[发明专利]一种交联聚乙烯高压电缆局部放电特征提取方法

说明书

技术领域

本发明属于高压电缆技术领域。

背景技术

交联聚乙烯高压电力电缆(下简称电缆)内部的局部放电(partial discharge,PD)是指电缆绝缘结构中某个区域内出现的放电现象，这种放电会对该区域电缆的绝缘结构造成损害，若局部放电(下简称局放)长期存在，在一定条件下就可能造成电缆主绝缘电气强度的下降，严重时导致电缆主绝缘贯穿性击穿。目前针对高压电缆局放信号的在线采集方法主要是宽频带电磁耦合法，利用高频电流互感器(HFCT)采集局放发生时电缆护套对地脉冲电流。但是研究表明，由于电缆隧道内电缆数量众多存在强电磁干扰，加之高频电流互感器与仪器测量接口阻抗的不匹配，电缆局放形成的脉冲电流信号特征经常淹没于背景噪声中，即使通过软硬件滤波其局放特征依然不明显，如果对疑似局放信号单纯依靠判定其放电参数是否位于规定范围来决定其是否属于电缆局放，就可能造成漏判和误判的发生。

发明内容

本发明的目的是解决目前高压电缆局放检测方法中存在的局放特征提取不准确的问题，提供了一种对高压电缆局放特征进行提取的方法。

本发明的步骤是：

a、信号转换：利用HFCT传感器采集电缆护套接地电流信号并转换为电压信号，利用模数转换器将电压信号转换为16位数字信号；

b、滤波：利用数字带通滤波器对获得的16位数字信号进行滤波，获得频率范围在0.5～20MHz的16位数字信号；

c、对16位数字信号进行DB4小波包分解，使16位数字信号的不同频率分量相应地分布在不同的小波包尺度中，再对小波包分解得到的小波包节点系数或重构信号进行局放特征信息提取；

局放特征信息提取的过程是：

①对小波包节点系数或重构信号进行模极大值提取和奇异性检测：对各小波包节点系数或重构信号求取模的极大值，各小波尺度内的模极大值点汇聚为奇异点，利用阈值法筛选出奇异度异常的小波包节点系数或重构信号；

②对奇异度异常的小波包系数或重构信号进行能量指数熵运算：

离散小波包节点系数或重构信号矩阵为D＝{d_i，j(k)，k＝1，…，L，1≤i≤n，j＝1，…，2ⁱ}，L为被测信号原始数据长度，在D上定义一个滑动数据窗，窗宽为w∈N，滑动因子为δ∈N，该滑动数据窗表示为：

上式中，m＝1，2，…，M，M＝(L-w)/δ，d_i,j(k)为小波包节点(i，j)第k个离散小波包系数或重构信号，k为离散小波包系数或重构信号矩阵中元素位置变量，n为分解层数上限，M为小波包能量指数熵长度；则小波包能量指数熵运算的过程为：为信号在以(m+w/2)时刻为中心、窗宽为w∈N的滑动数据窗内的尺度i上2ⁱ个小波包系数组或重构信号的能量和，其中为(m+w/2)时刻滑动时间窗W(m，w，δ)内尺度i上第j个节点小波包系数或重构信号的能量和；令p_m(j)＝E_m(j)/E(m)且则(m+w/2)时刻的小波包能量指数熵为：

上式中，e为然对数函数的底数

d、在离散小波包节点系数或重构信号矩阵为D＝{d_i，j(k)，k＝1，…，L，1≤i≤n，j＝1，…，2ⁱ}上移动滑动时间窗W(m，w，δ)，重复步骤c，直到m＝M，最终得到一个小波包能量指数熵数组以时间为横坐标，小波包能量指数熵为纵坐标，绘制电缆局放特征曲线。

本发明所述的滑动数据窗宽度w和滑动因子δ的具体设定方法为：对典型电缆局放脉冲宽度进行统计，令w_max表示电缆局放脉冲宽度最大值，令w_min表示局放特征脉冲宽度最小值，则滑动数据窗宽度w的选择条件为w_min≤w≤w_max；滑动因子δ选择条件为1≤δ≤0.2w_min。

本发明提出一种基于小波包能量指数熵理论的高压电缆局放特征提取方法，利用此方法可以提高电缆局放特征的提取精度，为下一步高压电缆局放的识别提供技术支持。本发明的积极效果：

(1)本发明提出的小波包能量指数熵具备小波包多尺度分辨分析和指数熵统计的双重特点，是对小波分析理论和熵统计理论的有机融合，对小波包节点系数或重构信号进行能量指数熵运算能够进一步刻画电缆局放发生时护套接地电流信号频率的暂态变化，提高了对电缆局放特征的提取精度。