- 頭條四川大學專家提出精度更高的電纜局部放電定位方法，抗噪能力好2022-04-13 作者：饒顯杰、周凱 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語電力電纜局部放電源的精確定位對于保障城市電網的穩定運行具有重要意義。針對傳統相位差算法的定位精度受相速度頻變效應和噪聲影響大的問題，四川大學電氣工程學院、國網無錫供電公司的研究人員饒顯杰、周凱 等，在2021年第20期《電工技術學報》上撰文，提出一種改進相位差算法用于電纜局部放電定位，該方法考慮了相速度頻變效應和局部放電頻帶分布特點，因此擁有更高的定位精度，同時具有較好的抗噪能力。
近年來，伴隨著我國城市電網的高速發展，城市電網的輸電系統開始大量地使用交聯聚乙烯（Cross- Linked Polyethylene, XLPE）電力電纜。惡劣復雜的敷設環境和不規范的施工操作均可能導致電力電纜中出現局部缺陷，進而引發停電事故，影響城市電網正常運行。局部放電（Partial Discharge, PD）源的精準定位技術可以有效確定電力電纜中局部缺陷位置，從而指導運維人員對該位置進行重點監測或更換設備，以保證輸電系統的正常工作。
目前，國內外大多數學者通過確定局部放電信號的波達時刻來計算局部放電信號的時延，進而完成局部放電源的定位，該類方法主要有閾值法、峰值法、能量法和互相關算法。閾值法通過設置一個特定的閾值來確定波達時刻；峰值法是將波形的峰值時刻作為波達時刻；能量法是將波形能量曲線的拐點時刻作為波達時刻。
上述方法不僅受人為因素影響較大，同時沒有考慮實際測試得到的局部放電信號具有環境噪聲大和波形畸變嚴重的特點，因此難以運用于實際工程中。互相關算法借助局部放電波形之間的相關性確定時延，可以有效減少人為因素和環境噪聲的影響，有學者在互相關算法的基礎上考慮了相速度頻變效應，取得了更好的定位效果。但是該方法仍建立在計算時延的基礎上，因此具有計算時延算法的固有問題，即定位效果會受到設備采樣率的影響。
相位差算法借助局部放電信號頻域中相位信息進行局部放電源定位，該方法不需要確定局部放電信號的波達時刻，因此可以有效減少設備采樣率對定位精度的影響。但是傳統相位差（Traditional Phase Difference, T局部放電）算法并未考慮相速度頻變效應，因此實際定位結果較差；通過更深一步研究發現，傳統相位差算法受環境噪聲影響大，難以有效定位振蕩型局部放電。
有學者提出了局部放電波形截取窗的優化方案以改進相位差算法，但是并沒有考慮相速度頻變效應。有學者提出預先進行小波去噪以提高定位精度，但是實際測試中局部放電波形存在隨機性，難以選擇最優的小波基、分解層數和閾值，可能會造成較差的去噪效果，影響定位精度。
因此，針對傳統相位差的局部放電定位方法受相速度頻變效應和噪聲影響大的問題，四川大學電氣工程學院等單位的科研人員在有關研究的基礎上提出一種考慮相速度頻變效應的改進相位差（Improved Phase Difference, IPD）算法。該方法結合局部放電波形的相位和電纜的相速度提出新的定位曲線，并利用該曲線的斜率確定局部放電的位置。
圖1 振蕩波局部放電檢測系統原理
該算法首先確定局部放電波形的信號主導頻帶，然后將設定頻帶中局部放電波形的相位和電纜的相速度進行結合提出新的定位曲線，最后利用定位曲線的斜率確定局部放電源的位置，該方法減少了設備采樣率和相速度頻變效應對定位精度的影響，同時提高了傳統相位差算法的抗噪能力。
科研人員在實驗室中對250m含缺陷的電力電纜進行實際局部放電源的定位研究，測試結果表明了該定位方法具有較高的定位精度，在實際工程中能取得較好的效果。
他們最后得到以下結論：
- 1）本方法利用相速度頻變特性改進了傳統相位差的局部放電定位方法，可有效提高局部放電源的定位精度。
- 2）傳統相位差方法需要對整個低頻頻帶進行相位展開，因此容易受噪聲干擾，導致定位失敗；本方法考慮了染噪局部放電頻帶分布的特點，僅對局部放電信號主導頻段進行分析，因此可以有效減少噪聲對定位精度的影響。
- 3）相比于傳統的計算時延算法，本方法不需要確定波達時刻，因此定位精度受設備采樣率影響更小。
- 4）仿真結果表明，在20dB噪聲環境下，相比于MCCM、TPD，本方法定位結果分散性較小，同時平均定位誤差也較小，說明了本方法相比于傳統的局部放電定位方法具有更強的魯棒性。
- 5）實際測試結果表明，相比于傳統局部放電放電定位方法，本方法具有較高的定位精度，可以用于現場局部放電定位。
本文編自2021年第20期《電工技術學報》，論文標題為“考慮相速度頻變特性的改進相位差算法局部放電定位”，作者為饒顯杰、周凱 等。
