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XLPE电力电缆局部放电定位算法的比较和分析
摘要:局部放电定位算法是实现XLPE电力电缆局部放电定位的关键技术,
本文分析了三种不同的定位算法的原理和特点,通过试验给出不同定位算法的比
较结果并得出结论。
关键词:局部放电脉冲时域反射法定位算法
1引言
国内外的运行经验表明:XLPE电力电缆的局部放电现象与其绝缘状况密切
相关,是定量评估电缆绝缘状况的重要指标。因此,对XLPE电缆绝缘的局部放
电进行检测和定位是及时发现故障隐患,确定电缆绝缘薄弱环节,提高检修效率,
确保电力电缆安全可靠运行的重要手段[1]。
目前,对电缆的局部放电点进行定位方法一般采用脉冲时域反射法,主要是
利用脉冲正反向传播产生的时间差来计算,具体如图1所示。假设放电点靠近近
端的距离为。当发生局部放电时,会在导体上产生一个很窄的放电脉冲,此脉
冲产生的正向行波和反向行波分别以同样的速度向近端和远端传播。以局部放电
的发生时刻为,正向行波到达近端的时刻为,反向行波到达对端后由于阻抗不
匹配产生全发射,反射波此后沿正向近端传播,并在时刻到达近端,
因此,在电缆长度L已知的前提下,只要测量出正向行波和反向行波到达
近端的时间间隔,就可以计算出局部放电发生的位置[2]。
图1采用脉冲时域反射法的电缆局部放电定位原理
实际上,在现场所采集到的定位波形受电磁干扰和脉冲传播衰减的影响会导
致脉冲波形背景噪音较大并产生畸变,比如时刻的反射波就常常因为以上原因
而难以进行精确判断。本文所阐述的各种定位算法就是针对采用脉冲时域反射法
得到的复杂波形进行自动分析和定位。
2各种定位算法原理及特点
针对某个特定局部放电试验数据,局部放电脉冲幅值有可能远高于背景噪
音,因此只要屏蔽该脉冲幅值即可得到较为准确的背景噪声,的计算公式如下:
大量试验结果表明:定位局部放电脉冲在定位波形中幅值最高,以脉冲最高
点为中心,脉冲宽度一般小余400nS,所以为局部放电脉冲的起始点,一般选
择为局部放电脉冲宽度即400nS以内的数据量。
2.1阈值算法
在该算法中,脉冲反射波时刻是通过定位波形数据超过某个具体触发阈值
来实现的,该算法简单直接,因此在一般局放检测设备中都有应用,具体的公式
如下:
式(1)中,参数由使用者自己选择,在本文中,选择作为定位实例中的参
数值。图2(a)为该算法定位分析的示意图。
2.2能量准则(EC)算法
该算法是基于信号的能值,将局放信号的能量和其能量减少趋势整合起来判
断。局放定位信号中能量特征值定义如下:
值的计算应从索引开始,一直到,而整个过程中最小的即为反射波形
的时刻[3]。图2(b)为该算法定位分析的示意图。
2.3Gabor质点算法
采用该算法重点在于确定定位波形信号的一阶最高点即反射波形的时刻,
如果该定位波形信号是连续域模拟信号,则应将该信号转换为离散域模拟信号,
并且在计算公式中还加入两个额外多项式和用于减小噪音影响,该计算公式如
下[4]:
3定位算法试验结果分析
定位算法验证的试验回路如图1所示,试验模型为一条300m电缆,在测量
近端100m处有一个尖端缺陷,在高电压条件下,该模型将会发生局部放电。本
文采用了高速数据采集装置替代局部放电定位设备对定位波形进行采集,由于局
部放电脉冲在XLPE电缆中传播度高达172m/uS,所以局部放电定位设备分辨率
大小直接影响到了定位精度,该高速数据采集装置采样率高达1G/Hz,因此具有
1nS的时间分辨率,约等于脉冲在电缆中走过0.17m所用的时间,因此具有很高
的定位精度,定位精度0.5m。
该定位算法试验分两种模式进行,第一种试验电压较低,被测电缆产生的局
部放电幅值较小,信噪比较低。第二种试验电压较高,被测电缆产生的局部放电
幅值较大,信噪比较高。两个模式的定位波形各采集了20次,试验结果如表2
所示。
表2:定位算法试验结果
阈值算法能量准则(EC)算法Gabor质点算法
试验1结果(m)95.4±497.2±3110.4±4.2
试验2结果(m)98.4±3.597.8±2108.
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