使用vlf td測量數據診斷電纜的狀態并測量其剩余壽命的裝置和方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明總體上涉及使用非常長的頻率(VLF，very long frequency)tan5(tangent delta或TD)測量數據診斷電纜的狀態并測量其剩余壽命的裝置和方法，更具體地，涉及通 過使用VLF TD測量數據診斷電纜的狀態、創建診斷電纜的狀態的可再現性已經得到改善的 3D矩陣、使用作為VLF TD測量數據的統計重新釋義的數據測量電纜的剩余壽命以診斷電纜 的狀態并測量剩余壽命的裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 通常，電力系統中的VLF TD測量方法是用于通過各種所施加的電壓測量纜線或電 力設施的TD變化以診斷絕緣體中諸如水樹(water tree)或縫隙的產生之類的異常跡象的 最有代表性的方法。
[0003] 當在已經長時間運作的絕緣體內部出現水樹時，出現包括絕緣電阻降低和損耗電 流增加的退化現象。這種現象表示為TD變化，并且，是否存在異常和退化的狀態是通過測量 這種改變的量而確定出的。特別是，由于高壓絕緣體具有非常高的絕緣電阻和電容，因此泄 漏電流和電壓呈現出90°的相位差。然而，這是出現在理想狀態電路中的理論性結論。在現 實中，由于絕緣體內部的電阻組件產生輕微偏差，此時，電壓-電流的相位角偏差表示為TD。 換言之，大數值的TD值表明異常的產生。
[0004] 作為前述測量TD的方法，存在基于Schering橋原理的測量方法和使用電壓與電流 之間的微小相位差的測量方法(如日本專利申請特許公開No. 1996-201455中所公開的）。此 時，使用相位差的TD測量方法通常采用大約0.1Hz的VLF信號。原因在于，在60Hz的實際商用 頻率上，不能以TD值變化容易地診斷出是否存在水樹，但是在0.1Hz或更低的VLF上，可以僅 用TD值變化診斷出是否存在水樹。
[0005] 然而，由于使用VLF測量TD的方法基于特定基準值或等級值與所測值之間的簡單 比較來確定退化的狀態，因此存在的限制在于，由于沒有統計背景，因此并未考慮各個國家 的環境條件，這些條件包括地下纜線安裝的比率、降雨、洪水特性、管理狀態、纜線類型以及 發展特性。
[0006] 此外，使用VLF測量TD的方法并未建議清楚的確定規則(例如數值可再現性），并且 缺乏現場應用的標準。圖1示出IEEE在2010年提出的VLF TD的新確定規則，其相比于先前那 些是更大的確定值。此時，由于作為取決于纜線類型的測量因素的lUo的測量條件的標準偏 差通過邏輯0R運算而加入，因此狀態確定范圍設置得很寬(從4到50)，這導致很多混淆。
[0007] 此外，由于使用VLF測量TD的方法依賴于來自先進歐洲國家的技術，因此存在的限 制在于，由于精確確定VLF TD的產生原因是不可能的，因此難以主動地響應設施故障或設 施誤動作(例如絕緣擊穿），于是，設施可靠性在各種現場條件下更低。
【發明內容】
[0008] 技術問題
[0009] 本發明已被提出用于解決這些限制，其目的在于提供一種使用VLF TD測量數據診 斷電纜的狀態并且測量其剩余壽命的裝置和方法，其能夠使用VLF TD測量數據診斷所述電 纜的狀態并且使用3D矩陣來測量剩余壽命，同時目標在于實現電纜的狀態的可再現診斷。 [0010]此外，本發明的目的在于提供一種使用VLF TD測量數據診斷電纜的狀態并且測量 其剩余壽命的裝置和方法，其能夠通過按電纜的每個類型的退化或結構變動對VLF TD信號 進行分類以推斷影響VLF TD信號特性的原因。
[0011]此外，本發明的目的在于提供一種使用VLF TD測量數據診斷電纜的狀態并且測量 其剩余壽命的裝置和方法，其通過將從被確定為需要電纜管理的退化的起始點的原點到3D 矩陣中特定退化點的距離轉換為到位置矢量的距離，能夠精確地并且容易地診斷電纜的狀 ??τ 〇
[0012]此外，本發明的目的在于提供一種使用VLF TD測量數據診斷電纜的狀態并且測量 其剩余壽命的裝置和方法，其能夠根據基準故障概率、退化速度、邊際率、余量率、故障可靠 性等級和故障確定距離來計算電纜更換工作的成本、基準故障概率、與故障密度匹配的位 置中的至少任一個以測量電纜的剩余經濟壽命。
[0013] 技術解決方案
[0014] 根據用于完成上述目的的本發明的一方面，提供一種用于診斷電纜的狀態并且測 量其剩余壽命的裝置。所述裝置包括:威布爾建模單元，其通過累計針對施加到電纜的多個 電壓等級中的每一個所測量出的VLF tanS(TD)信號數據來執行威布爾分布建模;距離限制 單元，其針對每個測量距離將所累計的VLF TD信號數據的威布爾分布與所累計的VLF TD信 號數據的預設威布爾分布進行比較，以限定測量限制距離;數據類型分類單元，其基于所限 定的測量限制距離，針對每個類型對VLF TD信號數據進行分類;量化表示單元，其量化地表 示所分類的類型；歸一化單元，其將所述VLF TD信號數據和VLF TD信號偏差(DTD)以及從所 述量化表示單元獲取的VLF TD信號數據和偏差的斜率(SKIRT)表示為離散分布，并且對所 述離散分布進行歸一化，以獲取歸一化分布;3D構建單元，其以獲取的歸一化分布構建3D矩 陣;風險等級計算單元，其基于所述3D矩陣中測量出的距離，將所述電纜的風險等級計算為 各預設風險等級之一。
[0015] 所述數據類型分類單元可以將所述VLF TD信號數據分類為趨勢和模式，趨勢可以 主要地分類為線性和非線性類型，線性模式可以分類為正、負和恒定類型，非線性模式可以 分類為振蕩類型。
[0016] 所述量化表示單元包括:虛擬連線函數表示單元，其生成連接所述VLF TD信號數 據當中的最大值和最小值的虛擬連線;虛擬連線標準偏差獲取單元，其對于所生成的虛擬 連線和所述VLF TD信號數據，獲取虛擬標準偏差STDEV覷)；;校正變量獲取單元，其獲取校正 變量，以用于校正獲取的虛擬連線標準偏差和所述VLF TD信號數據；SKIRT獲取單元，其通 過將獲取的校正變量乘以虛擬連線斜率來獲取SKIRT;
[0017] 所述校正變量獲取單元可以校正所述VLF TD信號數據的數值對于所述虛擬連線 的擬合程度以及所述VLF TD信號數據的量化等級。
[0018] 所述歸一化單元可以獲取歸一化分布，用于將所述VLF TD信號數據和DTD的離散 分布的X和Y軸的值以及所述VLF TD信號數據和SKIRT的離散分布的X和Y軸的值歸一化為0 至Ijl的歸一化值。
[0019] 所述3D構建單元可以以X軸取作歸一化后的VLF TD數據、Y軸取作歸一化后的DTD 和Z軸取作歸一化后的SKIRT來構建3D矩陣。
[0020] 所述風險等級計算單元可以計算從所述3D矩陣的原點的坐標(0,0,0)到特定位置 矢量(X，y，z)的距離，并且基于計算出的結果計算所述電纜的風險等級。
[0021] 所述預設風險等級可以分類并且設置為對應于現存距離范圍的多個風險等級。
[0022] 所述裝置可以還包括:壽命測量單元，其基于所述3D矩陣測量所述電纜的剩余壽 命。
[0023] 所述剩余壽命測量單元可以根據基準故障概率、退化速度、邊際率、余量率、故障 可靠性等級以及故障確定時間來計算電纜更換工作的成本、基準故障概率、與故障密度匹 配的位置中的至少任一個，以測量所述電纜的剩余壽命。
[0024] 根據用于實現上述目的的本發明另一方面，提供一種用于診斷電纜的狀態并且測 量其剩余壽命的方法。所述方法包括:通過累計對于施加到電纜的多個電壓中的每一個所 測量的VLF tanS(TD)信號數據來執行威布爾分布建模;針對每個測量距離對所累計的VLF TD信號數據的威布爾分布與所累計的VLF TD信號數據的預設威布爾分布進行比較，以限定 測量限制距離;基于所限定的測量限制距離，針對每個類型對VLF TD信號數據進行分類;量 化地表示所分類的類型;將所述VLF TD信號數據和DTD以及所述VLF TD信號數據和SKIRT表 示為離散分布，并且對所述離散分布進行歸一化，以獲取歸一化分布；以獲取的歸一化分布 構建3D矩陣;基于所構建的3D矩陣中所測量的距離，將所述電纜的風險等級計算為各預設 風險等級之一。
[0025]將所述VLF TD信號數據分類為趨勢和模式可以包括:主要地將所述趨勢分類為線 性和非線性類型，將所述線性模式分類為正、負和恒定類型，并且將所述非線性模式分類為 振蕩類型。
[0026] 量化地表示所分類的類型可以包括:生成連接所述VLF TD信號數據當中的最大值 和最小值的虛擬連線;對于所生成的虛擬連線和所述VLF TD信號數據，獲取虛擬標準偏差 STDEV覷)；;獲取校正變量，以用于校正獲取的虛擬連線標準偏差和所述VLF TD信號數據；以 及通過將獲取的校正變量乘以虛擬連線斜率來獲取SKIRT。
[0027] 將所述VLF TD信號數據和DTD以及所述VLF TD信號數據和SKIRT表示為離散分布， 并且對所述離散分布進行歸一化，以獲取歸一化分布可以包括:獲取用于將VLF TD信號數 據和所述DTD的所述離散分布以及所述VLF TD信號數據和所述SKIRT的所述離散分布的X和 Y軸歸一化為0到1的歸一化值的歸一化分布。
[0028]以獲取的歸一化分布構建3D矩陣可以包括：以X軸取作歸一化后的VLF TD數據、Y 軸取作歸一化后的VLF TD信號偏差以及Z軸取作歸一化后的SKIRT來構建3D矩陣。
[0029]基于所構建的3D矩陣中所測量的距離而將所述電纜的風險等級計算為各預設風 險等級之一可以包括:計算從所述3D矩陣的原點的坐標(0,0,0)到特定位置矢量(x，y，z)的 距離，并且基于計算出的結果而計算所述電纜的風險等級。
[0030] 所述方法可以還包括:在基于所構建的3D矩陣中所測量的距離將所述電纜的風險 等級計算為各預設風險等級之一之后，基于所述3D矩陣測量所述電纜的剩余壽命。
[0031] 基于所述3D矩陣測量所述電纜的剩余壽命可以包括:根據基準故障概率、退化速 度、