一种电缆过电流原因辨识方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电缆过电流原因辨识方法及装置，该方法包括：对三相电流信号进行单相过电流检测；在检测到所述三相电流信号存在单相过电流时，确定过电流相电流信号的指标特征向量样本；计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考样本各指标的关联系数，一个指标向量参考样本对应一个引起单相过电流的原因；结合指标权重向量和各指标的关联系数计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考样本的关联度；找到关联度数值最大的指标向量参考样本所对应的单相过电流原因，从而识别电缆早期故障。
【专利说明】一种电缆过电流原因辨识方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电气系统领域，特别是涉及一种电缆过电流原因辨识方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着城市化建设的不断推进，目前城市配电网日益趋向于采用电力电缆进行电力 传输。由于电力电缆一般埋设于土壤中或敷设于室内、沟道、隧道中，线间绝缘距离小，不用 杆塔占地少且基本不占地面上空间，其受到电击的可能性小，受气候条件和周围环境影响 小，传输性能稳定且可靠性高，供电更可靠、更安全。但是电力电缆发生的闪络、局放等情况 可能会导致电力电缆永久性故障，且该故障查找困难。
[0003] 电力电缆的早期故障通常是由于绝缘层内部老化而逐渐恶化导致，一般表现为持 续时长为0. 5?5个周波的短时单相过电流。如果早期故障不能够及时、有效的得到检测 和识别并加以修复或更换，将会发展成为永久性故障。因此对电力电缆的早期故障提前预 警，就能够积极有效地减少发生严重故障的情况，对于减少因电力电缆发生故障而导致的 停电损失，提高电网的安全运行的能力，延长电网线路的运行寿命，都具有十分重要的实际 意义。
[0004] 目前电力电缆的早期故障的检测方法主要是通过检测电缆是否存在短时过电流， 但是该方法虽然能够检测到短时单相过电流信号，但是并不能以上述方法检测到的结果来 准确地表明检测到了电缆的早期故障，因为引起单相短时过电流的原因比较多，例如变压 器和电容器的投运、负荷投入以及电动机的起动等原因。因此利用上述方法并不能够确定 引起短时单相过电流信号的具体原因。目前对电缆早期故障的检测主要集中检测到短时单 相过电流信号的检测，而没有进一步辨识该过电流是否由电缆的早期故障引起。
[0005] 因此如何从众多引起短时过电流的原因中找到引起当前单相过电流的原因，是本 领域的技术人员目前需要解决的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种电缆过电流原因辨识方法，该方法能够完成对引起电缆 当前单相过电流的原因的辨识；本发明的另一目的是提供一种电缆过电流原因辨识的装 置。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：
[0008] -种电缆过电流原因辨识方法，包括：
[0009] 1)对三相电流信号进行单相过电流检测；
[0010] 2)在检测到所述三相电流信号存在单相过电流时，确定过电流相电流信号的指标 特征向量样本；
[0011] 3)计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考样本的各指标的关联系数，一 个指标向量参考样本对应一个引起单相过电流的原因；
[0012] 4)结合指标权重向量和各指标的关联系数计算指标特征向量样本与预定的各指 标向量参考样本的关联度；
[0013] 5)找到关联度数值最大的指标向量参考样本所对应的单相过电流原因。
[0014] 其中，所述三相电流信号进行单相过电流检测方法具体为：对电缆三相电流信号 进行小波变换，计算各相电流小波变换模极大值，检测是否仅有一相电流的小波变换模极 大值在0. 5?5周波内是否连续发生两次突变，若是，则确定该相存在短时过电流。
[0015] 其中，所述确定过电流的三相电流的指标特征向量样本的方法具体为：对电缆三 相电流信号选用db4小波进行小波变换，并进行5层分解，得到5层高频细节系数和1层低 频近似系数及各层细节系数能量值之和，电流相电流有效值和电流持续时间，并将这九个 指标作为指标特征向量样本。
[0016]其中，所述各层细节系数能量值之和的计算公式为：五，
[0017] 其中，Ed为各层细节系数能量值之和，(^为第j层的细节系数。
[0018] 其中，所述关联度的计算公式为：
[0019] γ^Υ,4]ξ(Ρ …/二1 ..
[0020] 其中Yk为指标特征向量样本与第k个指标向量参考样本关联度，为第1个指 标的权重系数，为指标特征向量样本与第k个指标向量参考样本的第1个指标的关联系 数，s为指标个数。本发明实施例还提供一种电缆过电流原因辨识装置，包括：
[0021] 三相电流处理单元，用于对三相电流信号进行单相过电流检测；
[0022] 指标特征向量样本确定单元，用于在检测到所述三相电流信号存在单相过电流 时，确定过电流相电流信号的指标特征向量样本；
[0023] 第一计算单元，用于计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考样本的各指 标的关联系数，一个指标向量参考样本对应一个引起单相过电流的原因；
[0024] 第二计算单元，用于结合指标权重向量和各指标的关联系数计算指标特征向量样 本与预定的各指标向量参考样本的关联度；
[0025] 判别单元，用于找到关联度数值最大的指标向量参考样本所对应的单相过电流原 因。其中，所述三相电流处理单元包括：小波变换器和判别器，
[0026] 小波变换器，用于对电缆三相电流信号进行小波变换，计算各相电流小波变换模 极大值；
[0027] 判别器，用于检测是否仅有一相电流的小波变换模极大值在0. 5?5周波内是否 连续发生两次突变，若是，则确定该相存在短时过电流。
[0028] 其中，所述指标特征向量样本确定单元包括：
[0029] 系数确定子单元，用于对电缆三相电流信号选用db4小波进行小波变换，并进行5 层分解，得到5层高频细节系数和1层低频近似系数及各层细节系数能量值之和，电流相电 流有效值和电流持续时间，并将这九个指标作为指标特征向量样本。
[0030] 其中，所述系数确定子单元包括：
[0031] 能量值计算子单元，用于根据公式五计算各层细节系数能量值之 和；
[0032] 其中，Ed为各层细节系数能量值之和，(^为第j层的细节系数。
[0033] 其中，所述第二计算单元包括：
[0034]第二计算执行子单元，用于根据公式A = 计算关联度；
[0035] 其中Yk为指标特征向量样本与第k个指标向量参考样本关联度，为第1个指 标的权重系数，为指标特征向量样本与第k个指标向量参考样本的第1个指标的关联系 数，s为指标个数。基于上述技术方案，本发明实施例所提供的电缆过电流原因辨识方法，对 二相电流号进行单相过电流检测；在检测到所述二相电流号存在单相过电流时，确定 过电流相电流信号的指标特征向量样本；计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考 样本的各指标的的关联系数，一个指标向量参考样本对应一个引起单相过电流的原因；结 合指标权重向量和各指标的关联系数计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考样 本的关联度；找到关联度数值最大的指标向量参考样本所对应的单相过电流原因。从而确 定出引起当前电缆单相过电流的具体原因，也可以确定哪些电缆单相过电流是由于早期故 障所引起的。因此能够准确的辨别电缆早期故障，从而就可以采取措施进行修复和更换，就 能够积极有效地减少发生严重故障的情况，对于减少因电力电缆发生故障而导致的停电损 失，提高电网的安全运行的能力，延长电网线路的运行寿命，都具有十分重要的实际意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 图1为本发明实施例提供的电缆过电流原因辨识方法的流程图；
[0037] 图2为本发明实施例提供的对三相电流信号进行单相过电流检测的方法流程图；
[0038] 图3为本发明实施例提供的电缆过电流原因辨识装置的结构框图；
[0039] 图4为本发明实施例提供的三相电流处理单元的结构框图；
[0040] 图5为本发明实施例提供的指标特征向量样本确定单元的结构框图；
[0041] 图6为本发明实施例提供的系数确定子单元的结构框图；
[0042] 图7为本发明实施例提供的第一计算单元的结构框图；
[0043] 图8为本发明实施例提供的第二计算单元的结构框图；
[0044] 图9为本发明实施例提供的判别单元的结构框图。
【具体实施方式】
[0045] 本发明的核心是提供一种电缆过电流原因辨识方法，该方法能够完成对引起电缆 当前单相过电流的原因的辨识；本发明的另一目的是提供一种电缆过电流原因辨识的装 置。
[0046] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047] 请参考图1，图1为本发明实施例提供的电缆过电流原因辨识方法的流程图，该方 法可以包括：
[0048] 步骤slOO、对三相电流信号进行单相过电流检测；
[0049] 这里对电缆三相电流信号进行采样，对一个采样窗口的三相电流信号分别进行变 换，判断是否存在且仅有一相存在单相过电流，若存在则进入下一步，若不存在或者大于一 相存在过电流则对在一个米样窗口的三相电流信号分别进行变换。
[0050] 步骤slio、在检测到所述三相电流信号存在单相过电流时，确定过电流相电流信 号的指标特征向量样本；
[0051] 在检测到三相电流信号存在单相过电流时，记录、计算变换过程中得到的所需要 的各指标特征值，按照与指标向量参考样本各指标的顺序形成过电流相电流信号的指标特 征向量样本。
[0052] 步骤sl20、计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考样本的各指标的关联 系数，一个指标向量参考样本对应一个引起单相过电流的原因；
[0053] 其中，指标向量参考样本是根据大量实测数据或经验数据形成的当电缆发生早期 故障、变压器投运、电容器投运、负荷投入及电动机起动时等原因形成单相过电流时的各项 指标参考数值，各项指标参考数值形成对应的指标向量参考样本。
[0054] 计算指标特征向量样本与每一个原因形成的预定的各指标向量参考样本的关联 系数。当然在这里一个指标向量参考样本对应一个引起单相过电流的原因。
[0055] 步骤S130、结合指标权重向量和各指标的关联系数计算指标特征向量样本与预定 的各指标向量参考样本的关联度；；
[0056] 其中，预定指标权重向量样本是根据专家对大量实测数据或经验数据的分析进行 专家打分，得到的各个指标在引起电缆单相过电流原因中所占的权重，从而形成的指标权 重向量样本。
[0057] 计算得到关联系数与预定指标权重向量样本的关联度。
[0058] 步骤S140、找到关联度数值最大的指标向量参考样本所对应的单相过电流原因。
[0059] 对得到的关联度数值，找到数值最大的一个，对应的找到关联系数，在看次关联系 数是由指标特征向量样本于哪个指标向量参考样本计算得到，每个指标向量参考样本都会 对应有一个形成电缆单相过电流的原因，这样就找到了引起当前电缆单相过电流的原因。
[0060] 本发明实施例所提供的电缆过电流原因辨识方法，对三相电流信号进行单相过电 流检测；在检测到所述三相电流信号存在单相过电流时，确定过电流相电流信号的指标特 征向量样本；计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考样本的各指标的关联系数， 一个指标向量参考样本对应一个引起单相过电流的原因；结合指标权重向量和各指标的关 联系数计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考样本的关联度；找到关联度数值最 大的指标向量参考样本所对应的单相过电流原因。从而确定出引起当前电缆单相过电流的 具体原因，也可以确定哪些电缆单相过电流是由于早期故障所引起的。因此能够准确的辨 别电缆早期故障，从而就可以采取措施进行修复和更换，就能够积极有效地减少发生严重 故障的情况，对于减少因电力电缆发生故障而导致的停电损失，提高电网的安全运行的能 力，延长电网线路的运行寿命，都具有十分重要的实际意义。
[0061] 可选的，图2给出了本发明实施例提供的对三相电流信号进行单相过电流检测的 方法流程图，参照图2,该对三相电流信号进行单相过电流检测的方法可以包括：
[0062] 步骤s200、对电缆三相电流信号进行小波变换；
[0063] 可选的，对电缆三相电流信号进行小波变换可以利用db4小波，分解5层的方法进 行小波变换，选用db4小波5层分解对每一采样窗口的三相电流信号分别进行小波变换。
[0064] 步骤s210、计算各相电流小波变换模极大值；
[0065] 可选的，在定义信号的小波变换模极大值时，小波变换是采用具有滤波意义的卷 积形式。若在尺度为％时，电流信号i (t)的卷积形小波变换为WTi (? t)。
[0066] 如果在tQ的领域内满足条件：
[0067] WTi(a〇,t) | ^ |WTi(a0,t〇) (1)
[0068] 则称WTi (&(|，〇为i (t)在尺度时在h附近的小波变换局部模极大值。
[0
【权利要求】
1. 一种电缆过电流原因辨识方法，其特征在于，该方法包括： 1) 对三相电流信号进行单相过电流检测； 2) 在检测到所述三相电流信号存在单相过电流时，确定过电流相电流信号的指标特征 向量样本； 3) 计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考样本的各指标的关联系数，一个指 标向量参考样本对应一个引起单相过电流的原因； 4) 结合预定指标权重向量和各指标的关联系数计算指标特征向量样本与预定的各指 标向量参考样本的关联度； 5) 找到与关联度数值最大的指标向量参考样本所对应的单相过电流原因。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中对三相电流信号进行单相过 电流检测方法具体为：对电缆三相电流信号进行小波变换，计算各相电流小波变换模极大 值，检测是否仅有一相电流的小波变换模极大值在〇. 5?5周波内是否连续发生两次突变， 若是，则确定该相存在短时过电流。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中确定过电流的三相电流的指 标特征向量样本的方法具体为：对电缆三相电流信号选用db4小波进行小波变换，并进行 5层分解，得到5层高频细节系数和1层低频近似系数及各层细节系数能量值之和，电流相 电流有效值和电流持续时间，并将这九个指标作为指标特征向量样本。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述各层细节系数能量值之和的计算公式 为:凡= Σ;Κ ; 其中，Ed为各层细节系数能量值之和，(^为第j层的细节系数。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中关联度的计算公式为： ? 二 tA" ./-1... 其中Yk为指标特征向量样本与第k个指标向量参考样本的关联度，为第1个指标 的权重系数，if为指标特征向量样本与第k个指标向量参考样本的第1个指标的关联系 数，s为指标个数。
6. -种电缆过电流原因辨识装置，其特征在于，包括： 三相电流处理单元，用于对三相电流信号进行单相过电流检测； 指标特征向量样本确定单元，用于在检测到所述三相电流信号存在单相过电流时，确 定过电流相电流信号的指标特征向量样本； 第一计算单元，用于计算指标特征向量样本与预定的各指标向量参考样本的各指标的 关联系数，一个指标向量参考样本对应一个引起单相过电流的原因； 第二计算单元，用于结合指标权重向量和各指标的关联系数计算指标特征向量样本与 预定的各指标向量参考样本的关联度； 判别单元，用于找到关联度数值最大的指标向量参考样本所对应的单相过电流原因。
7. 如权利要求6所述的电缆过电流原因辨识装置，其特征在于，所述三相电流处理单 元包括：小波变换器和判别器，其中， 小波变换器，用于对电缆三相电流信号进行小波变换，计算各相电流小波变换模极大 值； 判别器，用于检测是否仅有一相电流的小波变换模极大值在0. 5?5周波内是否连续 发生两次突变，若是，则确定该相存在短时过电流。
8. 如权利要求6所述的电缆过电流原因辨识装置，其特征在于，所述指标特征向量样 本确定单元包括： 系数确定子单元，用于对电缆三相电流信号选用db4小波进行小波变换，并进行5层分 解，得到5层高频细节系数和1层低频近似系数及各层细节系数能量值之和，电流相电流有 效值和电流持续时间，并将这九个指标作为指标特征向量样本。
9. 如权利要求8所述的电缆过电流原因辨识装置，其特征在于，所述系数确定子单元 包括： 能量值计算子单元，用于根据公式五，=计算各层细节系数能量值之和； 其中，Ed为各层细节系数能量值之和，(^为第j层的细节系数。
10. 如权利要求6所述的电缆过电流原因辨识装置，其特征在于，所述第二计算单元包 括： 第二计算执行子单元，用于根据公式Α计算关联度； /二1_ . 其中Y k为指标特征向量样本与第k个指标向量参考样本关联度，为第1个指标的 权重系数，If为指标特征向量样本与第k个指标向量参考样本的第1个指标的关联系数， s为指标个数。
【文档编号】G01R31/08GK104122487SQ201410383429
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】刘理峰, 张静, 李题印, 留毅, 姚海燕, 徐超, 屠永伟 申请人:浙江群力电气有限公司, 国家电网公司, 国网浙江杭州市余杭区供电公司, 国网浙江省电力公司杭州供电公司, 国网浙江省电力公司