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摘要：由于许多传统的高压电缆的局部放电通常比较隐蔽，这造成电缆经常出现故障问题，本文针对此类问题，提出了电缆的在线监测技术。根据电缆运行过程中发生局部放电的机理以及放电特征的提取，文章从系统的硬件以及软件两个方面做以探讨。在硬件方方面，设计了局部放电信号提取电路和温度信号采集电路；在软件方面，通过采用一种改进的均值聚类+支持向量机的特征提取与分类智能算法，我们就可以更加便捷的对电缆的局部放电进行提取以及对可能发生故障的识别。最后，对监测系统软件界面进行设计的设计做以介绍，希望对相关行业的人员有所指导。
关键字：高压电缆；局部放电；在线监测；均值聚类；支持向量机
前言：随着现代电力技术的不断发展，过去空中架起的电力运输线路逐步成为历史，配电电缆成为城市高压电输送的主力军。因此，从某种角度来讲，高压电力电缆运输的可靠性将直接影响整个电力系统的安全。但在长期运行中，电力电缆受到环境因素、自身材料因素等影响，一旦出现故障，其检修将是非常繁重且复杂的问题，由此所带来的损失也是不可估量的。对此，加强地下输电电缆的科学检测，减少配电检修工作的难度，具有极大的紧迫性。在配电检修中，局部放电是电力故障经常出现的问题，也是当前配电检修中的难点。同时传统局部放电检修工作中，是通过构建物理数学模型，再通过特征提取和分析，实现对局部放电的识别。对此，本文则以配电电缆中常用的交联聚乙烯电缆局部放电为例，提出一种基于高频传感器采集的监测技术，并利用均值聚类+支持向量机算法对特征进行提取和分类。
1.高压电缆实时状态信息获取的必要性：
近年来，随着新技术的不断引进和我国交联电缆制造水平的提高， 电力电缆在使用数量和电压等级上都得到了飞速发展， 同时高压交联聚乙烯电缆的使用也日渐广泛。但与此同时， 国内的交联电缆故障率仍然是发达国家的数倍。因此，必须对高压交联电缆绝缘故障情况予以充分重视，并采取必要的技术手段降低电缆绝缘故障的风险。
对高压电气设备实施状态检修是大势所趋，实施状态检修的基础是获取设备的实时状态信息。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆相对于其他设备， 电缆实时状态信息的获取更为重要、 难度也更大， 这是因为: ( 1) 电缆与其他设备不同，电缆本体在厂内制作，而电缆接头要在现场安装，现场施工质量受人为工艺、 安装环境的影响，可能达不到工厂内的质量控制要求，所以电缆接头往往成为电缆系统的薄弱点; ( 2) 电缆，特别是高压输电电缆的运行时间短、 运行维护经验较少，对其绝缘特性的研究也需要进一步深入;
( 3) 目前普遍采用的交联聚乙烯绝缘电缆， 其故障特点是突发性大、 往往绝缘击穿前没有任何征兆; ( 4) 电缆安装在地下， 距离很长， 不论巡视、 带电检测、 检修都耗时耗力， 不易实施; ( 5) 由于试验设备容量等原因， 国内对高压电缆在停电时普遍不进行主绝缘交流耐压试验， 这样就不能对主绝缘的状态进行考核检验。当前， 各种在线、 离线状态检测技术应运而生， 极大 地 推 进 高 压 电 缆 状 态 检 修 技 术 进 步。同时， 各种状态检测技术的有效性、 经济性和可操作性一直困扰着高压电缆状态检修策略优化决策。
2.局部放电产生机理：
局部放电通常会使得电缆击穿发生， 但配电电缆因为局部放电问题发展到最后被机床， 大多需要经历电热的综合多重反应。关于局部放电问题的定义，在 GB7354－2003 标准中则进行了具体的阐述: 部分桥接的电气在导体间绝缘放电， 无论是否在导体的附近放电都会发生。局部放电指绝缘系统在电场的作用下，将绝缘材料击穿，并导致部分区域出现放电的情况。如果长期局部放电， 其损失会随着时间的推移而逐步变大，最终击穿绝缘材料。在配电电缆中，局部放电是常见的问题，但是也是最难发现的一种故障。而产生局部放电的原因， 通常是在生产或安装的过程中，电缆绝缘体内部存在杂质、 水树或者出现残留气泡所引起。
而电缆由于自身缺陷的影响， 导致平均场强要远高于缺陷区域，由此放电现象很容易发生在这些区域，从而出现局部放电，因伴随局部放电， 该缺陷区域内温度也将逐步地升高，随着时间的推移，出现击穿现象。
3.电缆状态监测系统设计：
（1）硬件部分设计：
a:设计思路:在对局部放电的监测中，除监测局部放电信号以外， 还必须对温度进行监测。研究认为， 如果电缆线路中出现局部放电，会产生极其微弱的脉冲信号，如果该信号能够通过接地线上检测到，那么就可以判断出该位置存在局部放电现象。同时局部放电产生的信号时非常微弱的，如直接进行采集， 将大大降低检测的准确度。为解决该问题， 通常会增加一个放大电路，对信号进行放大，提高信号检测的质量。
b:传感器选择:针对上述的设计思路，系统选取两种传感器，一种为高频传感器，一种为特高频传感器。其中高频传感器的原理通过接地线即可完成对电缆局部放电信号的检测， 而不需要深入到电缆线的内芯。
c:放大电路设计:研究认为局部放电信号是非常微弱的， 即便采用高灵敏度的传感器，也不能得到准确的局部放电信号。对此， 在对该信号采集中，设计一个信号放大电路，同时也引入带通滤波电路，从而增强信号的稳定性。
（2）系统软件部分设计：
a:软件部分设计思路：在采集到的局部放电信号后， 还必须对信号进行一定的
分类，并根据信号特征将其进行分类识别。同时，研究认为在实际的应用中，局部放电信号源是很多，而为了提高信号特征分类的准确度，提出一种基于模糊聚类算法，然后再对分类后的信号特征进行故障判断。
b；模糊聚类改进：通常认为完整的配电线路局部放电会产生多个不同的信号源，从而得到不同的信号类型。在完成信号的搜集和预处理后，如何对不同上述不同来源的信号进行处理，从而提高故障识别的准确度成为重点， 即聚类分析问题。传统的聚类包括基于等价、 谱系聚类、 基于目标函数等。前两种主要用于少量的数据聚类，最后一种则是将聚类问题转换为非线性规划问题，从而求取最优解。
4.结束语：
本文结合电缆检修存在的局部放电问题， 通过利用高频法和高频传感器对局部放电信号进行采集。同时针对信号特征提取中存在的聚类问题， 提出一种动态 C 均值聚类更新算法，以此得到最优聚类中心。最后应用支持向量机算法对提取到的特征进行识别，大大提高了配电检修的自动化水平。
参考文献：
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[3]张丽，李红雷.高压电缆状态检测技术有效性研究[J].华东电力.2012（01）
[4]谭家祺.配电线路中电缆状态监测技术研究[J].自动化与仪器仪表.2016（12）
论文作者:钱晓明
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/1
标签：电缆论文; 局部论文; 信号论文; 状态论文; 高压论文; 在线论文; 交联论文; 《防护工程》2018年第35期论文;