使用vlf td测量数据诊断电缆的状态并测量其剩余寿命的装置和方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明总体上涉及使用非常长的频率(VLF，very long frequency)tan5(tangent delta或TD)测量数据诊断电缆的状态并测量其剩余寿命的装置和方法，更具体地，涉及通 过使用VLF TD测量数据诊断电缆的状态、创建诊断电缆的状态的可再现性已经得到改善的 3D矩阵、使用作为VLF TD测量数据的统计重新释义的数据测量电缆的剩余寿命以诊断电缆 的状态并测量剩余寿命的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 通常，电力系统中的VLF TD测量方法是用于通过各种所施加的电压测量缆线或电 力设施的TD变化以诊断绝缘体中诸如水树(water tree)或缝隙的产生之类的异常迹象的 最有代表性的方法。
[0003] 当在已经长时间运作的绝缘体内部出现水树时，出现包括绝缘电阻降低和损耗电 流增加的退化现象。这种现象表示为TD变化，并且，是否存在异常和退化的状态是通过测量 这种改变的量而确定出的。特别是，由于高压绝缘体具有非常高的绝缘电阻和电容，因此泄 漏电流和电压呈现出90°的相位差。然而，这是出现在理想状态电路中的理论性结论。在现 实中，由于绝缘体内部的电阻组件产生轻微偏差，此时，电压-电流的相位角偏差表示为TD。 换言之，大数值的TD值表明异常的产生。
[0004] 作为前述测量TD的方法，存在基于Schering桥原理的测量方法和使用电压与电流 之间的微小相位差的测量方法(如日本专利申请特许公开No. 1996-201455中所公开的）。此 时，使用相位差的TD测量方法通常采用大约0.1Hz的VLF信号。原因在于，在60Hz的实际商用 频率上，不能以TD值变化容易地诊断出是否存在水树，但是在0.1Hz或更低的VLF上，可以仅 用TD值变化诊断出是否存在水树。
[0005] 然而，由于使用VLF测量TD的方法基于特定基准值或等级值与所测值之间的简单 比较来确定退化的状态，因此存在的限制在于，由于没有统计背景，因此并未考虑各个国家 的环境条件，这些条件包括地下缆线安装的比率、降雨、洪水特性、管理状态、缆线类型以及 发展特性。
[0006] 此外，使用VLF测量TD的方法并未建议清楚的确定规则(例如数值可再现性），并且 缺乏现场应用的标准。图1示出IEEE在2010年提出的VLF TD的新确定规则，其相比于先前那 些是更大的确定值。此时，由于作为取决于缆线类型的测量因素的lUo的测量条件的标准偏 差通过逻辑0R运算而加入，因此状态确定范围设置得很宽(从4到50)，这导致很多混淆。
[0007] 此外，由于使用VLF测量TD的方法依赖于来自先进欧洲国家的技术，因此存在的限 制在于，由于精确确定VLF TD的产生原因是不可能的，因此难以主动地响应设施故障或设 施误动作(例如绝缘击穿），于是，设施可靠性在各种现场条件下更低。
【发明内容】
[0008] 技术问题
[0009] 本发明已被提出用于解决这些限制，其目的在于提供一种使用VLF TD测量数据诊 断电缆的状态并且测量其剩余寿命的装置和方法，其能够使用VLF TD测量数据诊断所述电 缆的状态并且使用3D矩阵来测量剩余寿命，同时目标在于实现电缆的状态的可再现诊断。 [0010]此外，本发明的目的在于提供一种使用VLF TD测量数据诊断电缆的状态并且测量 其剩余寿命的装置和方法，其能够通过按电缆的每个类型的退化或结构变动对VLF TD信号 进行分类以推断影响VLF TD信号特性的原因。
[0011]此外，本发明的目的在于提供一种使用VLF TD测量数据诊断电缆的状态并且测量 其剩余寿命的装置和方法，其通过将从被确定为需要电缆管理的退化的起始点的原点到3D 矩阵中特定退化点的距离转换为到位置矢量的距离，能够精确地并且容易地诊断电缆的状 ??τ 〇
[0012]此外，本发明的目的在于提供一种使用VLF TD测量数据诊断电缆的状态并且测量 其剩余寿命的装置和方法，其能够根据基准故障概率、退化速度、边际率、余量率、故障可靠 性等级和故障确定距离来计算电缆更换工作的成本、基准故障概率、与故障密度匹配的位 置中的至少任一个以测量电缆的剩余经济寿命。
[0013] 技术解决方案
[0014] 根据用于完成上述目的的本发明的一方面，提供一种用于诊断电缆的状态并且测 量其剩余寿命的装置。所述装置包括:威布尔建模单元，其通过累计针对施加到电缆的多个 电压等级中的每一个所测量出的VLF tanS(TD)信号数据来执行威布尔分布建模;距离限制 单元，其针对每个测量距离将所累计的VLF TD信号数据的威布尔分布与所累计的VLF TD信 号数据的预设威布尔分布进行比较，以限定测量限制距离;数据类型分类单元，其基于所限 定的测量限制距离，针对每个类型对VLF TD信号数据进行分类;量化表示单元，其量化地表 示所分类的类型；归一化单元，其将所述VLF TD信号数据和VLF TD信号偏差(DTD)以及从所 述量化表示单元获取的VLF TD信号数据和偏差的斜率(SKIRT)表示为离散分布，并且对所 述离散分布进行归一化，以获取归一化分布;3D构建单元，其以获取的归一化分布构建3D矩 阵;风险等级计算单元，其基于所述3D矩阵中测量出的距离，将所述电缆的风险等级计算为 各预设风险等级之一。
[0015] 所述数据类型分类单元可以将所述VLF TD信号数据分类为趋势和模式，趋势可以 主要地分类为线性和非线性类型，线性模式可以分类为正、负和恒定类型，非线性模式可以 分类为振荡类型。
[0016] 所述量化表示单元包括:虚拟连线函数表示单元，其生成连接所述VLF TD信号数 据当中的最大值和最小值的虚拟连线;虚拟连线标准偏差获取单元，其对于所生成的虚拟 连线和所述VLF TD信号数据，获取虚拟标准偏差STDEV覷)；;校正变量获取单元，其获取校正 变量，以用于校正获取的虚拟连线标准偏差和所述VLF TD信号数据；SKIRT获取单元，其通 过将获取的校正变量乘以虚拟连线斜率来获取SKIRT;
[0017] 所述校正变量获取单元可以校正所述VLF TD信号数据的数值对于所述虚拟连线 的拟合程度以及所述VLF TD信号数据的量化等级。
[0018] 所述归一化单元可以获取归一化分布，用于将所述VLF TD信号数据和DTD的离散 分布的X和Y轴的值以及所述VLF TD信号数据和SKIRT的离散分布的X和Y轴的值归一化为0 至Ijl的归一化值。
[0019] 所述3D构建单元可以以X轴取作归一化后的VLF TD数据、Y轴取作归一化后的DTD 和Z轴取作归一化后的SKIRT来构建3D矩阵。
[0020] 所述风险等级计算单元可以计算从所述3D矩阵的原点的坐标(0,0,0)到特定位置 矢量(X，y，z)的距离，并且基于计算出的结果计算所述电缆的风险等级。
[0021] 所述预设风险等级可以分类并且设置为对应于现存距离范围的多个风险等级。
[0022] 所述装置可以还包括:寿命测量单元，其基于所述3D矩阵测量所述电缆的剩余寿 命。
[0023] 所述剩余寿命测量单元可以根据基准故障概率、退化速度、边际率、余量率、故障 可靠性等级以及故障确定时间来计算电缆更换工作的成本、基准故障概率、与故障密度匹 配的位置中的至少任一个，以测量所述电缆的剩余寿命。
[0024] 根据用于实现上述目的的本发明另一方面，提供一种用于诊断电缆的状态并且测 量其剩余寿命的方法。所述方法包括:通过累计对于施加到电缆的多个电压中的每一个所 测量的VLF tanS(TD)信号数据来执行威布尔分布建模;针对每个测量距离对所累计的VLF TD信号数据的威布尔分布与所累计的VLF TD信号数据的预设威布尔分布进行比较，以限定 测量限制距离;基于所限定的测量限制距离，针对每个类型对VLF TD信号数据进行分类;量 化地表示所分类的类型;将所述VLF TD信号数据和DTD以及所述VLF TD信号数据和SKIRT表 示为离散分布，并且对所述离散分布进行归一化，以获取归一化分布；以获取的归一化分布 构建3D矩阵;基于所构建的3D矩阵中所测量的距离，将所述电缆的风险等级计算为各预设 风险等级之一。
[0025]将所述VLF TD信号数据分类为趋势和模式可以包括:主要地将所述趋势分类为线 性和非线性类型，将所述线性模式分类为正、负和恒定类型，并且将所述非线性模式分类为 振荡类型。
[0026] 量化地表示所分类的类型可以包括:生成连接所述VLF TD信号数据当中的最大值 和最小值的虚拟连线;对于所生成的虚拟连线和所述VLF TD信号数据，获取虚拟标准偏差 STDEV覷)；;获取校正变量，以用于校正获取的虚拟连线标准偏差和所述VLF TD信号数据；以 及通过将获取的校正变量乘以虚拟连线斜率来获取SKIRT。
[0027] 将所述VLF TD信号数据和DTD以及所述VLF TD信号数据和SKIRT表示为离散分布， 并且对所述离散分布进行归一化，以获取归一化分布可以包括:获取用于将VLF TD信号数 据和所述DTD的所述离散分布以及所述VLF TD信号数据和所述SKIRT的所述离散分布的X和 Y轴归一化为0到1的归一化值的归一化分布。
[0028]以获取的归一化分布构建3D矩阵可以包括：以X轴取作归一化后的VLF TD数据、Y 轴取作归一化后的VLF TD信号偏差以及Z轴取作归一化后的SKIRT来构建3D矩阵。
[0029]基于所构建的3D矩阵中所测量的距离而将所述电缆的风险等级计算为各预设风 险等级之一可以包括:计算从所述3D矩阵的原点的坐标(0,0,0)到特定位置矢量(x，y，z)的 距离，并且基于计算出的结果而计算所述电缆的风险等级。
[0030] 所述方法可以还包括:在基于所构建的3D矩阵中所测量的距离将所述电缆的风险 等级计算为各预设风险等级之一之后，基于所述3D矩阵测量所述电缆的剩余寿命。
[0031] 基于所述3D矩阵测量所述电缆的剩余寿命可以包括:根据基准故障概率、退化速 度、