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近年來，伴隨著我國城市電網(wǎng)的高速發(fā)展，城市電網(wǎng)的輸電系統(tǒng)開始大量地使用交聯(lián)聚乙烯（Cross- Linked Polyethylene, XLPE）電力電纜。惡劣復(fù)雜的敷設(shè)環(huán)境和不規(guī)范的施工操作均可能導(dǎo)致電力電纜中出現(xiàn)局部缺陷，進而引發(fā)停電事故，影響城市電網(wǎng)正常運行。局部放電（Partial Discharge, PD）源的精準定位技術(shù)可以有效確定電力電纜中局部缺陷位置，從而指導(dǎo)運維人員對該位置進行重點監(jiān)測或更換設(shè)備，以保證輸電系統(tǒng)的正常工作。

目前，國內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者通過確定局部放電信號的波達時刻來計算局部放電信號的時延，進而完成局部放電源的定位，該類方法主要有閾值法、峰值法、能量法和互相關(guān)算法。閾值法通過設(shè)置一個特定的閾值來確定波達時刻；峰值法是將波形的峰值時刻作為波達時刻；能量法是將波形能量曲線的拐點時刻作為波達時刻。

上述方法不僅受人為因素影響較大，同時沒有考慮實際測試得到的局部放電信號具有環(huán)境噪聲大和波形畸變嚴重的特點，因此難以運用于實際工程中?；ハ嚓P(guān)算法借助局部放電波形之間的相關(guān)性確定時延，可以有效減少人為因素和環(huán)境噪聲的影響，有學(xué)者在互相關(guān)算法的基礎(chǔ)上考慮了相速度頻變效應(yīng)，取得了更好的定位效果。但是該方法仍建立在計算時延的基礎(chǔ)上，因此具有計算時延算法的固有問題，即定位效果會受到設(shè)備采樣率的影響。

相位差算法借助局部放電信號頻域中相位信息進行局部放電源定位，該方法不需要確定局部放電信號的波達時刻，因此可以有效減少設(shè)備采樣率對定位精度的影響。但是傳統(tǒng)相位差（Traditional Phase Difference, T局部放電）算法并未考慮相速度頻變效應(yīng)，因此實際定位結(jié)果較差；通過更深一步研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)相位差算法受環(huán)境噪聲影響大，難以有效定位振蕩型局部放電。

有學(xué)者提出了局部放電波形截取窗的優(yōu)化方案以改進相位差算法，但是并沒有考慮相速度頻變效應(yīng)。有學(xué)者提出預(yù)先進行小波去噪以提高定位精度，但是實際測試中局部放電波形存在隨機性，難以選擇最優(yōu)的小波基、分解層數(shù)和閾值，可能會造成較差的去噪效果，影響定位精度。

因此，針對傳統(tǒng)相位差的局部放電定位方法受相速度頻變效應(yīng)和噪聲影響大的問題，四川大學(xué)電氣工程學(xué)院等單位的科研人員在有關(guān)研究的基礎(chǔ)上提出一種考慮相速度頻變效應(yīng)的改進相位差（Improved Phase Difference, IPD）算法。該方法結(jié)合局部放電波形的相位和電纜的相速度提出新的定位曲線，并利用該曲線的斜率確定局部放電的位置。

圖1 振蕩波局部放電檢測系統(tǒng)原理

該算法首先確定局部放電波形的信號主導(dǎo)頻帶，然后將設(shè)定頻帶中局部放電波形的相位和電纜的相速度進行結(jié)合提出新的定位曲線，最后利用定位曲線的斜率確定局部放電源的位置，該方法減少了設(shè)備采樣率和相速度頻變效應(yīng)對定位精度的影響，同時提高了傳統(tǒng)相位差算法的抗噪能力。

科研人員在實驗室中對250m含缺陷的電力電纜進行實際局部放電源的定位研究，測試結(jié)果表明了該定位方法具有較高的定位精度，在實際工程中能取得較好的效果。

他們最后得到以下結(jié)論：

• 1）本方法利用相速度頻變特性改進了傳統(tǒng)相位差的局部放電定位方法，可有效提高局部放電源的定位精度。
• 2）傳統(tǒng)相位差方法需要對整個低頻頻帶進行相位展開，因此容易受噪聲干擾，導(dǎo)致定位失??；本方法考慮了染噪局部放電頻帶分布的特點，僅對局部放電信號主導(dǎo)頻段進行分析，因此可以有效減少噪聲對定位精度的影響。
• 3）相比于傳統(tǒng)的計算時延算法，本方法不需要確定波達時刻，因此定位精度受設(shè)備采樣率影響更小。
• 4）仿真結(jié)果表明，在20dB噪聲環(huán)境下，相比于MCCM、TPD，本方法定位結(jié)果分散性較小，同時平均定位誤差也較小，說明了本方法相比于傳統(tǒng)的局部放電定位方法具有更強的魯棒性。
• 5）實際測試結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)局部放電放電定位方法，本方法具有較高的定位精度，可以用于現(xiàn)場局部放電定位。

本文編自2021年第20期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標題為“考慮相速度頻變特性的改進相位差算法局部放電定位”，作者為饒顯杰、周凱 等。