一种基于频谱分析的电力电缆局部放电缺陷类型判别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力电缆局部放电缺陷类型判别方法，尤其是涉及一种基于局部 放电波形频谱分析的电力电缆局部放电缺陷类型判别的方法，属于电力行业检测技术领 域。
【背景技术】
[0002] 电力电缆存在绝缘故障时，往往会发生局部放电现象，而局部放电现象又会造成 缺陷的扩大和电缆绝缘的劣化。因此局部放电对电力电缆绝缘早期故障反应灵敏，电力电 缆的局部放电检测是检测电缆绝缘状态的有效手段，目前已经被大量应用与电缆的投运、 维护和检修过程中。
[0003] 但局部放电类型和代表的故障时多种多样的，而且作为电力电缆局部放电检测中 的重要参量，局部放电类型与其绝缘状况有着密切联系，所以对采集的局部放电信号进行 识别和故障分类是必要的，对于保证电力电缆的安全可靠运行及指导电力电缆的检修工作 有着十分重要的意义。
[0004] 而传统的电力电缆局部放电缺陷类型的判别，主要以局部放电信号的时域波形为 依据，通过检测人员的经验来进行主观判断。本发明提供一种特殊的局部放电波形频域处 理方法，可有效提高局部放电缺陷判定的准确性和检测效率。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供了一种电力电缆局部放电缺陷类型判别的方 法，该方法基于信号处理的归一化处理和时域波形到频域波形的时频变换，实现了电力电 缆局部放电缺陷类型的智能识别、判定，提高了电力电缆局部放电检测的智能化水平和检 测效率。
[0006] 发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种基于频谱分析的电力电缆局部放电缺陷类型判别方法，本发明特征在于，包 括以下步骤：
[0008] 1)读取电力电缆局部放电检测仪器采集得到去除背景噪音和干扰后的电力电缆 局部放电量的时域波形，对得到的局部放电时域波形图进行等效时频分析，将信号进行归 一化处理，然后将归一化信号进行时频变换，将时域的特征波形转换为频域波形，得到局部 放电波形的频域特征图谱，并提取相应的局部放电波形频普特征量；
[0009] 2)将上述得到的局放放电波形频域特征量与数据库中的典型放电缺陷故障的频 谱图形进行对比分析，根据测量目标频谱与数据库各类缺陷标准频谱的相似度确定局部放 电的缺陷类型；
[0010] 3)根据比较结果输出相应的电力电缆局部放电缺陷类型和频率图谱，如所得频谱 与数据库类所有类型缺陷频谱相似度都不符合要求，则输出处理后的频谱图形以供检测人 员自行判断。
[0011] 本发明所述的步骤1)具体为：
[0012] 首先对读取的局部放电的时域波形进行归一化处理。归一化是一种无量纲处理手 段，使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系，是简化计算，缩小量值的有效办法，是 将局部放电信号的时域波形进行时频变换的必要条件。
[0013] 以s(t)代表采集得到的单个局部放电波形的时域信号，将信号s(t)进行归一化 处理如下：
[0014]
[0015] 将归一化信号进行时频变换，将时域的特征波形转换为频域波形：
[0016]
[0017] 本发明所述的步骤2)具体为：
[0018] 不同放电缺陷类型由于放电机理不同，放电频域图谱差异较大，且频谱峰值不同。 缺陷判定过程分为两部，首先判断目标波形频谱图形与典型故障频谱图形的相似度，如无 法得出结果则进一步判断目标局放频谱图的峰值分布特性：
[0019] a)将处理得到的局部放电频域波形与数据库中的典型放电缺陷故障的频谱图形 进行对比分析，首先对比目标局放频谱图形与典型故障频谱图形的相似度，如目标局放频 谱与某一典型故障频谱相似度达到一定值，则判定为该故障类型，如目标局放频谱未能与 任意典型故障频谱相似度符合要求，则判定为其他故障，如目标局放频谱与多个典型故障 频谱相似度符合要求，则进一步研判目标局放频谱图的峰值分布特性；
[0020] b)进一步计算目标局部放电频谱图峰值分布特性与各典型故障频谱图峰值分布 特性的差异值，取其中差异值最小者，则目标局部放电为该类型故障。
[0021] 本发明所述的步骤a)具体为：
[0022] 假设目标频谱图形为F(?)，六种典型放电信号的模板频谱函数分别为& (?)~ A6(co)，分别求取目标频谱与六种故障模板频谱函数的波形差异值，
[0023] Xn=f|F(co)-An(co) |d?(n= 1，2, 3,4, 5,6)
[0024] 如Xi~X6中最小值Xx低于判断阈值X，其余五个波形差异值均大于此阈值，说明 目标频谱图形与该典型放电信号的模板频谱图形极度吻合，则直接判断此次局部放电为第 x种故障；
[0025] 如&~乂6中无低于判断阈值X的值，说明目标频谱图形与该典型放电信号的模板 频谱图形皆不吻合，判断故障类型为"其他"；
[0026] 如XfX6中低于判断阈值X的值有多个，设Xa，Xb，X。皆小于判断阈值X，则进一 步分析目标波形的频谱图峰值分布特性。
[0027] 本发明所述的步骤b)具体为：
[0028] 取目标频谱图波形中主峰、次峰及第三峰的频率依次为Y3，六种典型放电信 号的模板频谱图中，主峰、次峰及第三峰的频率依次为Ai~A3、Bi~B3、（；~(：3、Di~D3、 Ei~EpFrF3;
[0029] 依次计算目标频谱与六种典型故障的频谱峰值差异值；
[0030] Zj= |Y1~A11 +1Y2-A21 +1Y3-A3
[0031] Z2=lYfBj+IVBj+IVBj
[0032] Z3=lYfCj+IVCj+IVCj
[0033] Z4=lYfDj+lVDj+lVDj
[0034] Z5=lYfEj+IVEj+IVEj
[0035] Z6=lYfFj+IVFj+IVFj
[0036] 选取Zi~Z 6中最小值Z n，则可判定目标局部放电为第n种典型故障；整个判定流 程框图见图4。
[0037] 本发明所述的步骤3)具体为：
[0038] 根据目标频谱与六种故障模板频谱函数的波形差异值&的最小值，或目标频谱与 六种典型故障的频谱峰值差异值 Zn最小值，判定局部放电为第n种故障，并输出其频谱图。
[0039] 本发明的有益效果是：
[0040] 本发明应用时频分析技术，将时域波形转换为频域图谱，以局部放电的频率特性 进行判断，由系统自动进行频谱分析，具有检测速度快，准确性高，步骤简单的特点，并且 输出可视化的电力电缆局放放电的频域波形图，有利于检测人员直观评估电力电缆缺陷类 型，提高电力电缆局部放电检测的智能化水平和检测效率。
【附图说明】
[0041] 图1为本发明专利的流程框图；
[0042]图2为电缆本体受损故障的局部放电时域波形图；
[0043] 图3为电缆本体受损故障的局部放电处理后的频谱图；
[0044] 图4为电缆典型故障类型判定计算流程框图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0046] 见图1，图2,图3,图4,一种基于频谱分析的电力电缆局部放电缺陷类型判别方 法，本发明特征在于，包括以下步骤：
[0047]1)读取电力电缆局部放电检测仪器采集得到去除背景噪音和干扰后的电力电缆 局部放电量的时域波形，对得到的局部放电时域波形图进行等效时频分析，将信号进行归 一化处理，然后将归一化信号进行时频变换，将时域的特征波形转换为频域波形，得到局部 放电波形的频域特征图谱，并提取相应的局部放电波形频普特征量；
[0048]2)将上述得到的局放放电波形频域特征量与数据库中的典型放电缺陷故障的频 谱图形进行对比分析，根据测量目标频谱与数据库各类缺陷标准频谱的相似度确定局部放 电的缺陷类型；
[0049] 3)根据比较结果输出相应的电力电缆局部放电缺陷类型和频率图谱，如所得频谱 与数据库类所有类型缺陷频谱相似度都不符合要求，则输出处理后的频谱图形以供检测人 员自行判断。
[0050] 本发明所述的步骤1)具体为：
[0051] 首先对读取的局部放电的时域波形进行归一化处理。归一化是一种无量纲处理手 段，使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系，是简化计算，缩小量值的有效办法，是 将局部放电信号的时域波形进行时频变换的必要条件。
[0052] 以s(t)代表采集得到的单个局部放电波形的时域信号，将信号s(t)进行归一化 处理如下：
[0053]
[0054] 将归一化信号进行时频变换，将时域的特征波形转换为频域波形：
[0055]
[0056] 本发明所述的步骤2)具体为：
[0057] 不同放电缺陷类型由于放电机理不同，放电频域图谱差异较大，且频谱峰值不同。 缺陷判定过程分为两部，首先判断目标波形频谱图形与典型故障频谱图形的相似度，如无 法得出结果则进一步判断目标局放频谱图的峰值分布特性：
[0058] a)将处理得到的局部放电频域波形与数据库中的典型放电缺陷故障的频谱图形 进行对比分析，首先对比目标局放频谱图形与典型故障频谱图形的相似度，如目标局放频 谱与某一典型故障频谱相似度达到一定值，则判定为该故障类型，如目标局放频谱未能与 任意典型故障频谱