一种电缆绝缘在线监测方法及系统与流程

本技术涉及电缆绝缘监测，尤其涉及一种电缆绝缘在线监测方法及系统。

背景技术：

1、电力电缆在城市电网中重要性日益凸显，已成为城市电能输送“主动脉”，配电电缆设备总量保持年均约15％快速增长。10kv电缆线路火灾及损坏带来的安全风险依然严峻，极易造成城市局部或大面积用户停电。尤其在新型电力系统场景下，多源负载电流出现随机波动将造成电缆绝缘热应力加剧，变换器开关频率谐波耦合至电缆将加速其绝缘老化，电缆安全稳定运行受到严重威胁。

2、电缆的绝缘检测和老化评估依托于科学的检测手段以及准确的评估模型。当前，国内外学者对离线检测方法研究比较深入，随着技术水平的不断提高以及供电可靠性要求的不断提升，在线检测技术也得到不断发展。由于国内对于电力电缆绝缘老化状态评估方面的研究起步较晚，目前对电力电缆老化程度评判并未形成明确统一的标准。目前电缆绝缘的状态监测感知方法可分为离线监测感知和在线监测感知两大类。电缆的离线监测感知方法已经较为成熟，有较多实验方案和现场实测数据。目前，电缆离线测试大多利用了老化电缆介质损耗角增大的特点，通过注入外加电压测量电缆绝缘的介质损耗角，进而反映电缆老化程度。由于电缆绝缘电阻较大，需要在较低的频率范围内进行测试，以放大绝缘电阻变化信息。然而，离线监测感知方法只能在离线方式下实现的特点使得其在电力系统中的实际应用十分受限。不仅电缆的停运会带来经济损失，周期性的实验也会造成人力物力的浪费和电缆的加速老化，同时也难以实现对电缆绝缘损坏的预警。现存的电缆绝缘在线监测技术可以分为基于局部放电的在线监测技术和基于电气参数在线测量的监测技术两大类。基于局部放电的技术采集电缆绝缘缺陷产生的间歇性放电信号，对放电信号进行分析从而实现电缆绝缘状态监测。然而，高频的局部放电信号在电缆中存在严重的衰减，因此需要进行分布式的测量，带来较高的测量成本。另一方面，如何从局部放电信号中获取绝缘状态信息也是亟待解决的难题。目前大多数研究采用放电幅值、放电频率等统计量分析的方法或采用k聚类方法、粗糙集理论、随机森林算法等数据驱动的方法实现对绝缘状态的估计，精度较为有限，且所提方法只能应用于所研究的电缆和老化类型，难以广泛应用于配电网中多种类型的电缆。基于电气参数在线测量的方法主要测量电缆绝缘的介质损耗角正切值或漏电流。常见的介质损耗角在线测量方法包括过零比较法、接地盒引线电流测量法、双端电气量测量法、系统暂态响应分析法等。其本质在于建立电缆系统可测的电气量与介质损耗角之间的关系，通过对相关电气量的测量反推介质损耗角大小。然而在绝缘老化过程中介质损耗角的变化往往较小，其引起的相关电气量的变化更为微弱，导致监测精度较低。微小的测量误差就可能导致估计的介质损耗角正切值出现极大误差，使得相关方法在实际系统中难以使用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电缆绝缘在线监测方法及系统，以解决现有技术中电缆绝缘老化的监测精度低的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种电缆绝缘在线监测方法，包括：

3、在配电网电缆中性点注入多频率共模电压信号；

4、按照预定周期实时采集多频率共模漏电流信号；

5、对所述多频率共模漏电流信号进行预处理以去除抖动数据；

6、根据所述多频率共模漏电流信号以及预先确定的老化模型确定电缆绝缘老化程度。

7、可选的，通过主成分分析法确定所述老化模型。

8、可选的，所述通过主成分分析法确定所述老化模型包括：

9、获取不同绝缘老化程度的电缆在各频率共模电压下的漏电流测量值，建立如下测量矩阵m：

10、

11、其中，表示注入的共模电压频率为fm且电缆绝缘老化程度为c/c0＝k时测量的漏电流值；

12、将所述矩阵m归一化处理；

13、根据下式对所述矩阵m进行特征值分解：

14、

15、其中，ns为矩阵m中包含的老化程度个数；w为特征向量矩阵；λ为特征值矩阵；

16、以特征值矩阵λ中最大的特征值对应的特征向量确定为主成分，将特征向量矩阵w中主成分以外的特征向量均设为零以获得主成分特征向量矩阵w′；

17、由所述测量矩阵m、所述主成分特征向量矩阵w′形成所述老化模型。

18、可选的，所述根据所述漏电流数据以及预先确定的老化模型确定电缆绝缘老化程度，包括：

19、将所述多频率共模漏电流信号的值组成多频率共模漏电流向量，将所述多频率共模漏电流向量在所述主成分特征向量矩阵w′上进行投影对应的电缆老化特征af，即，

20、af＝[1,0,…,0]×w′m。

21、可选的，在根据所述多频率共模漏电流信号以及预先确定的老化模型确定电缆绝缘老化程度后，还包括老化模型的校正：

22、根据所述多频率共模漏电流信号以及其对应的电缆老化特征，修正所述测量矩阵m中的相应值。

23、可选的，所述多频率共模电压信号的频率范围为200hz到1445hz。

24、另一方面，本发明提供了一种电缆绝缘在线监测系统，包括：

25、信号注入模块，用于在配电网电缆中性点注入多频率共模电压信号；

26、信号采集模块，用于按照预定周期实时采集多频率共模漏电流信号；

27、数据预处理模块，用于对所述多频率共模漏电流信号进行预处理以去除抖动数据；

28、老化确定模块，用于根据所述多频率共模漏电流信号以及预先确定的老化模型确定电缆绝缘老化程度。

29、可选的，还包括模型生成模块，用于通过主成分分析法确定所述老化模型，所述通过主成分分析法确定所述老化模型包括：

30、获取不同绝缘老化程度的电缆在各频率共模电压下的漏电流测量值，建立如下测量矩阵m：

31、

32、其中，表示注入的共模电压频率为fm且电缆绝缘老化程度为c/c0＝k时测量的漏电流值；

33、将所述矩阵m归一化处理；

34、根据下式对所述矩阵m进行特征值分解：

35、

36、其中，ns为矩阵m中包含的老化程度个数；w为特征向量矩阵；λ为特征值矩阵；

37、以特征值矩阵λ中最大的特征值对应的特征向量确定为主成分，将特征向量矩阵w中主成分以外的特征向量均设为零以获得主成分特征向量矩阵w′；

38、由所述测量矩阵m、所述主成分特征向量矩阵w′形成所述老化模型。

39、可选的，还包括模型校正模块，用于根据所述多频率共模漏电流信号以及其对应的电缆老化特征，修正所述测量矩阵m中的相应值。

40、可选的，所述多频率共模电压信号的频率范围为200hz到1445hz。

41、本发明的技术方案可以包括以下有益效果：

42、本发明提供的一种电缆绝缘在线监测方法及系统，本发明提出的多频率共模信号注入的方法测量漏电流信号，通过多种频率特征提取，分析漏电流与绝缘老化状态的关联性，从而推断电缆老化信息，在线测量精准度相比已有方法要高，抗干扰能力强。通过测量电缆绝缘的漏电流直接反映绝缘状态，不需要经过复杂的计算，因此监测精度可以得到提升。由此可见，本技术方案解决了现有技术中电缆绝缘老化的监测精度低的技术问题。