一种xlpe电缆局部放电在线监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种XLPE电缆局部放电在线监测方法，包括数据采集步骤，通过传感器获取相应的待测XLPE电缆的地线上的实时电压信号；数据汇总步骤，所述实时电压信号通过信号分配箱汇总到采集卡；数据处理步骤，工控机从所述采集卡上调取所述实时电压信号，并对所述实时电压信号进行滤波处理；数据存储步骤，经过滤波处理的所述实时电压信号保存在数据库中，形成历史电压数据；数据分析步骤，专家系统对所述历史电压数据进行分析，提取特征参数，形成特征图谱。本发明的一种XLPE电缆局部放电在线监测方法可以有效监测XLPE电缆的绝缘状态，为XLPE电缆的在线检测和监视提供切实可行的方法。
【专利说明】—种XLPE电缆局部放电在线监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种XLPE电缆局部放电在线监测方法。
【背景技术】
[0002]交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘的好坏是影响电缆安全可靠运行的关键因素，在电缆的实际运行过程中发现，大部分电缆故障是由于电缆绝缘发生劣化引起的，过去，我国广泛使用的预防性试验是采用定期停电进行试验的方法，属于离线检测。然而，随着电力供应的发展，这种停电试验的传统方法已愈来愈不能适应电力生产和供应的实际需要。因此研究电缆在线监测技术，可及时对电缆进行合理的维护、检修及更换，对保证电缆可靠运行具有重要的意义。
[0003]近几年来，为了保障电缆的安全运行，我国在电缆绝缘在线监测技术上也得到了一定的发展。电缆的在线监测方法主要有直流分量法、直流叠加法、局部放电法及低频叠加法等。国外发达国家这些方法已经得到较广泛的应用，积累了丰富的经验，我国在线监测技术刚刚起步，不少学者、专家和研究单位对国外的监测技术和方法进行跟踪研究，在电缆绝缘在线监测领域，国内也有了大量的相关论文和研究成果，但是目前投入实际运行的在线监测方法还很少。因此有必要研究并开发一种XLPE电缆局部放电在线监测方法，以满足电力及工矿企业对电缆绝缘的检测要求，提前给出电缆劣化的预警信息，以便防患于未然，提前对缺陷电缆进行更换或处理，避免恶性接地及短路故障的发生。
[0004]在XLPE电缆绝缘老化击穿的过程中，接地线电流与绝缘电阻、绝缘电容曲线都存在过渡过程，过渡过程之前电流几乎不变，过渡之后电流迅速增加。原因是由于电缆绝缘都由电树枝最终发生击穿，而只有当电缆破坏大于某一程度时，电缆中电场的集中才会引发电树枝，使绝缘中电流迅速增大。交联聚乙烯(XLPE)电缆在绝缘老化直至击穿的过程中，接地线电流的变化是有一定趋势的，随着电缆局部老化的发展，接地线电流的各种关系曲线都存在着明显的“过渡期”，在过渡期前电流平稳，在过渡期后电流迅速增加，因此，这个“过渡期”可以看作电缆击穿故障的“预警期”，一旦电缆进入“预警期”也就意味着电缆绝缘进入老化期，应及早采取措施。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种XLPE电缆局部放电在线监测方法，可以有效监测XLPE电缆的绝缘状态，为XLPE电缆的在线检测和监视提供切实可行的方法，帮助用户尽早发现电缆的潜在绝缘缺陷，提早安排检修和维护，从而使供电运行安全、可靠，使电气设备得到及时的维护，减少损失，降低生产成本。
[0006]实现上述目的的一种技术方案是:一种XLPE电缆局部放电在线监测方法,包括下列步骤:
[0007]SI，数据采集步骤，通过传感器获取相应的待测XLPE电缆的地线上的实时电压信号;[0008]S2，数据汇总步骤，所述实时电压信号通过信号分配箱汇总到采集卡；
[0009]S3，数据处理步骤，工控机从所述采集卡上调取所述实时电压信号，并对所述实时电压信号进行滤波处理；
[0010]S4，数据存储步骤，经过滤波处理的所述实时电压信号保存在数据库中，形成历史电压数据；
[0011]S5，数据分析步骤，专家系统对所述历史电压数据进行分析，提取特征参数，形成特征图谱。
[0012]上述的一种XLPE电缆局部放电在线监测方法中，所述数据处理步骤包括下列步骤:
[0013]S301，实时电压信号调取步骤，所述工控机从所述采集卡上调取所述实时电压信号;
[0014]S302，带通滤波处理步骤，所述工控机对调取的所述实时电压信号进行带通滤波处理；
[0015]S303，FFT滤波处理步骤，所述工控机对经过带通滤波处理的所述实时电压信号进行基于FFT的窄带干扰抑制算法的滤波处理；
[0016]S304，小波滤波处理步骤，所述工控机对经过FFT滤波处理的所述实时电压信号进行基于小波的消噪算法的滤波处理；
[0017]S305，NN滤波处理步骤，所述工控机对经过小波滤波处理的所述实时电压信号进行基于神经网络的滤波算法的滤波处理。
[0018]上述的一种XLPE电缆局部放电在线监测方法中，所述数据分析步骤中的所述特征参数包括阈值、窄带局放信号、最大放电量、平均放电量、平均放电电流、均方率、NQN和放电次数，其中:
[0019]所述阈值，即有效局放脉冲幅值的下限；
[0020]所述窄带局放信号，即局放数据在某窄带频率范围内信号的峰值；
[0021]所述最大放电量，即单个工频周期内局放脉冲幅值的最大值；
[0022]所述平均放电量，即单个工频周期内局放脉冲幅值的平均值；
[0023]所述平均放电电流，即流过所述传感器端电阻的平均电流；
[0024]所述均方率，即局放脉冲幅值的均方数值；
[0025]所述NQN，即标准化的放电次数；
[0026]所述放电次数，即单个工频周期内发生放电的次数。
[0027]上述的一种XLPE电缆局部放电在线监测方法中，所述数据分析步骤中的所述特征图谱包括最大放电量相位分布图谱、平均放电量相位分布图谱、放电次数相位分布图谱、放电幅值分布图谱、放电能量分布图谱和三维Φ-Q-N图谱，其中:
[0028]所述最大放电量相位分布图谱,表示各个相位区间的最大放电量；
[0029]所述平均放电量相位分布图谱，表示各个相位区间的平均放电量；
[0030]所述放电次数相位分布图谱，表示各个相位区间的放电次数；
[0031]所述放电幅值分布图谱，表示对不同幅值的放电次数的统计；
[0032]所述放电能量分布图谱，表示对不同幅值的放电能量的统计；
[0033]所述三维Φ-Q-N图谱，全面地反映放电量、放电次数和放电相位之间的关系。[0034]本发明的一种XLPE电缆局部放电在线监测方法与现有技术相比的有益效果是:通过监测待测XLPE电缆的地线上的电流变化作为判别电缆绝缘老化的特征信号，可以有效监测XLPE电缆的绝缘状态，为XLPE电缆的在线检测和监视提供切实可行的方法，帮助用户尽早发现电缆的潜在绝缘缺陷，提早安排检修和维护，从而使供电运行安全、可靠，使电气设备得到及时的维护，减少损失，降低生产成本，可以满足电力及工矿企业对电缆绝缘的检测要求，提前给出电缆劣化的预警信息，以便防患于未然，提前对缺陷电缆进行更换或处理，避免恶性接地及短路故障的发生，准确性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本发明的一种XLPE电缆局部放电在线监测方法的流程图；
[0036]图2为本发明的数据处理步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0037]本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明:
[0038]请参阅图1，本发明的实施例，一种XLPE电缆局部放电在线监测方法，包括下列步骤:
[0039]SI，数据采集步骤，通过传感器获取相应的待测XLPE电缆的地线上的实时电压信号;
[0040]S2，数据汇总步骤，实时电压信号通过信号分配箱汇总到采集卡；
[0041]S3，数据处理步骤，工控机从所述采集卡上调取所述实时电压信号，并对所述实时电压信号进行滤波处理；数据处理步骤具体包括下列步骤:
[0042]S301，实时电压信号调取步骤，工控机从采集卡上调取所述实时电压信号；
[0043]S302，带通滤波处理步骤，工控机对调取的实时电压信号进行带通滤波处理；
[0044]S303，FFT滤波处理步骤，工控机对经过带通滤波处理的所述实时电压信号进行基于FFT的窄带干扰抑制算法的滤波处理；
[0045]S304，小波滤波处理步骤，工控机对经过FFT滤波处理的所述实时电压信号进行基于小波的消噪算法的滤波处理；
[0046]S305，NN滤波处理步骤，工控机对经过小波滤波处理的所述实时电压信号进行基于神经网络的滤波算法的滤波处理。
[0047]S4，数据存储步骤，经过滤波处理的所述实时电压信号保存在数据库中，形成历史电压数据；
[0048]S5，数据分析步骤，专家系统对所述历史电压数据进行分析，提取特征参数，形成特征图谱。
[0049]S5，数据分析步骤中的所述特征参数包括阈值、窄带局放信号、最大放电量、平均放电量、平均放电电流、均方率、NQN和放电次数，其中:
[0050]阈值，即有效局放脉冲幅值的下限；
[0051]窄带局放信号，即局放数据在某窄带频率范围内信号的峰值；
[0052]最大放电量，即单个工频周期内局放脉冲幅值的最大值；[0053]平均放电量，即单个工频周期内局放脉冲幅值的平均值；
[0054]平均放电电流，即流过所述传感器端电阻的平均电流；
[0055]均方率，即局放脉冲幅值的均方数值；
[0056]NQN,即标准化的放电次数；
[0057]放电次数，即单个工频周期内发生放电的次数。
[0058]S5，数据分析步骤中的所述特征图谱包括最大放电量相位分布图谱、平均放电量相位分布图谱、放电次数相位分布图谱、放电幅值分布图谱、放电能量分布图谱和三维Φ-Q-N图谱，其中:
[0059]最大放电量相位分布图谱，表不各个相位区间的最大放电量；
[0060]平均放电量相位分布图谱，表示各个相位区间的平均放电量；
[0061]放电次数相位分布图谱，表示各个相位区间的放电次数；
[0062]放电幅值分布图谱，表示对不同幅值的放电次数的统计；
[0063]放电能量分布图谱，表示对不同幅值的放电能量的统计；
[0064]三维Φ-Q-N图谱，全面地反映放电量、放电次数和放电相位之间的关系。
[0065]本发明的一种XLPE电缆局部放电在线监测方法应用中，硬件设备包括若干待测XLPE电缆、若干传感器、信号分配箱、米集卡、工控机和专家系统,若干传感器 对应地与若干待测XLPE电缆相连，若干传感器分别与信号分配箱相连，信号分配箱、采集卡、工控机和专家系统依次相连，信号分配箱还与工控机相连。
[0066]工控机操作系统采用Windows Server2003 ;工控机上的数据库采用SQLServer2005 ;工控机上配置软件采用MATLAB R2007b (或对应版本的MCR)。
[0067]S5，数据分析步骤中，专家系统具有下列特点:
[0068]I)系统最终将电缆绝缘状态分成正常和注意两个级别，并可以根据当前数据库的数据和知识评估电缆绝缘状态，给出电缆局部放电类型和置信度。电缆信号类型分为:电晕、内部放电、沿面放电、悬浮放电和噪声干扰；
[0069]2)系统可支持多条线路，将各条线路进行比较分析；
[0070]3)系统支持模糊知识和模糊推理，更加符合实际情况；
[0071]4)系统支持远程监控，专家和用户可以通过远程监控系统的运行情况。当有情况发生时，专家可以通过网络远程协助确认故障情况
[0072]专家系统的主要功能有:
[0073]I)自动分析与故障诊断；
[0074]2)显示检测数据记录的二维和三维特征图谱；
[0075]3)显示特征参数的历史趋势，并提供数据回溯功能；
[0076]4)具备多待测XLPE电缆比较功能；
[0077]5)具备详细的操作与诊断日志。
[0078]综上所述，本发明的XLPE电缆局部放电在线监测方法，通过监测待测XLPE电缆的地线上的电流变化作为判别电缆绝缘老化的特征信号，可以有效监测XLPE电缆的绝缘状态，为XLPE电缆的在线检测和监视提供切实可行的方法，帮助用户尽早发现电缆的潜在绝缘缺陷，提早安排检修和维护，从而使供电运行安全、可靠，使电气设备得到及时的维护，减少损失，降低生产成本，可以满足电力及工矿企业对电缆绝缘的检测要求，提前给出电缆劣化的预警信息，以便防患于未然，提前对缺陷电缆进行更换或处理，避免恶性接地及短路故障的发生，准确性高。
[0079]本【技术领域】中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
【权利要求】
1.一种XLPE电缆局部放电在线监测方法，其特征在于，包括下列步骤: SI，数据采集步骤，通过传感器获取相应的待测XLPE电缆的地线上的实时电压信号； S2，数据汇总步骤，所述实时电压信号通过信号分配箱汇总到采集卡； S3，数据处理步骤，工控机从所述采集卡上调取所述实时电压信号，并对所述实时电压信号进行滤波处理； S4，数据存储步骤，经过滤波处理的所述实时电压信号保存在数据库中，形成历史电压数据； S5,数据分析步骤，专家系统对所述历史电压数据进行分析，提取特征参数，形成特征图谱。
2.根据权利要求1所述的一种XLPE电缆局部放电在线监测方法，其特征在于，所述数据处理步骤包括下列步骤: S301，实时电压信号调取步骤，所述工控机从所述采集卡上调取所述实时电压信号； S302，带通滤波处理步骤，所述工控机对调取的所述实时电压信号进行带通滤波处理； S303，FFT滤波处理步骤，所述工控机对经过带通滤波处理的所述实时电压信号进行基于FFT的窄带干扰抑制算法的滤波处理； S304，小波滤波处理步骤，所述工控机对经过FFT滤波处理的所述实时电压信号进行基于小波的消噪算法的滤波处理； S305, NN滤波处理步骤，所述工控机对经过小波滤波处理的所述实时电压信号进行基于神经网络的滤波算法的滤波处理。
3.根据权利要求1所述的一种XLPE电缆局部放电在线监测方法，其特征在于，所述数据分析步骤中的所述特征参数包括阈值、窄带局放信号、最大放电量、平均放电量、平均放电电流、均方率、NQN和放电次数，其中: 所述阈值，即有效局放脉冲幅值的下限； 所述窄带局放信号，即局放数据在某窄带频率范围内信号的峰值； 所述最大放电量，即单个工频周期内局放脉冲幅值的最大值； 所述平均放电量，即单个工频周期内局放脉冲幅值的平均值； 所述平均放电电流，即流过所述传感器端电阻的平均电流； 所述均方率，即局放脉冲幅值的均方数值； 所述NQN，即标准化的放电次数； 所述放电次数，即单个工频周期内发生放电的次数。
4.根据权利要求1或3任一所述的一种XLPE电缆局部放电在线监测方法，其特征在于，所述数据分析步骤中的所述特征图谱包括最大放电量相位分布图谱、平均放电量相位分布图谱、放电次数相位分布图谱、放电幅值分布图谱、放电能量分布图谱和三维Φ-Q-N图谱，其中: 所述最大放电量相位分布图谱，表示各个相位区间的最大放电量； 所述平均放电量相位分布图谱，表示各个相位区间的平均放电量； 所述放电次数相位分布图谱，表示各个相位区间的放电次数； 所述放电幅值分布图谱，表示对不同幅值的放电次数的统计；所述放电能量分布图谱，表示对不同幅值的放电能量的统计；所述三维Φ-Q-N图谱，全面地 反映放电量、放电次数和放电相位之间的关系。
【文档编号】G01R31/12GK103901330SQ201410150614
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】沈超, 周华, 鲍长庚, 贾雅君, 姚林朋, 王大成, 傅铭, 顾悦, 邱从明, 周昊, 章晓亮, 朱伟剑, 闫贻鹏, 杨国健, 叶清 申请人:上海君世电气科技有限公司, 国网上海市电力公司