本发明专利技术涉及一种电缆绝缘状态监测技术领域，是一种基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法及装置，引入复介电常数表征电缆绝缘状态，构建电缆的频变分布参数模型；整合电缆两端的谐波电压信号和电流信号，构建获得复介电常数的目标函数；分析目标函数对绝缘参数敏感的频段区间，采用非线性拟合得到绝缘层的复介电常数；将绝缘层的复介电常数与不同绝缘状态下的复介电常数参考值比较。本发明专利技术高频次、宽频域的谐波可以提供丰富数据来源额特性，解决了现有离线监测信息量不足的问题，同时将自然存在的谐波作为诊断信号，无需额外给电缆注入诊断信号，在实现电缆绝缘状态在线监测的同时，能有效避免干扰电力系统稳定的运行。行。行。
【技术实现步骤摘要】
基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法及装置
[0001]本专利技术涉及一种电缆绝缘状态监测
，是一种基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法及装置。
技术介绍
[0002]电缆结构复杂，敷设环境恶劣，且易受温度、电场、机械应力等的影响，其整体的绝缘性会随着工作时间的增加而逐渐劣化，最终引发电气故障。为了保证电缆和互联输电系统的稳定运行，及时掌握电缆的运行状况，必须对电缆的绝缘状态进行有效的在线监测。
[0003]目前对于电缆绝缘状态的检测方法主要分为离线测试方法和在线测试方法。离线测试方法相对成熟，主要是检修人员需要将工作中的电缆定期退出运行，然后施加高频测试信号进行诊断测试，该测试方法不仅会影响电力系统的正常运行，而且可能会在测试过程中对电缆造成进一步的损伤，同时离线测试方法获得的关于电缆绝缘状态的信息量不足，易造成检测精度不高。在线测试方法包括接地电流法、局部放电法、在线注入直流或交流信号等，需要额外在线注入诊断信号，故而易受环境影响，并且在线测试方法虽然能提高监测精度，但是容易影响系统的稳定运行。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供了一种基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法及装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有离线的电缆绝缘状态监测方法存在的需将工作中的电缆定期退出运行，对电力系统的正常运行造成影响，且获得的关于电缆绝缘状态的信息量不足的问题。进一步解决了现有在线的电缆绝缘状态监测方法存在的需额外在线注入诊断信号，易干扰电力系统稳定运行的问题。
[0005]本专利技术的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法，包括：
[0006]引入复介电常数表征电缆绝缘状态，并结合电缆的结构和参数构建电缆的频变分布参数模型；
[0007]确定谐波沿电缆的双向传导模型，整合电缆两端的谐波电压信号和电流信号，构建获得复介电常数的目标函数；
[0008]分析目标函数对绝缘参数敏感的频段区间，基于频段区间的谐波数据，采用非线性拟合得到绝缘层的复介电常数；
[0009]将绝缘层的复介电常数与不同绝缘状态下的复介电常数参考值比较，确定电缆的绝缘状态。
[0010]下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：
[0011]上述引入复介电常数表征电缆绝缘状态，并结合电缆的结构和参数构建电缆的频变分布参数模型，包括：
[0012]针对单芯电缆，获得等效的单位串联阻抗Z0；
[0013][0014]其中，σ1和σ6分别是铝和铜的电导率；μ0是真空中的磁导率，r1和r5分别是铝芯半径和铜屏蔽层到中心的外半径，ρ是金属屏蔽层中每条屏蔽线的半径，n是屏蔽层中屏蔽线的总数，w为角频率；
[0015]由内外半导体屏蔽层、绝缘层及屏蔽床拟合获得等效的单位并联导纳Y0；
[0016][0017]其中，Y
n
为每层材料单位长度的等效导纳，ε0是真空中的介电常数，r
n
和t
n
分别是第n层材料的外半径和厚度，是第n层材料的相对复介电常数，是第n层材料的相对复介电常数，是第n层材料的的拟合常数，和是松弛时间，是直流电导率，是高频下的复介电常数，是电缆绝缘层的复介电常数；
[0018]基于单位串联阻抗Z0和单位并联导纳Y0构建如下所示的电缆的频变分布参数模型；
[0019][0020][0021]其中，Z
L
是特征参数中的特征阻抗，γ是特征参数中的传播常数，γ的实部和虚部分别是衰减系数α和相位常数β，是相角，
[0022]上述确定谐波沿电缆的双向传导模型，整合电缆两端的谐波电压信号和电流信号，构建获得复介电常数的目标函数，包括：
[0023]确定谐波沿电缆传导的等效模型，并利用一个接入点的某次谐波电压和电流表示另一接入点的某次谐波电压和电流；
[0024][0025][0026]其中，和是一个接入点某次谐波电压和电流，和是另一接入点某次谐波电压和电流；
[0027]根据和获得H
u
和H
i
的倒数；
[0028][0029][0030]其中，Z0是电缆的单位串联阻抗，γ是特征参数中的传播常数；
[0031]根据上述，获得H
ui
的模值；
[0032][0033][0034]构建获得复介电常数的目标函数：
[0035][0036]上述分析目标函数对绝缘参数敏感的频段区间，基于频段区间的谐波数据，采用非线性拟合得到绝缘层的复介电常数，包括：
[0037]分析目标函数，获得如下的目标函数对绝缘参数敏感的频段区间；
[0038][0039]其中，是绝缘参数ε3'在h次谐波下的灵敏度，是绝缘参数ε3"在h次谐波下的灵敏度，Δε3'和Δε3"是代表ε3'和ε3"的微小增量；
[0040]基于频段区间的谐波数据，利用非线性最小二乘拟合算法求解目标函数，其中目标函数的迭代公式如下所示：
[0041][0042][0043]其中，雅可比矩阵其中，雅可比矩阵是每一步迭代计算的误差向量，当小于要求的容忍值时迭代停止，的初始值设置为电缆正常绝缘状态下
的复介电常数值。
[0044]利用下式得到绝缘层的复介电常数
[0045][0046]本专利技术的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测装置包括：
[0047]初次模型构建单元，引入复介电常数表征电缆绝缘状态，并结合电缆的结构和参数构建电缆的频变分布参数模型；
[0048]目标函数构建单元，确定谐波沿电缆的双向传导模型，整合电缆两端的谐波电压信号和电流信号，构建获得复介电常数的目标函数；
[0049]复介电常数获取单元，分析目标函数对绝缘参数敏感的频段区间，基于频段区间的谐波数据，采用非线性拟合得到绝缘层的复介电常数；
[0050]绝缘状态确定单元，将绝缘层的复介电常数与不同绝缘状态下的复介电常数参考值比较，确定电缆的绝缘状态。
[0051]本专利技术的技术方案之三是通过以下措施来实现的：一种存储介质，所述存储介质上存储有能被计算机读取的计算机程序，所述计算机程序被设置为运行时执行基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法。
[0052]本专利技术的技术方案之四是通过以下措施来实现的：一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，计算机程序由处理器加载并执行以实现基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法。
[0053]本专利技术利用谐波数据易于在线监测，且高频次、宽频域的谐波可以提供丰富数据来源额特性，解决了现有离线监测信息量不足的问题，同时本专利技术将自然存在的谐波作为诊断信号，无需额外给电缆注入诊断信号，在实现电缆绝缘状态在线监测的同时，能有效避免干扰电力系统稳定的运行。
附图说明
[0054]图1为本专利技术的方本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法，其特征在于，包括：引入复介电常数表征电缆绝缘状态，并结合电缆的结构和参数构建电缆的频变分布参数模型；确定谐波沿电缆的双向传导模型，整合电缆两端的谐波电压信号和电流信号，构建获得复介电常数的目标函数；分析目标函数对绝缘参数敏感的频段区间，基于频段区间的谐波数据，采用非线性拟合得到绝缘层的复介电常数；将绝缘层的复介电常数与不同绝缘状态下的复介电常数参考值比较，确定电缆的绝缘状态。2.根据权利要求1所述的基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法，其特征在于，所述引入复介电常数表征电缆绝缘状态，并结合电缆的结构和参数构建电缆的频变分布参数模型，包括：针对单芯电缆，获得等效的单位串联阻抗Z0；其中，σ1和σ6分别是铝和铜的电导率；μ0是真空中的磁导率，r1和r5分别是铝芯半径和铜屏蔽层到中心的外半径，ρ是金属屏蔽层中每条屏蔽线的半径，n是屏蔽层中屏蔽线的总数，w为角频率；由内外半导体屏蔽层、绝缘层及屏蔽床拟合获得等效的单位并联导纳Y0；其中，Y
n
为每层材料单位长度的等效导纳，ε0是真空中的介电常数，r
n
和t
n
分别是第n层材料的外半径和厚度，是第n层材料的相对复介电常数，是第n层材料的相对复介电常数，是第n层材料的的拟合常数，和是松弛时间，是直流电导率，是高频下的复介电常数，是电缆绝缘层的复介电常数；基于单位串联阻抗Z0和单位并联导纳Y0构建如下所示的电缆的频变分布参数模型；构建如下所示的电缆的频变分布参数模型；其中，Z
L
是特征参数中的特征阻抗，γ是特征参数中的传播常数，γ的实部和虚部分别是衰减系数α和相位常数β，是相角，
3.根据权利要求1或2所述的基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法，其特征在于，所述确定谐波沿电缆的双向传导模型，整合电缆两端的谐波电压信号和电流信号，构建获得复介电常数的目标函数，包括：确定谐波沿电缆传导的等效模型，并利用一个接入点的某次谐波电压和电流表示另一接入点的某次谐波电压和电流；接入点的某次谐波电压和电流；其中，和是一个接入点某次谐波电压和电流，和是另一接入点某次谐波电压和电流；根据和获得H
u
和H
i
的倒数；的倒数；其中，Z0是电缆的单位串联阻抗，γ是特征参数中的传播常数；根据上述，获得H
ui
的模值；的模值；构建获得复介电常数的目标函数：4.根据权利要求1或2所述的基于宽频域谐波数据的电缆绝缘状态在线监测方法，其特征在于，所述分析目标函数对绝缘参数敏感的频段区间，基于频段区间的谐波数据，采用非线性拟合得到绝缘层的复介电常数，包括：分析目标函数...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠游，侯冰，徐方维，赵普志，何玲，
申请(专利权)人：国家电网有限公司四川大学，
类型：发明
国别省市：
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