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  • 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(shù)學報》  |  點擊率:
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    導語電力電纜局部放電源的精確定位對于保障城市電網(wǎng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。針對傳統(tǒng)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(wǎng)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(shù)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(wǎng)的高速發(fā)展,城市電網(wǎng)的輸電系統(tǒng)開始大量地使用交聯(lián)聚乙烯(Cross- Linked Polyethylene, XLPE)電力電纜。惡劣復雜的敷設環(huán)境和不規(guī)范的施工操作均可能導致電力電纜中出現(xiàn)局部缺陷,進而引發(fā)停電事故,影響城市電網(wǎng)正常運行。局部放電(Partial Discharge, PD)源的精準定位技術(shù)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(jiān)測或更換設備,以保證輸電系統(tǒng)的正常工作。

    目前,國內(nèi)外大多數(shù)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(guān)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(huán)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(guān)算法借助局部放電波形之間的相關(guān)性確定時延,可以有效減少人為因素和環(huán)境噪聲的影響,有學者在互相關(guān)算法的基礎(chǔ)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(chǔ)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(tǒng)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(jié)果較差;通過更深一步研究發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)相位差算法受環(huán)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(yōu)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(yōu)的小波基、分解層數(shù)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(tǒng)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(guān)研究的基礎(chǔ)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(jié)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。

    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

    圖1 振蕩波局部放電檢測系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)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(jié)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(jié)論:

    • 1)本方法利用相速度頻變特性改進了傳統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(jié)果表明,在20dB噪聲環(huán)境下,相比于MCCM、TPD,本方法定位結(jié)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(tǒng)的局部放電定位方法具有更強的魯棒性。
    • 5)實際測試結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)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(xiàn)場局部放電定位。

    本文編自2021年第20期《電工技術(shù)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。

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