CN115144705B - 基于传播畸变补偿的局放检测方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于传播畸变补偿的局放检测方法、装置、设备及介质，包括首先根据接收脉冲序列计算电缆频率响应对应的单位长度衰减作为第一频率响应；在电缆两端同时检测局放信号，若一端先检测到局放信号，则保存另一端在预设时段内的接收信号；将电缆划分为多段，根据第一频率响应计算脉冲从某一段的中心点对应间距传输到电缆两端的频率响应作为第二频率响应；将局放信号按照不同的电缆分段，根据第二频率响应获取局放信号传播到对端的脉冲波形，以与接收信号匹配；当匹配成功时，根据生成的双端匹配好的脉冲的时间差进行局放检测。本申请能有效过滤掉突发噪声，提高局放检测的准确度和局放类型识别的鲁棒性。
Description
技术领域
本申请涉及局放检测技术领域，尤其涉及一种基于传播畸变补偿的局放检测方法、装置、设备及介质。
背景技术
局部放电是电缆接头绝缘劣化的主要表征，同时也是导致绝缘进一步劣化的原因之一。通过对局部放电现象的检测，可以有效检测电缆接头的绝缘状态，电缆接头发生局部放电时，除了会发生电荷的转移和电能的损耗，还会出现相关物理、化学反应，如产生光、热、超声波、电磁辐射以及化学反应等，这些伴随现象为局部放电的检测提供了依据。
常见的局放检测方法通常有电测法和非电测法。电测法按检测信号的频段又可分为脉冲电流法、高频法、甚高频法和超高频(UHF)法；非电测法则包括超声波检测法、化学检测法及光学检测法等。其中，电测法中甚高频法和超高频发虽然灵敏度高，但造价高且不易实现。非电测法中有的结构复杂，有的灵敏度差，只能用于辅助方法来分析绝缘故障。在实际应用中，由于原始的放电脉冲周期非常小，现有的高频法很难准确检测到缺陷在几十米之外缺陷的脉冲信号的形状，进而无法准确的识别出局放信号。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于传播畸变补偿的局放检测方法、装置、设备及介质，以解决现有的局放检测方法中存在的定位和识别结果不准确、鲁棒性差的问题。
为实现上述目的，本申请提供一种基于传播畸变补偿的局放检测方法，包括：
在电缆一端发射训练脉冲序列，确定电缆另一端的接收脉冲序列，并根据接收脉冲序列计算电缆频率响应对应的单位长度衰减，作为第一频率响应；
在电缆两端同时检测局放信号，若一端先检测到局放信号，则保存另一端在预设时段内的接收信号；
将电缆划分为多段，根据第一频率响应计算脉冲从某一段的中心点对应间距传输到电缆两端的频率响应，作为第二频率响应；
将所述局放信号按照不同的电缆分段，根据第二频率响应获取局放信号传播到对端的脉冲波形，并利用脉冲波形与所述接收信号进行匹配；
当匹配成功时，根据生成的双端匹配好的脉冲的时间差，进行局放检测。
进一步，作为优选地，所述第一频率响应为：
式中，H(ω,x)为任意长度x的电缆处的频率响应，ω为传输线上信号的频率，Y(ω,x)为任意长度x的电缆处的频域，RL为传输线的等效电阻，Z0(ω)为传输线的特性阻抗，GL为传输线的等效电导，L为电缆长度。
进一步，作为优选地，所述第二频率响应为：
式中，N为将电缆L划分为N段，xj为第j段的中心点对应的间距xj。
进一步，作为优选地，所述根据第二频率响应获取局放信号传播到对端的脉冲波形，并利用脉冲波形与所述接收信号进行匹配，包括：
根据第二频率响应，得到一端的脉冲S1(ω)，根据局放所在位置计算另一端的脉冲频谱S2(ω)：
对S2(ω)进行傅里叶逆变换得到s2(t)，取s2(t)的时间反序信号的共轭s2 *(-t)作为匹配滤波器的冲击响应hr(t)：
hr(t)＝s2 *(-t)；
对接收信号x(t)进行匹配，得到的输出信号为：
x0(t)＝x(t)*hr(t)＝x(t)*s2 *(-t)*h(t)；
当x0(t)中的最大值超过预设阈值时，则判断两端的接收信号匹配成功。
进一步，作为优选地，所述基于传播畸变补偿的局放检测方法，还包括利用匹配滤波器对接收信号进行匹配。
进一步，作为优选地，所述当匹配成功时，根据生成的双端匹配好的脉冲的时间差，进行局放检测，包括：
根据双端匹配好的脉冲的时间差，确定局放位置；
计算局放位置到电缆双端的频率响应，计算对应的逆系统；
将双端匹配好的脉冲通过逆系统回复为局放位置的原始脉冲，并取平均值；
计算平均后脉冲的特征，识别局放类型。
进一步，作为优选地，所述基于传播畸变补偿的局放检测方法，还包括：
当匹配不成功时，判定为突发干扰并过滤对应的局放信号。
本申请还提供一种基于传播畸变补偿的局放检测装置，包括：
第一频率响应确定单元，用于在电缆一端发射训练脉冲序列，确定电缆另一端的接收脉冲序列，并根据接收脉冲序列计算电缆频率响应对应的单位长度衰减，作为第一频率响应；
接收信号获取单元，用于在电缆两端同时检测局放信号，若一端先检测到局放信号，则保存另一端在预设时段内的接收信号；
第二频率响应确定单元，用于将电缆划分为多段，根据第一频率响应计算脉冲从某一段的中心点对应间距传输到电缆两端的频率响应，作为第二频率响应；
匹配单元，用于将所述局放信号按照不同的电缆分段，根据第二频率响应获取局放信号传播到对端的脉冲波形，并利用脉冲波形与所述接收信号进行匹配；
局放检测单元，用于当匹配成功时，根据生成的双端匹配好的脉冲的时间差，进行局放检测。
本申请还提供一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一项所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法。
本申请还提供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如上任一项所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法。
相对于现有技术，本申请的有益效果在于：
本申请公开了一种基于传播畸变补偿的局放检测方法，包括：在电缆一端发射训练脉冲序列，确定电缆另一端的接收脉冲序列，并根据接收脉冲序列计算电缆频率响应对应的单位长度衰减，作为第一频率响应；在电缆两端同时检测局放信号，若一端先检测到局放信号，则保存另一端在预设时段内的接收信号；将电缆划分为多段，根据第一频率响应计算脉冲从某一段的中心点对应间距传输到电缆两端的频率响应，作为第二频率响应；将所述局放信号按照不同的电缆分段，根据第二频率响应获取局放信号传播到对端的脉冲波形，并利用脉冲波形与所述接收信号进行匹配；当匹配成功时，根据生成的双端匹配好的脉冲的时间差，进行局放检测。
本申请通过采用经过距离畸变补偿的双端脉冲进行匹配，能有效过滤掉突发噪声，提高了局放检测和定位的准确度。同时，通过采用经过距离畸变补偿后的脉冲进行识别，提高了局放类型识别的鲁棒性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请某一实施例提供的基于传播畸变补偿的局放检测方法的流程示意图；
图2是本申请某一实施例提供的电缆分布参数模型示意图；
图3是本申请某一实施例提供的电缆双端测距示意图；
图4是本申请某一实施例提供的基于传播畸变补偿的局放检测装置的结构示意图；
图5是本申请某一实施例提供的终端设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
需要说明的是，在电缆的缺陷位置上发生的局部放电现象会在该位置产生一个高频电流脉冲并向两端传播。由于现有的测量装置只能够在电缆的终端或中间接头处进行信号检测，所测量到的电流脉冲是原始脉冲在电缆中传播、衰减后形成的。根据电缆高频传播特性的不同，测量到的脉冲形状与大小也不尽相同。一般来说，原始的局部放电脉冲周期非常小(<10nS)，因此检测到的脉冲信号的形状(缺陷通常在几十米之外)很大程度上决定于电缆的高频传播特性。这给准确检测和识别局放信号带来了困难。而现有的电测法和非电测法均不能准确的定位出局放信号的具体位置。因此本申请旨在提供一种基于传播畸变补偿的局放检测方法，该方法首先估计电缆的传播特性，然后利用其传播特性对接收信号进行畸变补偿，能有效提高局放信号的识别、定位和识别准确率。
请参阅图1，本申请某一实施例提供一种基于传播畸变补偿的局放检测方法。如图1所示，该基于传播畸变补偿的局放检测方法包括步骤S10至步骤S50。各步骤具体如下：
S10、在电缆一端发射训练脉冲序列，确定电缆另一端的接收脉冲序列，并根据接收脉冲序列计算电缆频率响应对应的单位长度衰减，作为第一频率响应。
本步骤中，首先在待测电缆的双端分别安装检测装置，然后在电缆一端发射训练序列s(t)，另一端接收上述序列y(t)，计算电缆的频率响应H(ω,L)，L为电缆长度，并根据电缆的长度计算不同频率信号的衰减与距离的关系，得到任意长度x的电缆频率响应H(ω,x)。
在某一实施例中，步骤S10所得到的第一频率响应的表达式为：
式中，H(ω,x)为任意长度x的电缆处的频率响应，ω为传输线上信号的频率，Y(ω,x)为任意长度x的电缆处的频域，RL为传输线的等效电阻，Z0(ω)为传输线的特性阻抗，GL为传输线的等效电导，L为电缆长度。
具体地，计算该第一频率响应主要包括以下内容：
首先，脉冲信号在沿着电缆传播的过程中，其频率基本不发生变化。波形由于信号干扰和传输线路的特性会发生畸变。信号的幅值由于介质损耗、导线损耗和辐射损耗等原因，会存在一定的衰减，而且随着信号的频率越高和传播距离越远，信号会衰减得更严重。衰减表示有损传输线的特性，它是求解二阶有损RL-CG分布参数电路模型的直接结果。通常用αn表示单位长度的衰减，其单位为NP/m。请参阅图2，图2提供了电缆分别的参数模型。其中，在均匀的有损传输线中，电缆频率响应H(ω,x)对应的单位长度衰减可以表示为：
其中，传输线的特征阻抗Z0(ω)表示为：
式中：RL为传输线的等效电阻，单位为Ω；GL为传输线的等效电导，单位为S；LL为传输线的等效电感，单位为H；CL为传输线的等效电容，单位为F；ω为传输线上信号的频率。Z0(ω)为传输线的特性阻抗，单位为Ω。信号在单位长度传输线上的传播主要是与传输线上的分布参数有关。
当训练序列从电缆一端发射训练序s(t)，另一端接收上述序列y(t)，此时电缆的频率响应H(ω,L)表达式为：
信号沿均匀传输线传播时，导线损耗对信号的影响主要是使信号幅度发生衰减。由于只有幅值发生衰减，可以得到任意长度x的电缆处的频域表达式：
从而得到相应的频域响应H(ω,x)与距离x的关系，即第一频率响应为：
S20、在电缆两端同时检测局放信号，若一端先检测到局放信号，则保存另一端在预设时段内的接收信号。
本步骤中，在电缆双端同时检测局放信号，若在某一端先检测到局放脉冲，则保存另一端在上述脉冲持续时间前后一段时间内的接收信号x(t)，也即预设时段内的接收信号，然后用于后续步骤的局放定位和识别。
S30、将电缆划分为多段，根据第一频率响应计算脉冲从某一段的中心点对应间距传输到电缆两端的频率响应，作为第二频率响应；
本步骤中，将电缆的长度L均匀划分为N段，根据步骤S10得到的电缆频率响应与距离的关系计算脉冲(行波)从第j段的中心点对应的间距xj传播到电缆两端的频率响应H1(ω,xj)，H2(ω,L-xj)，得到第二频率响应的表达式为：
式中，N为将电缆L划分为N段，xj为第j段的中心点对应的间距xj。
S40、将所述局放信号按照不同的电缆分段，根据第二频率响应获取局放信号传播到对端的脉冲波形，并利用脉冲波形与所述接收信号进行匹配(相关或匹配滤波)。
在某一具体实施例中，步骤S40又包括：
4.1)根据第二频率响应，得到一端的脉冲S1(ω)，根据局放所在位置计算另一端的脉冲频谱S2(ω)：
接着，为了能有效过滤掉突发噪声，需要对经过距离畸变补偿的双端脉冲进行匹配。
4.2)对S2(ω)进行傅里叶逆变换得到s2(t)，取s2(t)的时间反序信号的共轭s2 *(-t)作为匹配滤波器的冲击响应hr(t)：
hr(t)＝s2 *(-t)；
4.3)对接收信号x(t)进行匹配，得到的输出信号为：
x0(t)＝x(t)*hr(t)＝x(t)*s2 *(-t)*h(t)；
当x0(t)中的最大值超过预设阈值时，则判断两端的接收信号匹配成功。
作为优选地，本步骤中利用匹配滤波器对接收信号x(t)进行匹配。
在某一实施例中，当匹配不成功时，判定为突发干扰，并过滤对应的局放信号，从而达到有效过滤掉突发噪声的目的。
S50、当匹配成功时，根据生成的双端匹配好的脉冲的时间差，进行局放检测。
在某一具体实施例中，步骤S50具体包括：
5.1)根据双端匹配好的脉冲的时间差，确定局放位置；
请参阅图3，图3提供了电缆双端测距示意图。本步骤中，可以得到局放信号在F点传输到两端的时间t1，t2。如图3所示可得测距公式为：
式中：LMF,LNF为局放信号点F距离M端和N端的长度；v为行波波速；t1，t2为信号到达M端和N端所用的时间；L为线缆的总长度，即M和N两点间的距离。
5.2)计算局放位置到电缆双端的频率响应，计算对应的逆系统；
本步骤中，计算出逆系统时，F点到双端的频率响应为：
5.3)将双端匹配好的脉冲通过逆系统回复为局放位置的原始脉冲，并取平均值；
本步骤中，通过下式得到平均后脉冲的信号特征：
然后，对Y(ω,0)傅里叶逆变换后得到局放信号Y(t)。
5.4)计算平均后脉冲的特征，识别局放类型。
综上所述，本申请实施例通过采用经过距离畸变补偿的双端脉冲进行匹配，能有效过滤掉突发噪声，提高了局放检测和定位的准确度。同时，通过采用经过距离畸变补偿后的脉冲进行识别，提高了局放类型识别的鲁棒性。
请参阅图4，本申请某一实施例还提供一种基于传播畸变补偿的局放检测装置，包括：
第一频率响应确定单元01，用于在电缆一端发射训练脉冲序列，确定电缆另一端的接收脉冲序列，并根据接收脉冲序列计算电缆频率响应对应的单位长度衰减，作为第一频率响应；
接收信号获取单元02，用于在电缆两端同时检测局放信号，若一端先检测到局放信号，则保存另一端在预设时段内的接收信号；
第二频率响应确定单元03，用于将电缆划分为多段，根据第一频率响应计算脉冲从某一段的中心点对应间距传输到电缆两端的频率响应，作为第二频率响应；
匹配单元04，用于将所述局放信号按照不同的电缆分段，根据第二频率响应获取局放信号传播到对端的脉冲波形，并利用脉冲波形与所述接收信号进行匹配；
局放检测单元05，用于当匹配成功时，根据生成的双端匹配好的脉冲的时间差，进行局放检测。
可以理解的是，本实施例提供的基于传播畸变补偿的局放检测装置用于执行如上述任一项实施例所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法，并实现与其相同的效果，在此不再进一步赘述。
请参阅图5，本申请某一实施例还提供一种终端设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法。
处理器用于控制该终端设备的整体操作，以完成上述的基于传播畸变补偿的局放检测方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在一示例性实施例中，终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific 1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
在另一示例性实施例中，还提供一种包括计算机程序的计算机可读存储介质，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括计算机程序的存储器，上述计算机程序可由终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于传播畸变补偿的局放检测方法，其特征在于，包括：
在电缆一端发射训练脉冲序列，确定电缆另一端的接收脉冲序列，并根据接收脉冲序列计算电缆频率响应对应的单位长度衰减，作为第一频率响应；其中，所述第一频率响应为：
式中，H(ω，x)为任意长度x的电缆处的频率响应，ω为传输线上信号的频率，Y(ω，x)为任意长度x的电缆处的频域，RL为传输线的等效电阻，Z0(ω)为传输线的特性阻抗，GL为传输线的等效电导，L为电缆长度；
在电缆两端同时检测局放信号，若一端先检测到局放信号，则保存另一端在预设时段内的接收信号；
将电缆划分为多段，根据第一频率响应计算脉冲从某一段的中心点对应间距传输到电缆两端的频率响应，作为第二频率响应；其中，所述第二频率响应为：
式中，N为将电缆L划分为N段，xj为第j段的中心点对应的间距xj；
根据第二频率响应，得到一端的脉冲S1(ω)，根据局放所在位置计算另一端的脉冲频谱S2(ω)：
对S2(ω)进行傅里叶逆变换得到s2(t)，取s2(t)的时间反序信号的共轭s2 *(-t)作为匹配滤波器的冲击响应hr(t)：
hr(t)＝s2 *(-t)；
对接收信号x(t)进行匹配，得到的输出信号为：
x0(t)＝x(t)*hr(t)＝x(t)*s2 *(-t)；
当x0(t)中的最大值超过预设阈值时，则判断两端的接收信号匹配成功；
当匹配成功时，根据生成的双端匹配好的脉冲的时间差，进行局放检测。
2.根据权利要求1所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法，其特征在于，还包括利用匹配滤波器对接收信号进行匹配。
3.根据权利要求1所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法，其特征在于，所述当匹配成功时，根据生成的双端匹配好的脉冲的时间差，进行局放检测，包括：
根据双端匹配好的脉冲的时间差，确定局放位置；
计算局放位置到电缆双端的频率响应，计算对应的逆系统；
将双端匹配好的脉冲通过逆系统回复为局放位置的原始脉冲，并取平均值；
计算平均后脉冲的特征，识别局放类型。
4.根据权利要求1所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法，其特征在于，还包括：
当匹配不成功时，判定为突发干扰并过滤对应的局放信号。
5.一种基于传播畸变补偿的局放检测装置，其特征在于，包括：
第一频率响应确定单元，用于在电缆一端发射训练脉冲序列，确定电缆另一端的接收脉冲序列，并根据接收脉冲序列计算电缆频率响应对应的单位长度衰减，作为第一频率响应；其中，所述第一频率响应为：
式中，H(ω，x)为任意长度x的电缆处的频率响应，ω为传输线上信号的频率，Y(ω，x)为任意长度x的电缆处的频域，RL为传输线的等效电阻，Z0(ω)为传输线的特性阻抗，GL为传输线的等效电导，L为电缆长度；
接收信号获取单元，用于在电缆两端同时检测局放信号，若一端先检测到局放信号，则保存另一端在预设时段内的接收信号；
第二频率响应确定单元，用于将电缆划分为多段，根据第一频率响应计算脉冲从某一段的中心点对应间距传输到电缆两端的频率响应，作为第二频率响应；其中，所述第二频率响应为：
式中，N为将电缆L划分为N段，xj为第j段的中心点对应的间距xj；
匹配单元，用于根据第二频率响应，得到一端的脉冲S1(ω)，根据局放所在位置计算另一端的脉冲频谱S2(ω)：
对S2(ω)进行傅里叶逆变换得到s2(t)，取s2(t)的时间反序信号的共轭s2 *(-t)作为匹配滤波器的冲击响应hr(t)：
hr(t)＝s2 *(-t)；
对接收信号x(t)进行匹配，得到的输出信号为：
x0(t)＝x(t)*hr(t)＝x(t)*s2 *(-t)；
当x0(t)中的最大值超过预设阈值时，则判断两端的接收信号匹配成功；
局放检测单元，用于当匹配成功时，根据生成的双端匹配好的脉冲的时间差，进行局放检测。
6.一种终端设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-4任一项所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法。
7.一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如权利要求1-4任一项所述的基于传播畸变补偿的局放检测方法。
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