基于振荡波的电缆多源局放检测及定位方法

摘要

局部放电是电缆发生故障的前期征兆，在局部放电易发期，通过快速有效的手段，检测电缆绝缘局部放电的程度，根据检测的结果判断电缆的绝缘健康状态，同时，利用电缆局部放电信号，结合行波测距的方法，对放电位置进行精确的测定，从而采取相应的解决措施，对电缆乃至电网的安全运行有着重要的意义。
　　振荡波测试系统(OWTS)是近年来发展起来的用于电缆绝缘检测的新方法，并受到了一致的推广。本文以振荡波测试系统为基础，分析了系统的组成结构、参数设置及具体工作原理，并在仿真平台中搭建了系统模型，模拟局放发生及检测过程;在仿真的基础上，成功研制出了一套小型的振荡波测试系统，通过人为设置电缆尖端缺陷，对系统进行了试验，从试验结果来看，所研制系统成功地模拟了振荡波测试系统的工作过程，并采集到了局放信号，且局放信号的分布特性符合尖端放电的特性，证明了所研制系统的有效性，为后续的研究工作奠定了基础。
　　基于振荡波测试系统所获得的局放信号，其中含有大量的白噪声干扰及窄带干扰，考虑现有的白噪声去噪算法已经较为成熟，本文仅针对局部放电窄带干扰提出一种基于频域估计与时域重构相结合的窄带干扰抑制算法。算法根据局放信号和窄带干扰在时域和频域上的分布差异，对信号采样数据进行分段后，通过分析各段信号频谱的相似性来实现窄带干扰的个数确定及窄带频率的粗略估计，再利用频域插值实现窄带频率的精确估计，进而结合傅里叶级数展开，对窄带干扰进行时域重构，最后与原始信号相减以实现窄带干扰的抑制。通过仿真及实测数据进行算法对比，验证了所提算法在提高窄带干扰参数估计及信号重构精度上的优势，以及在不同工况下良好的窄带抑制效果，同时也验证了所提算法在抗白噪声方面的稳定性，能够满足现场复杂工况下的窄带抑制应用需求。
　　在利用振荡波测试系统所获得的局放信号对局放源进行定位的过程中，为减小噪声干扰及反射干扰的影响，并实现多个局放源的定位，本文提出一种基于局放匹配对识别及利用多组局放匹配对进行多源局放定位的算法，来提高在上述干扰工况中的定位精度。该算法利用局放信号的幅值突变特点以及在电缆中的传播特性来识别局放匹配对，再基于局放匹配对识别结果进行多源局放的定位，进而结合DBSCAN信号聚类方法来修正局放定位结果以实现对多源局放的精确定位。仿真结果表明，该多源局放定位算法能够在不同信噪比工况下，有效识别局放匹配对并精确估计出局放源的个数和位置，同时，由于利用了多组局放匹配对进行定位，其精确性比利用单组局放匹配对定位的精确性更高。
　　理论研究和仿真结果表明，本文提出的基于振荡波的电缆多源局放检测及定位方法，在电缆局部放电信号的检测、去噪以及定位三个工作方面取得了一定效果，对电网的稳定运行提供了重要的安全保障。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的提出和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电缆绝缘检测技术研究现状

1．2．2 局部放电干扰抑制研究现状

1．2．3 电缆局部放电定位方法研究现状

1．3 本文主要完成的工作

第2章 电缆局部放电机理

2．1 引言

2．2 局部放电信号产生原因

2．3 局部放电信号时频域特征

2．3．1 时域特征

2．3．2 频域特征

2．4 电缆参数模型及局放信号传播特性

2．4．1 电缆参数模型

2．4．2 局放信号在电缆中的传播特性

2．5 本章小结

第3章 振荡波测试系统建模及实现

3．1 引言

3．2 振荡波测试系统原理

3．2．1 OWTS发生电路

3．2．2 信号检测电路

3．3 系统模型仿真

3．3．1 模型建立

3．3．2 模型仿真

3．4 系统研制及试验

3．5 本章小结

第4章 基于信号频域估计及时域重构的局部放电窄带干扰抑制

4．1 引言

4．2 窄带干扰抑制算法实现

4．2．1 窄带干扰个数及粗略频率估计

4．2．2 窄带频率精确估计

4．2．3 窄带干扰重构及抑制

4．3 算例分析

4．3．1 局放与窄带频域分布差异较大时的仿真

4．3．2 局放与窄带频域分布差异较小时的仿真

4．4 实测数据验证

4．5 本章小结

第5章 计及局放信号传播特性的多源局放定位

5．1 引言

5．2 多源局放定位算法实现

5．2．1 算法前提

5．2．2 局放匹配对识别及放电位置初识

5．2．3 基于DBSCAN的定位结果修正

5．3 算例分析

5．3．1 仿真条件

5．3．2 多个局放源时的仿真结果

5．3．3 改变仿真参数

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果