CN112595934B - 一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法及装置，所述测量方法包括：对感应电压信号进行傅里叶变换，得到感应电压信号的信号强度；比较每个频率与左右两侧相邻频率的信号强度，若该频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，将该频率作为特征频率；判断相同的特征频率之间是否为预设间隔，若是预设间隔则将所述特征频率作为放电信号的放电频率；基于放电频率，对局部放电信号的信号强度进行积分，得到局部放电信号最终的信号强度。在传统的测量方案测得感应电压信号的基础上，通过傅里叶变换和积分计算局部放电的信号强度，避免了放电时间的不准确带来的测量误差，提高了测量结果的准确性。

Description

一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法及装置

技术领域

本发明属于电信号测量领域，尤其涉及一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法及装置。

背景技术

局部放电是指电力设备绝缘体在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电现象，局部放电发生的初期并不影响电缆及设备的正常运行，但由于局部放电对绝缘层的不断破坏，若形成通路贯穿绝缘，就会引起安全事故。传统的高压电缆局部放电强度的测量方法是利用高频电流互感器(High Frequency Current Transformer，HFCT)采集局部放电时的感应电流，再根据感应电流计算局部放电的信号强度。

感应电流是放电电荷量与放电时间的比值，放电电荷量与放电时间均与高压电缆接地***的电感量有关，由于接地***的电感不确定，引起放电时间不确定，进而导致测得的感应电流有误差，导致测量精度较低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法，所述测量方法包括：

基于预设的时间序列获取高压电缆的感应电压信号；

通过对感应电压信号进行傅里叶变换，得到感应电压信号在各个频率上的信号强度；

比较每个频率与左右两侧相邻频率的信号强度，若该频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，将该频率作为特征频率；

判断相同的特征频率之间的时间序列间隔是否为预设间隔，若是预设间隔则将所述特征频率作为放电信号的放电频率；

基于放电频率和预设的带宽值，对局部放电信号的信号强度进行积分，得到局部放电信号最终的信号强度。

可选的，所述通过对感应电压信号进行傅里叶变换，得到感应电压信号在各个频率上的信号强度，包括：

将感应电压信号进行傅里叶变换，得到每个时间序列上感应电压信号的频域信号；

根据频域信号的幅值计算得到每个频率的信号强度。

可选的，所述比较每个频率与左右两侧相邻频率的信号强度，若该频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，将该频率作为特征频率，包括：

将傅里叶变换后的感应电压信号划分为若干个预设频段，获取每个预设频段内中心频率与两侧相邻频率的信号强度；

将中心频率的信号强度分别与两侧相邻频率的信号强度进行比较；

若中心频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，且中心频率的信号强度与两侧相邻频率的差值大于预设阈值，将该频率作为特征频率。

可选的，所述测量方法还包括从特征频率中滤除干扰频率，具体包括：

获取预设的干扰阈值N，若连续N个时间序列上均存在特征频率，则所述N个时间序列上的特征频率均为干扰频率；

将干扰频率从特征频率中滤除；

所述N的取值范围为正整数。

可选的，所述基于放电频率和预设的带宽值，对局部放电信号的信号强度进行积分，得到局部放电信号最终的信号强度，包括：

基于预设的带宽值d和放电频率f，对f-d/2至f+d/2频段内的信号强度进行积分，积分得到的结果为局部放电信号最终的信号强度，所述f、d的取值范围均为正数。

本发明还基于同样的思路提出了一种高压电缆局部放电信号强度的测量装置，所述测量装置包括：

采集单元：用于基于预设的时间序列获取高压电缆的感应电压信号；

变换单元：用于通过对感应电压信号进行傅里叶变换，得到感应电压信号在各个频率上的信号强度；

特征频率单元：用于比较每个频率与左右两侧相邻频率的信号强度，若该频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，将该频率作为特征频率；

放电频率单元：用于判断相同的特征频率之间的时间序列间隔是否为预设间隔，若是预设间隔则将所述特征频率作为放电信号的放电频率；

积分单元：用于基于放电频率和预设的带宽值，对局部放电信号的信号强度进行积分，得到局部放电信号最终的信号强度。

可选的，所述变换单元具体用于：

将感应电压信号进行傅里叶变换，得到每个时间序列上感应电压信号的频域信号；

根据频域信号的幅值计算得到每个频率的信号强度。

可选的，所述特征频率单元具体用于：

将傅里叶变换后的感应电压信号划分为若干个预设频段，获取每个预设频段内中心频率与两侧相邻频率的信号强度；

将中心频率的信号强度分别与两侧相邻频率的信号强度进行比较；

若中心频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，且中心频率的信号强度与两侧相邻频率的差值大于预设阈值，将该频率作为特征频率。

可选的，所述测量装置还包括滤除单元，用于：

获取预设的干扰阈值N，若连续N个时间序列上均存在特征频率，则所述N个时间序列上的特征频率均为干扰频率；

将干扰频率从特征频率中滤除；

所述N的取值范围为正整数。

可选的，所述积分单元具体用于：

基于预设的带宽值d和放电频率f，对f-d/2至f+d/2频段内的信号强度进行积分，积分得到的结果为局部放电信号最终的信号强度，所述f、d的取值范围均为正数。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明在传统的测量方案测得感应电压信号的基础上，进一步通过傅里叶变换对感应电压信号进行频域转换，确定局部放电信号的放电频率，再从频域角度通过积分计算局部放电的信号强度，而不是单纯的依靠传统的电压与电流关系确定信号强度，避免了放电时间的不准确带来的测量误差，提高了测量结果的准确性。同时，本发明还通过滤除干扰频率提高确定放电频率的准确率，减少了干扰信号导致测量不准的情况发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法的流程示意图；

图2为确定特征频率的示意图；

图3为本发明提出的一种高压电缆局部放电信号强度的测量装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

如图1所示，本发明提出了一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法，包括：

S1：基于预设的时间序列获取高压电缆的感应电压信号。

通过高频电流互感器(High Frequency Current Transformer，HFCT)以预设的采样频率获取高压电缆的感应电压信号，HFCT是以电磁感应方式采集高频电流的传感器，广泛应用于各种电等级的变压器、电缆、开关柜、、发电机、PT柜、断路器等高压电气设备的局部放电检测。

通过HFCT在高压电缆本体内部和电缆接头进行局部放电信号探测，当电缆内发生局部放电时,会有部分电流通过外屏蔽层接地线流入大地，因此，在屏蔽层接地线上套接HFCT传感器，以得到时域上的感应电压信号。

在本实施例中，以100μs为一个时间序列，采集到每100μs内的感应电压信号。

S2：通过对感应电压信号进行傅里叶变换，得到感应电压信号在各个频率上的信号强度。

将感应电压信号进行傅里叶变换，得到每个时间序列上感应电压信号的频域信号。在本实施例中，以100μs为一个时间序列，对每个时间序列的感应电压信号进行傅里叶变换，将感应电压信号的时域信号转换为频域信号。

在本实施例中，通过傅里叶变换得到感应电压信号的频域信号后，还需要通过信号降噪单元滤除1MHz以下的低频噪声以及30MHz以上的高频噪声，最终得到1MHz到30MHz的频域信号。再根据频域信号的幅值计算得到每个频率的信号强度。本领域技术人员应当知道如何基于频域信号计算信号强度，此处不再赘述。

S3：比较每个频率与左右两侧相邻频率的信号强度，若该频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，将该频率作为特征频率。

图2为感应电压频域信号的示意图，横坐标为频率，单位MHz，纵坐标为信号强度。将傅里叶变换后的感应电压信号划分为若干个预设频段，获取每个预设频段内中心频率f与两侧相邻频率f-f₀、f+f₀的信号强度，f₀为人为预设的频率间隔，将频率f-f₀、f+f₀处的信号强度视为与频率f处的信号强度在一维坐标轴上前后两侧相邻的频率点，分别获取中心频率为f的第一信号、频率为f-f₀的第二信号以及频率为f+f₀的第三信号。将中心频率f的信号强度分别于预设频段两侧相邻频率f-f₀、f+f₀的信号强度进行比较，即将第一信号的信号强度分别与第二信号的信号强度、第三信号的信号强度进行比较。若中心频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，且信号强度的差值大于预设阈值，说明中心频率的信号强度相对两侧相邻频率的信号强度足够大，将该频率作为特征频率，在本实施例中若第一信号的信号强度同时大于第二信号的信号强度与第三信号的信号强度，且第一信号分别与第二信号、第三信号之间的信号强度差值大于预设的特征阈值，则将将中心频率f作为特征频率。上述f、f₀的取值范围均为正数。

因发生局部放电时信号强度会发生突增，因此通过特征频率的识别，能够获得信号强度比较大的频率，这些信号强度较大的频率即有可能是发生局部放电的信号频率，即放电频率。

在实际局部放电信号的测量过程中，难免会因外部环境等不可控因素引入了干扰信号，因此，本发明所述的测量方法还包括从特征频率中滤除干扰频率，具体包括：

获取预设的干扰阈值N，若连续N个时间序列上均存在特征频率，则所述N个时间序列上的特征频率均为干扰频率；将干扰频率从特征频率中滤除。所述N的取值范围为正整数，

例如，对于50Hz全周期进行频率大值计算，1.26MHz、1.78MHz、3.17MHz6.52MHz、8.36MHz、10.02MHz强度值相对该频率值左右频率比较大，并且1.26MHz、1.78MHz、10.02MHz在50Hz全周期都是大值，即连续200个时间序列上1.26MHz、1.78MHz、10.02MHz均为特征频率，则认为1.26MHz、1.78MHz、10.02MHz极有可能是外部持续输出的干扰信号，将1.26MHz、1.78MHz、10.02MHz作为干扰频率从特征频率中滤除，剩下的3.17MHz、6.52MHz、8.36MHz为真正的特征频率。

依据局部放电特性，局部放电不会在工频50Hz全周期持续发生，因此对于50Hz工频周期全周期信号强度值都很大的频率点判断为干扰，即可能是外部其他设备发出的信号对局部放电信号测量的干扰。通过上述方法将干扰频率滤除，有利于后续从特征频率中确定放电频率的准确率。

S4：判断相同的特征频率之间的时间序列间隔是否为预设间隔，若是预设间隔则将所述特征频率作为放电信号的放电频率。

在得到了特征频率后，判断相同的特征频率是否180度相位对称，所述180度相位在时域上即为预设间隔的时间序列，为一个全周期的一半。若是相位堆成，则该特征频率即为局部放大信号在此处接地***的放电频率。

在本实施例中，以一个工频全周期20ms为单位，所述180度相位对称也就是相差100个100μs的时间序列，例如10号时间序列的特征频率与110号时间序列的特征频率相差了100个时间序列，折算到频域即相位差为180度。若10号时间序列的特征频率和110号时间序列的特征频率均为3.17MHz，则3.17MHz即为确定的放电频率。

S5：基于放电频率和预设的带宽值，对局部放电信号的信号强度进行积分，得到局部放电信号最终的信号强度。

基于预设的带宽值d和放电频率f，对f-d/2至f+d/2频段内的信号强度进行积分，积分得到的结果为局部放电信号最终的信号强度。所述f、d的取值范围均为正数。

通常情况下，因电缆接地通常会有分支，局部放电信号通常不止一个放电频率，因此需要对不止一个放电频率进行积分计算。

例如，对信号强度最大的3个放电频率进行信号强度的积分，预设带宽值d为0.2MHz，确定放电频率为3.17MHz、6.52MHz、8.36MHz，因此需要对3.16MHz～3.18MHz、6.51MHz～6.53MHz、8.35MHz～8.37MHz三个频段进行信号强度积分，本领域技术人员应当知道如何对信号强度进行积分计算，此处不再赘述。

最后，将三个频段的积分结果相加，得到局部放电信号最终的信号强度。

根据采集到的电压感应信号，确定放电频率并对放电频率附近的频段进行信号强度积分，实现了对电压感应信号的进一步处理，规避了放电时间这一存在误差的物理量，解决了传统测量方法直接用电压感应信号代表局部放电信号强度引起的误差问题，使测量结果更准确。

实施例二

如图3所示，本发明还提出了一种高压电缆局部放电信号强度的测量装置6，包括：

采集单元61：用于基于预设的时间序列获取高压电缆的感应电压信号。

通过高频电流互感器(High Frequency Current Transformer，HFCT)以预设的采样频率获取高压电缆的感应电压信号，HFCT是以电磁感应方式采集高频电流的传感器，广泛应用于各种电等级的变压器、电缆、开关柜、、发电机、PT柜、断路器等高压电气设备的局部放电检测。

所述采集单元61通过HFCT在高压电缆本体内部和电缆接头进行局部放电信号探测，当电缆内发生局部放电时,会有部分电流通过外屏蔽层接地线流入大地，因此，在屏蔽层接地线上套接HFCT传感器，以得到时域上的感应电压信号。

在本实施例中，以100μs为一个时间序列，采集到每100μs内的感应电压信号。

变换单元62：用于通过对感应电压信号进行傅里叶变换，得到感应电压信号在各个频率上的信号强度。具体用于：

将感应电压信号进行傅里叶变换，得到每个时间序列上感应电压信号的频域信号。在本实施例中，以100μs为一个时间序列，对每个时间序列的感应电压信号进行傅里叶变换，将感应电压信号的时域信号转换为频域信号。

在本实施例中，通过傅里叶变换得到感应电压信号的频域信号后，还需要通过信号降噪单元滤除1MHz以下的低频噪声以及30MHz以上的高频噪声，最终得到1MHz到30MHz的频域信号。再根据频域信号的幅值计算得到每个频率的信号强度。本领域技术人员应当知道如何基于频域信号计算信号强度，此处不再赘述

特征频率单元63：用于比较每个频率与左右两侧相邻频率的信号强度，若该频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，将该频率作为特征频率。具体用于：

图2为感应电压频域信号的示意图，横坐标为频率，单位MHz，纵坐标为信号强度。将傅里叶变换后的感应电压信号划分为若干个预设频段，获取每个预设频段内中心频率f与两侧相邻频率f-f₀、f+f₀的信号强度，f₀为人为预设的频率间隔，将频率f-f₀、f+f₀处的信号强度视为与频率f处的信号强度在一维坐标轴上前后两侧相邻的频率点，分别获取中心频率为f的第一信号、频率为f-f₀的第二信号以及频率为f+f₀的第三信号。将中心频率f的信号强度分别于预设频段两侧相邻频率f-f₀、f+f₀的信号强度进行比较，即将第一信号的信号强度分别与第二信号的信号强度、第三信号的信号强度进行比较。若中心频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，且信号强度的差值大于预设阈值，说明中心频率的信号强度相对两侧相邻频率的信号强度足够大，将该频率作为特征频率，在本实施例中若第一信号的信号强度同时大于第二信号的信号强度与第三信号的信号强度，且第一信号分别与第二信号、第三信号之间的信号强度差值大于预设的特征阈值，则将将中心频率f作为特征频率。上述f、f₀的取值范围均为正数。

因发生局部放电时信号强度会发生突增，因此通过特征频率的识别，能够获得信号强度比较大的频率，这些信号强度较大的频率即有可能是发生局部放电的信号频率，即放电频率。

在实际局部放电信号的测量过程中，难免会因外部环境等不可控因素引入了干扰信号，因此，本发明所述的测量方法还包括从特征频率中滤除干扰频率，具体包括：

获取预设的干扰阈值N，若连续N个时间序列上均存在特征频率，则所述N个时间序列上的特征频率均为干扰频率；将干扰频率从特征频率中滤除。所述N的取值范围为正整数，

例如，对于50Hz全周期进行频率大值计算，1.26MHz、1.78MHz、3.17MHz6.52MHz、8.36MHz、10.02MHz处的信号强度相对该频率左右相邻的频率处的信号强度大，且信号强度的差值大于预设阈值，即该频率的信号强度足够大。若1.26MHz、1.78MHz、10.02MHz在50Hz全周期都是大值，即连续200个时间序列上1.26MHz、1.78MHz、10.02MHz均为特征频率，则认为1.26MHz、1.78MHz、10.02MHz极有可能是外部持续输出的干扰信号，将1.26MHz、1.78MHz、10.02MHz作为干扰频率从特征频率中滤除，剩下的3.17MHz、6.52MHz、8.36MHz为真正的特征频率。

依据局部放电特性，局部放电不会在工频50Hz全周期持续发生，因此对于50Hz工频周期全周期信号强度值都很大的频率点判断为干扰，即可能是外部其他设备发出的信号对局部放电信号测量的干扰。通过上述方法将干扰频率滤除，有利于后续从特征频率中确定放电频率的准确率。

放电频率单元64：用于判断相同的特征频率之间的时间序列间隔是否为预设间隔，若是预设间隔则将所述特征频率作为放电信号的放电频率。具体用于：

在得到了特征频率后，判断相同的特征频率是否180度相位对称，所述180度相位在时域上即为预设间隔的时间序列，为一个全周期的一半。若是相位堆成，则该特征频率即为局部放大信号在此处接地***的放电频率。

在本实施例中，以一个工频全周期20ms为单位，所述180度相位对称也就是相差100个100μs的时间序列，例如10号时间序列的特征频率与110号时间序列的特征频率相差了100个时间序列，折算到频域即相位差为180度。若10号时间序列的特征频率和110号时间序列的特征频率均为3.17MHz，则3.17MHz即为确定的放电频率。

积分单元65：用于基于放电频率和预设的带宽值，对局部放电信号的信号强度进行积分，得到局部放电信号最终的信号强度。具体用于：

基于预设的带宽值d和放电频率f，对f-d/2至f+d/2频段内的信号强度进行积分，积分得到的结果为局部放电信号最终的信号强度。所述f、d的取值范围均为正数。

通常情况下，因电缆接地通常会有分支，局部放电信号通常不止一个放电频率，因此需要对不止一个放电频率进行积分计算。

例如，对信号强度最大的3个放电频率进行信号强度的积分，预设带宽值d为0.2MHz，确定放电频率为3.17MHz、6.52MHz、8.36MHz，因此需要对3.16MHz～3.18MHz、6.51MHz～6.53MHz、8.35MHz～8.37MHz三个频段进行信号强度积分，本领域技术人员应当知道如何对信号强度进行积分计算，此处不再赘述。

最后，将三个频段的积分结果相加，得到局部放电信号最终的信号强度。

根据采集到的电压感应信号，确定放电频率并对放电频率附近的频段进行信号强度积分，实现了对电压感应信号的进一步处理，规避了放电时间这一存在误差的物理量，解决了传统测量方法直接用电压感应信号代表局部放电信号强度引起的误差问题，使测量结果更准确。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

基于预设的时间序列获取高压电缆的感应电压信号；

通过对感应电压信号进行傅里叶变换，得到感应电压信号在各个频率上的信号强度；

比较每个频率与左右两侧相邻频率的信号强度，若该频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，将该频率作为特征频率；

判断相同的特征频率之间的时间序列间隔是否为预设间隔，若是预设间隔则将所述特征频率作为放电信号的放电频率；

基于放电频率和预设的带宽值，对局部放电信号的信号强度进行积分，得到局部放电信号最终的信号强度；

其中，所述比较每个频率与左右两侧相邻频率的信号强度，若该频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，将该频率作为特征频率，包括：

将傅里叶变换后的感应电压信号划分为若干个预设频段，获取每个预设频段内中心频率与两侧相邻频率的信号强度；

将中心频率的信号强度分别与两侧相邻频率的信号强度进行比较；

若中心频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，且中心频率的信号强度与两侧相邻频率的差值大于预设阈值，将该频率作为特征频率。

2.根据权利要求1所述的一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法，其特征在于，所述通过对感应电压信号进行傅里叶变换，得到感应电压信号在各个频率上的信号强度，包括：

将感应电压信号进行傅里叶变换，得到每个时间序列上感应电压信号的频域信号；

根据频域信号的幅值计算得到每个频率的信号强度。

3.根据权利要求1所述的一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括从特征频率中滤除干扰频率，具体包括：

获取预设的干扰阈值N，若连续N个时间序列上均存在特征频率，则所述N个时间序列上的特征频率均为干扰频率；

将干扰频率从特征频率中滤除；

所述N的取值范围为正整数。

4.根据权利要求1所述的一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法，其特征在于，所述基于放电频率和预设的带宽值，对局部放电信号的信号强度进行积分，得到局部放电信号最终的信号强度，包括：

基于预设的带宽值d和放电频率f，对f-d/2至f+d/2频段内的信号强度进行积分，积分得到的结果为局部放电信号最终的信号强度，所述f、d的取值范围均为正数。

5.一种高压电缆局部放电信号强度的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：

采集单元：用于基于预设的时间序列获取高压电缆的感应电压信号；

变换单元：用于通过对感应电压信号进行傅里叶变换，得到感应电压信号在各个频率上的信号强度；

特征频率单元：用于比较每个频率与左右两侧相邻频率的信号强度，若该频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，将该频率作为特征频率；

放电频率单元：用于判断相同的特征频率之间的时间序列间隔是否为预设间隔，若是预设间隔则将所述特征频率作为放电信号的放电频率；

积分单元：用于基于放电频率和预设的带宽值，对局部放电信号的信号强度进行积分，得到局部放电信号最终的信号强度；

所述特征频率单元具体用于：

将傅里叶变换后的感应电压信号划分为若干个预设频段，获取每个预设频段内中心频率与两侧相邻频率的信号强度；

将中心频率的信号强度分别与两侧相邻频率的信号强度进行比较；

若中心频率的信号强度同时大于两侧相邻频率的信号强度，且中心频率的信号强度与两侧相邻频率的差值大于预设阈值，将该频率作为特征频率。

6.根据权利要求5所述的一种高压电缆局部放电信号强度的测量装置，其特征在于，所述变换单元具体用于：

将感应电压信号进行傅里叶变换，得到每个时间序列上感应电压信号的频域信号；

根据频域信号的幅值计算得到每个频率的信号强度。

7.根据权利要求5所述的一种高压电缆局部放电信号强度的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括滤除单元，用于：

获取预设的干扰阈值N，若连续N个时间序列上均存在特征频率，则所述N个时间序列上的特征频率均为干扰频率；

将干扰频率从特征频率中滤除；

所述N的取值范围为正整数。

8.根据权利要求5所述的一种高压电缆局部放电信号强度的测量装置，其特征在于，所述积分单元具体用于：

基于预设的带宽值d和放电频率f，对f-d/2至f+d/2频段内的信号强度进行积分，积分得到的结果为局部放电信号最终的信号强度，所述f、d的取值范围均为正数。