基于LabVIEW的电缆局部放电的位置识别方法
【专利摘要】本发明公开了基于LabVIEW的电缆局部放电的位置识别方法，包括：S100：电缆局部放电信号输入至硬件调理设备中，进行放大和滤波处理；S200：经过放大和滤波处理后的信号输入至信号采集设备，对电缆局部放电信号进行采集；S300：信号采集设备的输出信号经过LabVIEW的去直流、滤波和阀值判断处理；S400：对步骤S300所得的信号利用LabVIEW的TFA Time Varying Filter算法平滑处理；S500：对步骤S400中所得的信号利用LabVIEW的LVQ算法来识别局部放电信号的源波和反射波；S600：对步骤S500获取的源波和反射波的信息进行分析，计算出局部放电所在的位置。
【专利说明】基于LabVIEW的电缆局部放电的位置识别方法
【技术领域】
[OOOU 本发明设及UbVIEW高级信号处理和机器识别【技术领域】，特别是设及一种基于 UbVIEW的电缆局部放电的位置识别方法。
【背景技术】
[0002] 随着城市电网电缆化率的程度不断提高，社会发展和进步对供电可靠性的要求 也不断提高，如何准确掌握配电电缆的健康状态，制定正确的检修对策，避免因电缆本身 质量问题导致的突发性事故的发生，变得尤为重要。研究发现，电缆的局部放电量与其绝 缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着电缆绝缘可能存在危害电缆安全运行的缺陷。
[0003] 目前，电缆局部放电识别普遍采用滤波后波形峰值提取的方法进行源波和反射波 的识别。上述方法存在的一个严重问题就是如果干扰和有用信号的频率几乎在一个频率点 附近时有用信号两边会出现很多杂波，从而很容易导致源波或反射波和杂波不容易区分， 尤其是峰值比较小的反射波，严重时会出现识别错误的情况。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于UbVIEW的电缆局部放电 的位置识别方法。
[0005] 本发明采用W下具体技术方案：
[0006] 一种基于UbVIEW的电缆局部放电的位置识别方法，其步骤包括：
[0007] S100 ;电缆局部放电信号输入至硬件调理设备中，进行放大和滤波处理；
[000引 S200;经过放大和滤波处理后的信号输入至信号采集设备，对电缆局部放电信号 进行义集；
[0009] S300 ;信号采集设备的输出信号经过UbVIEW的去直流、滤波和阀值判断处理；
[0010] S400 ;对步骤S300所得的信号利用UbVIEW的TFA Time Va巧ing Filter算法进 行平滑处理；
[001U S500 ;对步骤S400中所得的信号利用UbVIEW的LVQ算法来识别局部放电信号的 源波和反射波；
[001引 S600 ;对步骤S500中获取的源波和反射波的信息进行分析，计算出反射波在电缆 中的具体位置：步骤S500所得波形分为=部分，左侧、中间部分和右侧；其中，中间部分的 幅值波动平稳，左侧幅值最大的峰值（或谷值）处是源波的位置，右侧幅值最大的峰值（或 谷值）处是反射波的位置，则反射波距离源波的位置可W使用W下公式进行计算得出：
[0013] L= (Lg-Li)
[0014] 其中，L为反射波距离源波的距离；L2为反射波索引位置；Li为源波索引位置； 为源波和反射波的采样率；V为源波和反射波在电缆中的波速；
[0015] 所述步骤S400中TFA Time Vairing Filter算法对信号进行平滑处理的具体过 程为：
[0016] S410;初始化内存；
[0017] S420 ;对原始信号进行双高斯拟合处理；
[0018] S430;接着将拟合后的信号分成两路，一路进行离散G油or变换，另一路进行阔值 参数操作，W及提取频谱分析参数得到峰值或谷值索引；
[0019] 在步骤S430中获取频谱分析参数的过程为：
[0020] 使用频率范围在10化?10M的Butterworth带通滤波器对拟合后的信号进行频 谱分析，获取频谱幅值的平均值和频谱幅值大于平均值的1. 5倍的峰值或谷值索引。
[0021] 获取阔值参数的过程为：
[0022] 设定信号幅值的平均值乘W ±1. 2作为阔值，对信号幅值绝对值小于平均值绝对 值1. 2倍的信号部分进行移动窗口为5的滑动平均处理，然后用上述阔值对处理后的所有 值进行二值化处理，得到阔值参数；
[0023] S440 ;用提取到的频谱分析参数，峰值或谷值索引和阔值参数对离散G油or变换 后的信号进行离散Gabor展开操作；
[0024] S450 ;用原始信号减去离散G油or展开后的信号。
[0025] 所述步骤S500中LVQ算法识别局部放电信号的源波和反射波的具体过程为：
[0026] S510 ;首先对原始信号，也就是源波信号进行分割，将其分成若干段；
[0027] S520;然后对分割信号中初始化并获取权重系数，用来反映原始信号中源波和放 射波位置属性；
[002引 S530;将权重系数最大的两个值相应的索引值在相应的原始数据的图表中标识出 来，幅值最大的一个是源波索引，另外一个是反射波索引。
[0029] 其中，TFA Time Var}dng Filter 算法，即为 Time Rrequen巧 Analysis Time Varying Filter 算法；
[0030] LVQ 算法，即为 Learning Vector Quantization 算法；
[0031] 步骤S520中获取权重系数的方法：
[0032] S521 ;对于个数为N的输入样本，初始化权重系数A"= 1/N，W及权重系数的学习 率e，并给定最大迭代次数T，其中，0 < e < 1，N和T均为大于1的整数；
[0033] S522 ;判断是否满足迭代停止条件，迭代停止条件为；迭代次数大于最大迭代次 数T，如果满足则退出迭代，如果不满足则继续；
[0034] S523 ;寻找输入样本X;的最近邻W j，满足下列计算公式，其中dn(x。Wj)表示X;与 Wj之间的距离：
[0035] dn(x。Wj) = min(dn(x。Wm), dn(x。Wj)), 0 < j < N-1, 0 < m < N-1 ;
[0036] S524 ;更新权重系数入。；
[0037] 入。('+ ：1)=、,(叫 + &'(兰^-^/")
[003引其中，0 < t < N-1，0 < n < N-1，d表示两个最近邻样本之间的距离；
[0039] S525 ;返回步骤 S522。
[0040] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0041] 1)经过硬件和软件滤波后大大减少有用信号附近的杂波信号，并且可W降低识别 错误的概率。
[004引 2)ASPT中的TFA Time Va巧ing Filter算法，可W滤除绝大部分干扰对源波和反 射波的识别的影响。
[00创 3)MLT中的LVQ算法，可W准确的判断出源波和反射波在信号中的位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0044] 图1为本发明的电缆局部放电识别的流程图；
[0045] 图2为本发明的TFA Time Va巧ing Filter算法的流程图；
[0046] 图3为本发明的LVQ算法流程图；
[0047] 图4为原始波形；
[0048] 图5为经贝塞尔带通滤波器的效果；
[0049] 图6为经TFA Time Va巧ing Filter平滑后的效果，阔值系数为0. 9 ;
[0050] 图7为经TFA Time Va巧ing Filter平滑后的效果，阔值系数为0. 8 ;
[0化1 ] 图8为经LVQ算法识别的效果。
【具体实施方式】
[0化2] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[005引如图1所示，一种基于UbVIEW的电缆局部放电的位置识别方法，其步骤包括： [0化4] S100 ;电缆局部放电信号输入至硬件调理设备中，进行放大和滤波处理；
[0化5] S200 ;经过放大和滤波处理后的信号输入至信号采集设备；
[0化6] S300 ;信号采集设备的输出信号经过UbVIEW的去直流、滤波、阀值判断操作；
[0057] S400 ;对 S300 所得的信号使用 UbVIEW 的 ASPT 中 TFA Time Va巧ing Filter 算 法进行平滑处理；
[0化8] S500 ;对S400中所得的信号使用UbVIEW的MLT中LVQ算法来识别局部放电信号 的源波和反射波；
[0059] S600 ;根据S500中所得源波和反射波在信号中的位置、波速W及线缆长度计算产 生局部放电的电缆位置。
[0060] 如图1所示，触发信号是一个脉冲，当触发脉冲产生时，振荡开始产生衰减并立即 采集振荡波信号；振荡波信号是从高压电缆经过分压器采集到的；局部放电信号是振荡波 信号经禪合电容和检测阻抗滤波后的高频信号。
[OOW] 如图2所示，TFA Time Va巧ing Filter算法的流程为；
[00创 S410 ;初始化内存；
[0063] S420 ;对原始信号进行双高斯拟合处理；
[0064] S430 ;接着将拟合后的信号分成两路，一路进行离散G油or变换，另一路进行阔值 参数操作，W及提取频谱分析参数得到峰值或谷值索引；
[00化]在步骤S430中获取频谱分析参数的过程为：
[0066] 使用频率范围在10化?10M的Butterworth带通滤波器对拟合后的信号进行频 谱分析，获取频谱幅值的平均值和频谱幅值大于平均值的1. 5倍的峰值或谷值索引。
[0067] 获取阔值参数的过程为：
[0068] 设定信号幅值的平均值乘W ±1. 2作为阔值，对信号幅值绝对值小于平均值绝对 值1. 2倍的信号部分进行移动窗口为5的滑动平均处理，然后用上述阔值对处理后的所有 值进行二值化处理，得到阔值参数；
[0069] S440 ;用提取到的频谱分析参数，峰值或谷值索引和阔值参数对离散G油or变换 后的信号进行离散Gabor展开操作；
[0070] S450 ;用原始信号减去离散G油or展开后的信号。
[0071] 如图3所示，LVQ算法流程为：
[0072] S510 ;首先对原始信号，也就是源波信号进行分割，将其分成若干段；
[0073] S520;然后对分割信号中初始化并获取权重系数，用来反映原始信号中源波和放 射波位置属性；
[0074] S530;将权重系数最大的两个值相应的索引值在相应的原始数据的图表中标识出 来，幅值最大的一个是源波索引，另外一个是反射波索引。
[0075] 其中，TFA Time Va巧ing Filter 算法，即为 Time Rrequen巧 Analysis Time Varying Filter 算法；
[0076] LVQ 算法，即为 Learning Vector Quantization 算法；
[0077] 步骤S520中获取权重系数的方法；
[007引 S521 ;对于个数为N的输入样本，初始化权重系数A"= 1/N，W及权重系数的学习 率e，并给定最大迭代次数T，其中，0< e <1，N和T均为大于1的整数；
[0079] S522 ;判断是否满足迭代停止条件，迭代停止条件为；迭代次数大于最大迭代次 数T，如果满足则退出迭代，如果不满足则继续；
[0080] S523 ;寻找输入样本X;的最近邻W j，满足下列计算公式，其中dn(x。Wj)表示X;与 Wj之间的距离：
[0081] dn(x。Wj) = min(dn(x。Wm), dn(x。Wj))，0 < j < N-1, 0 < m < N-1 ;
[008引 S524 ;更新权重系数入。；
[008引、,（f+l) = A,,W + &.(^-f/") N
[0084] 其中，0 < t < N-1, 0 < n < N-1，d表示两个最近邻样本之间的距离；
[0085] S525 ;返回步骤 S522。
[0086] 如图4所示，该信号是经过硬件调理设备进行放大、滤波操作后，再经过信号采集 设备到计算机内存中，并且使用UbVIEW进行一些基本的信号处理，比如去直流、滤波和阔 值判断操作后的信号。
[0087] 如图5所示，该信号是对图4中的信号经过贝塞尔带通滤波器后的信号，信号采样 率为lOOMHz，设置参数如下：下限截止频率为5MHz、上限截止频率为20MHz、贝塞尔带通滤 波器阶数为9。
[0088] 如图6所示，该信号是对图5中的信号经过TFA Time Vairing Filter处理后的 信号，设置参数如下；阔值大小为0. 9。
[0089] 如图7所示，该信号是对图5中的信号经过TFA Time Vairing Filter处理后的 信号，设置参数如下；阔值大小为0. 8。
[0090] 由图6和图7可W看出；不同的阔值系数对信号的平滑处理效果还是有所差异的， 优选阔值范围为0. 8?0. 95。
[0091] 如图8所示，该信号是对图6中的信号进行LVQ算法识别后的信号。根据采样率、 波速等信息，对图5中所得的信号进行分析，即可计算出反射波在电缆中的具体位置：步骤 S500所得波形分为=部分，左侧、中间部分和右侧；其中，中间部分的幅值波动平稳，左侧 幅值最大的峰值（或谷值）处是源波的位置，右侧幅值最大的峰值（或谷值）处是反射波 的位置，则反射波距离源波的位置可W使用W下公式进行计算得出：
[〇〇9引 L= (L2-Li)/v_*v
[〇〇9引其中，L为反射波距离源波的距离；L2为反射波索引位置；L 1为源波索引位置；V sam 为源波和反射波的采样率；V为源波和反射波在电缆中的波速。
【权利要求】
1. 一种基于LabVIEW的电缆局部放电的位置识别方法，其特征在于，其步骤包括： SlOO :电缆局部放电信号输入至硬件调理设备中，进行放大和滤波处理； S200:经过放大和滤波处理后的信号输入至信号采集设备，对电缆局部放电信号进行 米集； S300 :信号采集设备的输出信号经过LabVIEW的去直流、滤波和阀值判断处理； S400:对步骤S300所得的信号利用LabVIEW的TFA Time Varying Filter算法进行平 滑处理； S500 :对步骤S400中所得的信号利用LabVIEW的LVQ算法来识别局部放电信号的源波 和反射波； S600 :对步骤S500中获取的源波和反射波的信息进行分析，计算出反射波在电缆中的 具体位置：步骤S500所得波形分为三部分，左侧、中间部分和右侧；其中，中间部分的幅值 波动平稳，左侧幅值最大的峰值或谷值处是源波的位置，右侧幅值最大的峰值或谷值处是 反射波的位置，则反射波距离源波的位置可以使用以下公式进行计算得出： L= (L2-L1) /vsam*v 其中，L为反射波距离源波的距离；L2为反射波索引位置；Li为源波索引位置；Vsam为源 波和反射波的采样率；V为源波和反射波在电缆中的波速。
2.如权利要求书1所述的一种基于LabVIEW的电缆局部放电的位置识别方法，其特征 在于，所述步骤S400中TFA Time Varying Filter算法对信号进行平滑处理的具体过程 为： S410 :初始化内存； S420 :对原始信号进行双高斯拟合处理； S430 :接着将拟合后的信号分成两路，一路进行离散Gabor变换，另一路进行阈值参数 操作，以及提取频谱分析参数得到峰值或谷值索引； S440 :用提取到的频谱分析参数，峰值或谷值索引和阈值参数对离散Gabor变换后的 信号进行离散Gabor展开操作； S450 :用原始信号减去离散Gabor展开后的信号，得到平滑处理后的信号。
3.如权利要求书1所述的一种基于LabVIEW的电缆局部放电的位置识别方法，其特征 在于，所述步骤S500中LVQ算法识别局部放电信号的源波和反射波的具体过程为： S510 :对原始信号，也就是源波信号进行分割，将其分成若干段； S520 :对分割信号中初始化并获取权重系数，用来反映原始信号中源波和放射波位置 属性； S530 :将权重系数最大的两个值相应的索引值在相应的原始数据的图表中标识出来， 幅值最大的一个是源波索引，另外一个是反射波索引。
4.如权利要求书2所述的一种基于LabVIEW的电缆局部放电的位置识别方法，其特征 在于，在步骤S430中获取频谱分析参数的过程为： 使用频率范围在IOOk?IOM的Butterworth带通滤波器对拟合后的信号进行频谱分 析，获取频谱幅值的平均值和频谱幅值大于平均值的1. 5倍的峰值或谷值索引。
5.如权利要求书2所述的一种基于LabVIEW的电缆局部放电的位置识别方法，其特征 在于，在步骤S430中获取阈值参数的过程为： 设定信号幅值的平均值乘以±1.2作为阈值，对信号幅值绝对值小于平均值绝对值 1.2倍的信号部分进行移动窗口为5的滑动平均处理，然后用上述阈值对处理后的所有值 进行二值化处理，得到阈值参数。
6.如权利要求书3所述的一种基于LabVIEW的电缆局部放电的位置识别方法，其特征 在于，步骤S520中获取权重系数的方法： 5521 :对于个数为N的输入样本，初始化权重系数An= 1/N，以及权重系数的学习率 e，并给定最大迭代次数T，其中，0<e<1，N和T均为大于1的整数； 5522 :判断是否满足迭代停止条件，迭代停止条件为：迭代次数大于最大迭代次数T， 如果满足则退出迭代，如果不满足则继续； 5523 :寻找输入样本最近邻w」，满足下列计算公式，其中(InUi,Wj)表示x# Wj之 间的距离： (In(XilWj) =min((In(XilWm), (In(XilWj)),O<j<N-l,O<m<N-I； 5524 :更新权重系数An:
其中，O<t<N-l,O<n<N-l，d表示两个最近邻样本之间的距离； 5525 :返回步骤S522。
【文档编号】G01R31/12GK104502816SQ201410724902
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】刘嵘, 沈庆河, 雍军, 陈玉峰, 许光可, 张有平 申请人:国家电网公司, 山东电力研究院