一种电缆束故障检测定位方法及系统与流程

本发明涉及电缆束故障检测，特别是涉及一种电缆束故障检测定位方法及系统。

背景技术：

1、电缆束在发生局部放电、振动、起火等时，故障源周围的介质体积周期性压缩和膨胀，由此产生超声。超声波检测方法具有抗电磁干扰能力强、可实现外部带电检测且无需对设备进行二次改造、对故障定位准确的优点。研究表明，不同的故障类型对应的超声波信号的时域波形图、频域波形图等都不尽相同，可以利用这些特征量进行电缆束进行故障检测。语谱图是一种常用的声纹特征，采用二维平面表达三维信息，其横坐标是时间，纵坐标是频率，坐标点值为声音数据的能量。相较于频谱图，语谱图增加了时间这个维度的信息。

2、利用超声传感器来获取故障时超声信号，然后通过信号处理、特征提取达到故障类型识别及故障源定位的目的。然而，声信号频率越高，其在电缆中传播衰减越快。超声波信号经过不同介质向外传播时，大部分能量被吸收或反射而湮没在其他噪声中，使得故障时超声信号的有效提取变得困难，从而影响到故障的检测。而电气测量法如特高频法，具有灵敏度高、信号传输衰减慢的优点，但难以实现对放电源准确定位电气测量方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电缆束故障检测定位方法及系统，能够解决现有技术中交直流电缆束故障检测不灵敏以及定位不准确的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种电缆束故障检测定位方法包括：

4、采用多方位超声传感器从各角度对电缆束进行监测，得到超声信号数据；

5、对所述超声信号数据进行处理，得到语谱图；

6、获取交流电缆中局部放电时的局部放电相位谱图或直流电缆局部放电时的放电重复率、放电幅值与放电时间间隔的谱图；

7、根据所述语谱图的声纹特征和所述局部放电相位谱图的电压特征或者所述放电重复率、放电幅值与放电时间间隔的谱图的电信号特征对故障进行判断；

8、若发生故障，则根据超声传感器的位置数据和所述超声信号数据对故障进行定位。

9、可选地，所述对所述超声信号数据进行处理，得到语谱图，具体包括：

10、对所述超声信号数据进行滤波，得到滤波后的超声信号数据；

11、对所述滤波后的超声信号数据进行分帧和加窗操作，得到处理后的超声信号数据；

12、对所述处理后的超声信号数据进行短时傅里叶变换，得到每帧信号的频谱信号以及频谱图；

13、对所述频谱图进行旋转加映射，并将变换后的多帧频谱进行拼接，形成语谱图。

14、可选地，所述根据所述语谱图的声纹特征和所述局部放电相位谱图的电压特征或者所述放电重复率、放电幅值与放电时间间隔的谱图的电信号特征对故障进行判断，具体包括：

15、对于交流电缆束，根据所述语谱图的声纹特征和所述局部放电相位谱图的电压特征，分析故障时所述声纹特征中包含的频率范围、能量占比最大的频段及所述声纹特征随时间变化关系特征和局部放电相位谱图的偏斜度、相位不对称度和放电幅值特征之间的相关性，判断是否发生故障；

16、对于直流电缆束，根据所述语谱图的声纹特征和所述放电重复率、放电幅值与放电时间间隔的谱图的电信号特征，分析故障时所述声纹特征中包含的频率范围、最大能量占比的频段及所述声纹特征随时间变化关系等特征与放电重复率、放电幅值和时间间隔的相关性，判断是否发生故障；

17、对于交流电缆束或直流电缆束：

18、若不发生故障，则无需进行故障定位；

19、若发生故障，则进一步判断是否是局部放电故障；

20、若是局部放电故障，则采用基于resnet网络的超声声纹故障检测模型和基于resnet网络的局部放电相位谱图故障检测模型或者基于resnet的放电重复率、放电幅值与放电时间间隔的谱图的故障检测模型对故障进行检测；

21、若不是局部放电故障，则采用resnet网络的超声声纹故障检测模型对故障进行检测。

22、可选地，所述根据超声传感器的位置数据和所述超声信号数据对故障进行定位，具体包括：

23、设电缆束故障点坐标点为p(x，y，z)，周围有i个传超声传感器检测到故障信号，所述超声传感器坐标分别为(xi，yi，zi)；

24、计算超声波从故障点到超声传感器的距离声程差vri＝ri-r1，超声传感器到坐标系原点的距离

25、根据所述故障点到超声传感器的距离、声程差和超声传感器到坐标系原点的距离，得到关于故障点的方程组(x1-xi)x+(y1-yi)y+(z1-zi)z＝pi+vrir1，其中，

26、建立解线性方程组矩阵：ax＝b，其中，x＝(x y z)t，b＝(pi+vrir1)，a＝(xi-x1 yi-y1 zi-z1)，当超声传感器大于三个时，用广义逆矩阵c＝(ata)-1at代替a-1，得到故障点的坐标位置x＝a-1b。

27、一种电缆束故障检测定位系统包括：

28、超声信号数据获取模块，用于采用多方位超声传感器从各角度对电缆束进行监测，得到超声信号数据；

29、语谱图确定模块，用于对所述超声信号数据进行处理，得到语谱图；

30、局部放电谱图获取模块，用于获取交流电缆中局部放电时的局部放电相位谱图或直流电缆局部放电时的放电重复率、放电幅值与放电时间间隔的谱图；

31、故障判断模块，用于根据所述语谱图的声纹特征和所述局部放电相位谱图的电压特征或者所述放电重复率、放电幅值与放电时间间隔的谱图的电信号特征对故障进行判断；

32、故障定位模块，用于在发生故障时，根据超声传感器的位置数据和所述超声信号数据对故障进行定位。

33、可选地，所述语谱图确定模块，具体包括：

34、滤波单元，用于对所述超声信号数据进行滤波，得到滤波后的超声信号数据；

35、分帧加窗操作单元，用于对所述滤波后的超声信号数据进行分帧和加窗操作，得到处理后的超声信号数据；

36、傅里叶变换单元，用于对所述处理后的超声信号数据进行短时傅里叶变换，得到每帧信号的频谱信号以及频谱图；

37、旋转映射单元，用于对所述频谱图进行旋转加映射，并将变换后的多帧频谱进行拼接，形成语谱图。

38、可选地，所述故障判断模块，具体包括：

39、交流电缆束故障判断单元，用于对于交流电缆束，根据所述语谱图的声纹特征和所述局部放电相位谱图的电压特征，分析故障时所述声纹特征中包含的频率范围、能量占比最大的频段及所述声纹特征随时间变化关系特征和局部放电相位谱图的偏斜度、相位不对称度和放电幅值特征之间的相关性，判断是否发生故障；

40、直流电缆束故障判断单元，用于对于直流电缆束，根据所述语谱图的声纹特征和所述放电重复率、放电幅值与放电时间间隔的谱图的电信号特征，分析故障时所述声纹特征中包含的频率范围、最大能量占比的频段及所述声纹特征随时间变化关系等特征与放电重复率、放电幅值和时间间隔的相关性，判断是否发生故障；

41、对于交流电缆束或直流电缆束：

42、若不发生故障，则无需进行故障定位；

43、局部放电故障判断单元，用于在发生故障时，进一步判断是否是局部放电故障；

44、第一故障检测单元，用于在是局部放电故障时，采用基于resnet网络的超声声纹故障检测模型和基于resnet网络的局部放电相位谱图故障检测模型或者基于resnet的放电重复率、放电幅值与放电时间间隔的谱图的故障检测模型对故障进行检测；

45、第二故障检测单元，用于不是局部放电故障时，采用resnet网络的超声声纹故障检测模型对故障进行检测。

46、可选地，所述故障定位模块，具体包括：

47、设电缆束故障点坐标点为p(x，y，z)，周围有i个传超声传感器检测到故障信号，所述超声传感器坐标分别为(xi，yi，zi)；

48、距离单元，用于计算超声波从故障点到超声传感器的距离声程差vri＝ri-r1，超声传感器到坐标系原点的距离

49、故障点的方程组确定单元，用于根据所述故障点到超声传感器的距离、声程差和超声传感器到坐标系原点的距离，得到关于故障点的方程组(x1-xi)x+(y1-yi)y+(z1-zi)z＝pi+vrir1，其中，

50、故障点的坐标位置确定单元，用于建立解线性方程组矩阵：ax＝b，其中，x＝(x yz)t，b＝(pi+vrir1)，a＝(xi-x1 yi-y1 zi-z1)，当超声传感器大于三个时，用广义逆矩阵c＝(ata)-1at代替a-1，得到故障点的坐标位置x＝a-1b。

51、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

52、本发明提供了一种电缆束故障检测定位方法，采用多方位超声传感器从各角度对电缆束进行监测，获取超声数据和故障时的语谱图声纹特征。结合电缆中电压特征，分析其声纹特征与电源电压特征关系，判断其是否存在故障。当故障存在时，根据超声传感器的位置数据和获取到的超声数据对故障进行定位。本发明同时考虑到声纹特征和电压特征，克服了单独使用超声检测时因受超声衰减影响而造成的故障检测准确率低的问题，还能检测出电气测量法难以检测出的非局部放电类故障，同时还具有较高的故障源定位精度。因此，本发明可以更加有效的对电缆束进行故障检测，确保电缆束的安全稳定运行。