一种电缆故障时的暂态行波信号识别方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电缆发生故障时产生的暂态行波信号识别方法及装置。该方法包括：获取并显示暂态行波的输出信号；对脉冲信号进行频谱分析获得频域信号；对频域信号进行带通滤波获得带通频域信号；对带通频域信号进行时域分析获得时域信号，并获取时域信号中的目标信号；依据标准放电信号的特征判断目标信号是否为电缆发生故障时的暂态行波信号。本发明专利技术依据电力电缆输出信号中的脉冲信号与正弦信号的相位的相关性，将脉冲信号中的目标信号和干扰信号进行初步分离，并通过目标信号和标准放电信号的特征进行对比，确定该目标信号是否为电缆发生故障时的暂态行波信号，避免了将干扰信号误认为电缆发生故障时的暂态行波信号，提高了故障定位准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种电缆故障时的暂态行波信号识别方法及装置
本专利技术涉及信号处理
，具体涉及一种电缆发生故障时的暂态行波信号识别方法及装置。
技术介绍
目前使用的电力点故障定位技术，都是在故障电力电缆停电后，通过相关的设备离线测量故障距离，即离线测距。离线的故障测距方法能够解决大部分电缆故障的定位查找问题，但也存在许多缺点，例如测距时间过长、高阻故障点难以击穿燃弧等。电力电缆在运行中发生的部分故障是瞬时性的故障，对于高阻故障或闪络性故障，利用离线故障测距方法对故障点定位时，需将电缆故障点以高压脉冲或高压直流的方式击穿，高电压对测试设备、电缆和测试人员都会造成安全隐患。电缆在线故障定位方法能够有效的弥补离线测量的缺陷和不足，电力电缆发生故障的时候，故障节点会在很宽的频带内同时产生电压行波与电流行波信号，产生的行波信号将会沿着电缆线路传播，在遇到故障点、电缆的端点等波阻抗不连续点的时候，行波将会发生折射与反射。故障的在线定位是通过安装在电缆单端或两端的电缆故障暂态行波测试装置对电压行波或电流行波的记录信息来计算获取故障点的位置。由于干扰信号也属于行波信号，检测电力电缆的输出信号中是否包括暂态行波信号来判断电缆是否发生故障的方法，很容易将干扰信号误认为暂态行波信号，导致降低通过获取暂态行波进行电缆故障在线定位的准确度及精确度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电缆发生故障时的暂态行波信号识别方法及装置，以提高对暂态行波信号进行检测的精确度。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术的一个方面是提供一种电缆发生故障时的暂态行波信号识别方法，包括：S101：获取并显示电力电缆的输出信号，所述输出信号包括脉冲信号和正弦信号，其中脉冲信号包括与所述正弦信号的相位相关的目标信号；S102：对所述脉冲信号进行频谱分析获得频域信号；S103：对所述频域信号以预定中心频率和预定带宽进行带通滤波获得带通频域信号；S104：对所述带通频域信号进行时域分析获得时域信号，并获取所述时域信号中的所述目标信号；S105：依据标准暂态行波的特征判断所述目标信号是否为电缆发生故障时的暂态行波信号。本专利技术的另一个方面是根据电缆发生故障时暂态行波信号识别方法，提供一种相应的暂态行波信号识别装置，包括：（1）获取显示模块，用于测量并显示电力电缆的输出信号，所述输出信号包括脉冲信号和正弦信号，所述脉冲信号包括与所述正弦信号的相位相关的目标信号；获取显示模块分为采样电路，保护电路，精密衰减放大电路以及滤波电路，经过处理以后局放信号进入ADC（模拟数字转换器）进行模数转换，ADC输出数字信号进入处理单元进行复杂数字信号处理。采样电路：由多级阻容网络组合成50欧姆输入阻抗，适应传感器要求；保护电路：采用多个放电管组成，防止现场输入超量程的信号，损坏采集设备；（2）频谱分析模块，用于对所述脉冲信号进行频谱分析获得频域信号；信号频谱很宽，为了更真实的采样处理更高频段信号，采样频率达100Msps，采集电路带宽达30MHz；根据不同的使用场景局放信号大小跨度很大，要求采集电路有很宽的动态范围和很高的灵敏度，既能将很小的局放信号采集出来又能保证大信号不失真的采样，整个数据采集电路动态范围超过100dB，采集电路灵敏度可达-68dBm；信号大小随着时间在变化，同时考虑外界电晕等各种电磁辐射，采集电路需要根据输入信号进行动态增益控制，对于外部冲击高压需要有抑制和保护功能。整个模块由三大部分组成:接收单元、操作单元、应用程序，接收单元主要负责将信号经过转换后进行数据处理，操作系统作为应用程序和硬件的中间层，应用程序采用快速傅里叶FFT算法，完成频域信号分析，获得对应的频谱图。（3）带通滤波模块，用于对所述频域信号以预定中心频率和预定带宽进行带通滤波获得带通频域信号；滤波由FPGA数字滤波实现。完全由软件控制，不需要任何附加的硬件，使滤波设置更加灵活方便，有效地消除了各个通道之间由于硬件差异引起的信号变化。将信号转换成并行数字信号，进入FPGA进行数字信号处理和分析，高阶高滚降系数数字滤波器对时域信号进行滤波，去除固定频率干扰和外界环境噪声，运用复杂算法实现噪声抑制和信号分析。（4）时域分析模块，用于对所述带通频域信号进行时域分析获得时域信号，并获取所述时域信号中的所述目标信号；由于信号很微小，接入放大回路将此微小的脉冲信号放大，保证输出脉冲信号在指示回路上得到足够明显的波形、幅值、放电次数等的显示，信号进行预处理，信号放大、信号滤波、去除均值、去除趋势项，在应用程序上对信号的各种时域参数、指标估计、计算等时域统计分析。（5）判断模块，用于依据由模拟电缆故障收集存储的标准暂态行波信号的特征判断所述目标信号是否为电缆发生故障时的暂态行波信号。可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。标准暂态行波信号由实验室模拟获得，在实验室模拟各种电缆故障，接地、短路、断线，高阻、低阻、闪络故障，在屏蔽室内接收行波信号作为标准暂态行波信号，经过应用程序进行分析，存储参数以备比较。本专利技术具有的优点和有益效果：本专利技术提供的电缆发生故障时的暂态行波信号识别方法及装置，依据电力电缆故障时测量得到信号中的脉冲信号与正弦信号的相位的相关性，将脉冲信号中的目标信号和干扰信号进行初步分离，并通过目标信号和标准暂态行波信号的特征进行对比，进一步确定该目标信号是否为电缆发生故障时的暂态行波信号，相比于只检测电力电缆的输出信号中是否包括暂态行波信号来判断电缆是否发生故障的方法，避免了将干扰信号误认为暂态行波信号，提高了对暂态行波信号进行检测的精确度。附图说明图1为本专利技术电缆发生故障时的暂态行波信号识别方法流程图；图2为本专利技术电缆发生故障时的输出信号显示图；图3为本专利技术实施例提供的频域信号图；图4为本专利技术实施例提供的时域信号图；图5为本专利技术实施例提供的目标信号的波形图；图6为本专利技术电缆发生故障时的暂态行波信号识别装置的结构框图；图7为本专利技术另一实施方式电缆发生故障时的暂态行波信号识别装置的结构框图。具体实施方式一种电缆发生故障时的暂态行波信号识别方法，该方法的具体步骤如下：S101：测量获取并显示电力电缆故障输出信号，所述输出信号包括脉冲信号和正弦信号，所述脉冲信号包括与所述正弦信号的相位相关的目标信号；所述获取并显示电力电缆的输出信号包括：获取所述输出信号中所述脉冲信号的幅值和相位，连续累积显示由所述幅值和所述相位组成的二维坐标点。本专利技术实施例通过高频传感器和硬件采集处理电路将运行中的电力电缆的输出信号采集到暂态行波信号识别装置中，该暂态行波信号识别装置还与计算机相连，由所述计算机分析处理软件显示该电力电缆的输出信号。如图2所示，该输出信号包括正弦信号和以散点形式显示的脉冲信号，以散点形式显示脉冲信号的具体信号处理过程为：获取脉冲信号出现时刻，以及该时刻的脉冲信号的幅值和相位，以幅值和相位为坐标点，在二维坐标图中显示该坐标点。由于脉冲信号的频率远大于正弦信号的频率，因而在正弦信号的一个周期内将出现非常多的脉冲信号对应的坐标点，且在不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电缆发生故障时的暂态行波信号识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S101：获取并显示电缆的输出信号，所述输出信号包括脉冲信号和正弦信号，所述脉冲信号包括与所述正弦信号的相位相关的目标信号；S102：对所述脉冲信号进行频谱分析获得频域信号；S103：对所述频域信号以预定中心频率和预定带宽进行带通滤波获得带通频域信号；S104：对所述带通频域信号进行时域分析获得时域信号，并获取所述时域信号中的所述目标信号；S105：依据标准放电信号的特征判断所述目标信号是否为电缆发生故障时的暂态行波信号。

【技术特征摘要】
1.一种电缆发生故障时的暂态行波信号识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S101：获取并显示电缆的输出信号，所述输出信号包括脉冲信号和正弦信号，所述脉冲信号包括与所述正弦信号的相位相关的目标信号；S102：对所述脉冲信号进行频谱分析获得频域信号；S103：对所述频域信号以预定中心频率和预定带宽进行带通滤波获得带通频域信号；S104：对所述带通频域信号进行时域分析获得时域信号，并获取所述时域信号中的所述目标信号；S105：依据标准放电信号的特征判断所述目标信号是否为电缆发生故障时的暂态行波信号。2.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，所述脉冲信号还包括第一干扰信号和第二干扰信号，所述第一干扰信号与目标信号同时出现，所述第二干扰信号与目标信号不同时出现；对所述脉冲信号进行频谱分析获得频域信号之前，还包括：去除所述脉冲信号中的第二干扰信号。3.根据权利要求2所述的识别方法，其特征在于，对所述频域信号以预定中心频率和预定带宽进行带通滤波获得带通频域信号，用于去除所述脉冲信号中的第一干扰信号。4.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，步骤S101中获取并显示电缆的输出信号包括：获取所述输出信号中脉冲信号的幅值和相位，连续累积显示由幅值和相位组成的二维坐标点。5.根据权利要求1-4任一项所述的识别方法，其特征在于，所述频谱分析为傅里叶变换，所述时域分析为傅里叶反变换。6.一种电缆发生故障时的暂态行波信号识别装置，其特征在于，包括：获取显示模块，用于获取并显示电力电缆的输出信号，所述输出信号包括脉冲信号和正弦信号，所述脉冲信号包括与所述正弦信号的相位相关的目标信号；获取显示模块分为采样电路，保护电路，精密衰减放大电路以及滤波电路，经过处理以后局放信号进入ADC进行模数转换，ADC输出数字信号进入处理单元进行复杂数字信号处理；频谱分析模块，用于对所述脉冲信号进行频谱分析获得频域信号；整个模块包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾朝敏，潘瑾，李天辉，刘宏亮，杨桦，王庚森，
申请(专利权)人：国网河北省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，河北省电力建设调整试验所，
类型：发明
国别省市：河北,13