基于自相关-小波模极大值分析的电缆局部放电定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统领域，涉及电力系统信号处理应用技术，具体涉及一种基于 自相关-小波模极大值分析的电缆局部放电定位方法。
【背景技术】
[0002] 电力电缆在城市配电网中已经得到广泛应用，但是电力运行部门急需了解电力电 缆的绝缘状况以保障供电安全性和可靠性。局部放电是电力电缆发生绝缘故障的先兆，因 此有效检测局部放电并对放电点进行准确定位是提高电缆安全运行的一种重要途径。
[0003] 时域反射技术(又称TDR)是近十年来发展起来的测量技术，被广泛应用于线路测 长及故障定位。局部放电信号在电缆中产生后，一路沿着电缆向采集端传播，定义为入射 波；另一路沿着反方向传播到电缆终端后反射回采集端，定义为反射波。应用TDR方法进行 局部放电点定位，其测量精度依赖于对局部放电信号入射波及反射波波前到达时间的准确 判断。
[0004] 相关法是检测波形波前的常用方法，能够从淹没在噪声信号或者其他无关信号中 找到信号两部分或两个信号之间的相互关系，判别其相似性，并对信号特征进行检测和提 取。但是，局部放电在电缆中传播，高频分量衰减严重，导致反射波脉冲上升沿变缓，波形发 生了明显畸变，因此采用相关法进行定位尤其对于长距离电缆，势必会导致较大误差。小波 变换具有在时域和频域表征信号局部特性等性质，采用小波变换模极大值法检测反射波信 号的波前到达时间在一定程度上降低了局部放电信号波形衰减带来的误差。但是局部放电 信号中一般包含较大能量的噪声，噪声信号的小波模极大值会严重干扰对局部放电的准确 定位。
[0005] 因此，单纯采用相关法和小波变换模极大值法均不能达到较好的定位效果。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种定位精度高、抗干扰能力强的检测电力电 缆局部放电并对放电点进行准确定位的方法，主要是采用自相关法与小波变换模极大值法 相结合进行电缆局部放电定位的方法。
[0007] 本发明所采用的技术方案如下： (1)采集并初步处理局部放电信号： 通过布置在电缆一端的局部放电检测装置采集电缆中的局部放电信号，经滤波放大 后，由局部放电检测装置中的高速数字采集卡将模拟信号转换成数字信号，最后保存处理 后的局部放电信号为局部放电数据； 所述局部放电检测装置包括局部放电耦合电容Ck、局部放电检测阻抗Zm、信号滤波 器、信号放大器和数据采集装置；所述局部放电耦合电容Ck的一端接在测试电缆的线芯 上，其另一端和局部放电检测阻抗Zm串联后接地，所述信号滤波器的输入端接在局部放电 检测阻抗Zm两端，所述信号滤波器的输出端经信号放大器接入数据采集装置的输入端，所 述数据采集装置的输出端接外部的控制主机；所述测试电缆的线芯接高压电源，其屏蔽层 两端接地。所述数据采集装置为高速数字采集卡。所述高压电源为局部放电测试电压产生 单元总称，可为交流电压源、超低频电压源、振荡波电压源等；所述高压为电力行业的一个 常用语，高压电源一般指电压可输出数kV甚至数百kV的电源，常用于高压试验。
[0008] (2)提取局部放电入射波-反射波脉冲数据段 ： 对步骤（1)中采集到的局部放电数据进行滤波处理后，设定阈值，提取出包含局部放电 信号的完整入射波和反射波数据的局部放电入射波-反射波脉冲数据段;所述设定阈 值需超过反射波幅值而低于入射波幅值； 具体过程如下： 设定合适阈值，保证该阈值超过反射波幅值而低于入射波幅值，提取以入射波为起点 的长度为
【主权项】
1. 一种基于自相关-小波模极大值分析的电缆局部放电定位方法，其特征在于，其包 括以下步骤： (1) 采集并初步处理局部放电信号： 通过布置在电缆一端的局部放电检测装置采集电缆中的局部放电信号，经滤波放大 后，由局部放电检测装置中的高速数字采集卡将模拟信号转换成数字信号，最后保存处理 后的局部放电信号为局部放电数据； (2) 提取局部放电入射波-反射波脉冲数据段： 对步骤（1)中采集到的局部放电数据进行滤波处理后，设定阈值，提取出包含 局部放电信号的完整入射波和反射波数据的局部放电入射波-反射波脉冲数据段 ;所述设定阈值需超过反射波幅值而低于入射波幅值； (3) 进行自相关分析： 对步骤（2)中的入射波-反射波脉冲数据段进行自相关处理，提取入射波与反射 波的波前时间差的估计值dN ; (4) 进行小波模极大值分析： 对步骤（3)中的入射波-反射波脉冲数据段进行N层小波分解、重构，提取各层小 波重构信号的最大值点作为入射波波前位置，之后以步骤（3)自相关分析得到的入射波与 反射波的波前时间差的估计值dN作为参照，提取反射波小波模极大值时刻，计算入射波和 反射波波前时间差，计算局部放电点位置。
2. 根据权利要求书1所述的基于自相关-小波模极大值分析的电缆局部放电定位方 法，其特征在于：所述步骤（1)中所述局部放电检测装置包括局部放电耦合电容Ck、局部放 电检测阻抗Zm、信号滤波器、信号放大器和数据采集装置；所述局部放电耦合电容Ck的一 端接在测试电缆的线芯上，其另一端和局部放电检测阻抗Zm串联后接地，所述信号滤波器 的输入端接在局部放电检测阻抗Zm两端，所述信号滤波器的输出端经信号放大器接入数 据采集装置的输入端；所述数据采集装置为高速数字采集卡，所述测试电缆的线芯接高压 电源，其屏蔽层两端接地。
3. 根据权利要求书1或2所述的基于自相关-小波模极大值分析的电缆局部放电定位 方法，其特征在于：所述步骤（2)中所述局部放电入射波-反射波脉冲数据段的提取 过程为：设定合适阈值，保证该阈值超过反射波幅值而低于入射波幅值，提取以入射波为起 21 点的长度为[=^泠的信号区间，记为; 其中，Z为信号区间长度； /为电缆长度； V为信号在电缆中的传播速度； Ps为米样频率； 2为信号在电缆中传播的最大时长，以保证采样次数为L的信号区间内包含完整入射 V 波和反射波信号； X(X)中的η表示时间序号，η的取值范围为1~L。
4. 根据权利要求书3所述的基于自相关-小波模极大值分析的电缆局部放电定位方 法，其特征在于：所述步骤（3)中自相关分析的步骤如下： 3-1、按照如下公式（1)计算出自相关分析结果序列:
其中，为自相关分析结果序列； k 为偏移量，k=0，±l、±2、±3，···，土L; 3- 2、提取自相关分析结果序列的主峰和次峰之间的距离，作为入射波和反射波 的波前时间差的估计值dN ;所述主峰即最大值点，所述次峰即次最大值点。
5. 根据权利要求书4所述的基于自相关-小波模极大值分析的电缆局部放电定位方 法，其特征在于：所述步骤（4)中小波模极大值分析的步骤如下： 4- 1、对步骤（3)中取得的局部放电入射波-反射波脉冲数据段进行N尺度的小波 分解； 4-2、对范围是2~N-1尺度下的小波变换高频分量进行小波重构，提取第》层小波重构 信号的模最大值点位置作为入射波的波前位置，记为4，： = 2,3,...,況-1，其对应峰值为 4-3、以步骤（3)中自相关分析得到的入射波与反射波的波前时间差的估计值dV为 参照，在[%+夂￥-4，巧+1+4]区间内查找找最大值作为第1层小波重构信号模极大值 点，作为反射波的波前位置，记为化，其对应峰值为為i ;其中，^为自相关信号振荡周期； 4-4、分析4;/為的值是否满足随i增大逐渐增大的规律，若满足上述规律则进行步骤 4-5 ； 若不满足上述规律，则表明由&确定的脉冲信号为干扰信号，则返回步骤（3)进行自 相关分析，重新计算入射波与反射波的波前时间差的估计值<^况； 4-5、依照如下公式（2)计算第i层小波重构信号确定的入射波与反射波波前时间差 LNi : ^%=?-? (式 2) 其中，为第i层小波重构信号确定的入射波与反射波波前时间差； -?为第i层小波重构信号确定的反射波的波前位置； %为第i层小波重构信号确定的入射波的波前位置； 从而依照如下公式（3)计算入射波与反射波传播时间差ΔΓ : Ar = ANiFs (式 3) 其中，/?为采样频率； Δ3/为^坪平均值； 4-6、将入射波与反射波传播时间差Δτ代入如下公式（4)计算得到局部放电点位置；
#中，为胃部放?点?缆A端白勺足巨离； /为电缆长度； V为信号在电缆中的传播速度。
【专利摘要】本发明公开了一种基于自相关-小波模极大值分析的电缆局部放电定位方法，属于电力系统领域，其步骤包括：1、采集并初步处理局部放电信号；2、提取局部放电入射波-反射波脉冲数据段；3、对步骤2中的入射波-反射波脉冲数据段进行自相关处理，提取入射波与反射波的波前时间差的估计值dN；4、对步骤3中的入射波-反射波脉冲数据段进行N层小波分解、重构，提取各层小波重构信号的最大值点作为入射波波前位置，之后以步骤（3）自相关分析得到的入射波与反射波的波前时间差的估计值dN作为参照，提取反射波小波模极大值时刻，计算入射波和反射波波前时间差，计算局部放电点位置。本发明的优点是定位精度高、抗干扰能力强。
【IPC分类】G01R31-11
【公开号】CN104730424
【申请号】CN201510092868
【发明人】高树国, 范辉, 潘瑾, 陈志勇, 刘贺晨, 刘云鹏, 刘宏亮, 陈二松
【申请人】国家电网公司, 国网河北省电力公司电力科学研究院, 河北省电力建设调整试验所
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月2日