本发明专利技术涉及一种基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，包括S1、上位机控制信号采集单元基于GPS卫星授时同步采集局部放电信号；S2、局部放电信号传输至上位机并对第一个极大值进行相关性分析，根据相关系数确认信号对；S3、对信号对进行傅里叶变换获得信号幅频特性图，从其中获得指定频率信号分量的幅值；S4、计算高压海底电缆幅值衰减系数，并根据其与指定频率信号分量的幅值比的关系获得局部放电源到高压海底电缆两端的距离差；S5、建立关于局部放电源位置距离方程组，完成局部放电定位。本发明专利技术解决高压海底电缆中局部放电定位的难题，有效提高局部放电定位的准确度并扩大系统可检测定位局部放电的范围，实现更长距离海缆的局部放电定位。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电缆局部放电定位检测，具体涉及一种基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法。
技术介绍
1、近年来，随着海洋技术的发展与陆地资源的过度开采，人们开始将目光瞄准资源丰富的海洋，各国因此出台相关政策和规划大力发展海上风电、海上石油平台等海上项目，而作为海上平台与陆地电力输送、海洋清洁能源输送与跨区域输电重要渠道的高压海底电缆也由此得到了蓬勃的发展。海底电缆的研发生产以及由此产生的安装施工、运维检修等相关技术也是目前海洋输电技术的重点。局部放电(或称局放)是电缆绝缘劣化初期和内在缺陷的重要表现特征，因此局放检测技术是有效评估高压电缆绝缘状态的重要手段。
2、双端法是常用的电缆局部放电定位方法，根据局部放电信号到达电缆两端的时间差与信号在电缆中的传播速度可以计算出局部放电发生的位置。局部放电信号由不同频率的信号组成，频宽一般在几十khz到几十mhz之间，且由于高压电缆自身的结构特征和半导电层导纳的频变特性，局放信号在电缆中传播过程中会发生衰减和色散现象，具体表现形式为局放信号的幅值降低、脉冲宽度和上升时间增加。因此局放信号到达电缆两端的时间与信号在电缆中传输的速度均为估计值，对最终的双端法定位局部放电结果会造成较大误差，所以有必要研究一种较为有效减小时间误差影响的放电定位方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法。
2、本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，其特征在于：所述方法采用的定位系统包括高压海底电缆、电流互感器、gps卫星授时模块、信号采集单元及上位机；所述高压海底电缆两端的接地线上均设置所述电流互感器，所述电流互感器及gps卫星授时模块的卫星天线均连接至所述信号采集单元，所述信号采集单元连接至所述上位机，所述高压海底电缆两端的上位机之间可完成信号传输；以gps卫星授时模块输出信号作为同步触发，通过上位机操控信号采集单元以卫星授时脉冲作为触发源同步采集高压海底电缆两端的局部放电信号；
4、所述方法的步骤为：
5、s1、以首端上位机为主上位机，末端上位机为从上位机，主上位机控制从上位机处及本地信号采集单元基于gps卫星授时模块的gps卫星授时信号同步采集高压海底电缆双端的局部放电信号；
6、s2、高压海底电缆首端的主上位机控制末端的从上位机将局部放电信号传输至主上位机，并对两端采集的局部放电信号各自的首个峰值进行相关性分析，根据相关系数确认是否为同一局部放电信号产生的信号对；
7、s3、对确认好的信号对进行傅里叶变换获得信号幅频特性图，从信号幅频特性图中获得指定频率信号分量的幅值；
8、s4、计算指定频率信号在高压海底电缆中传输的幅值衰减系数，并根据指定频率信号分量的幅值比与高压海底电缆指定频率信号幅值衰减特性获得局部放电源到高压海底电缆两端的距离差；
9、s5、建立关于局部放电源位置的距离方程组，完成局部放电定位。
10、而且，所述s2的局部放电信号为包含多频率分量的脉冲信号，在海缆中传输时不同频率的信号传播速度与衰减特性不同，局放信号发生色散现象，需要根据相关系数确定相关信号对，相关系数的计算为：
11、
12、其中：f1(t)为高压海底电缆首端局部放电信号的首个峰值波形；
13、f2(t)为高压海底电缆末端局部放电信号的首个峰值波形；
14、ρxy为相关系数；
15、当|ρxy|越接近1，说明高压海底电缆两端的局部放电信号相关性越强；
16、当|ρxy|越接近0，说明高压海底电缆两端的局部放电信号相关性越弱；
17、设定ρxy的阈值以判定同一局部放电信号对。
18、而且，所述s3对匹配的局部放电信号对进行傅里叶变换得到频谱图，傅里叶变换公式为：
19、
20、其中：f(t)为信号函数；
21、由幅频特性图得到对应指定频率ω0的信号分量幅值，将首端信号的ω0频率分量幅值记为u1，将末端信号的ω0频率分量幅值记为u2，设u0为局部放电源信号的ω0频率分量幅值，l1、l2分别为局部放电源到高压海底电缆首端与末端的距离，则表达式如下式所示，
22、
23、其中：α为高压海底电缆中信号幅值衰减常数，与信号频率以及高压海底电缆的材料与尺寸有关。
24、而且，所述s4根据高压海底电缆参数及所选定的信号频率计算待测高压海底电缆特定频率信号衰减常数，计算公式为；
25、
26、其中：r0为高压海底电缆的分布电阻；
27、g0为高压海底电缆的分布电导；
28、l0为高压海底电缆的分布电感；
29、c0为高压海底电缆的分布电容；
30、ω0为所选信号分量的频率；
31、联立式(3)、(4)可得局部放电源到高压海底电缆两端的距离差，如式(5)所示，
32、
33、而且，所述s5根据局部放电信号在高压海底电缆中传播特性，得到局部放电源到高压海底电缆两端的长度之和为高压海底电缆总长度，如式(6)所示，
34、l1+l2＝l·····························(6)
35、其中：l为待测高压海底电缆的总长度；
36、联立式(5)和式(6)计算得到高压海底电缆中局部放电源距离高压海底电缆两端的距离l1、l2，完成高压海底电缆局部放电的准确定位。
37、而且，所述电流互感器(3)为具有宽频带响应特性的电流传感器，所述电流互感器(3)采集信号并输出至信号采集单元。
38、而且，所述gps卫星授时模块的信号输出时差小于60ns，且信号上升沿小于30ns。
39、本专利技术的优点和有益效果为：
40、本专利技术基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，可解决高压海底电缆中局部放电定位的难题，通过基于gps卫星授时模块的同步触发与上位机控制实现高压海底电缆双端信号的同步采集，进而将双端采集的信号进行相关性分析得到同一局部放电源产生的信号对，取相关信号对进行傅里叶变换得到相关信号对的幅频特性关系，根据信号幅频特性中特定频率信号分量的幅值结合高压海底电缆相关参数获得局部放电位置，通过该方法可以有效提高局部放电定位的准确度并扩大系统可检测定位局部放电的范围，实现更长距离海缆的局部放电定位。
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【技术保护点】
1.一种基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，其特征在于：所述方法采用的定位系统包括高压海底电缆、电流互感器(3)、GPS卫星授时模块(1)、信号采集单元及上位机(2)；所述高压海底电缆两端的接地线上均设置所述电流互感器(3)，所述电流互感器(3)及GPS卫星授时模块(1)的卫星天线均连接至所述信号采集单元，所述信号采集单元连接至所述上位机(2)，所述高压海底电缆两端的上位机(2)之间可完成信号传输；以GPS卫星授时模块输出信号作为同步触发，通过上位机(2)操控信号采集单元以卫星授时脉冲作为触发源同步采集高压海底电缆双端的局部放电信号；
2.据权利要求1所述的基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，其特征在于：所述S2的局部放电信号为包含多频率分量的脉冲信号，在海缆中传输时由于不同频率的信号传播速度与衰减特性不同会发生色散现象，需要根据相关系数确定相关信号对，相关系数的计算为：
3.根据权利要求1所述的基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，其特征在于：所述S3对匹配的局部放电信号对进行傅里叶变换得到频谱图，傅里叶变换公式为：
4.根据权利要求1所述的基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，其特征在于：所述S4根据高压海底电缆参数及所选定的信号频率计算待测高压海底电缆特定频率信号衰减常数，计算公式为；
5.根据权利要求1所述的基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，其特征在于：所述S5根据局部放电信号在高压海底电缆中的传播特性，得到局部放电源到高压海底电缆两端的长度之和为高压海底电缆总长度，如式(6)所示，
6.根据权利要求1所述的基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，其特征在于：所述电流互感器(3)为具有宽频带响应特性的电流传感器，所述电流互感器(3)采集信号并输出至信号采集单元。
7.根据权利要求1所述的基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，其特征在于：所述GPS卫星授时模块的信号输出时差小于60ns，且信号上升沿小于30ns。
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【技术特征摘要】
1.一种基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，其特征在于：所述方法采用的定位系统包括高压海底电缆、电流互感器(3)、gps卫星授时模块(1)、信号采集单元及上位机(2)；所述高压海底电缆两端的接地线上均设置所述电流互感器(3)，所述电流互感器(3)及gps卫星授时模块(1)的卫星天线均连接至所述信号采集单元，所述信号采集单元连接至所述上位机(2)，所述高压海底电缆两端的上位机(2)之间可完成信号传输；以gps卫星授时模块输出信号作为同步触发，通过上位机(2)操控信号采集单元以卫星授时脉冲作为触发源同步采集高压海底电缆双端的局部放电信号；
2.据权利要求1所述的基于双端定位的高压海底电缆局部放电定位方法，其特征在于：所述s2的局部放电信号为包含多频率分量的脉冲信号，在海缆中传输时由于不同频率的信号传播速度与衰减特性不同会发生色散现象，需要根据相关系数确定相关信号对，相关系数的计算为：
3.根据权利要求1所述的基于双端定位的高压海底电缆局部放电定...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩涛，储佳，李彦青，李忠磊，高宇，刘勇，杜伯学，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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