确度，最终根据噪声的大小选择计算电缆两端疑似局放信号的到达时间差，从而准确定位局放源位置。
附图说明
图1为一个实施例中配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法的流程示意图；
图2为时间差识别方法的实施例中步骤106的流程示意图；
图3为时间差识别方法的实施例中步骤110的流程示意图；
图4为另一个实施例中配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法的完整流程示意图；
图5为一个实施例中配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别装置的结构框图；
图6为到达时间差识别装置的实施例中预处理模块的结构框图；
图7为到达时间差识别装置的实施例中回波抑制模块的原理图；
图8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，提供了一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法，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。其中，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备等。
本实施例中，假设局放信号在配网电缆的缺陷处产生，同时向电缆的近端和远端传播，从而产生两个信号：设向近端传播的信号为xN(t)、向远端传播的信号为xF(t)，到达时间分别为tN和tF，则到达时间差定义为Δτ＝tN-tF。
该方法包括以下步骤：
步骤102，分别采集电缆近端和电缆远端的疑似局放信号，疑似局放信号为高频脉冲电流信号的离散时间序列。
上述采样过程就是将理想连续信号xN(t)、xF(t)变成离散时间信号xN(n)、xF(n)。
步骤104，滤除电缆近端和电缆远端的疑似局放信号中的背景噪声、确定噪声的大小。
该步骤基于低通滤波器实现，主要用于限制xN(n)、xF(n)的带宽。该滤波器减少了噪声量以及通常由背景噪声产生的高频分量。其带宽范围为10MHz至50MHz，具体取决于最终现场测试。本实施例选择了40MHz带宽，因为高于此截止频率的局放频谱分量较弱。为避免群延迟失真，建议使用线性相位滤波器。
步骤106，分别从滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量，将其下混频至基带得到第一滤波信号。
该步骤基于超外差接收器实现，减少了信号的噪声量和信号带宽，但由于多路径传播的影响，疑似局放信号中的一些频谱成分会消失，且由于窄带干扰会降低疑似局放信号的一些频谱分量。
步骤108，分别采集电缆近端和电缆远端的回波信号，参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低回波信号的有效峰值，得到滤波后的电缆近端和电缆远端的第二滤波信号。
可选的，当回波信号接近疑似局放信号时，其峰值较高。
步骤110，若噪声小于预定值，则根据电缆近端和电缆远端的第二滤波信号计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差；若噪声大于预定值，则根据采集的疑似局放信号的总能量计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差。
在上述实施例中，利用局放信号传播衰减的基本规律，先滤除疑似局放信号中的背景噪声，再从原始频谱中选取信噪比足够大的频谱分量，可以避免那些由于散射和多路径传播而导致信噪比降低的频谱带宽或者窄带干扰；进一步的，通过合理设置回波抑制措施，减少了回波在多径传播中的影响，提高了识别精度。
在一个实施例中，如图2所示，对于上述步骤106，其中：分别从滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量的方法相同，本实施例以滤波后的电缆近端的疑似局放信号为例进行说明，具体包括：
步骤202，将疑似局放信号的原始频谱移频至(fc-IF)后输入到窄带滤波器中。
其中，fc是所选频谱间隔的可调中心频率，IF是固定的中频。
可选的，窄带滤波器可以通过有限长单位冲激响应滤波器实现，相位响应是线性的(即具有恒定的群延迟)，其幅度响应服从高斯分布。
步骤204，调整窄带滤波器所选频谱间隔的带宽BNBF和位置IF，使滤波后的疑似局放信号有足够大的信噪比。
其中，滤波器的带宽BNBF不低于疑似局放信号的原始频谱的最小值，且带宽BNBF以固定中频为中心。
步骤206，经滤波后得到疑似局放信号的多个频谱分量，频谱分量位于频域中的固定中频位置。
可选的，若带宽BNBF足够小，并且疑似局放信号的频谱分量在所选频谱间隔中扩展，则生成的第一滤波信号在时域中近似为高斯分布，在这种情况下，第一滤波信号的标准偏差与带宽BNBF成反比。
在上述实施例中，通过调整窄带滤波器的带宽和位置，使其可以重用于任何fc值，保留滤波器响应；设计带宽不低于原始频谱的最小值，这样可以避免信号传播时散射降低局放信号的带宽。
在一个实施例中，对于上述步骤108，其中：参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低回波信号的有效峰值，由于电缆两端的处理方法相同，本实施例以电缆近端的回波信号为例进行说明，具体包括：
将回波信号输入至自适应滤波器中，获取当前时刻电缆近端的第一滤波信号和自适应滤波器输出的第二滤波信号之间的误差，根据归一化最小均方算法来调整自适应滤波器的系数以降低回波信号的有效峰值，算法表达式为：
hes(k+1)＝hes(k)+μxe(k)e(k)/(Px+ε)；
其中，hes(k)、hes(k+1)分别是当前时刻、下一时刻自适应滤波器的系数，μ是步长，xe(k)是回波信号，e(k)是误差，Px是回波信号的功率，ε是用于保持低信号功率值的稳定性的正则化项。
在一个实施例中，如图3所示，对于上述步骤110，其中：根据电缆近端和电缆远端的第二滤波信号计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，具体包括：
步骤302a，基于互相关算法、当电缆的近端和远端的第二滤波信号最佳对齐时互相关函数值达到最大，基于令互相关函数值最大时的采样离散时间计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，其中：
互相关函数的表达式为：
计算到达时间差的表达式为：Δτ＝Tsargmax{RNF(n)}；
其中，xN(m)和xF(m+n)分别表示电缆近端、电缆远端的高频脉冲电流信号的离散时间序列，N表示采样次数，Ts为采样时间。
如图3所示，对于上述步骤110，其中：根据采集的疑似局放信号的总能量计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，具体包括：
步骤302b，基于能量准则算法、获取令能量准则函数值最小时的采样离散时间计算得到相应的第一滤波信号和回波信号的到达时间差，其中：
能量准则函数的表达式为：
计算第一滤波信号和回波信号的到达时间差的表达式为：
TOAi＝Tsargmin{ECi(n)}；
其中，x(m)表示电缆近端或电缆远端的高频脉冲电流信号的离散时间序列，i＝N或F，N表示电缆近端、F表示电缆远端，k表示第k个采样点。
步骤304b，基于第一滤波信号和回波信号的到达时间差计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差。
由于该步骤的计算方法采用现有常规方法，在此不详细介绍其计算公式。
在上述实施例中，通过在低通滤波时确定的噪声大小，来选择合适的计算方法获取电缆两端疑似局放信号的到达时间差，当噪声较大时，由于能量准则函数的全局最小值与到达时间差(TOA)重合，并且与噪声水平无关，因此基于整个采样区间内的信号能量计算第一滤波信号和回波信号的到达时间差，从而进一步计算电缆两端疑似局放信号的到达时间差，该识别方法从机理层面提高了局放定位在噪声干扰、散射及多路径效应下的准确度。
在另一个实施例中，如图4所示，配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法包括以下步骤：
步骤401，分别采集电缆近端和电缆远端的疑似局放信号，疑似局放信号为高频脉冲电流信号的离散时间序列。
步骤402，基于低通滤波器滤除电缆近端和电缆远端的疑似局放信号中的背景噪声、确定噪声的大小。
步骤403，分别从滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量，包括：
步骤431，分别将滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱移频至(fc-IF)后输入到窄带滤波器中。
步骤432，调整窄带滤波器所选频谱间隔的带宽BNBF和位置IF，使滤波后的疑似局放信号有足够大的信噪比。
步骤433，经滤波后得到疑似局放信号的多个频谱分量，频谱分量位于频域中的固定中频位置。
可选的，若带宽BNBF足够小，并且疑似局放信号的频谱分量在所选频谱间隔中扩展，则生成的第一滤波信号在时域中近似为高斯分布，在这种情况下，第一滤波信号的标准偏差与带宽成反比。
步骤404，分别将电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的多个频谱分量输入至包络检测器中下混频至基带得到电缆近端和电缆远端的第一滤波信号。
其中，包络检测器是通过计算希尔伯特变换的幅度来实现混频的，具体原理为本领域的现有技术，在此不详细说明。
步骤405，分别采集电缆近端和电缆远端的回波信号，参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低回波信号的有效峰值，得到滤波后的电缆近端和电缆远端的第二滤波信号。
将回波信号输入至自适应滤波器中，获取当前时刻电缆近端的第一滤波信号和自适应滤波器输出的第二滤波信号之间的误差，根据归一化最小均方算法来调整自适应滤波器的系数以降低回波信号的有效峰值，算法表达式为：
hes(k+1)＝hes(k)+μxe(k)e(k)/(Px+ε)；
步骤406，若噪声小于预定值，则根据电缆近端和电缆远端的第二滤波信号计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差；若噪声大于预定值，则根据采集的疑似局放信号的总能量计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差。
步骤461，若噪声小于预定值，则基于互相关算法、当电缆的近端和远端的第二滤波信号最佳对齐时互相关函数值达到最大，基于令互相关函数值最大时的采样离散时间计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，其中：
互相关函数的表达式为：
计算到达时间差的表达式为：Δτ＝Tsargmax{RNF(n)}。
步骤462，若噪声大于预定值，则基于能量准则算法、获取令能量准则函数值最小时的采样离散时间计算得到相应的第一滤波信号和回波信号的到达时间差；基于第一滤波信号和回波信号的到达时间差计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，其中：
能量准则函数的表达式为：
计算第一滤波信号和回波信号的到达时间差的表达式为：
TOAi＝Ts argmin{ECi(n)}。
在上述实施例中，在不外设对端检测装置、同步授时装置的基础上，利用局放信号传播衰减的基本规律，先滤除疑似局放信号中的背景噪声，再从原始频谱中选取信噪比足够大的频谱分量，可以避免那些由于散射和多路径传播而导致信噪比降低的频谱带宽或者窄带干扰；进一步的，通过合理设置回波抑制措施，减少了回波在多径传播中的影响，该识别方法从机理层面提高了局放定位在噪声干扰、散射及多路径效应下的准确度，最终根据噪声的大小选择计算电缆两端疑似局放信号的到达时间差，从而准确定位局放源位置。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及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，如上所述的各实施例所涉及的流程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。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法的到达时间差识别装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个到达时间差识别装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于到达时间差识别方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别装置，包括：采样模块、滤波模块、预处理模块、回波抑制模块和逻辑处理模块，其中：
采样模块，用于分别采集电缆近端和电缆远端的疑似局放信号，疑似局放信号为高频脉冲电流信号的离散时间序列。
滤波模块，用于滤除电缆近端和电缆远端的疑似局放信号中的背景噪声、确定噪声的大小。可选的，该模块基于低通滤波器实现，主要用于限制xN(n)、xF(n)的带宽。该滤波器减少了噪声量以及通常由背景噪声产生的高频分量。其带宽范围为10MHz至50MHz，具体取决于最终现场测试。本实施例选择了40MHz带宽，因为高于此截止频率的局放频谱分量较弱。为避免群延迟失真，建议使用线性相位滤波器。
预处理模块，用于分别从滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量，将其下混频至基带得到第一滤波信号。该模块基于超外差接收器实现，可以减少信号的噪声量和信号带宽。
回波抑制模块，用于分别采集电缆近端和电缆远端的回波信号，参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低回波信号的有效峰值，得到滤波后的电缆近端和电缆远端的第二滤波信号。可选的，当回波信号接近疑似局放信号时，其峰值较高。
逻辑处理模块，用于在噪声小于预定值时，根据电缆近端和电缆远端的第二滤波信号计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差；还用于在噪声大于预定值时，根据采集的疑似局放信号的总能量计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差。
在上述实施例中，该识别装置可以避免那些由于散射和多路径传播而导致信噪比降低的频谱带宽或者窄带干扰，还可以减少回波在多径传播中的影响，提高了识别精度。
如图6所示，上述预处理模块具体包括移频单元、窄带滤波单元和包络检测单元，其中：
移频单元，用于将疑似局放信号的原始频谱移频至(fc-IF)后输入到窄带滤波单元。其中，fc是所选频谱间隔的可调中心频率，IF是固定的中频。可选的，窄带滤波器可以通过有限长单位冲激响应滤波器实现，相位响应是线性的(即具有恒定的群延迟)，其幅度响应服从高斯分布。
窄带滤波单元，用于调整所选频谱间隔的BNBF和位置IF，滤波后输出疑似局放信号的多个频谱分量，使滤波后的疑似局放信号有足够大的信噪比，经滤波后输出疑似局放信号的多个频谱分量，频谱分量位于频域中的固定中频位置。其中，滤波器的带宽BNBF不低于疑似局放信号的原始频谱的最小值，且带宽BNBF以固定中频为中心，这样可以避免信号传播时散射降低局放信号的带宽。
可选的，若带宽BNBF足够小，并且疑似局放信号的频谱分量在所选频谱间隔中扩展，则生成的第一滤波信号在时域中近似为高斯分布，在这种情况下，第一滤波信号的标准偏差与带宽BNBF成反比。
包络检测单元，用于将疑似局放信号的多个频谱分量下混频至基带得到第一滤波信号。其中，包络检测单元是通过计算希尔伯特变换的幅度来实现混频的，具体原理为本领域的现有技术，在此不详细说明。
如图7所示，上述回波抑制模块基于自适应滤波器实现，通过将获取的回波信号输入至自适应滤波器中，获取当前时刻电缆近端的第一滤波信号和自适应滤波器输出的第二滤波信号之间的误差，根据下式来调整自适应滤波器的系数以降低回波信号的有效峰值，表达式为：
hes(k+1)＝hes(k)+μxe(k)e(k)/(Px+ε)；
其中，hes(k)、hes(k+1)分别是当前时刻、下一时刻自适应滤波器的系数，μ是步长，xe(k)是回波信号，e(k)是误差，Px是回波信号的功率，ε是用于保持低信号功率值的稳定性的正则化项。
上述逻辑处理模块包括第一处理单元和第二处理单元，其中：
第一处理单元，用于在噪声小于预定值时，基于互相关算法、当电缆的近端和远端的第二滤波信号最佳对齐时互相关函数值达到最大，基于令互相关函数值最大时的采样离散时间计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，其中：
互相关函数的表达式为：
计算到达时间差的表达式为：Δτ＝Tsargmax{RNF(n)}。
第二处理单元，用于在噪声大于预定值时，基于能量准则算法、获取令能量准则函数值最小时的采样离散时间计算得到相应的第一滤波信号和回波信号的到达时间差；基于第一滤波信号和回波信号的到达时间差计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，其中：
能量准则函数的表达式为：
计算第一滤波信号和回波信号的到达时间差的表达式为：
TOAi＝Tsargmin{ECi(n)}。
在上述实施例中，在不外设对端检测装置、同步授时装置的基础上，利用局放信号传播衰减的基本规律，先滤除疑似局放信号中的背景噪声，再从原始频谱中选取信噪比足够大的频谱分量，可以避免那些由于散射和多路径传播而导致信噪比降低的频谱带宽或者窄带干扰；进一步的，通过合理设置回波抑制措施，减少了回波在多径传播中的影响，该识别方法从机理层面提高了局放定位在噪声干扰、散射及多路径效应下的准确度，最终根据噪声的大小选择计算电缆两端疑似局放信号的到达时间差，当噪声较大时，由于能量准则函数的全局最小值与到达时间差(TOA)重合，并且与噪声水平无关，因此基于整个采样区间内的信号能量计算第一滤波信号和回波信号的到达时间差，从而进一步计算电缆两端疑似局放信号的到达时间差，从而准确定位局放源位置。
需要说明的是，上述识别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8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、移动蜂窝网络、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配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法。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，用于显示滤波后的信号，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，用于输入设计好的带宽BNBF和位置IF。
本领域技术人员可以理解，图8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，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，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。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，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。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
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、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-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。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等。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 RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
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本申请专利范围的限制。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，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法，其特征在于，所述方法包括：
分别采集电缆近端和电缆远端的疑似局放信号，所述疑似局放信号为高频脉冲电流信号的离散时间序列；
滤除所述电缆近端和电缆远端的疑似局放信号中的背景噪声、确定噪声的大小，分别从滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量，将其下混频至基带得到第一滤波信号；
分别采集电缆近端和电缆远端的回波信号，参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低所述回波信号的有效峰值，得到滤波后的电缆近端和电缆远端的第二滤波信号；
若噪声小于预定值，则根据所述电缆近端和电缆远端的第二滤波信号计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差；若噪声大于预定值，则根据采集的所述疑似局放信号的总能量计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别从滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量的方法相同，包括，对于滤波后的电缆近端的疑似局放信号：
将所述疑似局放信号的原始频谱移频至(fc-IF)后输入到窄带滤波器中，调整所述窄带滤波器所选频谱间隔的带宽和位置，使滤波后的疑似局放信号有足够大的信噪比，经滤波后得到所述疑似局放信号的多个频谱分量，所述频谱分量位于频域中的固定中频位置；
其中，fc是所选频谱间隔的可调中心频率，IF是固定的中频；所述带宽不低于所述疑似局放信号的原始频谱的最小值，且所述带宽以固定中频为中心。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低所述回波信号的有效峰值，包括，对于电缆近端的回波信号：
将所述回波信号输入至自适应滤波器中，获取当前时刻电缆近端的第一滤波信号和所述自适应滤波器输出的第二滤波信号之间的误差，根据下式来调整所述自适应滤波器的系数以降低所述回波信号的有效峰值，表达式为：
hes(k+1)＝hes(k)+μxe(k)e(k)/(Px+ε)；
其中，hes(k)、hes(k+1)分别是当前时刻、下一时刻自适应滤波器的系数，μ是步长，xe(k)是所述回波信号，e(k)是误差，Px是所述回波信号的功率，ε是用于保持低信号功率值的稳定性的正则化项。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电缆近端和电缆远端的第二滤波信号计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，包括：
基于互相关算法、当所述电缆的近端和远端的第二滤波信号最佳对齐时互相关函数值达到最大，基于令互相关函数值最大时的采样离散时间计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，其中：
互相关函数的表达式为：
计算到达时间差的表达式为：Δτ＝Tsargmax{RNF(n)}；
其中，xN(m)和xF(m+n)分别表示电缆近端、电缆远端的高频脉冲电流信号的离散时间序列，N表示采样次数，Ts为采样时间。
5.根据权利要求X所述的方法，其特征在于，所述根据采集的所述疑似局放信号的总能量计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，包括：
基于能量准则算法、获取令能量准则函数值最小时的采样离散时间计算得到相应的第一滤波信号和回波信号的到达时间差；基于所述第一滤波信号和回波信号的到达时间差计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差，其中：
能量准则函数的表达式为：
计算所述第一滤波信号和回波信号的到达时间差的表达式为：
TOAi＝Tsargmin{ECi(n)}；
其中，x(m)表示电缆近端或电缆远端的高频脉冲电流信号的离散时间序列，i＝N或F，N表示电缆近端、F表示电缆远端，N表示采样次数，k表示第k个采样点，Ts为采样时间。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述带宽足够小，并且所述疑似局放信号的频谱分量在所选频谱间隔中扩展，则生成的第一滤波信号在时域中近似为高斯分布，在这种情况下，所述第一滤波信号的标准偏差与所述带宽成反比。
7.一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别装置，其特征在于，所述装置包括：
采样模块，用于分别采集电缆近端和电缆远端的疑似局放信号，所述疑似局放信号为高频脉冲电流信号的离散时间序列；
滤波模块，用于滤除所述电缆近端和电缆远端的疑似局放信号中的背景噪声、确定噪声的大小；
预处理模块，用于分别从滤波后的电缆近端和电缆远端的疑似局放信号的原始频谱中选取信噪比大的频谱分量，将其下混频至基带得到第一滤波信号；
回波抑制模块，用于分别采集电缆近端和电缆远端的回波信号，参照相应的第一滤波信号、利用自适应滤波器降低所述回波信号的有效峰值，得到滤波后的电缆近端和电缆远端的第二滤波信号；
逻辑处理模块，用于在噪声小于预定值时，根据所述电缆近端和电缆远端的第二滤波信号计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差；还用于在噪声大于预定值时，根据采集的所述疑似局放信号的总能量计算得到电缆两端疑似局放信号的到达时间差。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预处理模块包括：
移频单元，用于将所述疑似局放信号的原始频谱移频至(fc-IF)后输入到窄带滤波单元；
窄带滤波单元，用于调整所选频谱间隔的带宽和位置，滤波后输出所述疑似局放信号的多个频谱分量，使滤波后的疑似局放信号有足够大的信噪比，所述频谱分量位于频域中的固定中频位置；
包络检测单元，用于将所述疑似局放信号的多个频谱分量下混频至基带得到第一滤波信号。
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中任一项所述的方法的步骤。
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。
11.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111673396.2A CN114441897A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111673396.2A CN114441897A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114441897A true CN114441897A (zh) | 2022-05-06 |
Family
ID=81365544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111673396.2A Pending CN114441897A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114441897A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114994467A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-02 | 海南电网有限责任公司乐东供电局 | 一种基于长测试脉冲的电缆故障双端定位方法 |
| CN117031382A (zh) * | 2023-10-10 | 2023-11-10 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 一种基于信噪比和正弦拟合方法的单端行波装置校验方法 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111673396.2A patent/CN114441897A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114994467A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-02 | 海南电网有限责任公司乐东供电局 | 一种基于长测试脉冲的电缆故障双端定位方法 |
| CN114994467B (zh) * | 2022-05-26 | 2024-06-07 | 海南电网有限责任公司乐东供电局 | 一种基于长测试脉冲的电缆故障双端定位方法 |
| CN117031382A (zh) * | 2023-10-10 | 2023-11-10 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 一种基于信噪比和正弦拟合方法的单端行波装置校验方法 |
| CN117031382B (zh) * | 2023-10-10 | 2024-02-20 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 一种基于信噪比和正弦拟合方法的单端行波装置校验方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114441897A (zh) | 一种配电电缆线路局部放电脉冲到达时间差识别方法 | |
| EP2938034B1 (en) | Method and system for updating predistortion coefficient | |
| CN103353550A (zh) | 一种测量电力系统信号频率及谐波参数的方法 | |
| Eichstädt et al. | Evaluation of uncertainty for regularized deconvolution: A case study in hydrophone measurements | |
| CN115795282B (zh) | 激波管动态压力重构方法、装置、电子设备及存储介质 | |
| CN104360251A (zh) | 一种变压器局部放电的超声波信号时延估计方法 | |
| CN107407703A (zh) | 具有提高的实时带宽的频谱分析仪 | |
| CN109059788A (zh) | 厚度测量方法及设备 | |
| CN110755055A (zh) | 一种用于确定脉搏波形的波形评价信息的方法与设备 | |
| Xu et al. | Sparse estimation of propagation distances in Lamb wave inspection | |
| WO2016131184A1 (zh) | 用于测距的方法和装置 | |
| Wu et al. | Analyzing transient-evoked otoacoustic emissions by concentration of frequency and time | |
| CN114757229A (zh) | 信号处理方法、装置、电子设备及介质 | |
| CN110579746A (zh) | 一种回波信号的处理方法、装置、设备及存储介质 | |
| Qiu et al. | Systematic performance of the ASKAP fast radio burst search algorithm | |
| CN117723893A (zh) | 基于rlmd的故障行波识别方法、装置和计算机设备 | |
| Volski et al. | A dedicated technique to measure shielding effectiveness of textiles using a two‐horn antenna set‐up | |
| Chiba et al. | Effectiveness evaluation of extrapolation to frequency response of hydrophone sensitivity for measuring instantaneous acoustic pressure of diagnostic ultrasound | |
| Sun et al. | Smooth model of blasting seismic wave signal denoising based on two-stage denoising algorithm | |
| Ben et al. | Chirp signal denoising based on convolution neural network | |
| US20160112225A1 (en) | Measuring Waveforms With The Digital Infinite Exponential Transform | |
| CN107493118B (zh) | 信号获取方法及装置 | |
| JP4761152B2 (ja) | 伝送線路特性のモデル化方法およびそのモデル化装置 | |
| CN104133980B (zh) | 用于自适应频域加窗的方法和设备 | |
| Krishnan et al. | Hilbert–Huang transform and its variants in engineering data analytics: State of the art and research challenges |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |