一種電纜過電流原因辨識方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電纜過電流原因辨識方法及裝置，該方法包括：對三相電流信號進行單相過電流檢測；在檢測到所述三相電流信號存在單相過電流時，確定過電流相電流信號的指標特征向量樣本；計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考樣本各指標的關聯系數，一個指標向量參考樣本對應一個引起單相過電流的原因；結合指標權重向量和各指標的關聯系數計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考樣本的關聯度；找到關聯度數值最大的指標向量參考樣本所對應的單相過電流原因，從而識別電纜早期故障。
【專利說明】一種電纜過電流原因辨識方法及裝置
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣系統(tǒng)領域，特別是涉及一種電纜過電流原因辨識方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著城市化建設的不斷推進，目前城市配電網日益趨向于采用電力電纜進行電力 傳輸。由于電力電纜一般埋設于土壤中或敷設于室內、溝道、隧道中，線間絕緣距離小，不用 桿塔占地少且基本不占地面上空間，其受到電擊的可能性小，受氣候條件和周圍環(huán)境影響 小，傳輸性能穩(wěn)定且可靠性高，供電更可靠、更安全。但是電力電纜發(fā)生的閃絡、局放等情況 可能會導致電力電纜永久性故障，且該故障查找困難。
[0003] 電力電纜的早期故障通常是由于絕緣層內部老化而逐漸惡化導致，一般表現為持 續(xù)時長為0. 5?5個周波的短時單相過電流。如果早期故障不能夠及時、有效的得到檢測 和識別并加以修復或更換，將會發(fā)展成為永久性故障。因此對電力電纜的早期故障提前預 警，就能夠積極有效地減少發(fā)生嚴重故障的情況，對于減少因電力電纜發(fā)生故障而導致的 停電損失，提高電網的安全運行的能力，延長電網線路的運行壽命，都具有十分重要的實際 意義。
[0004] 目前電力電纜的早期故障的檢測方法主要是通過檢測電纜是否存在短時過電流， 但是該方法雖然能夠檢測到短時單相過電流信號，但是并不能以上述方法檢測到的結果來 準確地表明檢測到了電纜的早期故障，因為引起單相短時過電流的原因比較多，例如變壓 器和電容器的投運、負荷投入以及電動機的起動等原因。因此利用上述方法并不能夠確定 引起短時單相過電流信號的具體原因。目前對電纜早期故障的檢測主要集中檢測到短時單 相過電流信號的檢測，而沒有進一步辨識該過電流是否由電纜的早期故障引起。
[0005] 因此如何從眾多引起短時過電流的原因中找到引起當前單相過電流的原因，是本 領域的技術人員目前需要解決的問題。
【發(fā)明內容】
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種電纜過電流原因辨識方法，該方法能夠完成對引起電纜 當前單相過電流的原因的辨識；本發(fā)明的另一目的是提供一種電纜過電流原因辨識的裝 置。
[0007] 為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供如下技術方案：
[0008] -種電纜過電流原因辨識方法，包括：
[0009] 1)對三相電流信號進行單相過電流檢測；
[0010] 2)在檢測到所述三相電流信號存在單相過電流時，確定過電流相電流信號的指標 特征向量樣本；
[0011] 3)計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考樣本的各指標的關聯系數，一 個指標向量參考樣本對應一個引起單相過電流的原因；
[0012] 4)結合指標權重向量和各指標的關聯系數計算指標特征向量樣本與預定的各指 標向量參考樣本的關聯度；
[0013] 5)找到關聯度數值最大的指標向量參考樣本所對應的單相過電流原因。
[0014] 其中，所述三相電流信號進行單相過電流檢測方法具體為：對電纜三相電流信號 進行小波變換，計算各相電流小波變換模極大值，檢測是否僅有一相電流的小波變換模極 大值在0. 5?5周波內是否連續(xù)發(fā)生兩次突變，若是，則確定該相存在短時過電流。
[0015] 其中，所述確定過電流的三相電流的指標特征向量樣本的方法具體為：對電纜三 相電流信號選用db4小波進行小波變換，并進行5層分解，得到5層高頻細節(jié)系數和1層低 頻近似系數及各層細節(jié)系數能量值之和，電流相電流有效值和電流持續(xù)時間，并將這九個 指標作為指標特征向量樣本。
[0016]其中，所述各層細節(jié)系數能量值之和的計算公式為：五，
[0017] 其中，Ed為各層細節(jié)系數能量值之和，(^為第j層的細節(jié)系數。
[0018] 其中，所述關聯度的計算公式為：
[0019] γ^Υ,4]ξ(Ρ …/二1 ..
[0020] 其中Yk為指標特征向量樣本與第k個指標向量參考樣本關聯度，為第1個指 標的權重系數，為指標特征向量樣本與第k個指標向量參考樣本的第1個指標的關聯系 數，s為指標個數。本發(fā)明實施例還提供一種電纜過電流原因辨識裝置，包括：
[0021] 三相電流處理單元，用于對三相電流信號進行單相過電流檢測；
[0022] 指標特征向量樣本確定單元，用于在檢測到所述三相電流信號存在單相過電流 時，確定過電流相電流信號的指標特征向量樣本；
[0023] 第一計算單元，用于計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考樣本的各指 標的關聯系數，一個指標向量參考樣本對應一個引起單相過電流的原因；
[0024] 第二計算單元，用于結合指標權重向量和各指標的關聯系數計算指標特征向量樣 本與預定的各指標向量參考樣本的關聯度；
[0025] 判別單元，用于找到關聯度數值最大的指標向量參考樣本所對應的單相過電流原 因。其中，所述三相電流處理單元包括：小波變換器和判別器，
[0026] 小波變換器，用于對電纜三相電流信號進行小波變換，計算各相電流小波變換模 極大值；
[0027] 判別器，用于檢測是否僅有一相電流的小波變換模極大值在0. 5?5周波內是否 連續(xù)發(fā)生兩次突變，若是，則確定該相存在短時過電流。
[0028] 其中，所述指標特征向量樣本確定單元包括：
[0029] 系數確定子單元，用于對電纜三相電流信號選用db4小波進行小波變換，并進行5 層分解，得到5層高頻細節(jié)系數和1層低頻近似系數及各層細節(jié)系數能量值之和，電流相電 流有效值和電流持續(xù)時間，并將這九個指標作為指標特征向量樣本。
[0030] 其中，所述系數確定子單元包括：
[0031] 能量值計算子單元，用于根據公式五計算各層細節(jié)系數能量值之 和；
[0032] 其中，Ed為各層細節(jié)系數能量值之和，(^為第j層的細節(jié)系數。
[0033] 其中，所述第二計算單元包括：
[0034]第二計算執(zhí)行子單元，用于根據公式A = 計算關聯度；
[0035] 其中Yk為指標特征向量樣本與第k個指標向量參考樣本關聯度，為第1個指 標的權重系數，為指標特征向量樣本與第k個指標向量參考樣本的第1個指標的關聯系 數，s為指標個數。基于上述技術方案，本發(fā)明實施例所提供的電纜過電流原因辨識方法，對 二相電流號進行單相過電流檢測；在檢測到所述二相電流號存在單相過電流時，確定 過電流相電流信號的指標特征向量樣本；計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考 樣本的各指標的的關聯系數，一個指標向量參考樣本對應一個引起單相過電流的原因；結 合指標權重向量和各指標的關聯系數計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考樣 本的關聯度；找到關聯度數值最大的指標向量參考樣本所對應的單相過電流原因。從而確 定出引起當前電纜單相過電流的具體原因，也可以確定哪些電纜單相過電流是由于早期故 障所引起的。因此能夠準確的辨別電纜早期故障，從而就可以采取措施進行修復和更換，就 能夠積極有效地減少發(fā)生嚴重故障的情況，對于減少因電力電纜發(fā)生故障而導致的停電損 失，提高電網的安全運行的能力，延長電網線路的運行壽命，都具有十分重要的實際意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明實施例提供的電纜過電流原因辨識方法的流程圖；
[0037] 圖2為本發(fā)明實施例提供的對三相電流信號進行單相過電流檢測的方法流程圖；
[0038] 圖3為本發(fā)明實施例提供的電纜過電流原因辨識裝置的結構框圖；
[0039] 圖4為本發(fā)明實施例提供的三相電流處理單元的結構框圖；
[0040] 圖5為本發(fā)明實施例提供的指標特征向量樣本確定單元的結構框圖；
[0041] 圖6為本發(fā)明實施例提供的系數確定子單元的結構框圖；
[0042] 圖7為本發(fā)明實施例提供的第一計算單元的結構框圖；
[0043] 圖8為本發(fā)明實施例提供的第二計算單元的結構框圖；
[0044] 圖9為本發(fā)明實施例提供的判別單元的結構框圖。
【具體實施方式】
[0045] 本發(fā)明的核心是提供一種電纜過電流原因辨識方法，該方法能夠完成對引起電纜 當前單相過電流的原因的辨識；本發(fā)明的另一目的是提供一種電纜過電流原因辨識的裝 置。
[0046] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0047] 請參考圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的電纜過電流原因辨識方法的流程圖，該方 法可以包括：
[0048] 步驟slOO、對三相電流信號進行單相過電流檢測；
[0049] 這里對電纜三相電流信號進行采樣，對一個采樣窗口的三相電流信號分別進行變 換，判斷是否存在且僅有一相存在單相過電流，若存在則進入下一步，若不存在或者大于一 相存在過電流則對在一個米樣窗口的三相電流信號分別進行變換。
[0050] 步驟slio、在檢測到所述三相電流信號存在單相過電流時，確定過電流相電流信 號的指標特征向量樣本；
[0051] 在檢測到三相電流信號存在單相過電流時，記錄、計算變換過程中得到的所需要 的各指標特征值，按照與指標向量參考樣本各指標的順序形成過電流相電流信號的指標特 征向量樣本。
[0052] 步驟sl20、計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考樣本的各指標的關聯 系數，一個指標向量參考樣本對應一個引起單相過電流的原因；
[0053] 其中，指標向量參考樣本是根據大量實測數據或經驗數據形成的當電纜發(fā)生早期 故障、變壓器投運、電容器投運、負荷投入及電動機起動時等原因形成單相過電流時的各項 指標參考數值，各項指標參考數值形成對應的指標向量參考樣本。
[0054] 計算指標特征向量樣本與每一個原因形成的預定的各指標向量參考樣本的關聯 系數。當然在這里一個指標向量參考樣本對應一個引起單相過電流的原因。
[0055] 步驟S130、結合指標權重向量和各指標的關聯系數計算指標特征向量樣本與預定 的各指標向量參考樣本的關聯度；；
[0056] 其中，預定指標權重向量樣本是根據專家對大量實測數據或經驗數據的分析進行 專家打分，得到的各個指標在引起電纜單相過電流原因中所占的權重，從而形成的指標權 重向量樣本。
[0057] 計算得到關聯系數與預定指標權重向量樣本的關聯度。
[0058] 步驟S140、找到關聯度數值最大的指標向量參考樣本所對應的單相過電流原因。
[0059] 對得到的關聯度數值，找到數值最大的一個，對應的找到關聯系數，在看次關聯系 數是由指標特征向量樣本于哪個指標向量參考樣本計算得到，每個指標向量參考樣本都會 對應有一個形成電纜單相過電流的原因，這樣就找到了引起當前電纜單相過電流的原因。
[0060] 本發(fā)明實施例所提供的電纜過電流原因辨識方法，對三相電流信號進行單相過電 流檢測；在檢測到所述三相電流信號存在單相過電流時，確定過電流相電流信號的指標特 征向量樣本；計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考樣本的各指標的關聯系數， 一個指標向量參考樣本對應一個引起單相過電流的原因；結合指標權重向量和各指標的關 聯系數計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考樣本的關聯度；找到關聯度數值最 大的指標向量參考樣本所對應的單相過電流原因。從而確定出引起當前電纜單相過電流的 具體原因，也可以確定哪些電纜單相過電流是由于早期故障所引起的。因此能夠準確的辨 別電纜早期故障，從而就可以采取措施進行修復和更換，就能夠積極有效地減少發(fā)生嚴重 故障的情況，對于減少因電力電纜發(fā)生故障而導致的停電損失，提高電網的安全運行的能 力，延長電網線路的運行壽命，都具有十分重要的實際意義。
[0061] 可選的，圖2給出了本發(fā)明實施例提供的對三相電流信號進行單相過電流檢測的 方法流程圖，參照圖2,該對三相電流信號進行單相過電流檢測的方法可以包括：
[0062] 步驟s200、對電纜三相電流信號進行小波變換；
[0063] 可選的，對電纜三相電流信號進行小波變換可以利用db4小波，分解5層的方法進 行小波變換，選用db4小波5層分解對每一采樣窗口的三相電流信號分別進行小波變換。
[0064] 步驟s210、計算各相電流小波變換模極大值；
[0065] 可選的，在定義信號的小波變換模極大值時，小波變換是采用具有濾波意義的卷 積形式。若在尺度為％時，電流信號i (t)的卷積形小波變換為WTi (? t)。
[0066] 如果在tQ的領域內滿足條件：
[0067] WTi(a〇,t) | ^ |WTi(a0,t〇) (1)
[0068] 則稱WTi (&(|，〇為i (t)在尺度時在h附近的小波變換局部模極大值。
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【權利要求】
1. 一種電纜過電流原因辨識方法，其特征在于，該方法包括： 1) 對三相電流信號進行單相過電流檢測； 2) 在檢測到所述三相電流信號存在單相過電流時，確定過電流相電流信號的指標特征 向量樣本； 3) 計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考樣本的各指標的關聯系數，一個指 標向量參考樣本對應一個引起單相過電流的原因； 4) 結合預定指標權重向量和各指標的關聯系數計算指標特征向量樣本與預定的各指 標向量參考樣本的關聯度； 5) 找到與關聯度數值最大的指標向量參考樣本所對應的單相過電流原因。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1)中對三相電流信號進行單相過 電流檢測方法具體為：對電纜三相電流信號進行小波變換，計算各相電流小波變換模極大 值，檢測是否僅有一相電流的小波變換模極大值在〇. 5?5周波內是否連續(xù)發(fā)生兩次突變， 若是，則確定該相存在短時過電流。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中確定過電流的三相電流的指 標特征向量樣本的方法具體為：對電纜三相電流信號選用db4小波進行小波變換，并進行 5層分解，得到5層高頻細節(jié)系數和1層低頻近似系數及各層細節(jié)系數能量值之和，電流相 電流有效值和電流持續(xù)時間，并將這九個指標作為指標特征向量樣本。
4. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述各層細節(jié)系數能量值之和的計算公式 為:凡= Σ;Κ ; 其中，Ed為各層細節(jié)系數能量值之和，(^為第j層的細節(jié)系數。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4)中關聯度的計算公式為： ? 二 tA" ./-1... 其中Yk為指標特征向量樣本與第k個指標向量參考樣本的關聯度，為第1個指標 的權重系數，if為指標特征向量樣本與第k個指標向量參考樣本的第1個指標的關聯系 數，s為指標個數。
6. -種電纜過電流原因辨識裝置，其特征在于，包括： 三相電流處理單元，用于對三相電流信號進行單相過電流檢測； 指標特征向量樣本確定單元，用于在檢測到所述三相電流信號存在單相過電流時，確 定過電流相電流信號的指標特征向量樣本； 第一計算單元，用于計算指標特征向量樣本與預定的各指標向量參考樣本的各指標的 關聯系數，一個指標向量參考樣本對應一個引起單相過電流的原因； 第二計算單元，用于結合指標權重向量和各指標的關聯系數計算指標特征向量樣本與 預定的各指標向量參考樣本的關聯度； 判別單元，用于找到關聯度數值最大的指標向量參考樣本所對應的單相過電流原因。
7. 如權利要求6所述的電纜過電流原因辨識裝置，其特征在于，所述三相電流處理單 元包括：小波變換器和判別器，其中， 小波變換器，用于對電纜三相電流信號進行小波變換，計算各相電流小波變換模極大 值； 判別器，用于檢測是否僅有一相電流的小波變換模極大值在0. 5?5周波內是否連續(xù) 發(fā)生兩次突變，若是，則確定該相存在短時過電流。
8. 如權利要求6所述的電纜過電流原因辨識裝置，其特征在于，所述指標特征向量樣 本確定單元包括： 系數確定子單元，用于對電纜三相電流信號選用db4小波進行小波變換，并進行5層分 解，得到5層高頻細節(jié)系數和1層低頻近似系數及各層細節(jié)系數能量值之和，電流相電流有 效值和電流持續(xù)時間，并將這九個指標作為指標特征向量樣本。
9. 如權利要求8所述的電纜過電流原因辨識裝置，其特征在于，所述系數確定子單元 包括： 能量值計算子單元，用于根據公式五，=計算各層細節(jié)系數能量值之和； 其中，Ed為各層細節(jié)系數能量值之和，(^為第j層的細節(jié)系數。
10. 如權利要求6所述的電纜過電流原因辨識裝置，其特征在于，所述第二計算單元包 括： 第二計算執(zhí)行子單元，用于根據公式Α計算關聯度； /二1_ . 其中Y k為指標特征向量樣本與第k個指標向量參考樣本關聯度，為第1個指標的 權重系數，If為指標特征向量樣本與第k個指標向量參考樣本的第1個指標的關聯系數， s為指標個數。
【文檔編號】G01R31/08GK104122487SQ201410383429
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權日:2014年8月6日
【發(fā)明者】劉理峰, 張靜, 李題印, 留毅, 姚海燕, 徐超, 屠永偉 申請人:浙江群力電氣有限公司, 國家電網公司, 國網浙江杭州市余杭區(qū)供電公司, 國網浙江省電力公司杭州供電公司, 國網浙江省電力公司