本發(fā)明涉及肘型頭故障檢測(cè)，更具體的說(shuō)是涉及一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法。

背景技術(shù)：

1、在電纜供電系統(tǒng)中常使用高可靠性、高供電質(zhì)量、低線路損耗的環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)，環(huán)網(wǎng)柜因具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。環(huán)網(wǎng)柜肘型頭由硅橡膠材料制成，作為電纜線路的配套附件，安裝于電纜與套管的連接處，起絕緣保護(hù)作用，避免電纜向柜壁放電，其故障對(duì)環(huán)網(wǎng)柜和電纜系統(tǒng)的可靠運(yùn)行有重要影響。

2、環(huán)網(wǎng)柜肘型頭的早期故障發(fā)生于故障過(guò)渡期，設(shè)備在此階段由于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行出現(xiàn)絕緣材料老化、絕緣性能下降等問(wèn)題，從而出現(xiàn)一些不足以導(dǎo)致永久性故障的缺陷。由于設(shè)備所處環(huán)境、故障發(fā)展機(jī)理等原因，這些缺陷所引起的電弧往往能夠自行熄滅，同時(shí)瞬時(shí)性的電弧不足以觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，設(shè)備在電弧熄滅后仍可以正常運(yùn)行，但電弧對(duì)絕緣材料造成的損傷無(wú)法自行恢復(fù)，隨著早期故障中電弧發(fā)生次數(shù)的增加，絕緣材料的性能不斷下降，最終設(shè)備進(jìn)入永久故障期。

3、目前針對(duì)電弧的檢測(cè)方法主要包括兩類(lèi)，一類(lèi)通過(guò)檢測(cè)電弧在燃燒時(shí)同步產(chǎn)生的聲、光、熱、電等多種信號(hào)實(shí)現(xiàn)，另一類(lèi)通過(guò)對(duì)波形的判斷識(shí)別實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧的檢測(cè)。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，針對(duì)電弧燃燒聲、光、熱、電等信號(hào)的檢測(cè)方法測(cè)量范圍有限，僅針對(duì)特定設(shè)備的特定故障具有良好的效果，而對(duì)于造價(jià)低、數(shù)量多、分布廣的配電設(shè)備而言，通過(guò)波形的判斷識(shí)別方法在實(shí)踐中能夠得到更好的應(yīng)用。

4、肘型頭早期故障發(fā)展過(guò)程為“水帶靠近-水帶沸騰-水帶干涸”三個(gè)階段，不同階段中的電弧發(fā)生位置和強(qiáng)度均存在差異。通過(guò)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障進(jìn)行機(jī)理分析、仿真計(jì)算、人工試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)肘型頭早期故障具有以下特點(diǎn)：水帶靠近階段中故障電流波形的零休持續(xù)時(shí)間逐漸減小直至消失，轉(zhuǎn)變?yōu)檎也ㄐ危凰畮Х序v階段中故障電流波形存在多次“無(wú)零休-存在零休-無(wú)零休”的轉(zhuǎn)變，零休持續(xù)時(shí)間變化趨勢(shì)為先增后減；水帶干涸階段中故障電流波形由“無(wú)零休”向“存在零休”轉(zhuǎn)變，零休持續(xù)時(shí)間逐漸增加。

5、因此，如何基于上述特點(diǎn)提取故障電流的早期故障特征，設(shè)計(jì)肘型頭早期故障的辨識(shí)方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，解決了背景技術(shù)存在的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，包括以下步驟：

4、通過(guò)小波變換分解故障電流波形，判斷電弧是否產(chǎn)生；

5、將故障電流波形中零休持續(xù)時(shí)間的多種特征作為綜合判據(jù)，聯(lián)合辨識(shí)肘型頭早期故障。

6、可選的，判斷電弧是否產(chǎn)生，包括以下步驟：

7、對(duì)故障電流波形進(jìn)行小波變換，獲取基本信號(hào)和高頻細(xì)節(jié)信號(hào)；

8、對(duì)高頻細(xì)節(jié)信號(hào)中的高次諧波信息進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)比不同高頻率帶內(nèi)正常正弦電流和故障電流所具有的能量強(qiáng)度，判斷電弧是否產(chǎn)生。

9、可選的，對(duì)故障電流波形進(jìn)行小波變換的具體過(guò)程為：

10、將原始波形離散化為，其中 n為正整數(shù)，離散信號(hào)采用mallat算法求解；

11、將離散信號(hào)通過(guò)低通濾波器和高通濾波器后分解為基本信號(hào)和細(xì)節(jié)信號(hào)，并根據(jù)研究需要將得到的基本信號(hào)進(jìn)一步細(xì)化分解為更高層的基本信號(hào)和細(xì)節(jié)信號(hào)，最終分解得到的結(jié)果如式（1）-（2）所示：

12、??（1）；

13、?????（2）；

14、式中： s表示原始信號(hào)，表示分解到第 n層后的基本信號(hào)，表示分解到第 n層后的細(xì)節(jié)信號(hào)。

15、可選的，小波變換時(shí)采用db2小波基。

16、可選的，電弧是否產(chǎn)生的判斷依據(jù)為頻帶內(nèi)的高次諧波信號(hào)，具體判斷方式為：

17、若滿(mǎn)足式（3），即半周波內(nèi)高頻細(xì)節(jié)信號(hào)的歸一化電流峰值高于正弦波的對(duì)應(yīng)值，由電弧引發(fā)的電流零休現(xiàn)象導(dǎo)致高頻細(xì)節(jié)信號(hào)產(chǎn)生突變，則認(rèn)為電弧發(fā)生；

18、????（3）；

19、式中：表示故障電流小波分解第5層高頻細(xì)節(jié)信號(hào)中每半周波的峰值，為對(duì)應(yīng)的故障電流半周波峰值；表示正常運(yùn)行狀態(tài)下正弦波小波分解第5層高頻細(xì)節(jié)信號(hào)中每半周波的峰值，為對(duì)應(yīng)的正弦波半周波峰值。

20、可選的，肘型頭早期故障的辨識(shí)方式為：

21、在判斷電弧發(fā)生后，以故障突變點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，在故障電流中向時(shí)間早于基準(zhǔn)點(diǎn)和時(shí)間晚于基準(zhǔn)點(diǎn)的方向檢測(cè)電流零休平肩，至電流零休現(xiàn)象消失為止，記錄零休持續(xù)時(shí)間和零休出現(xiàn)次數(shù)；

22、將一次電弧出現(xiàn)和熄滅過(guò)程中的零休平肩出現(xiàn)次數(shù)大于4次，作為肘型頭早期故障的判據(jù)之一；同時(shí)，通過(guò)對(duì)一次電弧過(guò)程中的零休持續(xù)時(shí)間的二次函數(shù)擬合來(lái)判斷所發(fā)生的電弧故障是否為肘型頭早期故障。

23、可選的，通過(guò)對(duì)一次電弧過(guò)程中的零休持續(xù)時(shí)間的二次函數(shù)擬合來(lái)判斷所發(fā)生的電弧故障是否為肘型頭早期故障，具體為：

24、水帶靠近階段中，電流零休持續(xù)時(shí)間不斷降低，曲線的主體走勢(shì)是斜率為負(fù)的直線，一次系數(shù)項(xiàng)為負(fù)值；

25、水帶干涸階段中，電流零休持續(xù)時(shí)間不斷增大，曲線的主體走勢(shì)是斜率為正的直線，一次系數(shù)項(xiàng)為正值；

26、水帶沸騰階段中，電流零休持續(xù)時(shí)間的整體走勢(shì)是開(kāi)口向下的拋物線，二次系數(shù)項(xiàng)為負(fù)值；

27、水帶沸騰階段中處于末期的零休持續(xù)時(shí)間小于處于中期的零休持續(xù)時(shí)間，水帶干涸階段中處于末期的零休持續(xù)時(shí)間大于處于中期的零休持續(xù)時(shí)間；

28、故而，通過(guò)判斷一段電流零休持續(xù)時(shí)間的擬合結(jié)果參數(shù)以及末期和中期的零休持續(xù)時(shí)間關(guān)系聯(lián)合判斷對(duì)應(yīng)的故障階段；其中，式（4）用于識(shí)別水帶靠近階段、式（5）用于識(shí)別水帶沸騰階段、式（6）用于識(shí)別水帶干涸階段：

29、????（4）；

30、????（5）；

31、?????（6）；

32、式中： a、 b是對(duì)電流零休持續(xù)時(shí)間擬合后所得的參數(shù)，分別對(duì)應(yīng)二次系數(shù)項(xiàng)、一次系數(shù)項(xiàng)；表示中期零休持續(xù)時(shí)間，表示末期零休持續(xù)時(shí)間。

33、可選的，還包括：對(duì)正負(fù)半周的零休持續(xù)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，將不具有極性效應(yīng)作為肘型頭早期故障的判斷依據(jù)。

34、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開(kāi)提供了一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，通過(guò)小波分解故障電流波形，計(jì)算頻帶內(nèi)半周波高頻細(xì)節(jié)信號(hào)的歸一化電流峰值，與正弦波形對(duì)比，從而判斷電弧的發(fā)生；之后將連續(xù)的故障電流零休平肩次數(shù)、正負(fù)半周差別、不同階段中的零休持續(xù)時(shí)間擬合參數(shù)作為故障辨識(shí)特征，可以準(zhǔn)確識(shí)別肘型頭早期故障，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)肘型頭早期故障的在線監(jiān)測(cè)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更換存在缺陷的肘型頭奠定了基礎(chǔ)，對(duì)提高配電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，其特征在于，判斷電弧是否產(chǎn)生，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，其特征在于，對(duì)故障電流波形進(jìn)行小波變換的具體過(guò)程為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，其特征在于，小波變換時(shí)采用db2小波基。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，其特征在于，電弧是否產(chǎn)生的判斷依據(jù)為頻帶內(nèi)的高次諧波信號(hào)，具體判斷方式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，其特征在于，肘型頭早期故障的辨識(shí)方式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，其特征在于，通過(guò)對(duì)一次電弧過(guò)程中的零休持續(xù)時(shí)間的二次函數(shù)擬合來(lái)判斷所發(fā)生的電弧故障是否為肘型頭早期故障，具體為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，其特征在于，還包括：對(duì)正負(fù)半周的零休持續(xù)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，將不具有極性效應(yīng)作為肘型頭早期故障的判斷依據(jù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種環(huán)網(wǎng)柜肘型頭早期故障特征提取方法，涉及肘型頭故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：通過(guò)小波變換分解故障電流波形，判斷電弧是否產(chǎn)生；將故障電流波形中零休持續(xù)時(shí)間的多種特征作為綜合判據(jù)，聯(lián)合辨識(shí)肘型頭早期故障。本發(fā)明將零休持續(xù)時(shí)間的出現(xiàn)次數(shù)、極性效應(yīng)、時(shí)間長(zhǎng)短變化趨勢(shì)特征作為綜合判據(jù)辨識(shí)肘型頭早期故障，使用真型試驗(yàn)場(chǎng)地中測(cè)得的其他類(lèi)型的早期故障波形數(shù)據(jù)和肘型頭早期故障真型試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)，驗(yàn)證該方法的有效性，為實(shí)現(xiàn)肘型頭早期故障的在線監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉亞?wèn)|,嚴(yán)英杰,段常坤,于志鵬,叢子涵,江俊杰,江秀臣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15