本發(fā)明屬于電力電纜局部放電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到高壓電纜分布式局部放電在線監(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)家電網(wǎng)，其絕緣性能直接關(guān)系到電網(wǎng)安全運(yùn)行，由于電纜制作工藝不良，電纜附件現(xiàn)場(chǎng)安裝不當(dāng)?shù)仍颍娎|會(huì)產(chǎn)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(shù)，因此對(duì)電纜的局部放電監(jiān)測(cè)及定位尤為重要。

傳統(tǒng)的電力電纜局部放電檢測(cè)是在單點(diǎn)處(電纜接頭或者終端)進(jìn)行帶電檢測(cè)，以判斷是否有局部放電，該方法測(cè)量到的局部放電精度較差，且無(wú)法判定放電來(lái)源。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)先將局部放電檢測(cè)儀布置在現(xiàn)場(chǎng)，再逐點(diǎn)測(cè)量，然后將測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺(tái)離線分析，這種方法存在現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾大，局部放電量小，極易被背景噪聲淹沒(méi)，難以定位等缺點(diǎn)，這種方法不再適用于高壓電力電纜尤其是長(zhǎng)距離鋪設(shè)的電力電纜的局部放電檢測(cè)。

目前大多分布式局部放電監(jiān)測(cè)采用的方法是在一條線路上同時(shí)布置有多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一般每個(gè)接頭放置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在線監(jiān)測(cè)時(shí)可對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，將每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行異地存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)分析。

以上方法能夠檢測(cè)電纜的局部放電信號(hào)，但同時(shí)存在一定的問(wèn)題：

(1)電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)備體積大，現(xiàn)場(chǎng)需要鋪設(shè)大量的光纖線纜，監(jiān)測(cè)成本高；分布式電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)各單元需要同步采集，以便后續(xù)完成局放定位。

(2)電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，依靠安裝的工頻電流傳感器采集工頻信號(hào)觸發(fā)三通道同步采集，系統(tǒng)采集20ms工頻周期時(shí)長(zhǎng)，多次連續(xù)采集數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)分析和定位較慢，局部放電的相位信息由工頻信號(hào)計(jì)算得出，無(wú)法檢測(cè)尚未運(yùn)行的電纜線路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有的分布式電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的問(wèn)題，本發(fā)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(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)，能夠?qū)€路多點(diǎn)進(jìn)行高速采集，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境需要，選擇監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)GPRS或者光纖傳輸至服務(wù)器，根據(jù)采集信號(hào)的幅值衰減趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)疑似放電大體位置，再對(duì)疑似放電的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高精度同步采集，從而進(jìn)行局部放電診斷和定位；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件可采取外部工頻信號(hào)或內(nèi)部工頻信號(hào)，對(duì)采集的局部放電進(jìn)行相位匹配。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種分布式高壓電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)，包括信號(hào)預(yù)處理模塊、局部放電采集模塊、數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊、通信模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)分析模塊；信號(hào)預(yù)處理模塊連接外部傳感器，預(yù)處理模塊對(duì)傳感器耦合的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和放大調(diào)理后，由局部放電采集模塊采集調(diào)理后的信號(hào)，再將數(shù)據(jù)傳輸于數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊分析和處理，計(jì)算局部放電參量及PRPD譜圖信息，并通過(guò)通信模塊將局部放電信號(hào)測(cè)量結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)分析模塊；

所述的信號(hào)預(yù)處理模塊，對(duì)傳感器耦合的信號(hào)進(jìn)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(nèi)部工頻信號(hào)輸出以及內(nèi)部和外部工頻信號(hào)切換功能，以局部放電脈沖信號(hào)為觸發(fā)源，同步采集經(jīng)過(guò)預(yù)處理過(guò)的三相信號(hào)以及工頻信號(hào)，采集速率為250MS/s，采集時(shí)長(zhǎng)20us，連續(xù)采集設(shè)定次數(shù)后，然后將數(shù)據(jù)一次性返回，保證兩次采集時(shí)間間隔極小，可達(dá)幾u(yù)s量級(jí)；

所述的數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊，對(duì)采集的局部放電信號(hào)及工頻信號(hào)進(jìn)行處理和分析，計(jì)算得出局部放電的放電量、PRPD、PRPS譜圖，進(jìn)一步計(jì)算波形的統(tǒng)計(jì)特征，將數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)或通過(guò)所述的通信模塊上傳至數(shù)據(jù)分析模塊，局部放電定位時(shí)，將同步采集波形傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行判別；

所述的通信模塊包括GPRS無(wú)線通信和光纖通信兩種方式，可在數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊中進(jìn)行設(shè)置，將局部放電信息傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊，也可對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行同步采集參數(shù)設(shè)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(tǒng)內(nèi)各模塊正常運(yùn)行。

所述的數(shù)據(jù)分析模塊，實(shí)時(shí)接收并顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的局部放電放電量、PRPD譜圖等統(tǒng)計(jì)特征，通過(guò)對(duì)比各監(jiān)測(cè)點(diǎn)放電量的衰減程度，發(fā)現(xiàn)疑似局部放電大體位置，并通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)查看趨勢(shì)，進(jìn)一步判斷是否發(fā)生局部放電。對(duì)放電源兩端監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行同步觸發(fā)采集，收集兩端監(jiān)測(cè)點(diǎn)波形，對(duì)局部放電進(jìn)行定位；數(shù)據(jù)分析模塊內(nèi)的局部放電模式識(shí)別模塊可對(duì)局部放電信號(hào)進(jìn)行類(lèi)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(shí)別模塊，是由所述的數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊進(jìn)行的波形特征分析和所述的數(shù)據(jù)分析模塊的特征統(tǒng)計(jì)分析綜合得出的；所述的數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊對(duì)采集的波形進(jìn)行小波包分解降噪，在分解的頻段內(nèi)分別計(jì)算出能量熵，并進(jìn)行歸一化，再與樣本庫(kù)的中不同放電類(lèi)型的能量熵分布進(jìn)行比較，得出放電類(lèi)別，同時(shí)將局部放電的放電量，放電譜圖，統(tǒng)計(jì)特征包括偏斜度、突出度、互相關(guān)系數(shù)、放電量因數(shù)和相位不對(duì)稱(chēng)度等參量通過(guò)所述的通信模塊傳輸至所述的數(shù)據(jù)分析模塊，數(shù)據(jù)分析模塊根據(jù)局部放電的統(tǒng)計(jì)特征在樣本庫(kù)中找出匹配的放電類(lèi)型，與所述的數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊得出的放電類(lèi)型進(jìn)行綜合比較。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明系統(tǒng)采用快速幀技術(shù)，將一個(gè)局部放電脈沖片段定義為一幀，以局部放電脈沖信號(hào)作為觸發(fā)源，僅采集脈沖信號(hào)短時(shí)域波形，連續(xù)采集設(shè)定幀數(shù)后一次性將波形顯示，快速數(shù)據(jù)幀技術(shù)可實(shí)現(xiàn)局部放電脈沖的連續(xù)觸發(fā)，高速采集，及小容量存儲(chǔ)處理。

(2)通過(guò)分別比較各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的局部放電衰減信息，判定局部放電位置，并可通過(guò)設(shè)定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)同步采集參量，可實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)高精度同步采集，從而對(duì)局部放電進(jìn)行定位。

(3)根據(jù)局部放電的統(tǒng)計(jì)特性和波形特征向量，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)算法和大量的樣本庫(kù)學(xué)習(xí)，提高了局部放電的模式識(shí)別準(zhǔn)確度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的實(shí)施的高壓電纜分布式局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

參照?qǐng)D1，一種分布式高壓電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)及定位系統(tǒng)，其特征在于，其包括信號(hào)預(yù)處理模塊、局部放電采集模塊、數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊、通信模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)分析模塊；

所述的信號(hào)預(yù)處理模塊，對(duì)傳感器耦合的信號(hào)進(jìn)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(nèi)部工頻信號(hào)輸出以及內(nèi)部和外部工頻信號(hào)切換功能，以局部放電脈沖信號(hào)為觸發(fā)源，同步采集經(jīng)過(guò)預(yù)處理過(guò)的三相信號(hào)以及工頻信號(hào)，采集速率為250MS/s，采集時(shí)長(zhǎng)20us，連續(xù)采集設(shè)定次數(shù)后，然后將數(shù)據(jù)一次性返回，保證兩次采集時(shí)間間隔極小，可達(dá)幾u(yù)s量級(jí)；

所述的數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊，對(duì)采集的局部放電信號(hào)及工頻信號(hào)進(jìn)行處理和分析，計(jì)算得出局部放電的放電量、PRPD、PRPS譜圖，進(jìn)一步計(jì)算波形的統(tǒng)計(jì)特征，將數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)或通過(guò)所述的通信模塊上傳至數(shù)據(jù)分析模塊，局部放電定位時(shí)，將同步采集波形傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行判別；

所述的通信模塊包括GPRS無(wú)線通信和光纖通信兩種方式，可在數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊中進(jìn)行設(shè)置，將局部放電信息傳輸至數(shù)據(jù)分析模塊，也可對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行同步采集參數(shù)設(shè)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(tǒng)內(nèi)各模塊正常運(yùn)行。

所述的數(shù)據(jù)分析模塊，實(shí)時(shí)接收并顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的局部放電放電量、PRPD譜圖等統(tǒng)計(jì)特征，通過(guò)對(duì)比各監(jiān)測(cè)點(diǎn)放電量的衰減程度，發(fā)現(xiàn)疑似局部放電大體位置，并通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)查看趨勢(shì)，進(jìn)一步判斷是否發(fā)生局部放電。對(duì)放電源兩端監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行同步觸發(fā)采集，收集兩端監(jiān)測(cè)點(diǎn)波形，對(duì)局部放電進(jìn)行定位。數(shù)據(jù)分析模塊內(nèi)的局部放電模式識(shí)別模塊可對(duì)局部放電信號(hào)進(jìn)行類(lèi)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(shí)別模塊，是由所述的數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊進(jìn)行的波形特征分析和所述的數(shù)據(jù)分析模塊的特征統(tǒng)計(jì)分析綜合得出的。所述的數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊對(duì)采集的波形進(jìn)行小波包分解降噪，在分解的頻段內(nèi)分別計(jì)算出能量熵，并進(jìn)行歸一化，再與樣本庫(kù)的中不同放電類(lèi)型的能量熵分布進(jìn)行比較，得出放電類(lèi)別，同時(shí)將局部放電的放電量，放電譜圖，統(tǒng)計(jì)特征包括偏斜度、突出度、互相關(guān)系數(shù)、放電量因數(shù)和相位不對(duì)稱(chēng)度等參量通過(guò)所述的通信模塊傳輸至所述的數(shù)據(jù)分析模塊，數(shù)據(jù)分析模塊根據(jù)局部放電的統(tǒng)計(jì)特征在樣本庫(kù)中找出匹配的放電類(lèi)型，與所述的數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊得出的放電類(lèi)型進(jìn)行綜合比較。

實(shí)施例

參照?qǐng)D2，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(lián)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(hào)；傳感器與本發(fā)明的信號(hào)預(yù)處理模塊連接，預(yù)處理模塊對(duì)傳感器耦合的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波和放大調(diào)理后，由局部放電采集模塊采集調(diào)理后的信號(hào)，再將數(shù)據(jù)傳輸于數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊分析和處理，計(jì)算局部放電參量及PRPD等譜圖信息，并通過(guò)通信模塊將局部放電信號(hào)測(cè)量結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)分析模塊。

數(shù)據(jù)分析模塊接收局部放電參量信息，將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和比較，通過(guò)對(duì)局部放電的峰值統(tǒng)計(jì)衰減和相近的局部放電的譜圖比較，判斷局部放電信號(hào)大體位置，然后設(shè)置放電信號(hào)附近兩端的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行同步采集，通過(guò)計(jì)算局部放電達(dá)到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)延差值，精確局部放電定位，同時(shí)根據(jù)局部放電的統(tǒng)計(jì)特征向量與樣本庫(kù)進(jìn)行比對(duì)分析，得出放電類(lèi)型。

下面對(duì)本發(fā)明系統(tǒng)中的部件進(jìn)行逐一說(shuō)明：

①所述的信號(hào)預(yù)處理模塊，對(duì)傳感器耦合信號(hào)進(jìn)行硬件濾波和信號(hào)放大，以提高檢測(cè)靈敏度，低通濾波在30MHz以上的干擾信號(hào)，程控信號(hào)具有1、2、5、10、20、50、100、200放大倍數(shù)，將信號(hào)調(diào)理至局部放電采集模塊最佳輸入范圍內(nèi)。

②所述的局部放電采集模塊，實(shí)現(xiàn)四通道同步高速采集功能，三通道分別對(duì)應(yīng)傳感器耦合的三相電纜信號(hào)，第四通道采集50Hz工頻傳感器信號(hào)。采集速率為250MS/s，采集時(shí)長(zhǎng)20us，模擬帶寬60MHz，分辨率為14位。采用快速幀技術(shù)，將一個(gè)局部放電脈沖片段定義為一幀，以局部放電脈沖信號(hào)作為觸發(fā)源，僅采集脈沖信號(hào)短時(shí)域波形，連續(xù)采集設(shè)定幀數(shù)后，一次性將存儲(chǔ)在采集卡ROM數(shù)據(jù)返回，保證兩次采集時(shí)間間隔極小，可達(dá)幾u(yù)s量級(jí)，快速數(shù)據(jù)幀技術(shù)可實(shí)現(xiàn)局部放電脈沖的連續(xù)觸發(fā)，高速采集，及小容量存儲(chǔ)處理。同時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要選擇內(nèi)工頻信號(hào)輸出，即局部放電模塊輸出標(biāo)準(zhǔn)的50Hz工頻信號(hào)連接到第四通道，或可通過(guò)測(cè)量50Hz工頻傳感器耦合信號(hào)輸出同頻率和幅值的標(biāo)準(zhǔn)工頻信號(hào)，從而代替耦合的工頻信號(hào)。

③所述的數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊，結(jié)合嵌入式工控機(jī)和虛擬儀器技術(shù)，采用Labview軟件編寫(xiě)操作界面，數(shù)據(jù)分析和顯示，計(jì)算局部放電的譜圖、放電量和統(tǒng)計(jì)特征信息，包括偏斜度、突出度、互相關(guān)系數(shù)、放電量因數(shù)和相位不對(duì)稱(chēng)度等參量等。

④所述的通信模塊，包括GPRS無(wú)線通信和光纖通信兩種方式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可在數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊中進(jìn)行設(shè)置，將局部放電信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析模塊，也可對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行同步采集參數(shù)設(shè)定。

⑤所述的電源模塊，采用可充電電池，為各個(gè)模塊正常工作提供穩(wěn)定電壓。

所述的局部放電模式識(shí)別模塊，本實(shí)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(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)時(shí)，由數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊分析和處理采集信號(hào)，分別計(jì)算出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的局部放電參量及PRPD等譜圖信息，再通過(guò)通信模塊將局部放電信號(hào)測(cè)量結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)分析模塊。

②數(shù)據(jù)分析模塊接收局部放電參量信息，將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和比較，通過(guò)對(duì)比各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的局部放電的峰值統(tǒng)計(jì)衰減和相近的局部放電的譜圖，判斷局部放電信號(hào)大體位于其中某兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間。

③數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)置兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)外同步觸發(fā)采集，通過(guò)計(jì)算局部放電達(dá)到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)延差值，可精確定位局部放電。

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

①數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊將局部放電信號(hào)進(jìn)行小波包降噪分解，選用db3小波進(jìn)行小波變換，利用db3小波對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行3層小波包分解，得到8個(gè)頻帶特征信號(hào)，計(jì)算各頻帶的局部能量熵；

②將各頻帶的局部放電能量熵進(jìn)行歸一化，并與樣本庫(kù)的各種類(lèi)別局部放電的能量熵進(jìn)行分類(lèi)比較，得出局部放電類(lèi)別；

③同時(shí)計(jì)算局部放電波形的統(tǒng)計(jì)特性，包括偏斜度、突出度、互相關(guān)系數(shù)、放電量因數(shù)和相位不對(duì)稱(chēng)度等參量等。通過(guò)通信模塊發(fā)送至數(shù)據(jù)分析模塊；

④數(shù)據(jù)分析模塊將接收到的局部放電波形的統(tǒng)計(jì)特性與統(tǒng)計(jì)樣本庫(kù)進(jìn)行分類(lèi)比較，得出局部放電類(lèi)別，通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)分析模塊兩種判別分析相互補(bǔ)充，綜合得出放電結(jié)論。