基于电力线通信技术在线监测电缆热老化的方法技术

本发明专利技术公开的基于电力线通信技术在线监测电缆热老化的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立电力线信道模型，获得高频情况下的宽带信道频率响应；步骤2、根据不同热老化类型、不同热老化程度情况下电缆的分布参数不同，得到电缆发生热老化后的电力线信道模型，获得热老化情况下的宽带信道频率响应；步骤3、采用随机森林分类算法，进行电缆老化分类，得到电缆的老化类型；步骤4、利用随机森林回归预测算法将步骤3中得到的发生整体热老化和局部热老化的电缆组别进行训练，预测出电缆发生热老化的老化程度。该方法不仅能够识别电缆是否发生热老化，同时可以预测电缆的老化程度。同时可以预测电缆的老化程度。同时可以预测电缆的老化程度。

【技术实现步骤摘要】
基于电力线通信技术在线监测电缆热老化的方法


[0001]本专利技术属于电缆热老化在线监测
，具体为基于电力线通信技术在线监测电缆热老化的方法。

技术介绍

[0002]电力线通信技术是实现智能电网信息传输的重要技术之一。当前，随着城市负荷的不断增长，对供电可靠性的要求越来越高，对城市建设美观的要求也越来越高，电缆线路也随之增加。热老化是导致电缆绝缘性能下降的重要原因之一，实现热老化的在线监测对电网的安全稳定运行具有重要意义。采用无需额外投资的电力线通信技术实现对电缆热老化的在线监测不仅可以提高供电可靠性，还具有良好的经济性。
[0003]当前研究较成熟并且可应用于现场电缆老化诊断的技术较少，主要以取样分析技术和0.1Hz超低频介损检测法为代表。取样分析技术可用于识别电缆的水树老化、热老化等，后者则更易于识别电缆中的水树老化。同时，取样分析技术具有破坏性，只适用于取样成本相对较低、整体为均匀老化配电电缆的老化诊断；0.1Hz超低频介损检测技术虽然已被列为电缆现场试验内容之一，但其是否能与工频介损检测完全等效并反映工频情况下运行电缆的绝缘状态仍需进一步研究，且其施加的电压可能会给电缆造成二次破坏。
[0004]在此情况下，亟需找到一种新的电缆热老化监测方法，有利于加快解决我国存在的大规模电缆老化问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供基于电力线通信技术在线监测电缆热老化的方法，不仅能够识别电缆是否发生热老化，同时可以预测电缆的老化程度。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，基于电力线通信技术在线监测电缆热老化的方法，具体按照以下步骤实施：
[0007]步骤1、根据高频中单位长度的电缆分布参数模型得到电缆的特征阻抗和传播常数；建立电力线信道模型，获得高频情况下的宽带信道频率响应；
[0008]步骤2、根据不同热老化类型、不同热老化程度情况下电缆的分布参数不同，得到电缆发生热老化后的电力线信道模型，获得热老化情况下的宽带信道频率响应；
[0009]步骤3、采用随机森林分类算法，将步骤2中获得的信道频率响应作为输入，电缆的老化类型作为输出，进行电缆老化分类,得到电缆的老化类型；
[0010]步骤4、利用随机森林回归预测算法将步骤3中得到的发生整体热老化和局部热老化的电缆组别进行训练，预测出电缆发生热老化的老化程度。
[0011]本专利技术的特征还在于，
[0012]步骤1的具体实施方式如下：
[0013]步骤1.1，首先，将实际中电缆分布错综复杂的网络拓扑结构划分成N个独立的基本单元；
[0014]然后，计算电缆的分布参数：电阻R、电感L、电导G及电容C；
[0015]其中，电阻R如式(1)所示：
[0016][0017]式中(1)中的r
s
如式(2)所示：
[0018][0019]式(2)中，μ0为真空磁导率，且μ0＝4π
×
10
‑7V
·
s/(A
·
m)，f为频率，σ
c
为导体的电导率，r
c
为缆芯半径；
[0020]式(1)中，α
R
是修正系数，如式(3)所示：
[0021][0022]式中，n
e
为电缆外圈多股线的数量，r
z
为构成电缆外圈多股线的半径，δ为趋肤深度，其中：
[0023][0024][0025]式(4)中，n
s
为组成导体芯线的总股数；
[0026]电感L如式(6)所示：
[0027][0028]式(6)中，L
s
为导体的自感，L
m
为导体的互感，如式(7)所示：
[0029][0030]式(7)中，d为两导体之间的距离，为16mm；
[0031]电容C如式(8)所示：
[0032]C＝μ0ε0ε
t
L
‑1ꢀꢀ
(8)
[0033]式(8)中，ε0为真空中的介电常数且ε0＝8.8
×
10
‑
12
F/m，ε
t
为电缆老化部分的相对介电常数；
[0034]电导G如式(9)所示：
[0035]G＝2πfμ0ε0ε
t
L
‑1ꢀꢀ
(9)
[0036]在分布参数模型中，每段线路的特征阻抗为：
[0037][0038]传播常数为：
[0039][0040]式中，R为分布参数模型中单位长度的电阻，G为分布参数模型中单位长度的电导，L为分布参数模型中单位长度的电感，C为分布参数模型中单位长度的电容；
[0041]步骤1.2，根据第n个基本单元接收端和发射端之间各频点的电压比，得到第n个基本单元的信道频率响应H
(n)
(f)，如式(12)所示：
[0042][0043]式(12)中，V
r(n)
为第n个基本单元接收端的电压，V
t(n)
为第n个基本单元发射端的电压，V
p(n)
为第n个基本单元分支点的电压；
[0044]其中，如式(13)所示，如式(14)所示，即：
[0045][0046][0047]式(13)中，γ
2(n)
为第n个基本单元接收侧线路的传播常数，l
2(n)
为第n个基本单元接收侧的线路长度，Γ
L(n)
为第n个基本单元接收端的反射系数，由式(15)表示，即：
[0048][0049]式(15)中，Z
L(n)
为第n个基本单元的等效负载阻抗，Z
c2(n)
为接收侧线路的特征阻抗；
[0050]式(14)中，γ
1(n)
为第n个基本单元发射侧线路的传播常数，l
1(n)
为第n个基本单元发射侧的线路长度，Γ
P(n)
为第n个基本单元分支点的反射系数，由式(16)表示，即：
[0051][0052]式(16)中，Z
p(n)
表示第n个基本单元分支点的等效负载阻抗，Z
c1(n)
为发射侧线路的特征阻抗；
[0053]步骤1.3，利用步骤1.2得到复杂网络中每个基本单元的宽带信道频率响应，进而得到整个网络拓扑结构的信道频率响应，如式(17)所示：
[0054][0055]步骤2的具体实施方式如下：
[0056]步骤2.1，根据不同热老化程度下电缆的绝缘部分的复介电常数在高频范围内变化不同这一特点，分别拟合出1MHz
‑
100MHz频率范围内电缆整体热老化中未老化、轻微老化、严重老化情况下绝缘部分的复介电常数以及局部热老化中未老化、轻微老化、严重老化情况下绝缘部分的复介电常数，如式(18)所示，即：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电力线通信技术在线监测电缆热老化的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、根据高频中单位长度的电缆分布参数模型得到电缆的特征阻抗和传播常数；建立电力线信道模型，获得高频情况下的宽带信道频率响应；步骤2、根据不同热老化类型、不同热老化程度情况下电缆的分布参数不同，得到电缆发生热老化后的电力线信道模型，获得热老化情况下的宽带信道频率响应；步骤3、采用随机森林分类算法，将步骤2中获得的信道频率响应作为输入，电缆的老化类型作为输出，进行电缆老化分类,得到电缆的老化类型；步骤4、利用随机森林回归预测算法将步骤3中得到的发生整体热老化和局部热老化的电缆组别进行训练，预测出电缆发生热老化的老化程度。2.根据权利要求1所述的基于电力线通信技术在线监测电缆热老化的方法，其特征在于，步骤1的具体实施方式如下：步骤1.1，首先，将实际中电缆分布错综复杂的网络拓扑结构划分成N个独立的基本单元；然后，计算电缆的分布参数：电阻R、电感L、电导G及电容C；其中，电阻R如式(1)所示：式中(1)中的r
s
如式(2)所示：式(2)中，μ0为真空磁导率，且μ0＝4π
×
10
‑7V
·
s/(A
·
m)，f为频率，σ
c
为导体的电导率，r
c
为缆芯半径；式(1)中，α
R
是修正系数，如式(3)所示：式中，n
e
为电缆外圈多股线的数量，r
z
为构成电缆外圈多股线的半径，δ为趋肤深度，其中：中：式(4)中，n
s
为组成导体芯线的总股数；电感L如式(6)所示：
式(6)中，L
s
为导体的自感，L
m
为导体的互感，如式(7)所示：式(7)中，d为两导体之间的距离，为16mm；电容C如式(8)所示：C＝μ0ε0ε
t
L
‑1ꢀꢀꢀꢀ
(8)式(8)中，ε0为真空中的介电常数且ε0＝8.8
×
10
‑
12
F/m，ε
t
为电缆老化部分的相对介电常数；电导G如式(9)所示：G＝2πfμ0ε0ε
t
L
‑1ꢀꢀꢀꢀ
(9)在分布参数模型中，每段线路的特征阻抗为：传播常数为：式中，R为分布参数模型中单位长度的电阻，G为分布参数模型中单位长度的电导，L为分布参数模型中单位长度的电感，C为分布参数模型中单位长度的电容；步骤1.2，根据第n个基本单元接收端和发射端之间各频点的电压比，得到第n个基本单元的信道频率响应H
(n)
(f)，如式(12)所示：式(12)中，V
r(n)
为第n个基本单元接收端的电压，V
t(n)
为第n个基本单元发射端的电压，V
p(n)
为第n个基本单元分支点的电压；其中，如式(13)所示，如式(14)所示，即：如式(14)所示，即：式(13)中，γ
2(n)
为第n个基本单元接收侧线路的传播常数，l
2(n)
为第n个基本单元接收侧的线路长度，Γ
L(n)
为第n个基本...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁栋，王杨，张凯文，王梓伦，刘虎，梁振锋，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：