電力電纜局部放電信號識別與去噪研究

厲廣城，夏向陽，羅彥鵬

（長沙理工大學(xué)，湖南長沙 410114）

引言

檢測電力電纜系統(tǒng)局部損傷時，以往的電力電纜局部放電幅值大小檢測由于相位統(tǒng)計(jì)分析與科學(xué)診斷與風(fēng)險(xiǎn)評估不符，通過在線測量所得到的數(shù)據(jù)無法獲得準(zhǔn)確的解釋。在實(shí)踐中，只有在干擾源和局部放電有關(guān)的損傷狀況得到識別后，才可以得到準(zhǔn)確的評估。劉孟佳等[1]根據(jù)放電脈沖波形圖、放電PRPD譜圖以及3PARD譜圖等，對現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)做了有關(guān)的識別分析。徐貴等[2]將特高頻技術(shù)應(yīng)用在XLPE電纜局部放電檢測中，通過電容式傳感器，從電纜本體中收集到了相應(yīng)的局放信號，并得到與傳統(tǒng)方法有所不同的局部放電定位技術(shù)。汪培培等[3]提出了小波變換與高階偏微分方程相結(jié)合基礎(chǔ)上的高效去噪方法。

1 電力電纜局部放電信號識別方法

1.1 時域波形法

時域波形法能夠按照脈沖波形所具有的形狀特征實(shí)施信號分離。借助于測量脈沖寬度，將PD從噪音中分離。但是因?yàn)镻D脈沖波形在沿著電纜傳輸過程中，出現(xiàn)嚴(yán)重的高頻損耗，使起初的放電波形到達(dá)測量端時，發(fā)生了一定程度的衰減與變形等，便難以找到和PD脈沖波形有關(guān)的一系列時域特征參數(shù)，以及與電力電纜傳輸距離相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)函數(shù)特征[4]。因此，時域波形法不能應(yīng)用于實(shí)際電力電纜的PD識別和分離。

1.2 頻譜分析法

頻譜分析法在Fourier變換的基礎(chǔ)上，對比PD脈沖波形所產(chǎn)生的頻譜差異，進(jìn)而完成有關(guān)信號的識別。但是該方法在電氣設(shè)備運(yùn)行過程中的環(huán)境要求相對嚴(yán)格，這主要是由于噪音對PD脈沖頻率成分有直接影響，從而使差異性分析缺乏足夠的真實(shí)性。

2 特高頻局部放電定位分析

2.1 特高頻局部放電定位相關(guān)理論

電磁波在同軸電力電纜中的相移速度v，會受到電力電纜的分布電感L，以及分布電容C的影響，如式（1）所示。

在電力電纜中，電磁信號頻率增大，L、C在信號傳輸過程中的實(shí)際影響變得顯著，所以傳播速度產(chǎn)生一定的偏差。以XLPE電纜為例，電磁信號傳播速度大約是0.198 m/ns，但是基于不同理論模型，該數(shù)據(jù)也有一定的偏差[5]。所以針對不同頻率，電磁信號在不同規(guī)格XLPE電力電纜中傳播速度需要通過試驗(yàn)予以明確。定位流程如圖1所示。

圖1 特高頻電力電纜局部放電信號來源判定流程圖

2.2 特高頻局部放電定位試驗(yàn)分析

模擬試驗(yàn)平臺如圖2所示。

圖2 電力電纜局部定位試驗(yàn)平臺示意圖

試驗(yàn)中，兩個傳感器的距離依次設(shè)為1、2、4 m。觀察兩個傳感器采集信號時間所發(fā)生的延遲狀況（見表1），同時定量分析不同距離的兩個傳感器采集信號時間差所出現(xiàn)的變化規(guī)律[6]。從表1中可看出，兩個傳感器距離的不斷增加，信號傳輸時間出現(xiàn)的延遲隨之增大，變化規(guī)律呈線性關(guān)系。

表1 信號傳播距離不同情況下的時間差

3 PD信號去噪仿真分析

PD信號的幅值較小，持續(xù)時間較短，以雙（單）指數(shù)衰減模型、雙（單）指數(shù)衰減振蕩模型作為仿真對象，仿真模型見式（2）～（5）。

電力電纜局部放電原始信號的采樣頻率為2000 MHz，時間的單位是ns。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從表2能看到，S1和S2的數(shù)值在增大后出現(xiàn)了一定幅度的降低。

表2 EVT試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

（1）對于電力電纜局部放電脈沖信號幅值，運(yùn)用的相位分辨數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)法，可以準(zhǔn)確并高效識別出局部放電狀況是否真實(shí)存在，但是不能識別局部放電源性質(zhì)。

（2）在被檢測試樣兩側(cè)均存在信號源的情況下，只有在兩側(cè)的信號特征差異比較顯著時，方能保證方向判定的準(zhǔn)確性。

（3）在運(yùn)用四階PDE進(jìn)行迭代去噪時，并非迭代次數(shù)越多越有利。在伴隨著迭代次數(shù)持續(xù)增大，SNR呈現(xiàn)出先上升，之后降低的趨勢。