本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號識別方法及裝置。

背景技術(shù)：

目前使用的電力點故障定位技術(shù)，都是在故障電力電纜停電后，通過相關(guān)的設(shè)備離線測量故障距離，即離線測距。離線的故障測距方法能夠解決大部分電纜故障的定位查找問題，但也存在許多缺點，例如測距時間過長、高阻故障點難以擊穿燃弧等。電力電纜在運行中發(fā)生的部分故障是瞬時性的故障，對于高阻故障或閃絡(luò)性故障，利用離線故障測距方法對故障點定位時，需將電纜故障點以高壓脈沖或高壓直流的方式擊穿，高電壓對測試設(shè)備、電纜和測試人員都會造成安全隱患。

電纜在線故障定位方法能夠有效的彌補離線測量的缺陷和不足，電力電纜發(fā)生故障的時候，故障節(jié)點會在很寬的頻帶內(nèi)同時產(chǎn)生電壓行波與電流行波信號，產(chǎn)生的行波信號將會沿著電纜線路傳播，在遇到故障點、電纜的端點等波阻抗不連續(xù)點的時候，行波將會發(fā)生折射與反射。故障的在線定位是通過安裝在電纜單端或兩端的電纜故障暫態(tài)行波測試裝置對電壓行波或電流行波的記錄信息來計算獲取故障點的位置。

由于干擾信號也屬于行波信號，檢測電力電纜的輸出信號中是否包括暫態(tài)行波信號來判斷電纜是否發(fā)生故障的方法，很容易將干擾信號誤認為暫態(tài)行波信號，導(dǎo)致降低通過獲取暫態(tài)行波進行電纜故障在線定位的準(zhǔn)確度及精確度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號識別方法及裝置，以提高對暫態(tài)行波信號進行檢測的精確度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一個方面是提供一種電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號識別方法，包括：

S101：獲取并顯示電力電纜的輸出信號，所述輸出信號包括脈沖信號和正弦信號，其中脈沖信號包括與所述正弦信號的相位相關(guān)的目標(biāo)信號；

S102：對所述脈沖信號進行頻譜分析獲得頻域信號；

S103：對所述頻域信號以預(yù)定中心頻率和預(yù)定帶寬進行帶通濾波獲得帶通頻域信號；

S104：對所述帶通頻域信號進行時域分析獲得時域信號，并獲取所述時域信號中的所述目標(biāo)信號；

S105：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)暫態(tài)行波的特征判斷所述目標(biāo)信號是否為電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號。

本發(fā)明的另一個方面是根據(jù)電纜發(fā)生故障時暫態(tài)行波信號識別方法，提供一種相應(yīng)的暫態(tài)行波信號識別裝置，包括：

（1）獲取顯示模塊，用于測量并顯示電力電纜的輸出信號，所述輸出信號包括脈沖信號和正弦信號，所述脈沖信號包括與所述正弦信號的相位相關(guān)的目標(biāo)信號；獲取顯示模塊分為采樣電路，保護電路，精密衰減放大電路以及濾波電路，經(jīng)過處理以后局放信號進入ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，ADC輸出數(shù)字信號進入處理單元進行復(fù)雜數(shù)字信號處理。采樣電路：由多級阻容網(wǎng)絡(luò)組合成50歐姆輸入阻抗，適應(yīng)傳感器要求；保護電路：采用多個放電管組成，防止現(xiàn)場輸入超量程的信號，損壞采集設(shè)備；

（2）頻譜分析模塊，用于對所述脈沖信號進行頻譜分析獲得頻域信號；信號頻譜很寬，為了更真實的采樣處理更高頻段信號，采樣頻率達100Msps，采集電路帶寬達30MHz；根據(jù)不同的使用場景局放信號大小跨度很大，要求采集電路有很寬的動態(tài)范圍和很高的靈敏度，既能將很小的局放信號采集出來又能保證大信號不失真的采樣，整個數(shù)據(jù)采集電路動態(tài)范圍超過100dB，采集電路靈敏度可達-68dBm；信號大小隨著時間在變化，同時考慮外界電暈等各種電磁輻射，采集電路需要根據(jù)輸入信號進行動態(tài)增益控制，對于外部沖擊高壓需要有抑制和保護功能。整個模塊由三大部分組成:接收單元、操作單元、應(yīng)用程序，接收單元主要負責(zé)將信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后進行數(shù)據(jù)處理，操作系統(tǒng)作為應(yīng)用程序和硬件的中間層，應(yīng)用程序采用快速傅里葉FFT算法，完成頻域信號分析，獲得對應(yīng)的頻譜圖。

（3）帶通濾波模塊，用于對所述頻域信號以預(yù)定中心頻率和預(yù)定帶寬進行帶通濾波獲得帶通頻域信號；濾波由FPGA數(shù)字濾波實現(xiàn)。完全由軟件控制，不需要任何附加的硬件，使濾波設(shè)置更加靈活方便，有效地消除了各個通道之間由于硬件差異引起的信號變化。將信號轉(zhuǎn)換成并行數(shù)字信號，進入FPGA進行數(shù)字信號處理和分析，高階高滾降系數(shù)數(shù)字濾波器對時域信號進行濾波，去除固定頻率干擾和外界環(huán)境噪聲，運用復(fù)雜算法實現(xiàn)噪聲抑制和信號分析。

（4）時域分析模塊，用于對所述帶通頻域信號進行時域分析獲得時域信號，并獲取所述時域信號中的所述目標(biāo)信號；由于信號很微小，接入放大回路將此微小的脈沖信號放大，保證輸出脈沖信號在指示回路上得到足夠明顯的波形、幅值、放電次數(shù)等的顯示，信號進行預(yù)處理，信號放大、信號濾波、去除均值、去除趨勢項，在應(yīng)用程序上對信號的各種時域參數(shù)、指標(biāo)估計、計算等時域統(tǒng)計分析。

（5）判斷模塊，用于依據(jù)由模擬電纜故障收集存儲的標(biāo)準(zhǔn)暫態(tài)行波信號的特征判斷所述目標(biāo)信號是否為電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號?？梢酝ㄟ^程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

標(biāo)準(zhǔn)暫態(tài)行波信號由實驗室模擬獲得，在實驗室模擬各種電纜故障，接地、短路、斷線，高阻、低阻、閃絡(luò)故障，在屏蔽室內(nèi)接收行波信號作為標(biāo)準(zhǔn)暫態(tài)行波信號，經(jīng)過應(yīng)用程序進行分析，存儲參數(shù)以備比較。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果：

本發(fā)明提供的電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號識別方法及裝置，依據(jù)電力電纜故障時測量得到信號中的脈沖信號與正弦信號的相位的相關(guān)性，將脈沖信號中的目標(biāo)信號和干擾信號進行初步分離，并通過目標(biāo)信號和標(biāo)準(zhǔn)暫態(tài)行波信號的特征進行對比，進一步確定該目標(biāo)信號是否為電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號，相比于只檢測電力電纜的輸出信號中是否包括暫態(tài)行波信號來判斷電纜是否發(fā)生故障的方法，避免了將干擾信號誤認為暫態(tài)行波信號，提高了對暫態(tài)行波信號進行檢測的精確度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號識別方法流程圖；

圖2為本發(fā)明電纜發(fā)生故障時的輸出信號顯示圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的頻域信號圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的時域信號圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的目標(biāo)信號的波形圖；

圖6為本發(fā)明電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號識別裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖7為本發(fā)明另一實施方式電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號識別裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

一種電纜發(fā)生故障時的暫態(tài)行波信號識別方法，該方法的具體步驟如下：

S101：測量獲取并顯示電力電纜故障輸出信號，所述輸出信號包括脈沖信號和正弦信號，所述脈沖信號包括與所述正弦信號的相位相關(guān)的目標(biāo)信號；

所述獲取并顯示電力電纜的輸出信號包括：獲取所述輸出信號中所述脈沖信號的幅值和相位，連續(xù)累積顯示由所述幅值和所述相位組成的二維坐標(biāo)點。

本發(fā)明實施例通過高頻傳感器和硬件采集處理電路將運行中的電力電纜的輸出信號采集到暫態(tài)行波信號識別裝置中，該暫態(tài)行波信號識別裝置還與計算機相連，由所述計算機分析處理軟件顯示該電力電纜的輸出信號。

如圖2所示，該輸出信號包括正弦信號和以散點形式顯示的脈沖信號，以散點形式顯示脈沖信號的具體信號處理過程為：獲取脈沖信號出現(xiàn)時刻，以及該時刻的脈沖信號的幅值和相位，以幅值和相位為坐標(biāo)點，在二維坐標(biāo)圖中顯示該坐標(biāo)點。由于脈沖信號的頻率遠大于正弦信號的頻率，因而在正弦信號的一個周期內(nèi)將出現(xiàn)非常多的脈沖信號對應(yīng)的坐標(biāo)點，且在不同時刻可能會出現(xiàn)坐標(biāo)相同的點。在散點圖中，打點次數(shù)越多，該坐標(biāo)點顏色越深，由此得到如圖2所示的不同灰度等級的散點圖。根據(jù)暫態(tài)行波信號與正弦信號的相位有關(guān)，而干擾信號與正弦信號的相位無關(guān)的判斷原則，由圖2中脈沖信號與正弦信號的相位的相關(guān)性可以將暫態(tài)行波信號和干擾信號進行初步分離，本發(fā)明實施例將脈沖信號中包括的與所述正弦信號的相位相關(guān)的信號作為待確定的目標(biāo)信號。

S102：對所述脈沖信號進行頻譜分析獲得頻域信號；

對步驟S101中的脈沖信號進行頻譜分析，具體為采用傅里葉變換將時域的脈沖信號轉(zhuǎn)換為如圖3所示的頻域信號。

S103：對所述頻域信號以預(yù)定中心頻率和預(yù)定帶寬進行帶通濾波獲得帶通頻域信號；

如圖3所示的頻域信號占據(jù)了較寬的頻率范圍，本發(fā)明實施例以預(yù)定中心頻率4.99MHz和預(yù)定帶寬2.5MHz對頻域信號進行帶通濾波獲得帶通頻域信號，即以預(yù)定中心頻率4.99MHz為中心截取并保留預(yù)定帶寬2.5MHz范圍內(nèi)的頻域信號。

S104：對所述帶通頻域信號進行時域分析獲得時域信號，并獲取所述時域信號中的所述目標(biāo)信號；

對步驟S103截取后的預(yù)定中心頻率4.99MHz、預(yù)定帶寬2.5MHz范圍內(nèi)的頻域信號進行時域分析具體為傅里葉反變換獲得如圖4所示的時域信號，并獲取該時域信號中的步驟S101提及的目標(biāo)信號。

S105：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)暫態(tài)行波信號的特征判斷所述目標(biāo)信號是否為暫態(tài)行波信號。

如圖5所示是從步驟S104的時域信號中獲取到的一個目標(biāo)信號，且該目標(biāo)信號已經(jīng)經(jīng)過了放大顯示，該目標(biāo)信號的幅值、主瓣寬度、旁瓣寬度都可以從圖5中獲知，將上述特征與標(biāo)準(zhǔn)暫態(tài)行波信號的特征進行對比，對比的相似度達到一定閾值，此閾值根據(jù)目標(biāo)信號于標(biāo)準(zhǔn)暫態(tài)行波信號的幅值、主瓣寬度、旁瓣寬度基本達到一致，有很明顯的區(qū)別于背景或其他的干擾信號。則判定該目標(biāo)信號為暫態(tài)行波信號，即電力電纜的輸出信號中存在暫態(tài)行波信號。

相比于只檢測電力電纜的輸出信號中是否包括脈沖信號來判斷有無暫態(tài)行波信號的方法，本發(fā)明實施例避免了將干擾信號誤認為暫態(tài)行波信號，提高了對暫態(tài)行波信號進行檢測的準(zhǔn)確度及精確度。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，對脈沖信號進行頻譜分析獲得頻域信號之前，還包括：去除所述脈沖信號中的所述第二干擾信號。

由于干擾信號屬于脈沖信號，且干擾信號一直存在于電力電纜的故障輸出信號中，而目標(biāo)信號并不是一直存在。因此，本發(fā)明將與該目標(biāo)信號同時出現(xiàn)的干擾信號作為第一干擾信號，將與該目標(biāo)信號不同時出現(xiàn)的干擾信號作為第二干擾信號。在對所述脈沖信號進行頻譜分析獲得頻域信號之前去除所述第二干擾信號，由于第二干擾信號占據(jù)特定頻段，所以只需在時域中去除電力電纜的輸出信號中該特定頻段的信號，即可將第二干擾信號去除。

對頻域信號以預(yù)定中心頻率和預(yù)定帶寬進行帶通濾波，由此獲得的帶通頻域信號，用于去除所述脈沖信號中的所述第一干擾信號。

由于在時域中第一干擾信號和目標(biāo)信號同時出現(xiàn)，對第一干擾信號和目標(biāo)信號進行頻譜分析分別轉(zhuǎn)變成頻域信號時，依據(jù)第一干擾信號和目標(biāo)信號在頻域中占據(jù)的頻率范圍不同，就可將第一干擾信號集中的頻率范圍濾除掉，具體是對所述頻域信號以預(yù)定中心頻率和預(yù)定帶寬進行帶通濾波獲得帶通頻域信號，即第一干擾信號集中的頻率范圍在預(yù)定帶寬之外，通過帶通濾波便可濾除大量的第一干擾信號。

在本發(fā)明實施例的基礎(chǔ)上，所述頻譜分析為傅里葉變換，所述時域分析為傅里葉反變換。

本發(fā)明實施例通過在時域中將與目標(biāo)信號不同時出現(xiàn)的第二干擾信號去掉，在頻域中將與目標(biāo)信號同時出現(xiàn)的第一干擾信號集中的頻率范圍濾除掉，減少了干擾信號對檢測暫態(tài)行波信號的影響，進一步提高了對暫態(tài)行波信號進行檢測的精確度及準(zhǔn)確度。

圖6為本發(fā)明實施例提供的電纜發(fā)生故障時產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號識別裝置的結(jié)構(gòu)框圖；本發(fā)明實施例提供的電纜發(fā)生故障時產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號識別裝置可以執(zhí)行暫態(tài)行波信號識別方法實施例提供的處理流程，如圖6所示，電纜發(fā)生故障時產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號識別裝置60包括獲取顯示模塊61、頻譜分析模塊62、帶通濾波模塊63、時域分析模塊64和判斷模塊65，其中，獲取顯示模塊61用于獲取并顯示電力電纜的輸出信號，所述輸出信號包括脈沖信號和正弦信號，所述脈沖信號包括與所述正弦信號的相位相關(guān)的目標(biāo)信號；頻譜分析模塊62用于對所述脈沖信號進行頻譜分析獲得頻域信號；帶通濾波模塊63用于對所述頻域信號以預(yù)定中心頻率和預(yù)定帶寬進行帶通濾波獲得帶通頻域信號；時域分析模塊64用于對所述帶通頻域信號進行時域分析獲得時域信號，并獲取所述時域信號中的所述目標(biāo)信號；判斷模塊65用于依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)暫態(tài)行波的特征判斷所述目標(biāo)信號是否為暫態(tài)行波信號。

圖7為本發(fā)明另一實施例提供的電纜發(fā)生故障時產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號識別裝置的結(jié)構(gòu)圖；在圖6對應(yīng)的實施例基礎(chǔ)上，所述脈沖信號還包括第一干擾信號和第二干擾信號，所述第一干擾信號與所述目標(biāo)信號同時出現(xiàn)，所述第二干擾信號與所述目標(biāo)信號不同時出現(xiàn)；所述暫態(tài)行波信號識別裝置60還包括去除模塊66，用于去除所述脈沖信號中的所述第二干擾信號。

所述帶通濾波模塊63具體用于去除所述脈沖信號中的所述第一干擾信號。

所述獲取顯示模塊61具體用于獲取所述輸出信號中所述脈沖信號的幅值和相位，連續(xù)累積顯示由所述幅值和所述相位組成的二維坐標(biāo)點。

在本發(fā)明所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用硬件加軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

上述以軟件功能單元的形式實現(xiàn)的集成的單元，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中。上述軟件功能單元存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備（可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等）或處理器執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器、隨機存取存儲器、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，僅以上述各功能模塊的劃分進行舉例說明，實際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的裝置的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。