一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法技术

一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法，以局部放电信号分布的相位作为相位调整的基准，使用内同步技术，减少局部放电巡检设备对工频电源的依赖，扩大了检测设备在变电站全站的巡检范围，提升了变电站全站局部放电的检测效率；通过计算PRPD图谱中相位‑幅值散点的聚类中心获得当前图谱与工频周期的偏离度，根据偏离度调整图谱相位使得图谱相位有序，使得图谱相位与工频周期同步。

【技术实现步骤摘要】
一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法
本专利技术涉及高压电气设备绝缘状态检测
，具体的说是一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法。
技术介绍
局部放电是电气设备绝缘裂化的标志，又是使绝缘进一步裂化的原因。基于特高频法的局部放电检测实现了非接触式检测，极大提升了局部放电检测的效率。PRPD(相位分辩的局部放电)/PRPS(相位分辩的脉冲序列)图谱作为局部放电特高频信号的常用分析方法，能够有效的分析局部放电的类型，而PRPD/PRPS图谱的其中一项关键技术为工频相位同步技术。工频相位同步的基本原理为：以电网的工频周期的0°起点、以360°为终点，对检测的局部放电时域信号截取多段信号，在截取的信号内提取局部放电发生的脉冲信号，获得各个脉冲信号的幅值和该脉冲相对工频周期的相位。将各个脉冲信号的幅值和相位按照PRPD/PRPS图谱的形式在检测设备的显示屏上显示，其中PRPD图谱为二维的相位-幅值散点图，PRPS图谱为三维相位-时间-幅值图。同步所用的工频周期信号获取方法主要在工频电源直接获取，具体有两种手段：一种方法是将感应装置直接接在电源上，通过降压滤波后与采集装置连接，由于需要将局部放电检测设备直接连接在电源上，这种方法适于实验室检测使用。另一种方法是通过无线传输模式，将工频周期感应装置与工频电源连接，检测工频电源的0°点，将该0°点通过无线传输的方式传输至检测设备，这种方法适于变电站现场检测，但是传输距离有限，无法实现全站的覆盖，对于局部放电巡检设备在整个变电站的使用存在较大的限制。为摆脱变电站全站巡检对工频电源的限制，一些局部放电检测设备使用检测设备自身提供的定时器进行定时，每20ms输出一次同步信号，用于截取检测到的局部放电时域信号。这种方法使用存在一个前提假设，即电网的电压频率为标准的50Hz，但是实际的电网电压频率存在一定的波动性，GB/T15945-2008《电能质量电力系统频率允许偏差》中规定，电网频率最大偏差不大于1Hz，因此检测设备自身的定时器无法与电网的频率保持同步，直接导致获得的PRPD/PRPS图谱相位紊乱。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于局部放电PRPD/PRPS图谱相位同步方法，减少变电站巡检对工频电源的依赖，扩大变电站巡检范围，使得图谱相位有序，达到PRPD/PRPS图谱与工频周期同步的目的。为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法，相位同步方法包括以下步骤：S1、采集局部放电特高频信号，并截取多段原始信号；S2、从原始信号中提取局部放电脉冲的幅值和相位作为脉冲特征；S3、基于脉冲特征绘制原始PRPD(相位分辩的局部放电)/PRPS(相位分辩的脉冲序列)图谱；S4、在原始PRPD/PRPS图谱中截取多个散点，并获取散点的相位和幅值；S5、基于峰值-密度算法获取多个散点的聚类中心，并提取聚类中心的数量；S6、以聚类中心的数量作为特征值修正聚类中心的相位；S7、根据修正后的聚类中心相位修正PRPD/PRPS图谱并输出图谱。作为上述一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法的进一步优化：S1的具体步骤为：S101、采集局部放电特高频时域信号s(n)，n为采样点序数；S102、设定采样率为fS/s，f为每秒获得局部放电特高频时域信号的点数，以20ms作为工频周期，每次截取对1s的信号，共获得50段原始信号，标记为si(n)，i为原始信号的序数，i＝1、2、...、50，n＝1、2、...、f/50；作为上述一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法的进一步优化：S2的具体步骤为：S201、设定矩形时间窗，时间窗宽度为m，其中0<m<f/50，设定si(n)的搜索幅值阈值α，以si(n)的起始相位为搜索起始点；S202、获取si(n)的连续m个采样点，计算m个采样点的幅值并获取幅值最大值，当幅值最大值大于α时，记录幅值最大值及其对应的相位；当幅值最大值小于α时，移动时间窗，每次移动一个采样点，当时间窗框选的原始信号中第一次幅值最大值大于α时，将此时的幅值sloc_max_i(n)存储于数组amp[]中，将其对应的相位loc_maxi(n)存储于数组loc[]中，当出现前一次时间窗框选的信号段中的采样点的幅值最大值大于α，而移动一个采样点后时间窗内的信号段内的幅值最大值小于α时，保存loc[]和amp[]；S203、统计amp[]中最大值ampmax，并在loc[]中找到对应的相位locmax，ampmax和locmax即框选的原始信号中局部放电脉冲的幅值和相位；S204、按照S202和S203对50段原始信号依次处理，获得1s内局部放电信号中放电脉冲的相位loc_peaki(ti)和幅值amp_peaki(ti)，并将loc_peaki(ti)和amp_peaki(ti)作为局部放电信号的脉冲特征，ti为每段信号局部放电信号脉冲的个数。作为上述一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法的进一步优化：S3的具体方法为：将loc_peaki(ti)折算至0°-360°范围内：基于amp_peaki(ti)和折算后的loc_peaki(ti)绘制PRPD/PRPS图谱。作为上述一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法的进一步优化：S4的具体方法为：获取amp_peaki(ti)的最大值amp_peakmax，在PRPD/PRPS图谱中截取幅值在与amp_peakmax之间的多个散点，并获取散点的相位loc_peak(q)和幅值amp_peak(q)，其中，q为提取到的局部放电信号的序数，Q为提取散点的总数。作为上述一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法的进一步优化：S5的具体步骤为：S501、计算任意两个散点之间的欧氏距离dqj：式中，j∈1，2，3，…，q，…，Q，且j≠q；S502、计算各散点之间的局部密度ρq：式中，dc为截断距离，取dqj最大值的2％作为截断距离dc；S503、计算各散点之间的距离δq：S504、以ρq和δq为坐标的横轴和纵轴建立坐标系，将各个散点绘制在坐标系中形成决策图，决策图中ρq和δq同时取得最大值的散点为聚类中心，统计聚类中心的数量G以及对应的相位loc_peakig(tig)和幅值amp_peakig(tig)。作为上述一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法的进一步优化：S6的具体方法为：当G＝0或G>3时，执行S7；当G＝1时，以该聚类中心的相位loc_peakiG(tiG)作为基准，将其相位修正为270°相位：loc_peaki(ti)＝loc_peaki(ti)-(l本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法，其特征在于：相位同步方法包括以下步骤：/nS1、采集局部放电特高频信号，并截取多段原始信号；/nS2、从原始信号中提取局部放电脉冲的幅值和相位作为脉冲特征；/nS3、基于脉冲特征绘制原始PRPD(相位分辩的局部放电)/PRPS(相位分辩的脉冲序列)图谱；/nS4、在原始PRPD/PRPS图谱中截取多个散点，并获取散点的相位和幅值；/nS5、基于峰值-密度算法获取多个散点的聚类中心，并提取聚类中心的数量；/nS6、以聚类中心的数量作为特征值修正聚类中心的相位；/nS7、根据修正后的聚类中心相位修正PRPD/PRPS图谱并输出图谱。/n

【技术特征摘要】
1.一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法，其特征在于：相位同步方法包括以下步骤：
S1、采集局部放电特高频信号，并截取多段原始信号；
S2、从原始信号中提取局部放电脉冲的幅值和相位作为脉冲特征；
S3、基于脉冲特征绘制原始PRPD(相位分辩的局部放电)/PRPS(相位分辩的脉冲序列)图谱；
S4、在原始PRPD/PRPS图谱中截取多个散点，并获取散点的相位和幅值；
S5、基于峰值-密度算法获取多个散点的聚类中心，并提取聚类中心的数量；
S6、以聚类中心的数量作为特征值修正聚类中心的相位；
S7、根据修正后的聚类中心相位修正PRPD/PRPS图谱并输出图谱。


2.如权利要求1所述的一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法，其特征在于：S1的具体步骤为：
S101、采集局部放电特高频时域信号s(n)，n为采样点序数；
S102、设定采样率为fS/s，f为每秒获得局部放电特高频时域信号的点数，以20ms作为工频周期，每次截取对1s的信号，共获得50段原始信号，标记为si(n)，i为原始信号的序数，i＝1、2、...、50，n＝1、2、...、f/50。


3.如权利要求2所述的一种局部放电特高频信号PRPD/PRPS图谱相位同步方法，其特征在于：S2的具体步骤为：
S201、设定矩形时间窗，时间窗宽度为m，其中0<m<f/50，设定si(n)的搜索幅值阈值α，以si(n)的起始相位为搜索起始点；
S202、获取si(n)的连续m个采样点，计算m个采样点的幅值并获取幅值最大值，当幅值最大值大于α时，记录幅值最大值及其对应的相位；当幅值最大值小于α时，移动时间窗，每次移动一个采样点，当时间窗框选的原始信号中第一次幅值最大值大于α时，将此时的幅值sloc_max_i(n)存储于数组amp[]中，将其对应的相位loc_maxi(n)存储于数组loc[]中，当出现前一次时间窗框选的信号段中的采样点的幅值最大值大于α，而移动一个采样点后时间窗内的信号段内的幅值最大值小于α时，保存loc[]和amp[]；
S203、统计amp[]中最大值ampmax，并在loc[]中找到对应的相位locmax，ampmax和locmax即框选的原始信号中局部放电脉冲的幅值和相位；
S204、按照S202和S203对50段原始信号依次处理，获得1s内局部放电信号中放电脉冲的相位loc_peaki(ti)和幅值amp_peaki(ti)，并将loc_peaki(ti)和amp_peaki(ti)作为局部放电信号的脉冲特征，ti为每段信号局部放电信号脉冲的个数。

【专利技术属性】
技术研发人员：于汉启，王国栋，毛乃强，周明亮，刘波磊，赵阅群，李启江，李相辉，许崇新，张洪奎，闫同，张康，赵文达，李俊宏，李红新，李鹏飞，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司烟台供电公司，
类型：发明
国别省市：山东;37