电力电缆局部放电信号识别与去噪研究

厉广城，夏向阳，罗彦鹏

（长沙理工大学，湖南长沙 410114）

引言

检测电力电缆系统局部损伤时，以往的电力电缆局部放电幅值大小检测由于相位统计分析与科学诊断与风险评估不符，通过在线测量所得到的数据无法获得准确的解释。在实践中，只有在干扰源和局部放电有关的损伤状况得到识别后，才可以得到准确的评估。刘孟佳等[1]根据放电脉冲波形图、放电PRPD谱图以及3PARD谱图等，对现场收集数据做了有关的识别分析。徐贵等[2]将特高频技术应用在XLPE电缆局部放电检测中，通过电容式传感器，从电缆本体中收集到了相应的局放信号，并得到与传统方法有所不同的局部放电定位技术。汪培培等[3]提出了小波变换与高阶偏微分方程相结合基础上的高效去噪方法。

1 电力电缆局部放电信号识别方法

1.1 时域波形法

时域波形法能够按照脉冲波形所具有的形状特征实施信号分离。借助于测量脉冲宽度，将PD从噪音中分离。但是因为PD脉冲波形在沿着电缆传输过程中，出现严重的高频损耗，使起初的放电波形到达测量端时，发生了一定程度的衰减与变形等，便难以找到和PD脉冲波形有关的一系列时域特征参数，以及与电力电缆传输距离相关联的数学函数特征[4]。因此，时域波形法不能应用于实际电力电缆的PD识别和分离。

1.2 频谱分析法

频谱分析法在Fourier变换的基础上，对比PD脉冲波形所产生的频谱差异，进而完成有关信号的识别。但是该方法在电气设备运行过程中的环境要求相对严格，这主要是由于噪音对PD脉冲频率成分有直接影响，从而使差异性分析缺乏足够的真实性。

2 特高频局部放电定位分析

2.1 特高频局部放电定位相关理论

电磁波在同轴电力电缆中的相移速度v，会受到电力电缆的分布电感L，以及分布电容C的影响，如式（1）所示。

在电力电缆中，电磁信号频率增大，L、C在信号传输过程中的实际影响变得显著，所以传播速度产生一定的偏差。以XLPE电缆为例，电磁信号传播速度大约是0.198 m/ns，但是基于不同理论模型，该数据也有一定的偏差[5]。所以针对不同频率，电磁信号在不同规格XLPE电力电缆中传播速度需要通过试验予以明确。定位流程如图1所示。

图1 特高频电力电缆局部放电信号来源判定流程图

2.2 特高频局部放电定位试验分析

模拟试验平台如图2所示。

图2 电力电缆局部定位试验平台示意图

试验中，两个传感器的距离依次设为1、2、4 m。观察两个传感器采集信号时间所发生的延迟状况（见表1），同时定量分析不同距离的两个传感器采集信号时间差所出现的变化规律[6]。从表1中可看出，两个传感器距离的不断增加，信号传输时间出现的延迟随之增大，变化规律呈线性关系。

表1 信号传播距离不同情况下的时间差

3 PD信号去噪仿真分析

PD信号的幅值较小，持续时间较短，以双（单）指数衰减模型、双（单）指数衰减振荡模型作为仿真对象，仿真模型见式（2）～（5）。

电力电缆局部放电原始信号的采样频率为2000 MHz，时间的单位是ns。试验结果如表2所示。从表2能看到，S1和S2的数值在增大后出现了一定幅度的降低。

表2 EVT试验结果

4 结论

（1）对于电力电缆局部放电脉冲信号幅值，运用的相位分辨数据统计法，可以准确并高效识别出局部放电状况是否真实存在，但是不能识别局部放电源性质。

（2）在被检测试样两侧均存在信号源的情况下，只有在两侧的信号特征差异比较显著时，方能保证方向判定的准确性。

（3）在运用四阶PDE进行迭代去噪时，并非迭代次数越多越有利。在伴随着迭代次数持续增大，SNR呈现出先上升，之后降低的趋势。