CN114784973A - 一种单芯高压电缆终端故障预警方法 - Google Patents

一种单芯高压电缆终端故障预警方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单芯高压电缆终端故障预警方法，应用在高压电缆技术领域，其技术方案要点是：定时有效采集单芯电缆终端的温度数据和环境温度数据；剔除无效数据后形成温度序列矩阵；计算温度序列矩阵的协方差矩阵的最大特征值；根据终端温度变化趋势并采用阈值法诊断电缆终端运行状态，若温度处于上升趋势且特征值超过阈值，则对电缆终端的热故障进行预警。该方法对电缆终端的各类型热故障的检测灵敏度高，适用性强，易于实现电缆终端运行状态的有效监测。

Description

一种单芯高压电缆终端故障预警方法
技术领域
本发明涉及高压电缆技术领域，特别涉及一种单芯高压电缆终端故障预警方法。
背景技术
高压电缆在城市电网建设中的用量正在逐年增加，在有效监测其运行状态时非常重要，单芯高压电缆在高电压等级输电网中较为常见，其终端结构复杂，制造和安装工艺均具有高要求，因此，终端是电缆线路故障率最高的附件。通常热故障一般分为电压制热型故障和电流制热型故障，电流制热型故障通常因载流回路金属部件连接或压接不可靠引起，对于电缆终端而言，电流制热型故障出现概率极低，因受潮、内部缺陷引起的电压制热型故障时常会出现。目前，通常采用红外热成像仪定期巡检终端，实时性较差；或是采用温度采集装置在线监测终端温度，但这类装置一般采用实时阈值法判断终端状态，当装置报警时，缺陷已经发展到较严重的程度，无法起到热故障预警的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其优点是能够在线对单芯高压电缆终端早期的缺陷进行故障预警，方便对电缆终端的管控，进而提高工作效率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种单芯高压电缆终端故障预警方法，包括
分别在A、B、C三相单芯高压电缆终端设定终端温度采集点；
在C相单芯高压电缆终端设定环境温度采集点；
设置固定采样时间间隔∆T采集A、B、C三相单芯高压电缆的终端温度以及C相单芯高压电缆终端的环境温度Te；
根据采集到的温度数据得到温度序列矩阵T：
Figure 275481DEST_PATH_IMAGE001
，其中，tAi，tBi，tCi分别为A、B、C相电缆终端的第i个连续时刻的温度数据，i=1，2，3……N，采样时间间隔∆T为1分钟；
将温度序列矩阵T进行数据清洗，剔除无效数据，形成第二温度序列矩阵T’；
将第二温度序列矩阵T’采用横向对比法将其中一相单芯高压电缆终端的温度数据与另外两相单芯高压电缆终端的温度数据做差值形成温度序列矩阵Tc:
Figure 251527DEST_PATH_IMAGE002
，其中，tABi=tAi-tBi，以此类推：
计算温度序列矩阵Tc的协方差矩阵的最大特征值K，根据温度变化趋势采用阈值法分析最大特征值K，根据最大特征值K判断电缆终端运行状态。
通过上述技术方案，通过在单芯高压电缆终端上设定温度采集点能够方便对单芯高压电缆终端温度进行采集，能够及时对单芯高压电缆终端进行检测，在具体温度采集的过程中通过采用温度序列矩阵的方式将具体的温度数值进行记录，在温度数值记录并且剔除无效数据之后得到第二温度序列矩阵T’，通过采用横向对比法将第二温度序列矩阵T’中的其中一相单芯高压电缆终端的温度数据与另外两相单芯高压电缆终端的温度数据做差值得到温度序列矩阵Tc，随后再计算得出温度序列矩阵Tc的协方差矩阵的最大特征值K，根据最大特征值K进一步的判断电缆终端运行状态。
本发明进一步设置为：所述终端温度采集点均匀布置在所述单芯高压电缆终端的尾管靠近封铅侧的圆周面上。
通过上述技术方案，均匀布置的终端温度采集点能够方便对单芯高压电缆终端进行测温，提取到有效的温度数据，以便于对单芯高压电缆终端的温度进行检测和预警。
本发明进一步设置为：所述终端温度采集点设置不少于4个。
通过上述技术方案，通过设置多个终端温度采集点能够方便采集多个温度数值，方便提取数据。
本发明进一步设置为：所述终端温度采集点处的温度采集方法为：将所述温度采集点均匀布置在所述单芯高压电缆终端的尾管靠近封铅侧的圆周面上之后，取同一圆周面上所有终端温度采集点所采集的温度数据的平均值作为该单相单芯高压电缆终端的温度数值。
通过上述技术方案，通过对应的单相单芯高压电缆终端的所有终端温度采集点的温度数据的平均值作为该单相单芯高压电缆终端的温度数值，采用平均值作为单相单芯高压电缆终端的温度数值能够更准确的反映出该单相单芯高压电缆终端的运行状态。
本发明进一步设置为：所述数据清洗的具体方法为：将无效数据对应时刻的数据列向量集合从温度序列矩阵T中剔除；
所述无效数据为所述终端温度采集点处的温度值低于所述环境温度Te或温度值超出传感器测量范围的数据。
通过上述技术方案，通过提前将无效数据进行筛除能够方便数据的可靠性。
本发明进一步设置为：所述环境温度采集点设置在所述单芯高压电缆终端附近的金属构架上。
通过上述技术方案，通过将环境温度采集点设置在金属构架上，能够对于环境温度Te的测量更加准确，并进行数据使用。
本发明进一步设置为：所述阈值法在使用过程中设置有阈值K1，在所述最大特征值K大于阈值K1时，进一步判断电缆温度处于的温度升降状态，所述最大特征值K的计算方法为：首次计算最大特征值K在首次采样单芯高压电缆终端的温度数据后的十分钟，随后再每分钟更新一次温度序列矩阵Tc，并根据更新后的温度序列矩阵Tc的具体温度数值计算得到更新后的最大特征值K，由此得到最大特征值跟随时间变化的曲线。
通过上述技术方案，通过在固定时间段内进行采集温度数值，能够体现出单芯高压电缆终端的温度变化曲线，便于查看单芯高压电缆终端的状态。
本发明进一步设置为：所述温度升降状态包括单芯高压电缆终端温度下降趋势和单芯高压电缆终端温度上升趋势；
所述单芯高压电缆终端温度上升趋势具体为最新的连续三组温度序列矩阵Tc集合的列向量数据的平均温度值高于前一组采样数据的平均值时，则单芯高压电缆终端温度处于上升趋势，且单芯高压电缆终端温度出现异常；否则，单芯高压电缆终端温度处于下降趋势，且单芯高压电缆终端温度无异常。
通过上述技术方案，通过连续的数据进行检测单芯高压电缆终端温度的数据变化状态，能够便于判断单芯高压电缆温度的异常或者正常状态，便于工作的运行。
本发明进一步设置为：单芯高压电缆终端温度上升趋势的判别公式如下：
Figure 323388DEST_PATH_IMAGE003
。
通过上述技术方案，通过将三相单芯高压电缆数据值进行组合运算对比得到单芯高压电缆终端的具体温度数值的判断，以便实现对单芯高压电缆终端的连续监测和预警。
本发明进一步设置为：所述温度序列矩阵T为3×10矩阵，所述第二温度序列矩阵T’为3×10矩阵，所述温度序列矩阵Tc为3×10矩阵，所述温度序列矩阵T为最新10组温度序列的数据集合矩阵。
通过上述技术方案，采用3×10矩阵能够更方便的分析终端的状态。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过定时有效采集电缆终端温度，形成了温度序列矩阵，通过具体的温度序列矩阵提取其暂态特征量以判别终端运行状态，实现电缆终端热故障的预警；
2.通过采用连续的温度数据采样模式能够对终端故障起到更好的监测作用，并且其在使用过程中灵敏度高，实用性强，并且在负荷、敷设环境、环境温度都相同的运行条件下同类型终端均能够采用该方法进行分析，进而实现区域范围内的电缆终端的统一管控。
附图说明
图1是本实施例的单芯高压电缆终端的结构示意图。
附图标记：1、环境温度采集点；2、终端温度采集点；3、接地线；4、电缆；5、尾管；6、封铅；7、法兰。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：
如图1所示，为单相单芯高压电缆终端的结构示意图，在使用的过程中通过在电缆4的外部设置封铅6，在封铅6的上方设置尾管5，在尾管5靠近封铅6的圆周侧面上等距设置四个终端温度采集点2对单芯高压电缆终端的终端温度采集温度数据，在终端温度采集点2处设置温度传感器进行对温度数据侧采集，在尾管5的顶部设置法兰7，并且在法兰7的一侧设置环境温度采集点1，通过设置的环境温度采集点1设置温度环境传感器对单相高压电缆终端的环境温度进行测量温度数值，在尾管5的一侧设置接地线3方便电缆4的使用。
一种单芯高压电缆终端故障预警方法，包括
分别在A、B、C三相单芯高压电缆终端设定终端温度采集点；
在C相单芯高压电缆终端设定环境温度采集点；
设置固定采样时间间隔∆T采集A、B、C三相单芯高压电缆的终端温度以及C相单芯高压电缆终端的环境温度Te；
根据采集到的温度数据得到温度序列矩阵T：
Figure 701280DEST_PATH_IMAGE001
，其中，tAi，tBi，tCi分别为A、B、C相电缆终端的第i个连续时刻的温度数据，i=1，2，3……N，采样时间间隔∆T为1分钟；
将温度序列矩阵T进行数据清洗，剔除无效数据，形成第二温度序列矩阵T’；
将第二温度序列矩阵T’采用横向对比法将其中一相单芯高压电缆终端的温度数据与另外两相单芯高压电缆终端的温度数据做差值形成温度序列矩阵Tc:
Figure 833184DEST_PATH_IMAGE004
，其中，tABi=tAi-tBi，以此类推：
计算温度序列矩阵Tc的协方差矩阵的最大特征值K，根据温度变化趋势采用阈值法分析最大特征值K，根据最大特征值K判断电缆终端运行状态；通过在单芯高压电缆终端上设定温度采集点能够方便对单芯高压电缆终端温度进行采集，能够及时对单芯高压电缆终端进行检测，在具体温度采集的过程中通过采用温度序列矩阵的方式将具体的温度数值进行记录，在温度数值记录并且剔除无效数据之后得到第二温度序列矩阵T’，通过采用横向对比法将第二温度序列矩阵T’中的其中一相单芯高压电缆终端的温度数据与另外两相单芯高压电缆终端的温度数据做差值得到温度序列矩阵Tc，随后再计算得出温度序列矩阵Tc的协方差矩阵的最大特征值K，根据最大特征值K进一步的判断电缆终端运行状态。
终端温度采集点均匀布置在单芯高压电缆终端的尾管靠近封铅侧的圆周面上；均匀布置的终端温度采集点能够方便对单芯高压电缆终端进行测温，提取到有效的温度数据，以便于对单芯高压电缆终端的温度进行检测和预警。
终端温度采集点设置不少于4个；通过设置多个终端温度采集点能够方便采集多个温度数值，方便提取数据。
终端温度采集点处的温度采集方法为：将温度采集点均匀布置在单芯高压电缆终端的尾管靠近封铅侧的圆周面上之后，取同一圆周面上所有终端温度采集点所采集的温度数据的平均值作为该单相单芯高压电缆终端的温度数值；通过对应的单相单芯高压电缆终端的所有终端温度采集点的温度数据的平均值作为该单相单芯高压电缆终端的温度数值，采用平均值作为单相单芯高压电缆终端的温度数值能够更准确的反映出该单相单芯高压电缆终端的运行状态。
数据清洗的具体方法为：将无效数据对应时刻的数据列向量集合从温度序列矩阵T中剔除；无效数据为终端温度采集点处的温度值低于环境温度Te或温度值超出传感器测量范围的数据；通过提前将无效数据进行筛除能够方便数据的可靠性。
环境温度采集点设置在单芯高压电缆终端附近的金属构架上；通过将环境温度采集点设置在金属构架上，能够对于环境温度Te的测量更加准确，并进行数据使用。
阈值法在使用过程中设置有阈值K1，在最大特征值K大于阈值K1时，进一步判断电缆温度处于的温度升降状态，最大特征值K的计算方法为：首次计算最大特征值K在首次采样单芯高压电缆终端的温度数据后的十分钟，随后再每分钟更新一次温度序列矩阵Tc，并根据更新后的温度序列矩阵Tc的具体温度数值计算得到更新后的最大特征值K，由此得到最大特征值跟随时间变化的曲线；通过在固定时间段内进行采集温度数值，能够体现出单芯高压电缆终端的温度变化曲线，便于查看单芯高压电缆终端的状态。
温度升降状态包括单芯高压电缆终端温度下降趋势和单芯高压电缆终端温度上升趋势；单芯高压电缆终端温度上升趋势具体为最新的连续三组温度序列矩阵Tc集合的列向量数据的平均温度值高于前一组采样数据的平均值时，则单芯高压电缆终端温度处于上升趋势，且单芯高压电缆终端温度出现异常；否则，单芯高压电缆终端温度处于下降趋势，且单芯高压电缆终端温度无异常；通过连续的数据进行检测单芯高压电缆终端温度的数据变化状态，能够便于判断单芯高压电缆温度的异常或者正常状态，便于工作的运行。
单芯高压电缆终端温度上升趋势的判别公式如下：
Figure 296526DEST_PATH_IMAGE003
，其中；通过将三相单芯高压电缆数据值进行组合运算对比得到单芯高压电缆终端的具体温度数值的判断，以便实现对单芯高压电缆终端的连续监测和预警。
温度序列矩阵T为3×10矩阵，第二温度序列矩阵T’为3×10矩阵，温度序列矩阵Tc为3×10矩阵，温度序列矩阵T为最新10组温度序列的数据集合矩阵；采用3×10矩阵能够更方便的分析终端的状态。
一种单芯高压电缆终端热故障预警方法，具体使用步骤如下：
首先按照固定时间间隔∆T分别采集A、B、C三相单芯高压电缆终端温度；
将在该单相单芯高压电缆终端设置的四个温度采集点的同一时刻温度数据的平均值作为该单相单芯高压电缆终端的温度；
将采样后的温度数据根据3×10矩阵模式进行数据的排列，得到温度序列矩阵T；
对温度序列矩阵T进行数据清洗，剔除无效数据，得到第二温度序列矩阵T’；
通过横向对比法将一相温度数据与另外两相温度数据做差值形成新的温度序列矩阵Tc；
计算温度序列矩阵Tc的协方差矩阵的最大特征值K；
采用阈值法分析最大特征值K跟随时间变化的曲线；
根据曲线的趋势判断电缆终端运行状态。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其特征在于，包括
分别在A、B、C三相单芯高压电缆终端设定终端温度采集点；
在C相单芯高压电缆终端设定环境温度采集点；
设置固定采样时间间隔∆T采集A、B、C三相单芯高压电缆的终端温度以及C相单芯高压电缆终端的环境温度Te；
根据采集到的温度数据得到温度序列矩阵T：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，tAi，tBi，tCi分别为A、B、C相电缆终端的第i个连续时刻的温度数据，i=1，2，3……N，采样时间间隔∆T为1分钟；
将温度序列矩阵T进行数据清洗，剔除无效数据，形成第二温度序列矩阵T’；
将第二温度序列矩阵T’采用横向对比法将其中一相单芯高压电缆终端的温度数据与另外两相单芯高压电缆终端的温度数据做差值形成温度序列矩阵Tc:
Figure 618219DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，tABi=tAi-tBi，以此类推：
计算温度序列矩阵Tc的协方差矩阵的最大特征值K，根据温度变化趋势采用阈值法分析最大特征值K，根据最大特征值K判断电缆终端运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其特征在于，所述终端温度采集点均匀布置在所述单芯高压电缆终端的尾管靠近封铅侧的圆周面上。
3.根据权利要求1所述的一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其特征在于，所述终端温度采集点设置不少于4个。
4.根据权利要求1所述的一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其特征在于，所述终端温度采集点处的温度采集方法为：将所述温度采集点均匀布置在所述单芯高压电缆终端的尾管靠近封铅侧的圆周面上之后，取同一圆周面上所有终端温度采集点所采集的温度数据的平均值作为单相单芯高压电缆终端的温度数值。
5.根据权利要求1所述的一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其特征在于，所述数据清洗的具体方法为：将无效数据对应时刻的数据列向量集合从温度序列矩阵T中剔除；
所述无效数据为所述终端温度采集点处的温度值低于所述环境温度Te或温度值超出传感器测量范围的数据。
6.根据权利要求1所述的一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其特征在于，所述环境温度采集点设置在所述单芯高压电缆终端附近的金属构架的法兰上。
7.根据权利要求1所述的一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其特征在于，所述阈值法是指在使用过程中设置有阈值K1，在所述最大特征值K大于阈值K1时，进一步判断电缆温度处于的温度升降状态，所述最大特征值K的计算方法为：首次计算最大特征值K在首次采样单芯高压电缆终端的温度数据后的十分钟，随后再每分钟更新一次温度序列矩阵Tc，并根据更新后的温度序列矩阵Tc的具体温度数值计算得到更新后的最大特征值K，由此得到最大特征值跟随时间变化的曲线。
8.根据权利要求7所述的一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其特征在于，所述温度升降状态包括单芯高压电缆终端温度下降趋势和单芯高压电缆终端温度上升趋势；
所述单芯高压电缆终端的温度上升趋势具体为最新的连续三组温度序列矩阵Tc集合的列向量数据的平均温度值高于前一组采样数据的平均值时，则单芯高压电缆终端温度处于上升趋势，且单芯高压电缆终端温度出现异常；否则，单芯高压电缆终端温度处于下降趋势，且单芯高压电缆终端温度无异常。
9.根据权利要求8所述的一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其特征在于，所述单芯高压电缆终端的温度上升趋势的判别公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
10.根据权利要求1所述的一种单芯高压电缆终端故障预警方法，其特征在于，所述温度序列矩阵T为3×10矩阵，所述第二温度序列矩阵T’为3×10矩阵，所述温度序列矩阵Tc为3×10矩阵，所述温度序列矩阵T为最新10组温度序列的数据集合矩阵。
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