一种电缆早期故障诊断方法及系统与流程

本发明涉及配电网设备故障诊断，尤其涉及一种电缆早期故障诊断方法及系统。

背景技术：

1、目前，电缆早期故障分类识别方法主要划分为阈值区分法和神经网络法。其中，阈值区分法是通过比较阈值大小来判别故障类型，但是，在实际电力系统中，线路结构复杂，元件之间存在强关联耦合关系，运行条件具有不确定性，使用阈值区分法难以根据实际的电力系统确定合适的阈值。由于阈值选择存在不确定性，因此当前多采用神经网络法。神经网络法是指通过机器学习或深度学习提取故障数据中的特征，基于提取的特征完成故障判别。这一方法虽然不需要阈值，但其通常需要借助小波变换等信号处理方法分析故障信号的时频域特征，并以此为依据推理故障类型。然而这一方法仍存在一定的问题：一方面，电缆早期故障故障信号在整个电缆传输信号中过于微弱，其故障特征难以提取，且不同故障类型的故障特征之间存在一定的相似性，仅利用小波变换难以提取全面有效的故障特征，影响最终故障识别与分类的准确性；另一方面，传统的分类器对提取特征的分类识别能力表现较差，导致最终故障识别的精度较低。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种电缆早期故障诊断方法及系统，根据电缆早期故障中电流信号的特性，融合小波变换和双谱理论，对电缆电流信号进行特征提取，既能兼顾时频域特征，又能更有效的检测信号中的间歇性信号，提取更精确的故障信号特征；采用基于改进残差网络的故障检测模型，深度挖掘故障数据中更多的潜在特征，且在一定程度上避免局部特征的丢失，以此进一步提高故障识别与分类的性能与精度。

2、第一方面，本发明提供了一种电缆早期故障诊断方法。

3、一种电缆早期故障诊断方法，包括：

4、实时获取待测电缆中的电流数据，对电流数据进行预处理；

5、联合小波变换和双谱理论，提取预处理后电流数据的故障特征，得到二维故障特征图；

6、将二维故障特征图输入至基于改进残差网络的故障检测模型中，输出电缆早期故障检测及分类结果；其中，所述基于改进残差网络的故障检测模型以卷积神经网络为主干网络，在主干网络中增加改进的残差模块，改进的残差模块包括三条分支，每条分支分别对特征图进行不同尺度的卷积后融合，提取全局特征；全局特征通过主干网络中的全连接层进行分类，输出电缆早期故障检测及分类结果。

7、第二方面，本发明提供了一种电缆早期故障诊断系统。

8、一种电缆早期故障诊断系统，包括：

9、数据获取及预处理模块，用于实时获取待测电缆中的电流数据，对电流数据进行预处理；

10、特征提取模块，用于联合小波变换和双谱理论，提取预处理后电流数据的故障特征，得到二维故障特征图；

11、早期故障诊断模块，用于将二维故障特征图输入至基于改进残差网络的故障检测模型中，输出电缆早期故障检测及分类结果；其中，所述基于改进残差网络的故障检测模型以卷积神经网络为主干网络，在主干网络中增加改进的残差模块，改进的残差模块包括三条分支，每条分支分别对特征图进行不同尺度的卷积后融合，提取全局特征；全局特征通过主干网络中的全连接层进行分类，输出电缆早期故障检测及分类结果。

12、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

13、1、本发明提供了一种电缆早期故障诊断方法及系统，根据电缆早期故障中电流信号的特性，通过融合小波变换和双谱理论进行联合分析，提取待测电缆电流信号的故障特征，这一方式既能兼顾时频域特征，又能更有效的检测信号中的间歇性信号，有效提取故障信号特征；采用基于改进残差网络的故障检测模型，更全面的深度挖掘故障特征，且在一定程度上避免局部特征的丢失，以此进一步提高故障识别与分类的性能与精度。

14、2、本发明实现了配电网电缆早期故障的识别，能够有效的从电容器投切、励磁涌流、电容投切等引起的过电流中有效识别出电缆早期故障，在电缆早期故障识别中具有广泛的使用空间。

15、3、本发明所提出的基于改进残差网络的故障检测模型，设计并改进残差网络，通过残差网络中的多分支进行数据中隐藏特征的深层提取，相比传统的模式识别方法具有更高的准确率。

技术特征：

1.一种电缆早期故障诊断方法，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的一种电缆早期故障诊断方法，其特征是，根据设定的采样频率，获取待测电缆中的电流数据，所述电流数据为电流信号时间序列；

3.如权利要求1所述的一种电缆早期故障诊断方法，其特征是，联合小波变换和双谱理论，提取预处理后电流数据的故障特征，得到二维故障特征图，包括：

4.如权利要求1所述的一种电缆早期故障诊断方法，其特征是，所述基于改进残差网络的故障检测模型包括依次连接的输入层、卷积层、bn层、池化层、改进的残差模块、全连接层和输出层；

5.如权利要求1所述的一种电缆早期故障诊断方法，其特征是，所述基于改进残差网络的故障检测模型的训练过程包括：

6.如权利要求5所述的一种电缆早期故障诊断方法，其特征是，电缆的早期故障类型包括半周波早期故障、多周波早期故障、电容投切、励磁涌流、负荷突增和永久故障。

7.一种电缆早期故障诊断系统，其特征是，包括：

8.如权利要求7所述的一种电缆早期故障诊断系统，其特征是，获取待测电缆中的电流数据，所述电流数据为电流信号时间序列；

9.如权利要求7所述的一种电缆早期故障诊断系统，其特征是，联合小波变换和双谱理论，提取预处理后电流数据的故障特征，得到二维故障特征图，包括：

10.如权利要求7所述的一种电缆早期故障诊断系统，其特征是，所述基于改进残差网络的故障检测模型包括依次连接的输入层、卷积层、bn层、池化层、改进的残差模块、全连接层和输出层；

技术总结本发明公开一种电缆早期故障诊断方法及系统，涉及配电网设备故障诊断技术领域，方法为：实时获取待测电缆中的电流数据并进行预处理；联合小波变换和双谱理论，提取预处理后电流数据的故障特征，得到二维故障特征图；将该特征图输入至基于改进残差网络的故障检测模型中，输出电缆早期故障检测及分类结果；其中，该故障检测模型以卷积神经网络为主干网络，在主干网络中增加改进的残差模块，改进的残差模块包括三条分支，每条分支分别对特征图进行不同尺度的卷积后融合，提取全局特征；全局特征再通过全连接层进行分类，输出电缆早期故障检测及分类结果。本发明能够提取更全面的信号特征，通过改进的检测模型实现更高精度的故障检测。技术研发人员：王聪,庞继勇,邵国栋受保护的技术使用者：中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17