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    重庆时时彩苹果APP: 一种交联聚乙烯高压电缆局部放电特征提取方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201510193461.X

    申请日:

    2015.04.23

    公开号:

    CN104765971A

    公开日:

    2015.07.08

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 19/00申请日:20150423|||公开
    IPC分类号: G06F19/00(2011.01)I; G01R31/12 主分类号: G06F19/00
    申请人: 东北电力大学; 国家电网公司; 国网吉林省电力有限公司长春供电公司
    发明人: 陈继开; 李国庆; 张喜林; 王振浩; 庞丹; 李扬; 王朝斌; 刘博文
    地址: 132012吉林省吉林市长春路169号
    优先权:
    专利代理机构: 吉林长春新纪元专利代理有限责任公司22100 代理人: 白冬冬
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510193461.X

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.11.10|||2015.08.05|||2015.07.08

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种交联聚乙烯高压电缆局部放电特征的提取方法,属于高压电缆技术领域。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。本发明首先利用高频电流互感器实现交联聚乙烯高压电缆局放发生时的金属护套接地电流信号的采集,再将此电流信号转换为数字信号,然后对数字信号作小波包分解并对分解后的小波包节点系数或重构信号依次进行模极大值提取和奇异性检测并进行小波包能量指数熵运算,最后根据运算结果绘制放电特征曲线,实现交联聚乙烯高压电缆局部放电特征的提取。本发明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。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种交联聚乙烯高压电缆局部放电特征提取方法,其特征在于:
    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??;
    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                                                ,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,滑动因子为,该滑动数据窗表示为:

    上式中,,, di,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:
    E(m)=为信号在以时刻为中心、窗宽为的滑动数据窗内的尺度i上个小波包系数组或重构信号的能量和,其中为时刻滑动时间窗内尺度i上第j个节点小波包系数或重构信号的能量和;令且,则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、令滑动因子,在离散小波包节点系数或重构信号矩阵为上移动滑动时间窗,重复步骤三,直到,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。

    2.  根据权利要求1所述的交联聚乙烯高压电缆局部放电特征提取方法,其特征在于:在小波包能量指数熵的运算过程中,小波包分解层数i的选取范围为[ 2,4 ]。

    3.  根据权利要求1所述的交联聚乙烯高压电缆局部放电特征提取方法,其特征在于:所述的滑动数据窗宽度w和滑动因子的具体设定方法为:对典型电缆局放脉冲宽度进行统计,令wmax表示电缆局放脉冲宽度最大值,令wmin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;滑动因子选择条件为。

    说明书

    说明书一种交联聚乙烯高压电缆局部放电特征提取方法
    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??;
    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                                                ,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,滑动因子为,该滑动数据窗表示为:

    上式中,,, di,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:
    E(m)=为信号在以时刻为中心、窗宽为的滑动数据窗内的尺度i上个小波包系数组或重构信号的能量和,其中为时刻滑动时间窗内尺度i上第j个节点小波包系数或重构信号的能量和;令且,则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、令滑动因子,在离散小波包节点系数或重构信号矩阵为上移动滑动时间窗,重复步骤三,直到,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。
    本发明在小波包能量指数熵的运算过程中,小波包分解层数i的选取范围为[ 2,4 ]。
    本发明所述的滑动数据窗宽度w和滑动因子的具体设定方法为:对典型电缆局放脉冲宽度进行统计,令wmax表示电缆局放脉冲宽度最大值,令wmin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;滑动因子选择条件为。
    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。
    (2)本发明提出的小波包能量指数熵是对小波包节点系数或重构信号进行能量指数熵运算,从而有效规避了用对数定义信息熵中的无定义值和零值的问题,克服了香农熵的不足。
    附图说明
    图1是采用本发明的方法,在采样频率为100MHz时采集到的包含电缆局放特征的原始电压信号波形图;
    图2是利用本发明方法从图1原始电压信号中提取的局放特征波形图;
    图3是在采样频率为100MHz时采集到的不包含电缆局放特征的原始电压信号波形图;
    图4是利用本发明方法对图3原始信号进行小波包能量指数熵运算得到的波形图。
    具体实施方式
    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、对所述16位数字信号进行DB4小波包分解(小波包分解层数选取范围见权利要求书中2),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(例如,经4层小波包分解,原始信号被分配到对应16个频带:(0~1.25MHz)、(1.25~2.50 MHz)、(2.50~3.75 MHz)、(3.75~5.00 MHz)、(5.00~6.25 MHz)、(6.25~7.50 MHz)、(7.50~8.75 MHz)、(8.75~10.00 MHz)、(10.00~11.25 MHz)、(11.25~12.50 MHz)、(12.50~13.75 MHz)、(13.75~15.00 MHz)、(15.00~16.25 MHz)、(16.25~17.50 MHz)、(17.50~18.75 MHz)、(18.75~20.00 MHz)),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??;
    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 ,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,滑动因子为,该滑动数据窗表示为:

    上式中,,, di,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:
    E(m)=为信号在以时刻为中心、窗宽为的滑动数据窗内的尺度i上个小波包系数组或重构信号的能量和,其中为时刻滑动时间窗内尺度i上第j个节点小波包系数或重构信号的能量和;令且,则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、令滑动因子,在离散小波包节点系数或重构信号矩阵为上移动滑动时间窗,重复步骤三,直到,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。
    本发明在小波包能量指数熵的运算过程中,小波包分解层数i的选取范围为[ 2,4 ]。
    本发明所述的滑动数据窗宽度w和滑动因子的具体设定方法为:对典型电缆局放脉冲宽度进行统计,令wmax表示电缆局放脉冲宽度最大值,令wmin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;滑动因子选择条件为。
    利用本发明提供的局放特征提取方法对图1中包含电缆局放特征的原始电压信号进行电缆局放特征提取,提取出的电缆局放特征如图2所示,由图2可知:小波包能量指数熵在时刻11.5ms出现了幅值为0.0065pu的脉冲(具体波形见图2中箭头所指的‘M’型波),而时刻11.5ms确实发生电缆局放事件,所以证明本发明提供的局放特征提取方法不但能够提取局放特征波形而且能指明其发生时刻。
    利用本发明提供的局放特征提取方法对图3中不包含电缆局放特征的原始电压信号进行电缆局放特征提取,获得运算结果如图4所示,由图4可知:由于原始电压信号中并不包含电缆局放特征,所以图4中小波包能量指数熵并未出现明显脉冲波形,小波包能量指数熵数值基本为常数=0.4169pu,证明图3中原始电压信号不存在电缆局放特征,此时段未发生电缆局放事件。

    关 键 词:
    一种 交联 聚乙烯 高压 电缆 局部 放电 特征 提取 方法
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