一种车载电缆终端局部放电故障异常检测方法

本发明属于列车车载电缆终端故障诊断，具体涉及一种车载电缆终端局部放电故障异常检测方法。

背景技术：

1、高铁车载供电系统中的高压电缆终端局部放电缺陷是高铁供电系统的隐患之一，其内部绝缘结构复杂且容易受外界因素干扰而出现局部放电。近年来，随着高铁速度和牵引功率的提升，终端承受的冲击压力增大，可能导致内部绝缘缺陷扩展，进而引发电缆终端局部放电，恶化缺陷，从而导致终端故障甚至引发行车事故。因此，准确检测车载电缆终端内部缺陷对于预防终端故障、确保高速列车安全运行至关重要。

2、目前，对于电缆终端局部放电缺陷检测，常用分为基于人工提取特征、经机器学习算法分类，或基于深度学习如典型的cnn、rnn等模型自动提取特征，从而经数据训练后，能够判断其属于那种缺陷对应的局部放电类型。然后，通过机器学习算法进行分类，需要人工经验、以及分类结果一般，而cnn等网络因其输入数据类型，导致所需计算资源大，不易于实际应用。

技术实现思路

1、为了有效检测车载电缆终端的不同缺陷的局部放电类型，并实现异常检测的精确、高效、快速检测，本发明提供一种车载电缆终端局部放电故障异常检测方法。

2、本发明的一种车载电缆终端局部放电故障异常检测方法，包括以下步骤：

3、s1、直接以局部放电信号时序数据作为输入，通过滑动窗口分割，构成单一样本。

4、s2、将样本进行分割并根据相似指数以及相邻窗口，确定邻接矩阵以及边权重构建图信号。

5、s3、构造节点度中心性于原始局放波形热力图，通过判断节点度中心性大小是否处于局放主要位置，确定窗口大小以及步长。

6、s4、构建以图自注意力卷积层为主体，以图自适应池化层提取局放图信号全局特征，最后以三层全连接作为分类层输出放电类型所属概率。

7、进一步的，步骤s1中，电缆终端局部放电时序数据是通过脉冲电流检测方法，获取20ms的时序数据，将其按1000的窗口进行滑动分割，其中步长为900，每个窗口作为一个输入样本。

8、进一步的，步骤s2具体为：

9、s21、对输入样本进行滑动窗口分割，每个窗口大小设置为window_size，步长为step_size，可生成num_windows个窗口作为图节点，其中计算获得，窗口包含时序数值作为节点特征。

10、s22、利用分割好的图节点，对图节点按照其中xi计代表第一个节点中的元素，yi代表第二个节点中的元素，计算欧式距离与余弦相似度，遍历所有节点，判断不同节点之间的距离是否满足阈值，满足则将其设定为具有连接，反之为未连接，并根据节点的窗口顺序进行对应连接，将连接关系构建邻接矩阵，其中连接设定为1，未连接设定为0，其次将余弦相似矩阵作为边权重矩阵，将图节点、连接关系构建为图信号。

11、进一步的，步骤s3中通过计算不同窗口下的节点度中心性，映射到对应分割后的局放波形窗口图中，通过热力图合理的确定窗口大小以及步长大小。

12、进一步的，步骤s4包括：

13、s41、构建基于sag-gat模型，其中由三层图自注意力卷积层gat，用于提取特征，两层批归一化层，三层自适应池化层，用于提取全局特征，以及丢弃层丢弃一些神经元，防止过拟合，最后三层池化层输出拼接作为分类层的输入，最后三层全连接层输出局放信号所属缺陷的概率。

14、s42、利用构建的模型，对其进行训练，测试，最后实现对于时序信号经步骤s3所构建的图信号，进行预测，实现端到端的局部放电时序信号异常检测。

15、本发明的有益技术效果为：

16、本发明首先以电缆终端各个不同缺陷的局部放电时序数据，经过滑动窗口分割单独样本，并对样本构建图信号，通过构建基于sag-gat图网络模型，经训练测试，能够实现电缆终端不同缺陷的时序信号，进行准确判断。最后，完成了端到端的对电缆终端局部放电信号的异常检测。本发明实现了车载电缆终端局部放电时序信号的准确检测，是一种高效、准确的车载电缆终端局部放电故障时序信号的检测方法，有利于保障电缆终端的安全、稳定运行。

技术特征：

1.一种车载电缆终端局部放电故障异常检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种车载电缆终端局部放电故障异常检测方法，其特征在于，所述步骤s1中，电缆终端局部放电时序数据是通过脉冲电流检测方法，获取20ms的时序数据，将其按1000的窗口进行滑动分割，其中步长为900，每个窗口作为一个输入样本。

3.根据权利要求1所述的一种车载电缆终端局部放电故障异常检测方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：

4.根据权利要求1所述的一种车载电缆终端局部放电故障异常检测方法，其特征在于，所述步骤s3中通过计算不同窗口下的节点度中心性，映射到对应分割后的局放波形窗口图中，通过热力图合理的确定窗口大小以及步长大小。

5.根据权利要求1所述的一种车载电缆终端局部放电故障异常检测方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

技术总结
本发明公开了一种车载电缆终端局部放电故障异常检测方法，具体为：直接以局部放电信号时序数据作为输入，通过滑动窗口分割，构成单一样本；将样本分割并根据相似指数以及相邻窗口确定邻接关系，边权重矩阵，构建图信号；构造节点度中心性于原始局放波形热力图，通过判断节点度中心性大小是否处于局放主要位置，确定窗口大小以及步长；构建以图自注意力卷积层为主体，以图自适应池化层提取局放图信号全局特征，最后以三层全连接作为分类层输出放电类型所属概率。本发明实现了车载电缆终端局部放电信号的异常检测，是一种快速、精准的车载电缆终端局部放电信号的异常检测方法，有利于保障电缆终端的安全、稳定运行。

技术研发人员：刘凯,聂广博,焦世伯,樊立科,陈奎,高波,高国强,吴广宁
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17