使用vlf td測(cè)量數(shù)據(jù)診斷電纜的狀態(tài)并測(cè)量其剩余壽命的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總體上涉及使用非常長(zhǎng)的頻率(VLF，very long frequency)tan5(tangent delta或TD)測(cè)量數(shù)據(jù)診斷電纜的狀態(tài)并測(cè)量其剩余壽命的裝置和方法，更具體地，涉及通 過(guò)使用VLF TD測(cè)量數(shù)據(jù)診斷電纜的狀態(tài)、創(chuàng)建診斷電纜的狀態(tài)的可再現(xiàn)性已經(jīng)得到改善的 3D矩陣、使用作為VLF TD測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)重新釋義的數(shù)據(jù)測(cè)量電纜的剩余壽命以診斷電纜 的狀態(tài)并測(cè)量剩余壽命的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，電力系統(tǒng)中的VLF TD測(cè)量方法是用于通過(guò)各種所施加的電壓測(cè)量纜線或電 力設(shè)施的TD變化以診斷絕緣體中諸如水樹(shù)(water tree)或縫隙的產(chǎn)生之類的異常跡象的 最有代表性的方法。
[0003] 當(dāng)在已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作的絕緣體內(nèi)部出現(xiàn)水樹(shù)時(shí)，出現(xiàn)包括絕緣電阻降低和損耗電 流增加的退化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象表示為TD變化，并且，是否存在異常和退化的狀態(tài)是通過(guò)測(cè)量 這種改變的量而確定出的。特別是，由于高壓絕緣體具有非常高的絕緣電阻和電容，因此泄 漏電流和電壓呈現(xiàn)出90°的相位差。然而，這是出現(xiàn)在理想狀態(tài)電路中的理論性結(jié)論。在現(xiàn) 實(shí)中，由于絕緣體內(nèi)部的電阻組件產(chǎn)生輕微偏差，此時(shí)，電壓-電流的相位角偏差表示為TD。 換言之，大數(shù)值的TD值表明異常的產(chǎn)生。
[0004] 作為前述測(cè)量TD的方法，存在基于Schering橋原理的測(cè)量方法和使用電壓與電流 之間的微小相位差的測(cè)量方法(如日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)No. 1996-201455中所公開(kāi)的）。此 時(shí)，使用相位差的TD測(cè)量方法通常采用大約0.1Hz的VLF信號(hào)。原因在于，在60Hz的實(shí)際商用 頻率上，不能以TD值變化容易地診斷出是否存在水樹(shù)，但是在0.1Hz或更低的VLF上，可以僅 用TD值變化診斷出是否存在水樹(shù)。
[0005] 然而，由于使用VLF測(cè)量TD的方法基于特定基準(zhǔn)值或等級(jí)值與所測(cè)值之間的簡(jiǎn)單 比較來(lái)確定退化的狀態(tài)，因此存在的限制在于，由于沒(méi)有統(tǒng)計(jì)背景，因此并未考慮各個(gè)國(guó)家 的環(huán)境條件，這些條件包括地下纜線安裝的比率、降雨、洪水特性、管理狀態(tài)、纜線類型以及 發(fā)展特性。
[0006] 此外，使用VLF測(cè)量TD的方法并未建議清楚的確定規(guī)則(例如數(shù)值可再現(xiàn)性），并且 缺乏現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。圖1示出IEEE在2010年提出的VLF TD的新確定規(guī)則，其相比于先前那 些是更大的確定值。此時(shí)，由于作為取決于纜線類型的測(cè)量因素的lUo的測(cè)量條件的標(biāo)準(zhǔn)偏 差通過(guò)邏輯0R運(yùn)算而加入，因此狀態(tài)確定范圍設(shè)置得很寬(從4到50)，這導(dǎo)致很多混淆。
[0007] 此外，由于使用VLF測(cè)量TD的方法依賴于來(lái)自先進(jìn)歐洲國(guó)家的技術(shù)，因此存在的限 制在于，由于精確確定VLF TD的產(chǎn)生原因是不可能的，因此難以主動(dòng)地響應(yīng)設(shè)施故障或設(shè) 施誤動(dòng)作(例如絕緣擊穿），于是，設(shè)施可靠性在各種現(xiàn)場(chǎng)條件下更低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 技術(shù)問(wèn)題
[0009] 本發(fā)明已被提出用于解決這些限制，其目的在于提供一種使用VLF TD測(cè)量數(shù)據(jù)診 斷電纜的狀態(tài)并且測(cè)量其剩余壽命的裝置和方法，其能夠使用VLF TD測(cè)量數(shù)據(jù)診斷所述電 纜的狀態(tài)并且使用3D矩陣來(lái)測(cè)量剩余壽命，同時(shí)目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)電纜的狀態(tài)的可再現(xiàn)診斷。 [0010]此外，本發(fā)明的目的在于提供一種使用VLF TD測(cè)量數(shù)據(jù)診斷電纜的狀態(tài)并且測(cè)量 其剩余壽命的裝置和方法，其能夠通過(guò)按電纜的每個(gè)類型的退化或結(jié)構(gòu)變動(dòng)對(duì)VLF TD信號(hào) 進(jìn)行分類以推斷影響VLF TD信號(hào)特性的原因。
[0011]此外，本發(fā)明的目的在于提供一種使用VLF TD測(cè)量數(shù)據(jù)診斷電纜的狀態(tài)并且測(cè)量 其剩余壽命的裝置和方法，其通過(guò)將從被確定為需要電纜管理的退化的起始點(diǎn)的原點(diǎn)到3D 矩陣中特定退化點(diǎn)的距離轉(zhuǎn)換為到位置矢量的距離，能夠精確地并且容易地診斷電纜的狀 ??τ 〇
[0012]此外，本發(fā)明的目的在于提供一種使用VLF TD測(cè)量數(shù)據(jù)診斷電纜的狀態(tài)并且測(cè)量 其剩余壽命的裝置和方法，其能夠根據(jù)基準(zhǔn)故障概率、退化速度、邊際率、余量率、故障可靠 性等級(jí)和故障確定距離來(lái)計(jì)算電纜更換工作的成本、基準(zhǔn)故障概率、與故障密度匹配的位 置中的至少任一個(gè)以測(cè)量電纜的剩余經(jīng)濟(jì)壽命。
[0013] 技術(shù)解決方案
[0014] 根據(jù)用于完成上述目的的本發(fā)明的一方面，提供一種用于診斷電纜的狀態(tài)并且測(cè) 量其剩余壽命的裝置。所述裝置包括:威布爾建模單元，其通過(guò)累計(jì)針對(duì)施加到電纜的多個(gè) 電壓等級(jí)中的每一個(gè)所測(cè)量出的VLF tanS(TD)信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行威布爾分布建模;距離限制 單元，其針對(duì)每個(gè)測(cè)量距離將所累計(jì)的VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)的威布爾分布與所累計(jì)的VLF TD信 號(hào)數(shù)據(jù)的預(yù)設(shè)威布爾分布進(jìn)行比較，以限定測(cè)量限制距離;數(shù)據(jù)類型分類單元，其基于所限 定的測(cè)量限制距離，針對(duì)每個(gè)類型對(duì)VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類;量化表示單元，其量化地表 示所分類的類型；歸一化單元，其將所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)和VLF TD信號(hào)偏差(DTD)以及從所 述量化表示單元獲取的VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)和偏差的斜率(SKIRT)表示為離散分布，并且對(duì)所 述離散分布進(jìn)行歸一化，以獲取歸一化分布;3D構(gòu)建單元，其以獲取的歸一化分布構(gòu)建3D矩 陣;風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算單元，其基于所述3D矩陣中測(cè)量出的距離，將所述電纜的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算為 各預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)之一。
[0015] 所述數(shù)據(jù)類型分類單元可以將所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)分類為趨勢(shì)和模式，趨勢(shì)可以 主要地分類為線性和非線性類型，線性模式可以分類為正、負(fù)和恒定類型，非線性模式可以 分類為振蕩類型。
[0016] 所述量化表示單元包括:虛擬連線函數(shù)表示單元，其生成連接所述VLF TD信號(hào)數(shù) 據(jù)當(dāng)中的最大值和最小值的虛擬連線;虛擬連線標(biāo)準(zhǔn)偏差獲取單元，其對(duì)于所生成的虛擬 連線和所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)，獲取虛擬標(biāo)準(zhǔn)偏差STDEV覷)；;校正變量獲取單元，其獲取校正 變量，以用于校正獲取的虛擬連線標(biāo)準(zhǔn)偏差和所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)；SKIRT獲取單元，其通 過(guò)將獲取的校正變量乘以虛擬連線斜率來(lái)獲取SKIRT;
[0017] 所述校正變量獲取單元可以校正所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)的數(shù)值對(duì)于所述虛擬連線 的擬合程度以及所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)的量化等級(jí)。
[0018] 所述歸一化單元可以獲取歸一化分布，用于將所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)和DTD的離散 分布的X和Y軸的值以及所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)和SKIRT的離散分布的X和Y軸的值歸一化為0 至Ijl的歸一化值。
[0019] 所述3D構(gòu)建單元可以以X軸取作歸一化后的VLF TD數(shù)據(jù)、Y軸取作歸一化后的DTD 和Z軸取作歸一化后的SKIRT來(lái)構(gòu)建3D矩陣。
[0020] 所述風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算單元可以計(jì)算從所述3D矩陣的原點(diǎn)的坐標(biāo)(0,0,0)到特定位置 矢量(X，y，z)的距離，并且基于計(jì)算出的結(jié)果計(jì)算所述電纜的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
[0021] 所述預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可以分類并且設(shè)置為對(duì)應(yīng)于現(xiàn)存距離范圍的多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
[0022] 所述裝置可以還包括:壽命測(cè)量單元，其基于所述3D矩陣測(cè)量所述電纜的剩余壽 命。
[0023] 所述剩余壽命測(cè)量單元可以根據(jù)基準(zhǔn)故障概率、退化速度、邊際率、余量率、故障 可靠性等級(jí)以及故障確定時(shí)間來(lái)計(jì)算電纜更換工作的成本、基準(zhǔn)故障概率、與故障密度匹 配的位置中的至少任一個(gè)，以測(cè)量所述電纜的剩余壽命。
[0024] 根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明另一方面，提供一種用于診斷電纜的狀態(tài)并且測(cè) 量其剩余壽命的方法。所述方法包括:通過(guò)累計(jì)對(duì)于施加到電纜的多個(gè)電壓中的每一個(gè)所 測(cè)量的VLF tanS(TD)信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行威布爾分布建模;針對(duì)每個(gè)測(cè)量距離對(duì)所累計(jì)的VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)的威布爾分布與所累計(jì)的VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)的預(yù)設(shè)威布爾分布進(jìn)行比較，以限定 測(cè)量限制距離;基于所限定的測(cè)量限制距離，針對(duì)每個(gè)類型對(duì)VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類;量 化地表示所分類的類型;將所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)和DTD以及所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)和SKIRT表 示為離散分布，并且對(duì)所述離散分布進(jìn)行歸一化，以獲取歸一化分布；以獲取的歸一化分布 構(gòu)建3D矩陣;基于所構(gòu)建的3D矩陣中所測(cè)量的距離，將所述電纜的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算為各預(yù)設(shè) 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)之一。
[0025]將所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)分類為趨勢(shì)和模式可以包括:主要地將所述趨勢(shì)分類為線 性和非線性類型，將所述線性模式分類為正、負(fù)和恒定類型，并且將所述非線性模式分類為 振蕩類型。
[0026] 量化地表示所分類的類型可以包括:生成連接所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)當(dāng)中的最大值 和最小值的虛擬連線;對(duì)于所生成的虛擬連線和所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)，獲取虛擬標(biāo)準(zhǔn)偏差 STDEV覷)；;獲取校正變量，以用于校正獲取的虛擬連線標(biāo)準(zhǔn)偏差和所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)；以 及通過(guò)將獲取的校正變量乘以虛擬連線斜率來(lái)獲取SKIRT。
[0027] 將所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)和DTD以及所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)和SKIRT表示為離散分布， 并且對(duì)所述離散分布進(jìn)行歸一化，以獲取歸一化分布可以包括:獲取用于將VLF TD信號(hào)數(shù) 據(jù)和所述DTD的所述離散分布以及所述VLF TD信號(hào)數(shù)據(jù)和所述SKIRT的所述離散分布的X和 Y軸歸一化為0到1的歸一化值的歸一化分布。
[0028]以獲取的歸一化分布構(gòu)建3D矩陣可以包括：以X軸取作歸一化后的VLF TD數(shù)據(jù)、Y 軸取作歸一化后的VLF TD信號(hào)偏差以及Z軸取作歸一化后的SKIRT來(lái)構(gòu)建3D矩陣。
[0029]基于所構(gòu)建的3D矩陣中所測(cè)量的距離而將所述電纜的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算為各預(yù)設(shè)風(fēng) 險(xiǎn)等級(jí)之一可以包括:計(jì)算從所述3D矩陣的原點(diǎn)的坐標(biāo)(0,0,0)到特定位置矢量(x，y，z)的 距離，并且基于計(jì)算出的結(jié)果而計(jì)算所述電纜的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。
[0030] 所述方法可以還包括:在基于所構(gòu)建的3D矩陣中所測(cè)量的距離將所述電纜的風(fēng)險(xiǎn) 等級(jí)計(jì)算為各預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)之一之后，基于所述3D矩陣測(cè)量所述電纜的剩余壽命。
[0031] 基于所述3D矩陣測(cè)量所述電纜的剩余壽命可以包括:根據(jù)基準(zhǔn)故障概率、退化速 度、