电缆局部放电定位装置和方法与流程

本发明涉及电缆局部放电定位领域，更具体地涉及电缆局部放电定位装置和方法。

背景技术

随着城市化进程的不断加快，电力电缆作为最重要的输电工具正日益受到人们的关注和重视，其中对电力电缆局部放电的研究也受到越来越多研究者们的重视。

目前对电力电缆局部放电的定位方法有很多，其中比较主流的方法是采用行波定位，主要包括单端和双端两种方法，前者的依据是局放发生时产生的暂态行波沿电缆向两端传播，当遇到不同介质时发生折射和反射，利用反射波的时间差确定放电位置所在；后者利用行波向两端传输进行两端同步采集的时间差来进行定位。由于单端的反射波传播路径较长，加上经过放电点时过渡阻抗的影响，脉冲信号衰减会比较严重，故在实际应用中定位的误差较大。相比而言，双端定位则不受上述干扰，它主要是在电缆段两端设置精确的时间同步装置来进行同步，然后根据两端采集的波形进行定位，其定位精度的主要取决于同步时间误差。

目前通常使用ptp(precisiontimeprotocol，精确时间协议)网络对时同步或gps(全球定位系统)秒脉冲同步，但在某些特殊应用场合，由于通信条件不满足或者gps干扰较大，无法实现这两种同步方式。

技术实现要素：

针对在某些特殊应用场合无法实现ptp和gps同步而导致不能定位局部放电的问题，有必要提供一种基于脉冲同步的电缆局部放电定位装置和方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种电缆局部放电定位装置，该装置包括：同步脉冲发生器、两个传感器和两个信号采集器，其中，同步脉冲发生器连接在被测电缆的一端，用于产生同步脉冲信号；两个传感器分别连接在被测电缆的两端，用于感测信号，所感测的信号包括同步脉冲信号和局部放电信号，同步脉冲发生器与位于被测电缆的相同端的传感器连接；两个信号采集器与两个传感器一一对应连接，采集并处理对应的传感器感测到的信号以确定被测电缆上局部放电的位置。

上述电缆局部放电定位装置，包括同步脉冲发生器、两个传感器和两个信号采集器，通过同步脉冲发生器同步两个信号采集器，两个信号采集器采集并处理对应传感器感测的信号，从而根据处理后的信号确定被测电缆局部放电的位置。上述电缆局部放电定位装置，结构简单、精确度较高、方便使用，能够在由于通信条件不满足或者gps干扰较大的某些特殊应用场合准确地定位局部放电。

在其中一个实施例中，信号采集器包括：第一滤波单元，用于对采集到的信号进行滤波，以得到初步降噪后的信号；模数转换器，与第一滤波单元连接，以对初步降噪后的信号进行模数转换；第二滤波单元，与模数转换器连接，以对模数转换后的信号进行滤波，以得到进一步降噪后的信号；同步脉冲匹配单元，与第二滤波单元连接，用于将进一步降噪后的信号与同步脉冲信号进行匹配，以确定采集到的信号是否为同步脉冲信号；以及存储单元，与同步脉冲匹配单元连接，以存储采集到的局部放电信号。

在其中一个实施例中，两个信号采集器通信连接，并且两个信号采集器中的一个信号采集器中包括处理器，处理器用于根据两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差和采集到同一局部放电信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置。

在其中一个实施例中，处理器还用于判断经确定的局部放电位置是否有效。

在其中一个实施例中，同步脉冲发生器产生脉宽和幅值可调的阶梯脉冲信号。

根据本发明的第二方面，提供了一种电缆局部放电定位方法，该方法包括：获取两个信号采集器采集到的信号；识别信号中的同步脉冲信号和局部放电信号；根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置；判断经确定的局部放电位置是否有效，若有效，则根据局部放电位置进行定位。

上述电缆局部放电定位方法，上述电缆局部放电定位方法，获取所述两个信号采集器采集到的信号并根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置，此外，还判断经确定的局部放电位置是否有效，因而可以简单准确地确定电缆上局部放电的位置。

在其中一个实施例中，识别信号中的同步脉冲信号和局部放电信号，包括：对获得的信号进行硬件滤波，以得到初步降噪后的信号；对初步降噪后的信号进行模数转换，以得到模数转换后的信号；对模数转换后的信号进行软件滤波，以得到进一步降噪后的信号；识别降噪后的信号中的同步脉冲信号和局部放电信号；以及存储识别出的局部放电信号。

在其中一个实施例中，根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置，包括：根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定局部放电位置是否属于被测电缆；当确定局部放电位置属于被测电缆时，根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置。

在其中一个实施例中，根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定局部放电位置是否属于被测电缆，包括：判断两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差是否大于采集到局部放电信号的时间差，若是，则局部放电位置属于被测电缆。

在其中一个实施例中，判断经确定的局部放电位置是否有效，包括：将两个信号采集器采集到的局部放电信号进行比较，确定两个信号采集器采集到的局部放电信号的相似度；判断相似度是否大于预设的相似度阈值，若是，则根据局部放电位置判断两个信号采集器采集到的局部放电信号是否符合衰减规律，若是，则确定局部放电位置有效。

附图说明

将参考附图通过示例方式来描述本发明的优选而非限制的实施例，其中：

图1示出了根据本申请一实施例的电缆局部放电定位装置的示意图。

图2示出了根据本申请一实施例的电缆局部放电定位装置中的信号采集器的示意图。

图3示出了根据本申请一实施例的两个信号采集器采集同步脉冲信号和局部放电信号的时间差的示意图。

图4示出了根据本申请一实施例的电缆局部放电定位方法的流程图。

图5示出了图4所示的电缆局部放电定位方法的步骤s300的流程图。

图6示出了图4所示的电缆局部放电定位方法的步骤s400的流程图。

图7示出了图6所示的步骤s400的子步骤s410的流程图。

图8示出了图4所示的电缆局部放电定位方法的步骤s500的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本申请提供了一种电缆局部放电定位装置，如图1所示，该装置包括：同步脉冲发生器120、两个传感器140和两个信号采集器160。同步脉冲发生器120连接在被测电缆的一端，用于产生同步脉冲信号。两个传感器140分别连接在被测电缆的两端，用于感测信号。两个传感器140所感测的信号包括同步脉冲信号和局部放电信号。局部放电信号包括被测电缆中的局部放电信号，还包括电缆外的局部放电信号。同步脉冲发生器120与位于被测电缆的相同端的传感器140连接。两个信号采集器160与两个传感器140一一对应连接，以采集并处理对应的传感器140感测到的信号。当两个信号采集器160采集到同步脉冲信号时被同步。

上述电缆局部放电定位装置，包括同步脉冲发生器、两个传感器和两个信号采集器，通过同步脉冲发生器同步两个信号采集器，两个信号采集器采集并处理对应传感器感测的信号，从而根据处理后的信号确定被测电缆局部放电的位置。上述电缆局部放电定位装置，结构简单、精确度较高、方便使用，能够在由于通信条件不满足或者gps干扰较大的某些特殊应用场合准确地定位局部放电。

在一个实施例中，同步脉冲发生器产生脉宽和幅值可调的阶梯脉冲信号。可以根据实际情况和需求调节脉冲信号的脉宽和幅值来提高电缆局部放电定位装置的定位准确性。

在一个实施例中，如图2所示，示出了根据本发明一实施例中的信号采集器的示意图，信号采集器160包括：

第一滤波单元161，用于对采集到的信号进行滤波，以得到初步降噪后的信号。

具体地，第一滤波单元161对采集到的信号进行滤波，以初步滤除信号中的噪声。例如，第一滤波单元161可以滤除某一频段的噪声。

模数转换器162，与第一滤波单元161连接，以对初步降噪后的信号进行模数转换。

具体地，模数转换器162对初步降噪后的信号进行模数转换，以获得模数转换后的信号。

第二滤波单元163，与模数转换器162连接，以对模数转换后的信号进行滤波，以得到进一步降噪后的信号。

具体地，第二滤波单元163对模数转换后的信号进行进一步的滤波，以得到进一步降噪后的信号。

同步脉冲匹配单元164，与第二滤波单元连接，用于将进一步降噪后的信号与已知的同步脉冲信号进行匹配，以确定采集到的信号是否为同步脉冲信号。

具体地，同步脉冲匹配单元164用于识别同步脉冲信号，当两个信号采集器都收到同步脉冲信号时，开始采集局部放电信号。

存储单元165，与同步脉冲匹配单元连接，以存储采集到的局部放电信号。

具体地，存储单元165用于存储采集到的局部放电信号。与存储单元165通信连接的上位机可以从存储单元中读取局部放电信号并进行分析，以例如确定局部放电预警级别。

上述电缆局部放电定位装置，其信号采集器可以对采集到的信号进行硬件滤波、模数转换和软件滤波，从而实现信号的降噪，为后续定位提供更可靠的基础，同时，信号采集器识别同步脉冲信号，在同步后开始采集局部放电信号，并将采集到的局部放电信号存储在存储单元中，以供进一步的分析和处理。

在一个实施例中，两个信号采集器通信连接，并且两个信号采集器中的一个信号采集器中包括处理器，处理器用于根据两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差和采集到同一局部放电信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置。

具体地，两个信号采集器收到同步脉冲后，开始采集局部放电信号。两个信号采集器均可记录采集到信号的时间，信号包括同步脉冲信号和局部放电信号。局部放电位置需要根据两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差和采集到同一局部放电信号的时间差来确定的。因此，需要处理器根据两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差和采集到同一局部放电信号的时间差来确定局部放电位置。处理器可以包括在两个信号采集器中的一个中，并且两个信号采集器是通信连接的。处理器获取两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差和采集到同一局部放电信号的时间差，并根据获得的两个时间差确定被测电缆上局部放电的位置。同一局部放电信号是指从被测电缆上同一局部放电位置发出的局部放电信号。

上述电缆局部放电定位装置，通过一个信号采集器中的处理器确定局部放电的位置，使得局部放电定位装置的结构简单且操作方便。在其他实施例中，也可以通过单独设置的处理器来确定局部放电位置，并且该处理器分别与两个信号采集器通信连接，可以从两个信号采集器中获取这两个信号采集器采集到同步脉冲信号以及局部放电信号的时间或时间差。

在一个实施例中，处理器还用于判断经确定的所述局部放电位置是否有效。

具体地，被测电缆上可能有多个位置局部放电，因此两个信号采集器采集到的局部放电信号可能属于同一位置发出的局部放电信号，也可能属于不同位置发出的局部放电信号，如果两个信号采集器采集到的局部放电信号属于同一局部放电位置，则两个信号采集器采集到的局部放电信号属于同一局部放电信号，因而经确定的局部放电位置有效，否则经确定的局部放电位置无效。

上述电缆局部放电定位装置，使用处理器判断经确定的所述局部放电位置是否有效，可以提高电缆局部放电定位装置进行定位的准确性。

参考图3，示出了根据本申请一实施例的电缆局部放电定位装置中的两个信号采集器采集信号的时间差的示意图。如图1所示，示例性地，同步脉冲信号发生器120在被测电缆的左侧，将左侧的信号采集器记为采集器1，将右侧的信号采集器记为采集器2。其中，t1为采集器1和采集器2采集到同步脉冲信号的时间差，即t1＝l/v，其中，l为被测电缆的长度，v为同步脉冲信号在电缆中的传播速度。t2为采集器1和采集器2采集到被测电缆中(不包括被测电缆两端的位置)的同一局部放电信号的时间差，t2＝x/v-(l-x)/v(t2可为正值、可为负值也可等于0，具体取决于x的值，0<x<l)，其中x为被测电缆上的局部放电位置的坐标(以被测电缆左端为一维坐标系的坐标原点)，v为局部放电信号在电缆中的传播速度，与同步脉冲信号在电缆中的传播速度相同。因此，t1>|t2|，并且因而，可以根据两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差t1和采集到被测电缆中的同一局部放电信号的时间差t2来确定局部放电位置x。

本申请还提供了一种电缆局部放电定位方法，如图4所示，示出了根据本申请一实施例的电缆局部放电定位方法的流程图，该方法包括：

步骤s100，获取所述两个信号采集器采集到的信号。

具体地，同步脉冲发生器120产生同步脉冲信号，以同步两个信号采集器160。两个传感器140感测信号，所感测的信号包括同步脉冲信号和局部放电信号。两个信号采集器160采集并处理对应的传感器感测到的信号。当两个信号采集器160收到同步脉冲信号后，开始采集局部脉冲信号。可以使用处理器从两个信号采集器160获取这两个信号采集器160采集到的信号以及采集到信号的时间。处理器可以包括在两个信号采集器160中的一个中，也可以单独设置。

步骤s200，识别所述信号中的同步脉冲信号和局部放电信号。

具体地，两个信号采集器160采集到的信号包括同步脉冲信号和局部放电信号，需要将其中的同步脉冲信号和局部放电信号区分开来。

步骤s300，根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置。

具体地，根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置。例如，如上文参考图3所描述的方法，可以得到

步骤s400，判断经确定的所述局部放电位置是否有效，若有效，则根据所述局部放电位置进行定位。

具体地，被测电缆上可能有多个位置局部放电，因此两个信号采集器采集到的局部放电信号可能属于同一位置发出的局部放电信号，也可能属于不同位置发出的局部放电信号，因此需要判断两个信号采集器采集到的局部放电信号是否属于同一局部放电位置，即是否是从同一局部放电位置发出的局部放电信号。如果确定属于同一局部放电位置，则经确定的局部放电位置有效，并根据该局部放电位置进行定位。

上述电缆局部放电定位方法，获取所述两个信号采集器采集到的信号并根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置，此外，还判断经确定的局部放电位置是否有效，因而可以简单准确地确定电缆上局部放电的位置。

在一个实施例中，如图5所示，步骤s200，识别所述信号中的同步脉冲信号和局部放电信号，包括：

步骤s210，对获得的信号进行硬件滤波，以得到初步降噪后的信号。

步骤s220，对初步降噪后的信号进行模数转换，以得到模数转换后的信号。

步骤s230，对模数转换后的信号进行软件滤波，以得到进一步降噪后的信号。

步骤s240，识别降噪后的信号中的同步脉冲信号和局部放电信号。

步骤s250，存储识别出的所述局部放电信号。

具体地，步骤s200包括：对采集到的信号进行硬件滤波，以得到初步降噪后的信号；然后对初步降噪后的信号进行模数转换，以得到模数转换后的信号；并且对模数转换后的信号进行软件滤波，以得到进一步滤波后的信号，从而使得后续处理的结果更准确。步骤s200还包括通过同步脉冲信号匹配识别降噪后的信号中的同步脉冲信号，从而将同步脉冲信号和局部放电信号区分开来，并将局部放电信号存储在存储单元中，以供后续进一步的处理和分析。

在一个实施例中，如图6所示，步骤s300，根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置，包括：

步骤s310，根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定局部放电位置是否属于被测电缆。

具体地，两个信号采集器采集到的局部放电信号可能是从被测电缆中的位置发出的局部放电信号，也可能是从被测电缆之外的位置发出的局部放电信号，因此需要根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定局部放电位置是否属于被测电缆。

步骤s320，当确定局部放电位置属于被测电缆时，根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置。

具体地，当局部放电位置属于被测电缆时，根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定被测电缆上的局部放电位置。例如，如上文参考图3所描述的方法，可以得到当局部放电位置不属于被测电缆时，不对信号进行定位。

在一个实施例中，如图7所示，步骤s310，根据两个信号采集器采集到局部放电信号的时间差和采集到同步脉冲信号的时间差确定局部放电位置是否属于被测电缆，包括：

步骤s311，判断两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差是否大于采集到局部放电信号的时间差，若是则执行步骤s312，若否则执行步骤s313。

步骤s312，确定局部放电位置属于被测电缆。

步骤s313，确定局部放电位置不属于被测电缆。

具体地，如图3所示，两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差为t1，t1＝l/v；两个信号采集器采集到被测电缆中(不包括被测电缆两端的位置)的局部放电信号的时间差为t2，t2＝x/v-(l-x)/v，t1>|t2|。当局部放电信号不属于被测电缆时，两个信号采集器采集到被测电缆外的局部放电信号的信号差为t3，t3＝l/v，所以t3＝t1。因此，当两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差大于采集到局部放电信号的时间差时，局部放电位置属于被测电缆(不包括被测电缆两端的位置)，否则局部放电位置不属于被测电缆。

上述电缆局部放电定位方法，通过比较两个信号采集器采集到同步脉冲信号的时间差和采集到局部放电信号的时间差，可以快速简单地判定局部放电位置是否在被测电缆中。

在一个实施例中，如图8所示，步骤s400中的判断经确定的所述局部放电位置是否有效，包括：

步骤s410，将两个信号采集器采集到的局部放电信号进行比较，确定所述两个信号采集器采集到的局部放电信号的相似度。

具体地，同一局部放电位置发出的局部放电信号的放电特征相似，通过将两个信号采集器采集到的局部放电信号进行比较，可以确定采集到的局部放电信号的相似度，相似度越高，属于同一局部放电位置的几率越高。

步骤s420，判断相似度是否大于预设的相似度阈值，若是则执行步骤s430，若否则执行步骤s450。

步骤s430，根据局部放电位置判断两个信号采集器采集到的局部放电信号是否符合衰减规律，若是，则执行步骤s440，若否则执行步骤s450。

步骤s440，确定所述局部放电位置有效。

步骤s450，确定所述局部放电位置无效。

具体地，根据实际需求预先设定相似度阈值，并判断经确定的相似度是否大于预设的相似度阈值。若经确定的相似度阈值大于预设的相似度阈值，则根据经确定的局部放电位置判断两个信号采集器采集到的局部放电信号是否符合衰减规律，否则确定所述局部放电位置无效。这里的衰减规律是指，信号采集器距放电位置越远，则采集到的局部放电信号的幅度越小。例如，参考图1，如果局部放电位置x<l/2，则左侧的信号采集器采集到的局部放电信号的幅度大于右侧的信号采集器采集到的局部放电信号的幅度。当两个信号采集器采集到的局部放电信号符合衰减规律时，确定所述局部放电位置有效。当两个信号采集器采集到的局部放电信号不符合衰减规律时，确定所述局部放电位置无效。

上述电缆局部放电定位方法，在两个信号采集器采集到的局部放电信号满足相似度阈值并且符合衰减规律时，才确定局部放电位置有效，因而可以显著提高定位的准确性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。