CN116400166A - 一种基于ewt的频域电力电缆缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力设备状态监测与故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法，包括以下方面：输入FDR信号对有电缆进行探测；对探测后的FDR信号进行分解；对分解后的信号的模态分量与FDR信号进行相关分析，并设置阈值，同时重构分解后的FDR信号；对重构后的FDR信号进行消除影响处理，用于消除FFT过程中产生的频谱泄漏和栅栏效应，得到电缆缺陷的检测结果。本发明可以利用傅里叶谱特性，能够有效地分离复杂信号中不同频率的谐波，克服模态混叠的影响，在一定程度上满足了多分量信号分解的需要。因此，实现了消除假峰的目的，比传统的FDR方法对电缆缺陷的检测更加准确，相对误差提高了1.2%。
Description
技术领域
本发明属于电力设备状态监测与故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法。
背景技术
随着经济的发展和城市现代化的不断加速，以交联聚乙烯(XLPE)为原料的电缆已广泛应用于城市电网系统。但电缆敷设在地下，运行环境恶劣，容易引起电缆腐蚀。在长期运行中，电缆绝缘层局部温升，导致电缆恶化。这些都可能导致电缆的局部缺陷，在严重的情况下发展为电缆故障，对输配电系统的安全运行有很大影响。因此，对电缆缺陷的检测具有非常重要的研究意义。
一些国外学者采用时域反射法(TDR)方法检测电缆缺陷。该方法通过将脉冲信号注入电缆，并分析输入信号和输出信号的时延估计来获得缺陷信息。然而，该方法的输入信号的频率较窄，因此电缆缺陷的频域信息没有得到充分的反映。与TDR方法相比，传统的频域反射法(FDR)方法通过向电缆中注入频步扫频信号，具有更多的高频内容，包含更多的信息。对弱缺陷的定位更为准确。但是，由于电缆头部的检测信号是由多次折射后的信号叠加形成的，因此检测信号包含除缺陷位置的固有频率外的频域内的其他频率，导致FDR检测结果出现假峰。这使得FDR的定位效果不太理想。因此，有必要分解电缆头部的模态混叠信号，以消除由多次折射产生的额外频率。
现有的一些去分解方法，如小波变换，是非自适应分解方法，其分解效果取决于母小波和信号分解水平的选择。经典的经验模分解(EMD)方法根据信号特性自动将信号分解为有限数量的IMF分量，在处理非线性和非平稳信号方面表现特别好，得到了广泛的应用。它受到学者的青睐，但在应用过程中会存在过包络、下包络、不同程度的末端效应和模态混叠问题，给信号分解带来了许多问题。EWT是Gilles在2013年提出的一种非平稳信号处理方法，它结合了小波变换和EMD的优点，可以自适应地选择频带，克服了信号时频尺度不连续引起的模态混叠问题。
对此，提出了一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法。
发明内容
为了解决或者改善传统的FDR方法对电缆缺陷检测存在假峰的问题，本发明提供了一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法，包括以下方面：
输入FDR信号对有电缆进行探测；
对探测后的FDR信号进行分解；
对分解后的信号的模态分量与FDR信号进行相关分析，并设置阈值，同时重构分解后的FDR信号；
对重构后的FDR信号进行消除影响处理，用于消除FFT过程中产生的频谱泄漏和栅栏效应，得到电缆缺陷的检测结果。
优选的，对探测后的FDR信号进行分解包括提取FDR信号实部和计算信号长度。
优选的，提取FDR信号实部和计算信号长度后构造4阶Hanning自卷积窗。
优选的，对探测后的FDR信号进行分解使用自适应频带选择的EWT特性对测量到的FDR信号进行分解。
优选的，对重构后的FDR信号进行处理包括使用Kaiser自卷积窗口对FDR信号进行处理。
优选的，重构FDR信号，包括使用相关性分析对FDR信号进行重构，对重构后的FDR信号进行加窗处理。
优选的，对加窗重构信号做FTT，并做错峰搜索得到电缆缺陷的检测结果。
本发明的有益效果为：本发明可以利用傅里叶谱特性，能够有效地分离复杂信号中不同频率的谐波，克服模态混叠的影响，在一定程度上满足了多分量信号分解的需要。因此，实现了消除假峰的目的，比传统的FDR方法对电缆缺陷的检测更加准确，相对误差提高了1.2％。本发明解决了电缆的检测信号存在时频尺度不连续引起的模式混频问题，减少了传统频域反射法(FDR)的杂散峰值，使缺陷的检测结果更为准确。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是带缺陷的电缆模型图；
图3是传统FDR的定位谱图；
图4是本发明的定位谱图；
图5是傅里叶频谱支持子区间。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，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。
还应当理解，在本发明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发明。如在本发明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。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“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。
为了解决传统的FDR方法对电缆缺陷检测存在假峰的问题，提出如图1所示的一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法，包括以下方面：
输入FDR信号对有缺陷的电缆进行探测；
对探测后的FDR信号进行分解；
对分解后的信号的模态分量与原始FDR信号进行相关分析，并设置阈值，重构FDR信号；
对重构后的FDR信号进行预处理，得到电缆缺陷的检测结果。
首先利用自适应频带选择的EWT特性对测量到的FDR信号进行分解，然后对分解后的模态分量与原始FDR信号进行相关分析，并设置阈值，阈值为分解的原始FDR信号最大的分解量，避免超过阈值对后面的重建信号造成影响。信号被重建。同时，采用Kaiser自卷积窗口对FDR信号进行预处理，消除了FFT过程中产生的频谱泄漏和栅栏效应，提高了频率估计的精度。从而消除了模态混叠对电缆缺陷检测的影响。
作为本发明的具体实施方式，将电图2缆长度设置为l＝300m，缺陷位置x1＝100m，x2＝101m，在头端输入0-100MHz正弦扫频信号，传统FDR与本方法的定位谱图如图3和图4所示，从图3可以看出，从原始信号得到的检测结果中，虽然在100m处可以检测到电缆的缺陷，但由于信号的多次折射的影响，在200m处却出现了误检测结果。假峰的峰值较大，很容易被误判为一种缺陷。在重构信号得到的检测曲线中，消除了200m处的假峰对缺陷检测的影响，如图4所示；此外，消除了前端反射对检测的影响，使检测结果更加可靠。
作为本发明的具体实施方式，EWT的原理是将信号的傅里叶频谱划分为连续区间，然后在每个区间上构造一个小波滤波器组进行滤波，最后通过信号重构得到一组调幅和调频分量。对于给定的信号f(t)，首先进行傅里叶变换，将傅里叶谱支持区间定义在[0，π]范围内，并划分为N个连续部分，如图5所示。
本发明解决了电缆的检测信号存在时频尺度不连续引起的模式混频问题，减少了传统频域反射法(FDR)的杂散峰值，使缺陷的检测结果更为准确。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (7)
1.一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法，其特征在于，包括以下方面：
输入FDR信号对有电缆进行探测；
对探测后的FDR信号进行分解；
对分解后的信号的模态分量与FDR信号进行相关分析，并设置阈值，同时重构分解后的FDR信号；
对重构后的FDR信号进行消除影响处理，用于消除FFT过程中产生的频谱泄漏和栅栏效应，得到电缆缺陷的检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法，其特征在于：对探测后的FDR信号进行分解包括提取FDR信号实部和计算信号长度。
3.根据权利要求2所述的一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法，其特征在于：提取FDR信号实部和计算信号长度后构造4阶Hanning自卷积窗。
4.根据权利要求1所述的一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法，其特征在于：对探测后的FDR信号进行分解使用自适应频带选择的EWT特性对测量到的FDR信号进行分解。
5.根据权利要求1所述的一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法，其特征在于：对重构后的FDR信号进行处理包括使用Kaiser自卷积窗口对FDR信号进行处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法，其特征在于：重构FDR信号，包括使用相关性分析对FDR信号进行重构，对重构后的FDR信号进行加窗处理。
7.根据权利要求6所述的一种基于EWT的频域电力电缆缺陷检测方法，其特征在于：对加窗重构信号做FTT，并做错峰搜索得到电缆缺陷的检测结果。
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|---|---|---|---|---|
| CN117078689A (zh) * | 2023-10-17 | 2023-11-17 | 沈阳宏远电磁线股份有限公司 | 一种基于机器视觉的线缆缺陷识别方法及系统 |
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2023
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| CN117078689A (zh) * | 2023-10-17 | 2023-11-17 | 沈阳宏远电磁线股份有限公司 | 一种基于机器视觉的线缆缺陷识别方法及系统 |
| CN117078689B (zh) * | 2023-10-17 | 2024-01-30 | 沈阳宏远电磁线股份有限公司 | 一种基于机器视觉的线缆缺陷识别方法及系统 |
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