一种低频电流局放监测抗干扰方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及电缆监测中的抗干扰，尤其是涉及一种基于能量谱映射的低频电流局放监测抗干扰方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、在现代城市电力基础设施中，高压交联聚乙烯(xlpe)电力电缆在城市电力线路中的应用日益普及，逐渐成为城市电网的主要输电手段。从上世纪的末期，110kv等电压等级的xlpe电缆被广泛引进使用，确保这类电缆的持续健康运行对于电力系统的安全稳定性至关重要。因此，需要有效的检测手段对电力电缆的持续健康状况进行实时监控。在这些检测方法中，局部放电检测方法被公认为是检测电缆绝缘缺陷的最有效手段。

2、电缆在长期运行背景下，经常会受到各种外部环境条件、电缆材料自身老化以及电磁场的应力等多重因素的侵袭，导致绝缘出现微小的劣化或损伤。这些劣化区域在电场的驱动下极易形成局部放电行为，并有潜在风险演变为电缆拉弧故障。若忽视不管，此类故障由于其持续的热效应，可能会进一步催化绝缘材料的碳化和劣化，进而大大增加电缆短路的风险。极端情况下，严重的拉弧可能导致电缆引发火灾，这不仅对电缆自身造成致命损伤，更可能危害邻近设备和环境。

3、值得注意的是，拉弧故障所产生的特征信号主要集中在低频范围内，而传统的高频电流局部放电传感器对此类信号的检测能力有限。在低频段内，大量的干扰元素，例如机械震动、周围电器设备的开关动作、变压器的磁通振荡，以及电力系统内的谐波等，都可能产生明显的低频干扰。这些干扰信号与电缆拉弧放电的频率特性很接近，因此在众多的干扰中精确地提取出真正的放电信号显得尤为困难。为此，需要开发一种针对次高频范围的电流传感器，同时能通过信号的处理在低频范围内有效地辨别和排除干扰。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了提供一种基于能量谱映射的低频电流局放监测抗干扰方法、装置、设备及介质，针对低频信号设计专用的传感器进行信号采集，并实现高精度的干扰信号识别。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种基于能量谱映射的低频电流局放监测抗干扰方法，该方法包括以下步骤：

4、s1，获取低频电流局放传感器采集的电压脉冲信号；

5、s2，局部能量计算：基于预设的窗口长度，计算电压脉冲信号在每个窗口的能量；

6、s3，局部能量峰值检测：基于预设的能量阈值，确定能量超出阈值的所有峰值点；

7、s4，统计局部能量特征：以每个能量峰值点为中心，根据预设的数据长度选取待分析信号，并计算待分析信号的峰度和偏度；

8、s5，提取频域特性：对每个峰值点对应的待分析信号进行傅里叶变换，计算主频率域能量分布，并基于主频率域能量分布计算能量比；

9、s6，基于能量比、峰度和偏度计算局部能量谱特征得分，并基于局部能量谱特征得分进行干扰判断。

10、所述的低频电流局放传感器包括依次连接的压电传感器、信号调理模块和数据采集模块，其中，所述压电传感器的工作频率范围为50khz到2mhz；所述信号调理模块包括信号放大器和带通滤波器，所述信号放大器采用差分输入结果；所述数据采集模块用于将经过信号调理模块处理的模拟电压信号转化成数字电压信号并提取脉冲信号，通过无线通信技术进行信号上送。

11、所述的步骤s2中，局部能量的计算方法为：

12、,

13、其中， n为窗口的中心点， w为窗口长度， v为电压脉冲幅值， t为电压脉冲信号在时域上的索引。

14、所述的步骤s4中，待分析信号的峰度和偏度的计算方法为：

15、,

16、,

17、其中， k为峰度， s为偏度， u为均值， δ是标准差， v为电压脉冲幅值， e为待分析信号的局部能量。

18、所述的步骤s5中，主频率域能量分布的计算方法为：

19、,

20、,

21、其中， f( k)表示频率为 k的频率值， k main为信号的主频率， fft表示傅里叶变换， v( t)为待分析的电压脉冲信号。

22、所述的步骤s5中，能量比的计算方法为：

23、,

24、其中， r为能量比。

25、所述的步骤s6中，局部能量谱特征得分的计算方法为：

26、,

27、其中，score为局部能量谱特征得分， α、 β、 γ为权重经验系数， r为能量比， k为峰度， s为偏度；

28、若局部能量谱特征得分大于预设的经验阈值，则判定为局放信号，否则视为干扰信号。

29、根据本发明的第二方面，提供了一种基于能量谱映射的低频电流局放监测抗干扰装置，包括：

30、信号采集模块，获取低频电流局放传感器采集的电压脉冲信号；

31、局部能量计算模块，基于预设的窗口长度，计算电压脉冲信号在每个窗口的能量；

32、局部能量峰值检测模块，基于预设的能量阈值，确定能量超出阈值的所有峰值点；

33、局部能量特征统计模块，以每个能量峰值点为中心，根据预设的数据长度选取待分析信号，并计算待分析信号的峰度和偏度；

34、频域特性提取模块，对每个峰值点对应的待分析信号进行傅里叶变换，计算主频率域能量分布，并基于主频率域能量分布计算能量比；

35、干扰判断模块，基于能量比、峰度和偏度计算局部能量谱特征得分，并基于局部能量谱特征得分进行干扰判断。

36、根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。

37、根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。

38、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

39、（1）本发明通过针对次高频范围的低频电流局放传感器采集信号，该传感器的工作频带针对拉弧所产生的电流信号进行了针对性设计，能检测到拉弧时所产生的低频局放信号。

40、（2）本发明的低频电流局放传感器，通过支持不低于50khz的数字带通滤波，可以去除大量窄带干扰信号。

41、（3）考虑到局部放电信号为宽带信号与窄带的干扰信号的区别，本发明为低频电流局放传感器增加了数字滤波功能，使其能够设置合适的窄带的带通滤波器，从而有效消除干扰信号。这种滤波方式不仅提高了系统的稳定性，而且提升了其对局部放电信号的识别能力。

42、（4）本发明基于局部能量谱特征的抗干扰方法，从局放信号和干扰信号的时域波形特征及频谱特征出发，可以准确区分局放时域脉冲和干扰时域脉冲，大大提高了放电信号的检测准确性。