电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取系统及方法，包括一个高压电源、测量工作电压的测量电容器、试验对象、耦合电容器、耦合装置、USB控制器、局部放电检测器和PC机；所述高压电源和测量电容器、试验对象并联，所述耦合装置和耦合电容器之间串联后再与高压电源并联，所述局放检测装置通过USB控制器与PC机串联后与耦合装置连接在一起。本发明专利技术能够利用主成分分析的高噪声容限和人工智能分类器，成功地对局部放电测量噪声条件下的XLPE电缆接头缺陷进行了分类。

【技术实现步骤摘要】
电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取系统及方法
本专利技术属于高压电缆的电气性能测量
，尤其是一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取系统及方法。
技术介绍
电气绝缘是所有高压电力设备的重要组成部分。电力系统的任何部分发生故障都会对发电和输电公司造成不利影响。因此，对绝缘质量进行严密的监测显得尤为重要。失效分析表明，绝缘失效是一半以上高压设备损坏的根本原因。交联聚乙烯(XLPE)具有优良的力学、热学和电学性能，广泛应用于高压电缆的绝缘。对于XLPE电缆，由于引入绝缘不连续性以及其结构的人为性质，电缆接头被广泛认为是交联聚乙烯(XLPE)电缆中电介质的最薄弱的部分，容易发生绝缘故障。局部放电PD是一种不能完全连接电极的放电。这会导致严重的绝缘损坏，并大大缩短高压设备的寿命。因此，在早期阶段检测和量化PD活性是非常重要的，以便在适当的时间安排更换。局部放电分类对于绝缘击穿风险评估非常重要，能够确定当前部件是否需要维修或更换。在不同的电力系统设备，如变压器、电力电缆和气体绝缘开关设备和变电站中，已经进行了大量的局部放电分类工作。常用的分类器包括支持向量机和神经网络。局放有一组独特的特征，作为识别标志，使他们能够被识别。对于局部放电分类，必须使用特征提取方法来获得输入特征。特征提取的要点是从原始局部放电数据中获取有用的输入特征，以表征与缺陷类型相关的局部放电模式。提取的输入特征作为输入，与期望的输出相匹配，用于训练PD分类器。特征提取还可以减小原始局部放电数据的大小，从而更快、更容易地进行处理。由于未处理的局部放电数据太大而不能用作输入特征，因此在分类过程中总是建议采用任何形式的降维方法。过大的输入特征会产生冗余，并且可能会增加训练时间而不会提高分类精度。然而，输入特征太小会导致分类率不理想。因此，理想的输入特征应该是小尺寸的，并且准确地表示缺陷产生的局部放电模式。由此可见，局部放电分析是评估电缆接头绝缘质量的重要工具。虽然在局部放电模式分类方面已经做了很多工作，但它通常是在无噪声环境下进行的。此外，有关局部放电模式分类的工作主要是在实验室制造的绝缘子上进行的，而实际电缆接头缺陷的工作则不太可能在文献中找到。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取系统及方法，能够利用主成分分析(PCA)的高噪声容限和人工智能分类器，成功地对局部放电测量噪声条件下的XLPE电缆接头缺陷进行了分类。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取系统，包括：测量工作电压的测量电容器、耦合电容器、耦合装置、USB控制器、局部放电检测器和PC机；所述测量电容器和试验对象并联，所述耦合装置和耦合电容器之间串联后再与高压电源并联，所述局放检测装置通过USB控制器与PC机串联后与耦合装置连接在一起，利用PC机配置局部放电检测器的设置并保存测量数据，并根据从局部放电检测器中接收的局放信号，从试验对象上测量相位分辨局部放电PRPD模式，并通过主成分分析特征的高噪声容限和人工智能分类器对电缆接头中不同类型的缺陷进行分类。而且，所述测量电容器还有高压电源并联连接在一起，所述高压电源用于输出幅值为9kV的交流电压波形，并为测试系统供电；所述测量电容器用于测量试验对象的工作电压，为局部放电信号提供参考量；所述耦合电容器用于滤除检测到的局部放电信号的高次谐波；所述耦合装置用于将由高压电源、测量电容器、耦合电容器和待测对象组成的局部放电检测电路与局部放电检测器连接起来；所述USB控制器用于连接局部放电检测器和PC机；所述局部放电检测器用于采集局放信号输出至PC机。一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取方法，包括以下步骤：步骤1、将待测XLPE电缆样品接入检测电路中，进行局放检测，得到电缆接头的局部放电的平均电荷幅度和PRPD模式图，并根据平均电荷幅度和PRRD模式图所显示的局放的相位，识别待测电缆接头的不同缺陷种类；步骤2、利用主成分分析特征的高噪声容限和人工智能局放分类器，在局部放电测量的噪声条件下对交联聚乙烯电缆接头缺陷进行分类。而且，在所述步骤1之前还包括以下步骤：(1)针对各种电缆接头缺陷分别准备多条XLPE电缆样本，该XLPE电缆样品中间设置有电缆接头；(2)将步骤1的多条待测XLPE电缆样本放入测试系统中，校准测试系统和多条待测XLPE电缆样本；(3)进行预试验，滤除污染噪声；而且，所述待测电缆接头的不同缺陷包括：金属颗粒缺陷、半导体层气隙缺陷、绝缘切口缺陷、轴向位移缺陷和半导体层尖端缺陷。而且，所述步骤1的根据平均电荷幅度和PRRD模式图所显示的局放的相位，识别待测电缆接头的不同缺陷种类的具体方法为：(1)金属颗粒缺陷：在PRRD模式图中，在每个正负循环上都有一个PD组，并且在260度处有一个突出的峰，且测得的局部放电的平均电荷幅度约为50pC；(2)半导体层气隙缺陷：在PRRD模式图中，在每个正负循环上都有两个PD组，一个在正循环周期，另一个在负循环周期，峰值为230度，且测得的局部放电的平均电荷幅度约为250pC；(3)绝缘切口缺陷；在PRRD模式图中，在每个正负循环的结尾处都有两个PD组，且测得的局部放电的平均电荷幅度约为50pC；(4)轴向位移缺陷；在PRRD模式图中，在每个正负循环上有两个PD组，在150度有一个峰值，且测得的局部放电的平均电荷幅度约为50pC；(5)半导体层尖端缺陷；在PRRD模式图中，在每个正负循环上具有5个PD组，其中，在负循环周期中为3个，在正循环周期中为2个，且测得的局部放电的平均电荷幅度约为50pC。而且，所述步骤(1)的针对各种电缆接头缺陷分别准备多条XLPE电缆样品的具体方法为：将金属颗粒撒在交联聚乙烯XLPE层上形成金属颗粒缺陷；利用绝缘胶带在半导体边缘包裹一层空气，制造出半导体层气隙缺陷；绝缘切口缺陷是通过使用尖刀在XLPE层上进行浅切口造成的；轴向位移缺陷是由于电缆以偏离中心的角度插入而造成的；半导体层尖端缺陷是通过在半导体尖端添加粗糙边而产生的。而且，所述步骤(2)的具体方法为：每根电缆在9kV下通电，并在进行局部放电测量之前稳定1小时，每次局部放电测量的持续时间为60秒，对每个样本进行总共100次测量。而且，所述步骤(3)的具体方法为：滤除由地面干扰引起的测试系统试验设备周围磁场或电场的实际噪声信号，由PC机采集并记录该噪声信号，用来测试每个局放分类器的噪声容限，并对污染的局部放电数据进行特征提取和噪声分析，用于在后续局放检测中滤除噪声信号。而且，所述噪声信号以PRPD格式存储，其中包含相位和电荷信息。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术从噪声环境下的局部放电测量中对电缆接头缺陷类型进行分类。针对现场常见的缺陷，研制了5种具有人为缺陷的XLPE电缆接头。提出了一种基于高抗噪主成分分析(PCA)的特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取系统，其特征在于：包括：测量工作电压的测量电容器、耦合电容器、耦合装置、USB控制器、局部放电检测器和PC机；所述测量电容器和试验对象并联，所述耦合装置和耦合电容器之间串联后再与高压电源并联，所述局放检测装置通过USB控制器与PC机串联后与耦合装置连接在一起，利用PC机配置局部放电检测器的设置并保存测量数据，并根据从局部放电检测器中接收的局放信号，从试验对象上测量相位分辨局部放电PRPD模式，并通过主成分分析特征的高噪声容限和人工智能分类器对电缆接头中不同类型的缺陷进行分类。/n

【技术特征摘要】
1.一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取系统，其特征在于：包括：测量工作电压的测量电容器、耦合电容器、耦合装置、USB控制器、局部放电检测器和PC机；所述测量电容器和试验对象并联，所述耦合装置和耦合电容器之间串联后再与高压电源并联，所述局放检测装置通过USB控制器与PC机串联后与耦合装置连接在一起，利用PC机配置局部放电检测器的设置并保存测量数据，并根据从局部放电检测器中接收的局放信号，从试验对象上测量相位分辨局部放电PRPD模式，并通过主成分分析特征的高噪声容限和人工智能分类器对电缆接头中不同类型的缺陷进行分类。


2.根据权利要求1所述的一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取系统，其特征在于：所述测量电容器还有高压电源并联连接在一起，所述高压电源用于输出幅值为9kV的交流电压波形，并为测试系统供电；所述测量电容器用于测量试验对象的工作电压，为局部放电信号提供参考量；所述耦合电容器用于滤除检测到的局部放电信号的高次谐波；所述耦合装置用于将由高压电源、测量电容器、耦合电容器和待测对象组成的局部放电检测电路与局部放电检测器连接起来；所述USB控制器用于连接局部放电检测器和PC机；所述局部放电检测器用于采集局放信号输出至PC机。


3.一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将待测XLPE电缆样品接入检测电路中，进行局放检测，得到电缆接头的局部放电的平均电荷幅度和PRPD模式图，并根据平均电荷幅度和PRRD模式图所显示的局放的相位，识别待测电缆接头的不同缺陷种类；
步骤2、利用主成分分析特征的高噪声容限和人工智能局放分类器，在局部放电测量的噪声条件下对交联聚乙烯电缆接头缺陷进行分类。


4.根据权利要求3所述的一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取方法，其特征在于：在步骤1之前还包括以下步骤：
(1)针对各种电缆接头缺陷分别准备多条XLPE电缆样本，该XLPE电缆样品中间设置有电缆接头；
(2)将步骤1的多条待测XLPE电缆样本放入测试系统中，校准测试系统和多条待测XLPE电缆样本；
(3)进行预试验，滤除污染噪声。


5.根据权利要求3所述的一种电缆接头局部放电分类的高噪声容限特征提取方法，其特征在于：所述待测电缆接头的不同缺陷包括：金属颗粒缺陷、半导体层气隙缺陷、绝缘切口缺陷、轴向位移缺陷和半导体层尖端缺陷。


6.根据权利要求5所述的一种电缆接头局部放电分...

【专利技术属性】
技术研发人员：何金，张黎明，曹梦，满玉岩，朱旭亮，邢向上，陈荣，唐庆华，张弛，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司电力科学研究院，国网天津市电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12