一种高压电缆局部放电声光联合检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高压电缆局部放电声光联合检测方法及系统，融合超声、紫外传感两种非电气检测技术，基于低成本、便携式的超声、紫外传感器，可进行复杂强电磁干扰环境下非固定式高压电缆巡检的局部放电检测方式，实现高压电缆局部放电紫外光及超声信号的同步高效采集，再通过超声和紫外光脉冲的多分析域局放信息挖掘与融合处理，极大丰富了局放的检测信息，提供单一技术提供不了的局放信息，进行局部放电类型精确识别判断、电缆故障诊断与健康状况评估，还实现了两路局放信息的实时存储、分析及可进一步在主控模块上实现显示和报警交互等系统功能。

A Combined Acousto-optic Detection Method and System for Partial Discharge of High Voltage Cable

【技术实现步骤摘要】
一种高压电缆局部放电声光联合检测方法及系统
本专利技术属于电力系统局部放电检测
，具体涉及一种高压电缆局部放电声光联合检测方法及系统。
技术介绍
高压电缆故障直接关系到整个电力系统的安全与稳定。在高压电缆及其终端、中间接头处，由于各部分电场强度往往是不相等的，容易发生局部放电，会对绝缘介质造成损坏，且损坏程度与放电量的大小、放电时间相关。如果此类故障得不到及时处理，有可能会导致绝缘的最终击穿与失效，甚至造成电力设备的损坏。为了预防此类事故的发生，在不影响正常输变电的情况下，高压电缆局部放电在线检测十分重要。高压电缆局部放电时，会伴有电脉冲、电磁辐射、超声波、紫外光等物理现象及各种化学生成物，这些放电信息包含丰富的绝缘状况信息。针对以上物理、化学现象，目前局部放电有多种检测方法，主要分为电气测量法和非电气测量法两大类。电气测量法主要有脉冲电流法、特高频检测法等。国内普遍采用这种方法，但实际应用效果往往不够理想，主要原因是现场电气噪声干扰大，局部放电信号提取困难，目前抑制干扰的方法还在理论和应用方面作进一步研究和完善。非电气测量法主要包括超声波检测法、紫外光测法、红外检测法、化学检测法等，优点是测量中不受电气信号的干扰，抗干扰能力强。相应的检测设备有：超声波探测仪、紫外成像仪、红外热像仪、变压器油分析仪等，以及基于电离、激发和复合过程中光辐射的检测方法等。这些方法有各自的优点，也存在一定问题。局部放电的常用检测方法对比如下表所示：由上表可以看出，目前检测方法以单一技术类型检测为主，多参量监测局部放电的仪器以脉冲电流法与超声检测法、特高频法与脉冲电流法、特高频法与超声检测法结合等为主，均以电气方法联合检测为主，强电磁干扰环境下局放信号提取困难。CN102495343B提出的紫外与超声联合检测系统采用阵列式传感结构，紫外传感器采用光谱成像方式，成本较高；对于长距离高压电缆局放检测系统整体结构复杂，适于分布式定点安装检测，不便于携带巡检；而且局放信息提取以超声和紫外光谱信号进行小波包分解后获得的能量谱分布及熵信号为主，提取信息有限，功能较单一，只涉及局放判断及简单的类型识别，没有涉及电缆故障诊断及健康状况评估等重要功能；CN207424175U提出的紫外、超声及超高频联合检测方法，主要针对开关柜局放进行定点检测，不适合高压电缆的便携式巡检，且以硬件装置为主，没有涉及具体的信息挖掘及融合方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：强电磁干扰环境下局放信号提取困难，且现有的一些采用声光联合检测的方法存在其装置只适用于定点检测，不便于高压电缆巡检，以及提取和挖掘的局放信息有限，局放类型识别准确性不够，而且未解决电缆故障诊断与健康状况评估问题，因此本专利技术提出了一种高压电缆局部放电声光联合检测方法及系统。本专利技术采用的技术方案如下：一种高压电缆局部放电声光联合检测方法，所述方法如下对采集的超声波信号和紫外脉冲信号分别进行局部放电特征信息提取和统计；对超声波信号的局部放电特征信息和紫外脉冲信号的局部放电特征信息进行信息融合；基于KNN分类方法对融合后的局部放电特征信息进行局部放电类型判断；基于判断得到的局部放电类型进行电缆故障判断与健康状态评估。进一步，所述方法在对采集的超声波信号和紫外脉冲信号分别进行局部放电特征信息提取之前还包括在如下步骤：对采集的超声波信号和紫外信号分别进行检测并判断是否发生局部放电，具体为：超声信号检测判断是否发生局部放电：对超声信号进行幅值检测，幅值超过设定阈值则判断发生局部放电；该步骤还包括防误判操作：对超声信号进行快速傅里叶变换，找出频率强度最高的频率值作为中心频率，检测到幅值超过设定阈值且中心频率在局放超声频率范围内则判断发生局部放电；紫外脉冲信号检测判断是否发生局部放电：检测到紫外信号有紫外脉冲信号则判断发生局部放电。进一步，所述提取和统计的局部放电特征信息包括：超声信号提取的：超声波数量、首尾超声波时间差、超声波峰峰值、超声波中心频率、中心频率强度、时域、频域、变换域以及模型参数特征；紫外脉冲信号提取的：紫外脉冲数量、首尾紫外脉冲时间差、脉冲平均间隔。进一步，所述对超声波信号的局部放电特征信息和紫外脉冲信号的局部放电特征信息进行信息融合的方法为：在特征层对超声波信号的局部放电特征信息和紫外脉冲信号的局部放电特征信息融合，先将超声波信号的局部放电特征信息和紫外脉冲信号的局部放电特征信息合成一个50维的高维特征向量，再对该特征向量进行特征降维或特征选取。进一步，所述基于KNN分类方法对融合后的局部放电特征信息进行局部放电类型判断的具体方法为：对融合后的局部放电特征信息进行统计分析不同类型局部放电的差异及其可分辨特征，并提取可分辨特征向量，建立局部放电类型事件特征库；基于KNN分类方法对局部放电类型事件特征库进行聚类分类，具体为：先根据局部放电类型事件特征库中各种局部放电类型的每个特征向量建立一个平衡kd树，通过搜索该平衡kd树得到k个最近邻点，将本次的局部放电类型归入这K个最近邻点的特征向量中占比最大的事件类型。进一步，所述基于判断得到的局部放电类型进行电缆故障判断与健康状态评估具体方法为：电缆故障判断：根据得到的局部放电类型及其发生频次，对最可能出现的线缆故障进行判断和预测；健康状态评估：根据长时间提取和统计的局部放电特征信息、局部放电类型及其发生频次，形成局部放电监测的报警日志，基于报警日志对线缆健康状态进行评估。基于上述高压电缆局部放电声光联合检测方法的一种高压电缆局部放电声光联合检测系统，包括传感器模块、信号驱动模块、主控模块和电源模块，所述传感器模块包括检测超声信号的便携式超声传感器和检测紫外信号的便携式紫外传感器，所述信号驱动模块包括与超声传感器连接的超声驱动电路和与紫外传感器连接的紫外驱动电路；所述超声驱动电路包括与超声传感器件信号输出端连接的信号调理电路以及信号调理电路上外置的ADC转换电路，超声驱动电路将接收到的超声传感器的超声模拟信号转换为电压信号并传输到主控模块，完成超声信号的采集；所述紫外驱动电路，通过主控模块自带的的定时器捕捉脉冲信号转换电路输出的紫外脉冲信号，即采用脉冲捕获方式完成紫外信号的采集。主控模块对接收到的超声信号和紫外信号进行局部放电信息分析处理和存储；所述电源模块为系统供电。进一步，所述传感器模块采用单只便携式的紫外光脉冲和超声集成探头。进一步，所述主控模块采用SD卡进行实时存储，并采用移植FATFS文件系统以及SDIO结合DMA的方式进行存储。进一步，所述主控模块对接收到的超声信号和紫外信号进行局部放电信息分析处理具体包括：对超声信号进行频谱分析和对紫外信号进行紫外脉冲信号统计分析。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，融合超声、紫外传感两种非电气检测技术，提出一种复杂强电磁干扰环境下高压电缆的局部放电声光联合检测方法及系统，基于低成本、便携式的超声、紫外传感器可进行非固定式高压电缆巡检的局部放电检测方式，实现高压电缆局部放电紫外光及超声信号的同步高效采集，再通过超声和紫外光脉冲的多分析域局放信息挖掘与融合处理进行局部放电类型识别、电缆故障诊断与健康状况评估，还实现了两路局放信息的实时存储、分析及可进一步在主控模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压电缆局部放电声光联合检测方法，其特征在于：所述方法如下对采集的超声波信号和紫外脉冲信号分别进行局部放电特征信息提取和统计；对超声波信号的局部放电特征信息和紫外脉冲信号的局部放电特征信息进行信息融合；基于KNN分类方法对融合后的局部放电特征信息进行局部放电类型判断；基于判断得到的局部放电类型进行电缆故障判断与健康状态评估。

【技术特征摘要】
1.一种高压电缆局部放电声光联合检测方法，其特征在于：所述方法如下对采集的超声波信号和紫外脉冲信号分别进行局部放电特征信息提取和统计；对超声波信号的局部放电特征信息和紫外脉冲信号的局部放电特征信息进行信息融合；基于KNN分类方法对融合后的局部放电特征信息进行局部放电类型判断；基于判断得到的局部放电类型进行电缆故障判断与健康状态评估。2.根据权利要求1所述的一种高压电缆局部放电声光联合检测方法，其特征在于：所述方法在对采集的超声波信号和紫外脉冲信号分别进行局部放电特征信息提取之前还包括在如下步骤：对采集的超声波信号和紫外信号分别进行检测并判断是否发生局部放电，具体为：超声信号检测判断是否发生局部放电：对超声信号进行幅值检测，幅值超过设定阈值则判断发生局部放电；该步骤还包括防误判操作：对超声信号进行快速傅里叶变换，找出频率强度最高的频率值作为中心频率，检测到幅值超过设定阈值且中心频率在局放超声频率范围内则判断发生局部放电；紫外脉冲信号检测判断是否发生局部放电：检测到紫外信号有紫外脉冲信号则判断发生局部放电。3.根据权利要求1所述的一种高压电缆局部放电声光联合检测方法，其特征在于：所述提取和统计的局部放电特征信息包括：超声信号提取的：超声波数量、首尾超声波时间差、超声波峰峰值、超声波中心频率、中心频率强度、时域、频域、变换域以及模型参数特征；紫外脉冲信号提取的：紫外脉冲数量、首尾紫外脉冲时间差、脉冲平均间隔。4.根据权利要求1所述的一种高压电缆局部放电声光联合检测方法，其特征在于：所述对超声波信号的局部放电特征信息和紫外脉冲信号的局部放电特征信息进行信息融合的方法为：在特征层对超声波信号的局部放电特征信息和紫外脉冲信号的局部放电特征信息融合，先将超声波信号的局部放电特征信息和紫外脉冲信号的局部放电特征信息合成一个50维的高维特征向量，再对该特征向量进行特征降维或特征选取。5.根据权利要求1所述的一种高压电缆局部放电声光联合检测方法，其特征在于：所述基于KNN分类方法对融合后的局部放电特征信息进行局部放电类型判断的具体方法为：对融合后的局部放电特征信息进行统计分析不同类型局部放电的差异及其可分辨特征，并提取可分辨特征向量，建立局部放电类型事件特征库；基于KNN...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴慧娟，邱浩宇，唐波，路豪，阳思琦，粟永阳，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51