[发明专利]一种基于电缆老化特征提取的电缆状态监测方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于电缆老化特征提取的电缆状态监测方法及装置，通过配电网系统变压器的中性点向系统中注入多个频率的共模监测电压，测量感应出的多个频率的共模漏电流大小，以得到实际监测的电缆老化特征，能够有效克服配电网变压器漏感对电缆在线监测精度的影响；在上述过程中，通过对标准矩阵进行主成分分析(PCA)提取老化特征，并进一步得到测量特征向量矩阵，从而利用测量特征向量矩阵和所测量的共模漏电流，实现对老化状态的监测和老化程度的估计。对监测信号采用共模注入的方式，叠加的信号不会在负载上感应出电流，具有非侵入性；相应地，负载的变化也不会对监测结果产生影响，能够在系统多种运行环境下实现对电缆绝缘的有效监测。

技术领域

本发明涉及电缆绝缘状态的在线监测技术领域，尤其涉及一种基于电缆老化特征提取的电缆状态监测方法及装置。

背景技术

随着配电网中地下电缆投运时间的不断增长，越来越多的电缆进入老化期。电缆老化常常由于恶劣的运行环境和负载电流热效应导致，最终会引发绝缘击穿和短路故障，影响配电网的安全可靠运行，带来巨大的经济损失。目前，大多数配电网电缆仍然采用周期性离线检修的方式，需要将待监测电缆停运，影响系统的正常运行，且离线测试中广泛采用的过压测试等方式还可能对电缆绝缘造成进一步损害。因此，对电缆绝缘状态进行在线监测，从而实现基于状态的检修和维护具有重要的工业应用价值。

目前工业中对电缆的在线监测方式主要通过局部放电方法实现。电缆老化过程中绝缘内部电场分布不均匀，导致间歇性放电现象的发生。通过在电缆两端安装高频电流互感器(HFCT)可以采集电缆老化过程中的高频放电信号，进而对电缆老化状态进行估计。而上述现有技术的主要缺陷包括：

(1)局部放电与电缆老化程度之间的关系尚不明确，难以通过局部放电方法实现对电缆老化程度的定量估计。

(2)高频局放信号在电缆中衰减严重，因此往往需要分布式测量方式，测量成本高，精度低。

发明内容

基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种基于电缆老化特征提取的电缆状态监测方法及装置，通过主成分分析(PCA)提取电缆的老化特征，从而实现对电缆老化状态的监测和老化程度的估计。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于电缆老化特征提取的电缆状态监测方法，包括步骤：

S1、选择N个频率作为监测信号频率；

S2、构造标准矩阵M，所述标准矩阵M中的元素包括：监测信号频率分别为所选择的N个频率f₁……f_N，电缆老化程度为k₁……k_ns时通过标准电缆模型测量到的共模漏电流大小；其中，ns表示监测使用的老化程度级数；

S3、对该标准矩阵M进行主成分分析，得到以标准矩阵M的主成分作为老化特征的特征向量矩阵W，该特征向量矩阵W通过下式得到：

式中，Λ表示给定的特征值矩阵；

S4、保留所述特征向量矩阵W中对应特征值最大的特征向量，将其余特征向量记为0，得到测量特征向量矩阵W’；

S5、将频率为f₁……f_N的N个监测信号分别注入连接有待监测电缆的系统变压器的中性点，测量其在待监测电缆中分别感应出的N个漏电流值I_CM(f₁)……I_CM(f_N)，利用测量特征向量矩阵W’得到实际监测的电缆老化特征AF：

AF＝[1,0,…,0]×W’[I_CM(f₁)……I_CM(f_N)]^T。