[發明專利]一種電纜故障時的暫態行波信號識別方法及裝置

在審

• 申請號: 201611183397.8
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106841911A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 顧朝敏;潘瑾;李天輝;劉宏亮;楊樺;王庚森
• 申請（專利權）人: 國網河北省電力公司電力科學研究院;國家電網公司;河北省電力建設調整試驗所
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司13100
• 代理人: 周淑歌

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，具體涉及一種電纜發生故障時的暫態行波信號識別方法及裝置。

背景技術

目前使用的電力點故障定位技術，都是在故障電力電纜停電后，通過相關的設備離線測量故障距離，即離線測距。離線的故障測距方法能夠解決大部分電纜故障的定位查找問題，但也存在許多缺點，例如測距時間過長、高阻故障點難以擊穿燃弧等。電力電纜在運行中發生的部分故障是瞬時性的故障，對于高阻故障或閃絡性故障，利用離線故障測距方法對故障點定位時，需將電纜故障點以高壓脈沖或高壓直流的方式擊穿，高電壓對測試設備、電纜和測試人員都會造成安全隱患。

電纜在線故障定位方法能夠有效的彌補離線測量的缺陷和不足，電力電纜發生故障的時候，故障節點會在很寬的頻帶內同時產生電壓行波與電流行波信號，產生的行波信號將會沿著電纜線路傳播，在遇到故障點、電纜的端點等波阻抗不連續點的時候，行波將會發生折射與反射。故障的在線定位是通過安裝在電纜單端或兩端的電纜故障暫態行波測試裝置對電壓行波或電流行波的記錄信息來計算獲取故障點的位置。

由于干擾信號也屬于行波信號，檢測電力電纜的輸出信號中是否包括暫態行波信號來判斷電纜是否發生故障的方法，很容易將干擾信號誤認為暫態行波信號，導致降低通過獲取暫態行波進行電纜故障在線定位的準確度及精確度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電纜發生故障時的暫態行波信號識別方法及裝置，以提高對暫態行波信號進行檢測的精確度。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：

本發明的一個方面是提供一種電纜發生故障時的暫態行波信號識別方法，包括：

S101：獲取并顯示電力電纜的輸出信號，所述輸出信號包括脈沖信號和正弦信號，其中脈沖信號包括與所述正弦信號的相位相關的目標信號；

S102：對所述脈沖信號進行頻譜分析獲得頻域信號；

S103：對所述頻域信號以預定中心頻率和預定帶寬進行帶通濾波獲得帶通頻域信號；

S104：對所述帶通頻域信號進行時域分析獲得時域信號，并獲取所述時域信號中的所述目標信號；

S105：依據標準暫態行波的特征判斷所述目標信號是否為電纜發生故障時的暫態行波信號。

本發明的另一個方面是根據電纜發生故障時暫態行波信號識別方法，提供一種相應的暫態行波信號識別裝置，包括：

（1）獲取顯示模塊，用于測量并顯示電力電纜的輸出信號，所述輸出信號包括脈沖信號和正弦信號，所述脈沖信號包括與所述正弦信號的相位相關的目標信號；獲取顯示模塊分為采樣電路，保護電路，精密衰減放大電路以及濾波電路，經過處理以后局放信號進入ADC（模擬數字轉換器）進行模數轉換，ADC輸出數字信號進入處理單元進行復雜數字信號處理。采樣電路：由多級阻容網絡組合成50歐姆輸入阻抗，適應傳感器要求；保護電路：采用多個放電管組成，防止現場輸入超量程的信號，損壞采集設備；

（2）頻譜分析模塊，用于對所述脈沖信號進行頻譜分析獲得頻域信號；信號頻譜很寬，為了更真實的采樣處理更高頻段信號，采樣頻率達100Msps，采集電路帶寬達30MHz；根據不同的使用場景局放信號大小跨度很大，要求采集電路有很寬的動態范圍和很高的靈敏度，既能將很小的局放信號采集出來又能保證大信號不失真的采樣，整個數據采集電路動態范圍超過100dB，采集電路靈敏度可達-68dBm；信號大小隨著時間在變化，同時考慮外界電暈等各種電磁輻射，采集電路需要根據輸入信號進行動態增益控制，對于外部沖擊高壓需要有抑制和保護功能。整個模塊由三大部分組成:接收單元、操作單元、應用程序，接收單元主要負責將信號經過轉換后進行數據處理，操作系統作為應用程序和硬件的中間層，應用程序采用快速傅里葉FFT算法，完成頻域信號分析，獲得對應的頻譜圖。

（3）帶通濾波模塊，用于對所述頻域信號以預定中心頻率和預定帶寬進行帶通濾波獲得帶通頻域信號；濾波由FPGA數字濾波實現。完全由軟件控制，不需要任何附加的硬件，使濾波設置更加靈活方便，有效地消除了各個通道之間由于硬件差異引起的信號變化。將信號轉換成并行數字信號，進入FPGA進行數字信號處理和分析，高階高滾降系數數字濾波器對時域信號進行濾波，去除固定頻率干擾和外界環境噪聲，運用復雜算法實現噪聲抑制和信號分析。