CN115015709A - 一种电缆局部放电源在线定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电缆局部放电源在线定位方法，该方法的步骤依次为1)设置传感器检测放电信号信息；2)根据电缆的内导体电阻、绝缘介质以及屏蔽层分别计算衰减系数；3)通过电缆的初始电压幅值以及被测电缆的特性阻抗计算局部放电最初的视在放电量；4)结合视在放电量，推导得到放电信号在经过传输时间t后，检测到的电压幅值与传播距离之间的关系函数；5)对关系函数进行傅里叶反变换，并带入衰减系数，得到其时域函数公式；6)通过时域函数公式推导得到局部放电产生的脉冲宽度与传播距离之间的变化关系公式，进而得到脉冲宽度与脉冲传播距离的函数关系式；只需要监测分析局部放电的入射波信号，排除反射波影响，有效定位局部放电源。

Description

一种电缆局部放电源在线定位方法
技术领域
本发明属于放电检测技术领域，尤其涉及一种电缆局部放电源在线定位方法。
背景技术
GIS局部放电检测主要有两种方式，利用局部放电在线监测系统对GIS进行实时或定时的监测和利用便携式局部放电检测仪进行带电量测试。其中在线监测系统对电缆局部放电源进行定位时，会预先安装若干位置不同的传感器，利用强度定位法或行波时差定位法探测局部放电特高频信号，利用不同传感器探测到信号的强度差异或时间差异来判断局部放电源的位置。但强度定位法探测到的信号容易受到电缆外部存在的干扰，在与放电源不同的位置产生强度类似的信号，难以有效定位，也无法区分信号是因电缆内部放电还是外部放电产生的。而行波时差定位法需要安装两只及以上的传感器，当电缆比较长时，多个传感器同时传输信号造成拥堵；还需要进行多次探测寻找中心点，操作繁琐；由于电力电缆存在不同的分布参数，常量电磁脉冲在电力电缆中的传播速度不同，影响定位精度；且电缆中间存在接头，为电缆抗阻变化处，导致产生无效的反射波，传感器无法判断该反射波的有效性。因此，设计一种能综合计算电缆中脉冲传播速度，有效筛除无效发射波的电缆局部放电源在线定位方法成为了急需解决的技术问题。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了基于多元融合高弹性配电网的变压器停运概率分析方法。
本发明的技术方案，一种电缆局部放电源在线定位方法，所述在线定位方法的步骤依次为1)设置传感器检测放电信号信息；2)根据电缆的内导体电阻、绝缘介质以及屏蔽层分别计算衰减系数；3)通过电缆的初始电压幅值以及被测电缆的特性阻抗计算局部放电最初的视在放电量；4)结合视在放电量，推导得到放电信号在经过传输时间t后，检测到的电压幅值与传播距离之间的关系函数；5)对关系函数进行傅里叶反变换，并带入衰减系数，得到其时域函数公式；6)通过时域函数公式推导得到局部放电产生的脉冲宽度与传播距离之间的变化关系公式，进而得到脉冲宽度与脉冲传播距离的函数关系式。
作为本发明的进一步改进，所述内导体电阻、绝缘介质以及屏蔽层对应的衰减系数计算公式分别对应为
Figure BDA0003677564540000021
Figure BDA0003677564540000022
以及
Figure BDA0003677564540000023
其中x1、x3分别表示主导体、金属屏蔽层导电率，k1c、k3c、k1a、k3a分别表示主导体覆盖层系数、金属屏蔽层覆盖层系数、主导体衰减以及金属屏蔽层计算衰减常数用的系数；通过排出对衰减影响极小的绝缘介质损耗，结合α1与α3得到局部放电总衰减系数
Figure BDA0003677564540000031
作为本发明的进一步改进，所述局部放电最初的视在放电量的计算公式为
Figure BDA0003677564540000032
其中，Q为初始放电视在量，单位为pC，U0为初始电压幅值，Z为被测电力电缆特性阻抗，σ为时间因子，取σ＝4.35*10-9s；所述被测电力电缆特性阻抗的表示公式为
Figure BDA0003677564540000033
作为本发明的进一步改进，所述关系函数的表达式为
Figure BDA0003677564540000034
Figure BDA0003677564540000035
将该表达式的频域变换后得到
Figure BDA0003677564540000036
其中U(ω)是频率为ω的高频电磁脉冲，在电力电缆中传播的距离L时的电压幅值，α是衰减系数。
作为本发明的进一步改进，所述时域函数公式为
Figure BDA0003677564540000041
其中erfc(A2)、erfc(B2)为补偿函数，
Figure BDA0003677564540000042
为推导传播距离计算公式，忽略补偿函数中虚数部分的相位变化，得到公式
Figure BDA0003677564540000043
其中l对应局部放电信号的传播距离。
作为本发明的进一步改进，所述脉冲宽度与传播距离之间的变化关系公式为
Figure BDA0003677564540000044
其中width(l)为局部放电信号在传播距离为l时脉冲宽度。
作为本发明的进一步改进，所述脉冲宽度与脉冲传播距离的函数关系式根据传播距离增大，电压幅值逐渐减小，脉宽逐渐变大，推导得到公式
Figure BDA0003677564540000045
Figure BDA0003677564540000046
其中width(l)为局部放电信号的初始脉冲宽度。
采用上述方法后，本发明均需设置单个传感器检测局部放电信号，检测到信号后传输效率提高；无需多次探测寻找中心点，操作便捷；通过计算局部放电最初的视在放电量，综合考量不同电缆中电磁脉冲传输速度，定位精度高，不易出现误差；通过以脉冲电压信号的衰减与传输距离间的变化关系为基础、以脉冲宽度与传输距离的函数表达式，为依据实现对局部放电源的定位，该方法只需要监测分析局部放电的入射波信号，而不用考虑反射波信号的衰减变化，随着故障距离的增加，其定位误差的波动范围逐渐减小，因此可以有效定位电缆的局部放电源。
具体实施方式
一种电缆局部放电源在线定位方法，所述在线定位方法的步骤依次为1)设置传感器检测放电信号信息；2)根据电缆的内导体电阻、绝缘介质以及屏蔽层分别计算衰减系数；3)通过电缆的初始电压幅值以及被测电缆的特性阻抗计算局部放电最初的视在放电量；4)结合视在放电量，推导得到放电信号在经过传输时间t后，检测到的电压幅值与传播距离之间的关系函数；5)对关系函数进行傅里叶反变换，并带入衰减系数，得到其时域函数公式；6)通过时域函数公式推导得到局部放电产生的脉冲宽度与传播距离之间的变化关系公式，进而得到脉冲宽度与脉冲传播距离的函数关系式。
所述内导体电阻、绝缘介质以及屏蔽层对应的衰减系数计算公式分别对应为
Figure BDA0003677564540000051
Figure BDA0003677564540000061
以及
Figure BDA0003677564540000062
其中x1、x3分别表示主导体、金属屏蔽层导电率，k1c、k3c、k1a、k3a分别表示主导体覆盖层系数、金属屏蔽层覆盖层系数、主导体衰减以及金属屏蔽层计算衰减常数用的系数；通过排出对衰减影响极小的绝缘介质损耗，结合α1与α3得到局部放电总衰减系数
Figure BDA0003677564540000063
所述局部放电最初的视在放电量的计算公式为
Figure BDA0003677564540000064
其中，Q为初始放电视在量，单位为pC，U0为初始电压幅值，Z为被测电力电缆特性阻抗，σ为时间因子，取σ＝4.35*10-9s；所述被测电力电缆特性阻抗的表示公式为
Figure BDA0003677564540000065
所述关系函数的表达式为
Figure BDA0003677564540000071
Figure BDA0003677564540000072
将该表达式的频域变换后得到
Figure BDA0003677564540000073
其中U(ω)是频率为ω的高频电磁脉冲，在电力电缆中传播的距离L时的电压幅值，α是衰减系数。
所述时域函数公式为
Figure BDA0003677564540000074
其中erfc(A2)、erfc(B2)为补偿函数，
Figure BDA0003677564540000075
为推导传播距离计算公式，忽略补偿函数中虚数部分的相位变化，得到公式
Figure BDA0003677564540000076
其中l对应局部放电信号的传播距离。
所述脉冲宽度与传播距离之间的变化关系公式为
Figure BDA0003677564540000077
其中width(l)为局部放电信号在传播距离为l时脉冲宽度。
所述脉冲宽度与脉冲传播距离的函数关系式根据传播距离增大，电压幅值逐渐减小，脉宽逐渐变大，推导得到公式
Figure BDA0003677564540000081
Figure BDA0003677564540000082
其中width(l)为局部放电信号的初始脉冲宽度。
本发明均需设置单个传感器检测局部放电信号，检测到信号后传输效率提高；无需多次探测寻找中心点，操作便捷；通过计算局部放电最初的视在放电量，综合考量不同电缆中电磁脉冲传输速度，定位精度高，不易出现误差；通过以脉冲电压信号的衰减与传输距离间的变化关系为基础、以脉冲宽度与传输距离的函数表达式，为依据实现对局部放电源的定位，该方法只需要监测分析局部放电的入射波信号，而不用考虑反射波信号的衰减变化，随着故障距离的增加，其定位误差的波动范围逐渐减小，因此可以有效定位电缆的局部放电源。

Claims (7)

1.一种电缆局部放电源在线定位方法，其特征在于：所述在线定位方法的步骤依次为1)设置传感器检测放电信号信息；2)根据电缆的内导体电阻、绝缘介质以及屏蔽层分别计算衰减系数；3)通过电缆的初始电压幅值以及被测电缆的特性阻抗计算局部放电最初的视在放电量；4)结合视在放电量，推导得到放电信号在经过传输时间t后，检测到的电压幅值与传播距离之间的关系函数；5)对关系函数进行傅里叶反变换，并带入衰减系数，得到其时域函数公式；6)通过时域函数公式推导得到局部放电产生的脉冲宽度与传播距离之间的变化关系公式，进而得到脉冲宽度与脉冲传播距离的函数关系式。
2.根据权利要求1所述一种电缆局部放电源在线定位方法，其特征在于：所述内导体电阻、绝缘介质以及屏蔽层对应的衰减系数计算公式分别对应为
Figure FDA0003677564530000011
Figure FDA0003677564530000012
以及
Figure FDA0003677564530000013
其中x1、x3分别表示主导体、金属屏蔽层导电率，k1c、k3c、k1a、k3a分别表示主导体覆盖层系数、金属屏蔽层覆盖层系数、主导体衰减以及金属屏蔽层计算衰减常数用的系数；通过排出对衰减影响极小的绝缘介质损耗，结合α1与α3得到局部放电总衰减系数
Figure FDA0003677564530000021
3.根据权利要求1所述一种电缆局部放电源在线定位方法，其特征在于：所述局部放电最初的视在放电量的计算公式为
Figure FDA0003677564530000022
其中，Q为初始放电视在量，单位为pC，U0为初始电压幅值，Z为被测电力电缆特性阻抗，σ为时间因子，取σ＝4.35*10-9s；所述被测电力电缆特性阻抗的表示公式为
Figure FDA0003677564530000023
4.根据权利要求3所述一种电缆局部放电源在线定位方法，其特征在于：所述关系函数的表达式为
Figure FDA0003677564530000024
，将该表达式的频域变换后得到
Figure FDA0003677564530000025
其中U(ω)是频率为ω的高频电磁脉冲，在电力电缆中传播的距离L时的电压幅值，α是衰减系数。
5.根据权利要求4所述一种电缆局部放电源在线定位方法，其特征在于：所述时域函数公式为
Figure FDA0003677564530000031
其中erfc(A2)、erfc(B2)为补偿函数，
Figure FDA0003677564530000032
为推导传播距离计算公式，忽略补偿函数中虚数部分的相位变化，得到公式
Figure FDA0003677564530000033
其中l对应局部放电信号的传播距离。
6.根据权利要求5所述一种电缆局部放电源在线定位方法，其特征在于：所述脉冲宽度与传播距离之间的变化关系公式为
Figure FDA0003677564530000034
其中width(l)为局部放电信号在传播距离为l时脉冲宽度。
7.根据权利要求5所述一种电缆局部放电源在线定位方法，其特征在于：所述脉冲宽度与脉冲传播距离的函数关系式根据传播距离增大，电压幅值逐渐减小，脉宽逐渐变大，推导得到公式
Figure FDA0003677564530000035
，其中width(l)为局部放电信号的初始脉冲宽度。
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