分布式高压电缆局部放电在线监测及定位系统的制作方法

本发明属于电力电缆局部放电检测技术领域，具体涉及到高压电缆分布式局部放电在线监测及定位系统。

背景技术：

目前，交联聚乙烯(XLPE)电缆已经广泛应用于国家电网，其绝缘性能直接关系到电网安全运行，由于电缆制作工艺不良，电缆附件现场安装不当等原因，电缆会产生局部放电，影响电缆的绝缘性，局部放电作为电缆绝缘老化的重要参数，因此对电缆的局部放电监测及定位尤为重要。

传统的电力电缆局部放电检测是在单点处(电缆接头或者终端)进行带电检测，以判断是否有局部放电，该方法测量到的局部放电精度较差，且无法判定放电来源。现场检测时先将局部放电检测仪布置在现场，再逐点测量，然后将测量的数据进行后台离线分析，这种方法存在现场电磁干扰大，局部放电量小，极易被背景噪声淹没，难以定位等缺点，这种方法不再适用于高压电力电缆尤其是长距离铺设的电力电缆的局部放电检测。

目前大多分布式局部放电监测采用的方法是在一条线路上同时布置有多个监测点，一般每个接头放置一个监测点，在线监测时可对每个监测点进行实时数据采集，将每个监测点数据上传至远程服务器进行异地存储和实时分析。

以上方法能够检测电缆的局部放电信号，但同时存在一定的问题：

(1)电缆局部放电在线监测系统，设备体积大，现场需要铺设大量的光纤线缆，监测成本高；分布式电缆局部放电在线监测各单元需要同步采集，以便后续完成局放定位。

(2)电缆局部放电在线监测系统，依靠安装的工频电流传感器采集工频信号触发三通道同步采集，系统采集20ms工频周期时长，多次连续采集数据量较大，数据分析和定位较慢，局部放电的相位信息由工频信号计算得出，无法检测尚未运行的电缆线路。

技术实现要素：

针对现有的分布式电缆局部放电在线监测系统的问题，本发明地目的在于提出了一种分布式高压电缆局部放电在线监测及定位系统，能够对线路多点进行高速采集，可根据现场环境需要，选择监测数据GPRS或者光纤传输至服务器，根据采集信号的幅值衰减趋势，发现疑似放电大体位置，再对疑似放电的监测点进行高精度同步采集，从而进行局部放电诊断和定位；根据现场条件可采取外部工频信号或内部工频信号，对采集的局部放电进行相位匹配。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种分布式高压电缆局部放电在线监测及定位系统，包括信号预处理模块、局部放电采集模块、数据信号处理模块、通信模块、电源模块、数据分析模块；信号预处理模块连接外部传感器，预处理模块对传感器耦合的信号进行数字滤波和放大调理后，由局部放电采集模块采集调理后的信号，再将数据传输于数据信号处理模块分析和处理，计算局部放电参量及PRPD谱图信息，并通过通信模块将局部放电信号测量结果发送至数据分析模块；

所述的信号预处理模块，对传感器耦合的信号进行带通滤波和放大，其输出端作为局部放电采集模块的输入端；

所述的局部放电采集模块，包括四通道同步采集、内部工频信号输出以及内部和外部工频信号切换功能，以局部放电脉冲信号为触发源，同步采集经过预处理过的三相信号以及工频信号，采集速率为250MS/s，采集时长20us，连续采集设定次数后，然后将数据一次性返回，保证两次采集时间间隔极小，可达几us量级；

所述的数据信号处理模块，对采集的局部放电信号及工频信号进行处理和分析，计算得出局部放电的放电量、PRPD、PRPS谱图，进一步计算波形的统计特征，将数据信息存储或通过所述的通信模块上传至数据分析模块，局部放电定位时，将同步采集波形传输至数据分析模块进行判别；

所述的通信模块包括GPRS无线通信和光纤通信两种方式，可在数据信号处理模块中进行设置，将局部放电信息传输至数据分析模块，也可对各监测点进行同步采集参数设定；

所述的电源模块为以上所述模块提供电源；采用可充电蓄电池，输出5V和12V电压，保证系统内各模块正常运行。

所述的数据分析模块，实时接收并显示各监测点的局部放电放电量、PRPD谱图等统计特征，通过对比各监测点放电量的衰减程度，发现疑似局部放电大体位置，并通过长时间监测查看趋势，进一步判断是否发生局部放电。对放电源两端监测点进行同步触发采集，收集两端监测点波形，对局部放电进行定位；数据分析模块内的局部放电模式识别模块可对局部放电信号进行类型判别，以判别局部放电的危害程度。

所述的局部放电模式识别模块，是由所述的数据信号处理模块进行的波形特征分析和所述的数据分析模块的特征统计分析综合得出的；所述的数据信号处理模块对采集的波形进行小波包分解降噪，在分解的频段内分别计算出能量熵，并进行归一化，再与样本库的中不同放电类型的能量熵分布进行比较，得出放电类别，同时将局部放电的放电量，放电谱图，统计特征包括偏斜度、突出度、互相关系数、放电量因数和相位不对称度等参量通过所述的通信模块传输至所述的数据分析模块，数据分析模块根据局部放电的统计特征在样本库中找出匹配的放电类型，与所述的数据信号处理模块得出的放电类型进行综合比较。

本发明的有益效果为：

(1)本发明系统采用快速帧技术，将一个局部放电脉冲片段定义为一帧，以局部放电脉冲信号作为触发源，仅采集脉冲信号短时域波形，连续采集设定帧数后一次性将波形显示，快速数据帧技术可实现局部放电脉冲的连续触发，高速采集，及小容量存储处理。

(2)通过分别比较各监测点的局部放电衰减信息，判定局部放电位置，并可通过设定各监测点同步采集参量，可实现各监测点高精度同步采集，从而对局部放电进行定位。

(3)根据局部放电的统计特性和波形特征向量，结合网络神经算法和大量的样本库学习，提高了局部放电的模式识别准确度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的实施的高压电缆分布式局部放电在线监测系统的功能框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

参照图1，一种分布式高压电缆局部放电在线监测及定位系统，其特征在于，其包括信号预处理模块、局部放电采集模块、数据信号处理模块、通信模块、电源模块、数据分析模块；

所述的信号预处理模块，对传感器耦合的信号进行带通滤波和放大，其输出端作为局部放电采集模块的输入端；

所述的局部放电采集模块，包括四通道同步采集、内部工频信号输出以及内部和外部工频信号切换功能，以局部放电脉冲信号为触发源，同步采集经过预处理过的三相信号以及工频信号，采集速率为250MS/s，采集时长20us，连续采集设定次数后，然后将数据一次性返回，保证两次采集时间间隔极小，可达几us量级；

所述的数据信号处理模块，对采集的局部放电信号及工频信号进行处理和分析，计算得出局部放电的放电量、PRPD、PRPS谱图，进一步计算波形的统计特征，将数据信息存储或通过所述的通信模块上传至数据分析模块，局部放电定位时，将同步采集波形传输至数据分析模块进行判别；

所述的通信模块包括GPRS无线通信和光纤通信两种方式，可在数据信号处理模块中进行设置，将局部放电信息传输至数据分析模块，也可对各监测点进行同步采集参数设定；

所述的电源模块为以上所述模块提供电源；采用可充电蓄电池，输出5V和12V电压，保证系统内各模块正常运行。

所述的数据分析模块，实时接收并显示各监测点的局部放电放电量、PRPD谱图等统计特征，通过对比各监测点放电量的衰减程度，发现疑似局部放电大体位置，并通过长时间监测查看趋势，进一步判断是否发生局部放电。对放电源两端监测点进行同步触发采集，收集两端监测点波形，对局部放电进行定位。数据分析模块内的局部放电模式识别模块可对局部放电信号进行类型判别，以判别局部放电的危害程度。

所述的局部放电模式识别模块，是由所述的数据信号处理模块进行的波形特征分析和所述的数据分析模块的特征统计分析综合得出的。所述的数据信号处理模块对采集的波形进行小波包分解降噪，在分解的频段内分别计算出能量熵，并进行归一化，再与样本库的中不同放电类型的能量熵分布进行比较，得出放电类别，同时将局部放电的放电量，放电谱图，统计特征包括偏斜度、突出度、互相关系数、放电量因数和相位不对称度等参量通过所述的通信模块传输至所述的数据分析模块，数据分析模块根据局部放电的统计特征在样本库中找出匹配的放电类型，与所述的数据信号处理模块得出的放电类型进行综合比较。

实施例

参照图2，将高频宽带电磁传感器套接在三相电缆附件接地线或交叉互联接地线上，50Hz工频电压传感器安装于附件的本体上用于耦合工频电流信号；传感器与本发明的信号预处理模块连接，预处理模块对传感器耦合的信号进行数字滤波和放大调理后，由局部放电采集模块采集调理后的信号，再将数据传输于数据信号处理模块分析和处理，计算局部放电参量及PRPD等谱图信息，并通过通信模块将局部放电信号测量结果发送至数据分析模块。

数据分析模块接收局部放电参量信息，将各监测点的局部放电数据进行整理和比较，通过对局部放电的峰值统计衰减和相近的局部放电的谱图比较，判断局部放电信号大体位置，然后设置放电信号附近两端的监测点进行同步采集，通过计算局部放电达到监测点的时延差值，精确局部放电定位，同时根据局部放电的统计特征向量与样本库进行比对分析，得出放电类型。

下面对本发明系统中的部件进行逐一说明：

①所述的信号预处理模块，对传感器耦合信号进行硬件滤波和信号放大，以提高检测灵敏度，低通滤波在30MHz以上的干扰信号，程控信号具有1、2、5、10、20、50、100、200放大倍数，将信号调理至局部放电采集模块最佳输入范围内。

②所述的局部放电采集模块，实现四通道同步高速采集功能，三通道分别对应传感器耦合的三相电缆信号，第四通道采集50Hz工频传感器信号。采集速率为250MS/s，采集时长20us，模拟带宽60MHz，分辨率为14位。采用快速帧技术，将一个局部放电脉冲片段定义为一帧，以局部放电脉冲信号作为触发源，仅采集脉冲信号短时域波形，连续采集设定帧数后，一次性将存储在采集卡ROM数据返回，保证两次采集时间间隔极小，可达几us量级，快速数据帧技术可实现局部放电脉冲的连续触发，高速采集，及小容量存储处理。同时可根据现场需要选择内工频信号输出，即局部放电模块输出标准的50Hz工频信号连接到第四通道，或可通过测量50Hz工频传感器耦合信号输出同频率和幅值的标准工频信号，从而代替耦合的工频信号。

③所述的数据信号处理模块，结合嵌入式工控机和虚拟仪器技术，采用Labview软件编写操作界面，数据分析和显示，计算局部放电的谱图、放电量和统计特征信息，包括偏斜度、突出度、互相关系数、放电量因数和相位不对称度等参量等。

④所述的通信模块，包括GPRS无线通信和光纤通信两种方式，根据现场实际可在数据信号处理模块中进行设置，将局部放电信息传输到数据分析模块，也可对各监测点进行同步采集参数设定。

⑤所述的电源模块，采用可充电电池，为各个模块正常工作提供稳定电压。

所述的局部放电模式识别模块，本实施例的分布式高压电缆局部放电定位，其包括以下步骤：

①各监测点实时在线监测时，由数据信号处理模块分析和处理采集信号，分别计算出各监测点的局部放电参量及PRPD等谱图信息，再通过通信模块将局部放电信号测量结果发送至数据分析模块。

②数据分析模块接收局部放电参量信息，将各监测点的局部放电数据进行整理和比较，通过对比各监测点的局部放电的峰值统计衰减和相近的局部放电的谱图，判断局部放电信号大体位于其中某两个监测点之间。

③数据分析模块设置两监测点外同步触发采集，通过计算局部放电达到监测点的时延差值，可精确定位局部放电。

所述的局部放电模式识别模块，本实施例的分布式高压电缆局部放电模式识别，其包括以下步骤：

①数据信号处理模块将局部放电信号进行小波包降噪分解，选用db3小波进行小波变换，利用db3小波对时域信号进行3层小波包分解，得到8个频带特征信号，计算各频带的局部能量熵；

②将各频带的局部放电能量熵进行归一化，并与样本库的各种类别局部放电的能量熵进行分类比较，得出局部放电类别；

③同时计算局部放电波形的统计特性，包括偏斜度、突出度、互相关系数、放电量因数和相位不对称度等参量等。通过通信模块发送至数据分析模块；

④数据分析模块将接收到的局部放电波形的统计特性与统计样本库进行分类比较，得出局部放电类别，通过数据信号处理模块和数据分析模块两种判别分析相互补充，综合得出放电结论。