分布式高壓電纜局部放電在線監測及定位系統的制作方法

本發明屬于電力電纜局部放電檢測技術領域，具體涉及到高壓電纜分布式局部放電在線監測及定位系統。

背景技術：

目前，交聯聚乙烯(XLPE)電纜已經廣泛應用于國家電網，其絕緣性能直接關系到電網安全運行，由于電纜制作工藝不良，電纜附件現場安裝不當等原因，電纜會產生局部放電，影響電纜的絕緣性，局部放電作為電纜絕緣老化的重要參數，因此對電纜的局部放電監測及定位尤為重要。

傳統的電力電纜局部放電檢測是在單點處(電纜接頭或者終端)進行帶電檢測，以判斷是否有局部放電，該方法測量到的局部放電精度較差，且無法判定放電來源。現場檢測時先將局部放電檢測儀布置在現場，再逐點測量，然后將測量的數據進行后臺離線分析，這種方法存在現場電磁干擾大，局部放電量小，極易被背景噪聲淹沒，難以定位等缺點，這種方法不再適用于高壓電力電纜尤其是長距離鋪設的電力電纜的局部放電檢測。

目前大多分布式局部放電監測采用的方法是在一條線路上同時布置有多個監測點，一般每個接頭放置一個監測點，在線監測時可對每個監測點進行實時數據采集，將每個監測點數據上傳至遠程服務器進行異地存儲和實時分析。

以上方法能夠檢測電纜的局部放電信號，但同時存在一定的問題：

(1)電纜局部放電在線監測系統，設備體積大，現場需要鋪設大量的光纖線纜，監測成本高；分布式電纜局部放電在線監測各單元需要同步采集，以便后續完成局放定位。

(2)電纜局部放電在線監測系統，依靠安裝的工頻電流傳感器采集工頻信號觸發三通道同步采集，系統采集20ms工頻周期時長，多次連續采集數據量較大，數據分析和定位較慢，局部放電的相位信息由工頻信號計算得出，無法檢測尚未運行的電纜線路。

技術實現要素：

針對現有的分布式電纜局部放電在線監測系統的問題，本發明地目的在于提出了一種分布式高壓電纜局部放電在線監測及定位系統，能夠對線路多點進行高速采集，可根據現場環境需要，選擇監測數據GPRS或者光纖傳輸至服務器，根據采集信號的幅值衰減趨勢，發現疑似放電大體位置，再對疑似放電的監測點進行高精度同步采集，從而進行局部放電診斷和定位；根據現場條件可采取外部工頻信號或內部工頻信號，對采集的局部放電進行相位匹配。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種分布式高壓電纜局部放電在線監測及定位系統，包括信號預處理模塊、局部放電采集模塊、數據信號處理模塊、通信模塊、電源模塊、數據分析模塊；信號預處理模塊連接外部傳感器，預處理模塊對傳感器耦合的信號進行數字濾波和放大調理后，由局部放電采集模塊采集調理后的信號，再將數據傳輸于數據信號處理模塊分析和處理，計算局部放電參量及PRPD譜圖信息，并通過通信模塊將局部放電信號測量結果發送至數據分析模塊；

所述的信號預處理模塊，對傳感器耦合的信號進行帶通濾波和放大，其輸出端作為局部放電采集模塊的輸入端；

所述的局部放電采集模塊，包括四通道同步采集、內部工頻信號輸出以及內部和外部工頻信號切換功能，以局部放電脈沖信號為觸發源，同步采集經過預處理過的三相信號以及工頻信號，采集速率為250MS/s，采集時長20us，連續采集設定次數后，然后將數據一次性返回，保證兩次采集時間間隔極小，可達幾us量級；

所述的數據信號處理模塊，對采集的局部放電信號及工頻信號進行處理和分析，計算得出局部放電的放電量、PRPD、PRPS譜圖，進一步計算波形的統計特征，將數據信息存儲或通過所述的通信模塊上傳至數據分析模塊，局部放電定位時，將同步采集波形傳輸至數據分析模塊進行判別；

所述的通信模塊包括GPRS無線通信和光纖通信兩種方式，可在數據信號處理模塊中進行設置，將局部放電信息傳輸至數據分析模塊，也可對各監測點進行同步采集參數設定；

所述的電源模塊為以上所述模塊提供電源；采用可充電蓄電池，輸出5V和12V電壓，保證系統內各模塊正常運行。

所述的數據分析模塊，實時接收并顯示各監測點的局部放電放電量、PRPD譜圖等統計特征，通過對比各監測點放電量的衰減程度，發現疑似局部放電大體位置，并通過長時間監測查看趨勢，進一步判斷是否發生局部放電。對放電源兩端監測點進行同步觸發采集，收集兩端監測點波形，對局部放電進行定位；數據分析模塊內的局部放電模式識別模塊可對局部放電信號進行類型判別，以判別局部放電的危害程度。

所述的局部放電模式識別模塊，是由所述的數據信號處理模塊進行的波形特征分析和所述的數據分析模塊的特征統計分析綜合得出的；所述的數據信號處理模塊對采集的波形進行小波包分解降噪，在分解的頻段內分別計算出能量熵，并進行歸一化，再與樣本庫的中不同放電類型的能量熵分布進行比較，得出放電類別，同時將局部放電的放電量，放電譜圖，統計特征包括偏斜度、突出度、互相關系數、放電量因數和相位不對稱度等參量通過所述的通信模塊傳輸至所述的數據分析模塊，數據分析模塊根據局部放電的統計特征在樣本庫中找出匹配的放電類型，與所述的數據信號處理模塊得出的放電類型進行綜合比較。

本發明的有益效果為：

(1)本發明系統采用快速幀技術，將一個局部放電脈沖片段定義為一幀，以局部放電脈沖信號作為觸發源，僅采集脈沖信號短時域波形，連續采集設定幀數后一次性將波形顯示，快速數據幀技術可實現局部放電脈沖的連續觸發，高速采集，及小容量存儲處理。

(2)通過分別比較各監測點的局部放電衰減信息，判定局部放電位置，并可通過設定各監測點同步采集參量，可實現各監測點高精度同步采集，從而對局部放電進行定位。

(3)根據局部放電的統計特性和波形特征向量，結合網絡神經算法和大量的樣本庫學習，提高了局部放電的模式識別準確度。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的實施的高壓電纜分布式局部放電在線監測系統的功能框圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明再作進一步詳細的說明。

參照圖1，一種分布式高壓電纜局部放電在線監測及定位系統，其特征在于，其包括信號預處理模塊、局部放電采集模塊、數據信號處理模塊、通信模塊、電源模塊、數據分析模塊；

所述的信號預處理模塊，對傳感器耦合的信號進行帶通濾波和放大，其輸出端作為局部放電采集模塊的輸入端；

所述的局部放電采集模塊，包括四通道同步采集、內部工頻信號輸出以及內部和外部工頻信號切換功能，以局部放電脈沖信號為觸發源，同步采集經過預處理過的三相信號以及工頻信號，采集速率為250MS/s，采集時長20us，連續采集設定次數后，然后將數據一次性返回，保證兩次采集時間間隔極小，可達幾us量級；

所述的數據信號處理模塊，對采集的局部放電信號及工頻信號進行處理和分析，計算得出局部放電的放電量、PRPD、PRPS譜圖，進一步計算波形的統計特征，將數據信息存儲或通過所述的通信模塊上傳至數據分析模塊，局部放電定位時，將同步采集波形傳輸至數據分析模塊進行判別；

所述的通信模塊包括GPRS無線通信和光纖通信兩種方式，可在數據信號處理模塊中進行設置，將局部放電信息傳輸至數據分析模塊，也可對各監測點進行同步采集參數設定；

所述的電源模塊為以上所述模塊提供電源；采用可充電蓄電池，輸出5V和12V電壓，保證系統內各模塊正常運行。

所述的數據分析模塊，實時接收并顯示各監測點的局部放電放電量、PRPD譜圖等統計特征，通過對比各監測點放電量的衰減程度，發現疑似局部放電大體位置，并通過長時間監測查看趨勢，進一步判斷是否發生局部放電。對放電源兩端監測點進行同步觸發采集，收集兩端監測點波形，對局部放電進行定位。數據分析模塊內的局部放電模式識別模塊可對局部放電信號進行類型判別，以判別局部放電的危害程度。

所述的局部放電模式識別模塊，是由所述的數據信號處理模塊進行的波形特征分析和所述的數據分析模塊的特征統計分析綜合得出的。所述的數據信號處理模塊對采集的波形進行小波包分解降噪，在分解的頻段內分別計算出能量熵，并進行歸一化，再與樣本庫的中不同放電類型的能量熵分布進行比較，得出放電類別，同時將局部放電的放電量，放電譜圖，統計特征包括偏斜度、突出度、互相關系數、放電量因數和相位不對稱度等參量通過所述的通信模塊傳輸至所述的數據分析模塊，數據分析模塊根據局部放電的統計特征在樣本庫中找出匹配的放電類型，與所述的數據信號處理模塊得出的放電類型進行綜合比較。

實施例

參照圖2，將高頻寬帶電磁傳感器套接在三相電纜附件接地線或交叉互聯接地線上，50Hz工頻電壓傳感器安裝于附件的本體上用于耦合工頻電流信號；傳感器與本發明的信號預處理模塊連接，預處理模塊對傳感器耦合的信號進行數字濾波和放大調理后，由局部放電采集模塊采集調理后的信號，再將數據傳輸于數據信號處理模塊分析和處理，計算局部放電參量及PRPD等譜圖信息，并通過通信模塊將局部放電信號測量結果發送至數據分析模塊。

數據分析模塊接收局部放電參量信息，將各監測點的局部放電數據進行整理和比較，通過對局部放電的峰值統計衰減和相近的局部放電的譜圖比較，判斷局部放電信號大體位置，然后設置放電信號附近兩端的監測點進行同步采集，通過計算局部放電達到監測點的時延差值，精確局部放電定位，同時根據局部放電的統計特征向量與樣本庫進行比對分析，得出放電類型。

下面對本發明系統中的部件進行逐一說明：

①所述的信號預處理模塊，對傳感器耦合信號進行硬件濾波和信號放大，以提高檢測靈敏度，低通濾波在30MHz以上的干擾信號，程控信號具有1、2、5、10、20、50、100、200放大倍數，將信號調理至局部放電采集模塊最佳輸入范圍內。

②所述的局部放電采集模塊，實現四通道同步高速采集功能，三通道分別對應傳感器耦合的三相電纜信號，第四通道采集50Hz工頻傳感器信號。采集速率為250MS/s，采集時長20us，模擬帶寬60MHz，分辨率為14位。采用快速幀技術，將一個局部放電脈沖片段定義為一幀，以局部放電脈沖信號作為觸發源，僅采集脈沖信號短時域波形，連續采集設定幀數后，一次性將存儲在采集卡ROM數據返回，保證兩次采集時間間隔極小，可達幾us量級，快速數據幀技術可實現局部放電脈沖的連續觸發，高速采集，及小容量存儲處理。同時可根據現場需要選擇內工頻信號輸出，即局部放電模塊輸出標準的50Hz工頻信號連接到第四通道，或可通過測量50Hz工頻傳感器耦合信號輸出同頻率和幅值的標準工頻信號，從而代替耦合的工頻信號。

③所述的數據信號處理模塊，結合嵌入式工控機和虛擬儀器技術，采用Labview軟件編寫操作界面，數據分析和顯示，計算局部放電的譜圖、放電量和統計特征信息，包括偏斜度、突出度、互相關系數、放電量因數和相位不對稱度等參量等。

④所述的通信模塊，包括GPRS無線通信和光纖通信兩種方式，根據現場實際可在數據信號處理模塊中進行設置，將局部放電信息傳輸到數據分析模塊，也可對各監測點進行同步采集參數設定。

⑤所述的電源模塊，采用可充電電池，為各個模塊正常工作提供穩定電壓。

所述的局部放電模式識別模塊，本實施例的分布式高壓電纜局部放電定位，其包括以下步驟：

①各監測點實時在線監測時，由數據信號處理模塊分析和處理采集信號，分別計算出各監測點的局部放電參量及PRPD等譜圖信息，再通過通信模塊將局部放電信號測量結果發送至數據分析模塊。

②數據分析模塊接收局部放電參量信息，將各監測點的局部放電數據進行整理和比較，通過對比各監測點的局部放電的峰值統計衰減和相近的局部放電的譜圖，判斷局部放電信號大體位于其中某兩個監測點之間。

③數據分析模塊設置兩監測點外同步觸發采集，通過計算局部放電達到監測點的時延差值，可精確定位局部放電。

所述的局部放電模式識別模塊，本實施例的分布式高壓電纜局部放電模式識別，其包括以下步驟：

①數據信號處理模塊將局部放電信號進行小波包降噪分解，選用db3小波進行小波變換，利用db3小波對時域信號進行3層小波包分解，得到8個頻帶特征信號，計算各頻帶的局部能量熵；

②將各頻帶的局部放電能量熵進行歸一化，并與樣本庫的各種類別局部放電的能量熵進行分類比較，得出局部放電類別；

③同時計算局部放電波形的統計特性，包括偏斜度、突出度、互相關系數、放電量因數和相位不對稱度等參量等。通過通信模塊發送至數據分析模塊；

④數據分析模塊將接收到的局部放電波形的統計特性與統計樣本庫進行分類比較，得出局部放電類別，通過數據信號處理模塊和數據分析模塊兩種判別分析相互補充，綜合得出放電結論。