一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法及系统技术方案

本发明专利技术属于电气设备绝缘状态与故障诊断领域，公开了一种基于时频谱图与PCA算法的串联谐振下电缆附件局放测试干扰去除方法及系统。包括以下步骤：S1、搭建电缆串联谐振局放测试平台，采集原始信号并去除白噪声；S2、通过滑动时间窗进行单次脉冲的提取并绘制脉冲的小波变换时频谱图；S3、通过PCA算法对时频谱图矩阵进行降维处理；S4、通过自适应聚类算法对降维后的特征进行分类，并用分类得到的不同脉冲构造局放相位分布谱图用于不同类型的局部放电判别。本发明专利技术可对变频电源强干扰下局放信号与干扰信号进行区分，实现串联谐振下电缆耐压和局放的同步测试。和局放的同步测试。和局放的同步测试。

【技术实现步骤摘要】
一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法及系统


[0001]本专利技术涉及电气设备绝缘状态与故障诊断领域，具体而言，涉及一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法及系统。

技术介绍

[0002]交联聚乙烯(Cross
‑
linked Polyethylene,XLPE)电缆因其优良的电、热、机械性能，现被广泛的应用于城市配网系统中。但随着敷设长度与运行年限的增加，由电力电缆所导致的事故变得频繁发生，其中部分原因是由于电缆附件在制作过程中留下的人工缺陷在运行过程所产生的局部放电(以下简称“局放”)所导致的绝缘劣化，因此对电缆以及附件进行局部放电测试能及时发现潜在的缺陷，有利于电力系统的稳定运行。
[0003]新投运的电缆线路必须通过耐压测试。变频串联谐振耐压法因设备功率小，与工频等效性好，现场实施可行性高，是目前最有效的耐压试验方法。由于上述人工缺陷存在一定潜伏性，在缺陷发展初期进行的耐压测试可能并不会导致击穿，但在长期电压的作用下则可能导致事故的发生。因此，业内推荐电缆耐压与局放测试同步进行。
[0004]传统变频串联谐振系统因变频电源开关元件动作产生的强电磁干扰分布在整个相位周期上。因此，对于变频串联谐振下的局放测试关键在于局放信号与干扰信号的分离。目前过国内外研究人员主要从硬件与软件两个方面对该问题进行研究。硬件方面，有学者利用等脉宽调制代替正弦脉宽调制，该方法虽然有效减小了干扰信号数量，但对串联谐振的频率有所要求，因此需要多种不同规格的电抗器与不同的被测电缆样本适配。此外，也有学者通过UHF天线与HFCT传感器对干扰信号与放电信号进行采集，并通过“差分”的思想对干扰进行去除，该方法对传感器的摆放位置具有一定要求，且当放电信号过大时，UHF天线也有可能检测到放电信号，无法实现脉冲的区分。软件方面，有学者波形特征与时频参数进行提取，并通过聚类算法对干扰进行分离，但当存在两种以上人工缺陷时，所提取的局放信号特征具有重叠的可能，进而导致无法分离。此外，有学者基于脉冲波形特征利用最小二乘法拟合波形轮廓进而实现PD信号和干扰信号的分离，其效果较好，但容易收到算法参数选取的影响，且计算消耗时间较长。
[0005]有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是现有的局部放电测试方法无法在变频电源腔干扰下对局放信号与干扰信号进行有效区分。目的在于提供一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法及系统，借助于PCA算法对时频谱图有效的特征提取能力，实现变频电源强干扰下局放信号与干扰信号的区分，最终实现串联谐振下电缆耐压和局放的同步测试。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一方面，本专利技术提供一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法，包括以下步骤：S1：搭建电缆串联谐振局放测试平台，利用所述电联串联谐振局放测试平台采集原始
数据；S2：通过滑动时间窗从所述原始数据中提取出单次脉冲，绘制所述单次脉冲的小波变换时频谱图；S3：通过PCA算法对所述小波变换时频谱图对应的矩阵进行降维处理；S4：通过自适应聚类算法对降维后的特征进行分类，用分类得到的各簇脉冲构造局放相位分布图，利用所述局放相位分布图对不同类型的局部放电进行判别。
[0009]进一步的，所述电缆串联谐振局放测试平台包括变频电源、励磁变压器、分压器、电抗其、高频电流传感器、数据采集单元和数据处理单元；所述原始数据包括由所述高频电流传感器采集的多个周期的放电信号和由所述分压器采集的电压信号，所述放电信号中掺杂有干扰信号。
[0010]进一步的，所述S1还包括以下步骤：去除原始数据的白噪声。
[0011]进一步的，所述S2包括以下步骤：S21：设置电压阈值V
th
，所述电压阈值V
th
为高频电流传感器测得的当前测试条件下背景噪声幅值的两倍；设置时间滑动窗的长度T
w
和滑动步长T
w/2
，所述时间滑动窗的长度T
w
为1us/采样间隔时间；对所述高频电流传感器采集的多个周期的放电信号取绝对值；在所述滑动时间窗向后移动的过程中，利用所述滑动时间窗对多个周期的放电信号的绝对值进行截取，每截取一次，将截取的数据与所述电压阈值V
th
进行比较，将第一次出现所述滑动窗内的幅值大于所述电压阈值V
th
的时刻作为脉冲起始时刻，当出现所述滑动窗内的幅值小于所述电压阈值V
th
时，将对应时刻作为脉冲终止时刻，记录所述脉冲起始时刻到所述脉冲终止时刻之间的脉冲序列P＝[P1,P2,P3,
…
,P
n
]和脉冲位置索引L＝[L1,L2,L3,
…
,L
n
]，其中P
i
一次脉冲序列，V
i
为P
i
在原数据中位置索引；S22：将所述滑动时间窗向后移动过程中记录得到的所有脉冲序列的长度进行统一，并统计每一个脉冲序列的长度，记最长的脉冲长度为N，将所有长度少于N的脉冲序列向后补位；S23：计算获得所述脉冲序列的频域下的能量积累百分值，统计能量积累百分值为95％的频率的平均值，将所述平均值向上取整，将获得的整数值作为上限频率；根据所述上限频率绘制得到每个脉冲的小波变换时频谱图。
[0012]进一步的，所述S3包括：S31：对所有时频谱图的像素进行压缩，得到大小为64
×
64的脉冲时频矩阵；S32：对所述脉冲时频矩阵进行降维处理，得到2维的脉冲时频矩阵。
[0013]进一步的，所述自适应聚类算法为密度峰值快速搜索与聚类算法；所述不同类型的局部放电包括刀痕缺陷放电，外半导电层凸起缺陷放电、金属颗粒缺陷放电和预制件错位缺陷放电。
[0014]另一方面，本专利技术提供一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试系统，包括：平台搭建模块，用于搭建电缆串联谐振局放测试平台；数据采集模块，用于控制所述电联串联谐振局放测试平台采集原始数据；脉冲提取模块，用于建立滑动时间窗，通过所述滑动时间窗从所述原始数据中提取出单次脉冲；频谱图绘制模块，用于绘制所述单次脉冲的小波变换时频谱图；数据处理模块，用于通过PCA算法对所述小波变换时频谱图对应的矩阵进行降维处理；特征分类模块，用于通过自适应聚类算法对降维后的特征进行分类；相位分布图构造模块，用于根据分类得到的各簇脉冲构造局放相位分布图；局放判别模块，用于根据所述局放相位分布图对不同类型的局部放电进行判别。
[0015]进一步的，本系统还包括噪声处理模块，用于去除原始数据的白噪声。
[0016]进一步的，所述脉冲提取模块包括：电压阈值设置单元，用于设置电压阈值V
th
，所述电压阈值V
th
为高频电流传感器测得的当前测试条件下背景噪声幅值的两倍；滑动窗设置
单元，用于设置时间滑动窗的长度T
w
和滑动步长T...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：搭建电缆串联谐振局放测试平台，利用所述电联串联谐振局放测试平台采集原始数据；S2：通过滑动时间窗从所述原始数据中提取出单次脉冲，绘制所述单次脉冲的小波变换时频谱图；S3：通过PCA算法对所述小波变换时频谱图对应的矩阵进行降维处理；S4：通过自适应聚类算法对降维后的特征进行分类，用分类得到的各簇脉冲构造局放相位分布图，利用所述局放相位分布图对不同类型的局部放电进行判别。2.根据权利要求1所述的一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法，其特征在于，所述电缆串联谐振局放测试平台包括变频电源、励磁变压器、分压器、电抗其、高频电流传感器、数据采集单元和数据处理单元；所述原始数据包括由所述高频电流传感器采集的多个周期的放电信号和由所述分压器采集的电压信号，所述放电信号中掺杂有干扰信号。3.根据权利要求1或2所述的一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法，其特征在于，所述S1还包括以下步骤：去除原始数据的白噪声。4.根据权利要求1所述的一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：S21：设置电压阈值V
th
，所述电压阈值V
th
为高频电流传感器测得的当前测试条件下背景噪声幅值的两倍；设置时间滑动窗的长度T
w
和滑动步长T
w/2
，所述时间滑动窗的长度T
w
为1us/采样间隔时间；对所述高频电流传感器采集的多个周期的放电信号取绝对值；在所述滑动时间窗向后移动的过程中，利用所述滑动时间窗对多个周期的放电信号的绝对值进行截取，每截取一次，将截取的数据与所述电压阈值V
th
进行比较，将第一次出现所述滑动窗内的幅值大于所述电压阈值V
th
的时刻作为脉冲起始时刻，当出现所述滑动窗内的幅值小于所述电压阈值V
th
时，将对应时刻作为脉冲终止时刻，记录所述脉冲起始时刻到所述脉冲终止时刻之间的脉冲序列P＝[P1,P2,P3,
…
,P
n
]和脉冲位置索引L＝[L1,L2,L3,
…
,L
n
]，其中P
i
一次脉冲序列，V
i
为P
i
在原数据中位置索引；S22：将所述滑动时间窗向后移动过程中记录得到的所有脉冲序列的长度进行统一，并统计每一个脉冲序列的长度，记最长的脉冲长度为N，将所有长度少于N的脉冲序列向后补位；S23：计算获得所述脉冲序列的频域下的能量积累百分值，统计能量积累百分值为95％的频率的平均值，将所述平均值向上取整，将获得的整数值作为上限频率；根据所述上限频率绘制得到每个脉冲的小波变换时频谱图。5.根据权利要求1所述的一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法，其特征在于，所述S3包括：S31：对所有时频谱图的像素进行压缩，得到大小为64
×
64的脉冲时频矩阵；S32：对所述脉冲时频矩阵进行降维处理，得到2维的脉冲时频矩阵。6.根据权利要求1所述的一种电力电缆变频串联谐振下局部放电测试方法，其特征在于，所述自适应聚类算法为密度峰值快速搜索与聚类...

【专利技术属性】
技术研发人员：李巍巍，罗洋，刘凡，崔涛，雷潇，方玉，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：