一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置，主要由控制按键、微处理器、阶跃信号发生仪、SMA连接器、数据采集模块和波速计算模块组成；其中，控制按键的输出端和微处理器相连，微处理器的两个控制信号输出端分别和阶跃信号发生仪的控制信号输入端、数据采集模块的控制信号输入端相连，阶跃信号发生仪的信号输出端和SMA连接器的输入端相连，SMA连接器的输出端和电缆相连；同时SMA连接器的输入端和数据采集模块的信号采集输入端相连，数据采集模块的信号输出端和波速计算模块的信号输入端相连。本实用新型专利技术构造简单、生产成本低，波速计算值精确度高，实现电缆故障定位的高准确率。

A device for calculating the wave velocity in the detection system of partial discharge of cable oscillation wave

【技术实现步骤摘要】
一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置
本技术属于电力设备绝缘状态检测的
，特别涉及一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置。
技术介绍
局部放电检测作为一种非破坏性的技术，已被广泛应用于评估中高压电力电缆的绝缘状态。电缆故障定位多采用振荡波技术，振荡波技术与近年来广泛采用的时域反射法相结合，形成了用于电缆缺陷定位的振荡波测试系统，该方式在交联聚乙烯电缆现场试验中已逐渐被认可。时域反射法在进行电缆故障定位时需要首先计算振荡波在电缆中的传播速度，波速计算的难点在于确定入射波和反射波的时间差。但在进行现场波速测量时不可避免地存在干扰信号，干扰严重时可淹没入射波和反射波的脉冲起始点，因此将入射波、反射波信号和噪声信号有效分离是提高波速计算精度的关键。在将入射波、反射波信号和噪声信号有效分离方面，目前主要采用小波变换与阈值法。阈值法通过设定一个阈值来区分脉冲和噪声信号，同时判断入射波和反射波的起始端点及结束端点，该方法在信噪比较高时效果很好，但信噪比较低时，阈值过高易将反射波当成噪声，阈值过低易将噪声识别为反射波。小波变换在信噪比高时可以有效滤除噪声，但当干扰信号的瞬时幅值和频率与脉冲信号相当时，滤除噪声的同时也会将噪声脉冲幅值、波形形状畸变。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术存在的不足，提供了一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置，用于采用振荡波检测电缆故障时计算波速，实现电缆故障定位的高准确率。为了实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置，主要由控制按键、微处理器、阶跃信号发生仪、SMA连接器、数据采集模块和波速计算模块组成；其中，控制按键的输出端和微处理器相连，微处理器的两个控制信号输出端分别和阶跃信号发生仪的控制信号输入端、数据采集模块的控制信号输入端相连，阶跃信号发生仪的信号输出端和SMA连接器的输入端相连，SMA连接器的输出端和电缆相连；同时SMA连接器的输入端和数据采集模块的信号采集输入端相连，数据采集模块的信号输出端和波速计算模块的信号输入端相连。本技术进一步说明，所述控制按键，用于按照需求调整脉冲波形的幅值、上升沿和产生间隔等参数，并控制阶跃信号发生仪和数据采集模块的开断。本技术进一步说明，所述微处理器，一方面用于给阶跃信号发生仪中的控制寄存器写入控制字，实现对脉冲波形参数的调节和阶跃信号发生仪的开断；另一方面用于控制数据采集模块的导通，实现数据的采集。本技术进一步说明，所述阶跃信号发生仪，用于产生一个正向的阶跃信号，该阶跃信号沿着电缆向前传输，当负载阻抗和电缆阻抗不匹配时，将产生一个反射信号。本技术进一步说明，所述SMA连接器，用于实现电缆和阶跃信号发生仪的连接。本技术进一步说明，所述数据采集模块，用于采集阶跃信号在电缆传输的反射波与入射波，采样率为100Ms/s。本技术进一步说明，所述波速计算模块，选用ZYNQ7020可扩展平台，用于根据内置的波速计算算法对测试获取的入射波和反射波进行分析，得到电磁波在电缆中的传播速度。在本技术中波速计算模块内置的波速计算算法主要是：首先利用谱减法对带噪放电信号进行降噪处理，提高信号的信噪比；然后在此基础上采用小波变换的方法滤除谱减法引入的“音乐噪声”，进一步提高降噪效果，为局部放电入射波和反射波脉冲的提取和准确定位奠定基础；最后通过阈值法确定入射波和反射波的起始位置，确定入射波和反射波时间差，进而确定波速。具体包括以下步骤：（1）噪声估计；采用最小约束递归平均法（MCRA）来对噪声功率谱进行估计；具体为：MCRA首先根据带噪放电信号平滑功率谱与其本地最小值之间的比值来判断带噪放电信号功率谱中各频带是否存在放电脉冲，然后利用相邻帧之间的放电脉冲存在相关性计算放电脉冲出现的概率，最后根据放电脉冲出现的概率调节噪声谱更新系数，并加权带噪语音功率谱得到估计的噪声谱；（2）谱减法降噪；对带噪放电信号分帧后做傅立叶变换，求出带噪放电信号的功率谱；纯净放电信号的噪声功率谱；忽略噪声相位和带噪放电信号相位的差别，纯净放电信号的估计值可通过对逆傅立叶变换得到；（3）小波去噪；使用基函数db6小波和软阈值滤除谱减法可能带来的音乐噪声；（4）阈值查找入射波、反射波起始位置；设阈值thr为噪声估计值的2倍，从数据的第一个窗口开始向后移动，设置标志位flag=0；如果在该窗口中有大于thr的点，则将该窗口的起始点记录下来，做为该脉冲的起始点；并将标志位flag修改为1；接着窗口向后进行移动，当移动到某个窗口中所有的值均小于thr时，跳出本次循环，将该窗口所处于的起始位置记录下作为该脉冲的结束点，并置flag为0；以便进行下次循环寻找下一个脉冲的起始与结束点；（5）波速计算；根据时域反射法可得，波速，其中L为电缆长度，为反射波起始位置的时间和入射波起始位置的时间之差。与现有技术相比较，本技术具备的有益效果：本技术构造简单、生产成本低，波速计算值精确度高，实现电缆故障定位的高准确率。本技术中波速计算模块通过谱减-小波去噪方法来抑制电缆振荡波局部放电检测时包含的噪声，能够有效地滤除噪声，去噪后的信号和原始信号更接近，且这种降噪能力与噪声水平无关，在低信噪比时保持高计算精度，且波形畸变小。附图说明图1是本技术一实施例的结构框架示意图。图2是本技术一实施例的电缆波速计算方法流程图；图3是本技术实施例提及的谱减-小波法对信噪比高的脉冲波形处理结果，以及和小波去噪结果的对比；图4是本技术实施例提及的谱减-小波法对信噪比低的脉冲波形处理结果，以及和小波去噪结果的对比。具体实施方式下面结合附图对本技术进一步说明。实施例：如图1所示，一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置，主要由控制按键、微处理器、阶跃信号发生仪、SMA连接器、数据采集模块和波速计算模块组成；其中，控制按键的输出端和微处理器相连，微处理器的两个控制信号输出端分别和阶跃信号发生仪的控制信号输入端、数据采集模块的控制信号输入端相连，阶跃信号发生仪的信号输出端和SMA连接器的输入端相连，SMA连接器的输出端和电缆相连；同时SMA连接器的输入端和数据采集模块的信号采集输入端相连，数据采集模块的信号输出端和波速计算模块的信号输入端相连。在本实施例中，所述控制按键，用于按照需求调整脉冲波形的幅值、上升沿和产生间隔等参数，并控制阶跃信号发生仪和数据采集模块的开断。所述微处理器，一方面用于给阶跃信号发生仪中的控制寄存器写入控制字，实现对脉冲波形参数的调节和阶跃信号发生仪的开断；另一方面用于控制数据采集模块的导通，实现数据的采集。所述阶跃信号发生仪，用于产生一个正向的阶跃信号，该阶跃信号沿着电缆向前传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置，其特征在于：主要由控制按键、微处理器、阶跃信号发生仪、SMA连接器、数据采集模块和波速计算模块组成；其中，控制按键的输出端和微处理器相连，微处理器的两个控制信号输出端分别和阶跃信号发生仪的控制信号输入端、数据采集模块的控制信号输入端相连，阶跃信号发生仪的信号输出端和SMA连接器的输入端相连，SMA连接器的输出端和电缆相连；同时SMA连接器的输入端和数据采集模块的信号采集输入端相连，数据采集模块的信号输出端和波速计算模块的信号输入端相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置，其特征在于：主要由控制按键、微处理器、阶跃信号发生仪、SMA连接器、数据采集模块和波速计算模块组成；其中，控制按键的输出端和微处理器相连，微处理器的两个控制信号输出端分别和阶跃信号发生仪的控制信号输入端、数据采集模块的控制信号输入端相连，阶跃信号发生仪的信号输出端和SMA连接器的输入端相连，SMA连接器的输出端和电缆相连；同时SMA连接器的输入端和数据采集模块的信号采集输入端相连，数据采集模块的信号输出端和波速计算模块的信号输入端相连。


2.根据权利要求1所述的电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置，其特征在于：所述控制按键，用于按照需求调整脉冲波形的幅值、上升沿和产生间隔参数，并控制阶跃信号发生仪和数据采集模块的开断。


3.根据权利要求1所述的电缆振荡波局放检测系统用波速计算装置，其特征在于：所述微处理器，一方面用于给阶跃信号发生仪中的控制寄存器写入控制字，实现对脉冲波形参数的...

【专利技术属性】
技术研发人员：常文治，毕建刚，袁帅，弓艳朋，杜非，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11