一种电缆局部放电弱暂态检测方法、系统、设备及介质与流程

本技术涉及电力检测，尤其涉及一种电缆局部放电弱暂态检测方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、电力电缆是电力系统输电与配电的重要载体，其绝缘状态直接影响电网运行的安全性。电缆长期运行中，受电场、热应力、潮气侵入及制造缺陷等因素影响，绝缘内部易形成气隙、杂质、尖端等局部薄弱区域并引发局部放电。局部放电是绝缘劣化的重要早期表征，早期局部放电通常表现为持续时间短、能量较低的弱暂态脉冲。准确检测此类弱暂态信号，对于电缆缺陷的早期发现、运行风险评估和运维决策具有重要意义。

2、现有技术中，电缆局部放电弱暂态检测主要采用幅值阈值法、能量阈值法以及频域或时频分析方法。幅值阈值法和能量阈值法通过将监测信号的幅值或局部能量与固定阈值比较来识别放电事件，实现简单，但局部放电弱暂态脉冲幅值低、能量弱，在背景噪声较强时，有效放电脉冲可能低于固定阈值而被漏检，而现场开关操作、电磁干扰等产生的幅值较大的暂态脉冲又可能超过阈值而被误判为放电事件。频域分析和时频分析方法通过分析信号的频率分布特征识别放电，但短时弱暂态信号的频率特征容易受到噪声分布和分析参数选择的影响，难以从强背景噪声中稳定区分出弱放电脉冲。因此，现有检测方法在低信噪比条件下对弱暂态事件的检出能力不足，漏检和误检问题突出，检测结果的可靠性难以满足电缆绝缘状态在线监测的需求。

技术实现思路

1、本技术提供了一种电缆局部放电弱暂态检测方法、系统、设备及介质，能够解决现有技术在低信噪比条件下对弱暂态事件的检出能力不足的问题。

2、本技术一些实施例中提供了一种电缆局部放电弱暂态检测方法，包括：

3、获取电缆的局部放电监测信号在多个窗口尺度下的若干局部信号片段，对每一所述局部信号片段进行相空间重构，得到每一所述局部信号片段在多个嵌入维度下的相空间熵；其中，所述局部放电监测信号为在多个预设的采样时间点下采集获取；

4、根据所述局部信号片段在各相邻两个所述嵌入维度下的所述相空间熵的偏差值，构建各所述窗口尺度下的各所述局部信号片段的尺度突变因子；

5、根据各所述局部信号片段与各所述采样时间点的时间对应关系，以及各所述尺度突变因子，确定各所述窗口尺度下各所述采样时间点对应的熵差突变值；

6、对同一所述采样时间点在各所述窗口尺度下的所述熵差突变值进行加权融合，得到每一所述采样时间点对应的多尺度熵突变检测指标；

7、针对每一所述采样时间点，若所述采样时间点对应的各所述熵差突变值以及所述多尺度熵突变检测指标均满足各自对应的局部放电弱暂态判定条件，则判定所述采样时间点发生局部放电弱暂态事件。

8、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：由于采用多个窗口尺度对局部放电监测信号进行分段，并对各局部信号片段进行相空间重构得到多个嵌入维度下的相空间熵，使得对弱暂态的表征不再依赖信号的幅值或能量大小，而是依赖于局部放电脉冲引起的相空间轨迹分布结构的短时变化；进一步根据相邻嵌入维度下相空间熵的偏差值构建尺度突变因子，将该结构变化量化为突变强度，再依据时间对应关系将突变强度逐点还原至采样时间点序列并进行跨尺度加权融合，得到多尺度熵突变检测指标；最后以各尺度熵差突变值与融合指标共同满足局部放电弱暂态判定条件作为事件判据。由此，背景技术中幅值阈值法和能量阈值法在低信噪比条件下弱放电脉冲低于固定阈值而漏检、大幅值干扰脉冲超过阈值而误检的问题得以解决：一方面，弱放电脉冲虽幅值低，但其引起的相空间结构突变可被熵差偏差捕捉，提高了弱暂态的检出能力；另一方面，单一窗口尺度下的偶然噪声波动难以同时在多个尺度下形成一致的突变响应，多尺度融合与多重判据的结合抑制了噪声引起的虚警，达到了在强背景噪声环境下稳定、准确检出电缆局部放电弱暂态事件、降低漏检率与误检率的效果。

9、进一步地，所述对每一所述局部信号片段进行相空间重构，得到每一所述局部信号片段在多个嵌入维度下的相空间熵，包括：

10、针对每一所述嵌入维度，以预设的延迟步长为间隔从所述局部信号片段中抽取采样点，得到所述局部信号片段在所述嵌入维度下的若干相空间轨迹向量；

11、根据各所述相空间轨迹向量之间的距离关系，确定各所述相空间轨迹向量的邻域概率；

12、根据各所述邻域概率，确定所述局部信号片段在所述嵌入维度下的所述相空间熵。

13、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：由于采用按预设延迟步长对局部信号片段进行延迟嵌入得到相空间轨迹向量，将一维时域采样序列展开为能够表征局部动态演化结构的轨迹向量集合，使弱暂态脉冲引起的信号内部动态变化在相空间中呈现为轨迹分布的改变；进一步根据轨迹向量之间的距离关系确定邻域概率、由邻域概率确定相空间熵，将轨迹分布的集中或离散程度转化为可计算的标量指标。由此，弱暂态引起的相空间结构变化能够被量化为相空间熵的变化，为基于熵偏差构建突变因子提供了稳定、可比较的信号处理基础，保证了后续突变检测对弱放电暂态的敏感性。

14、进一步地，所述根据所述局部信号片段在各相邻两个所述嵌入维度下的所述相空间熵的偏差值，构建各所述窗口尺度下的各所述局部信号片段的尺度突变因子，包括：

15、针对每一所述嵌入维度，根据所述局部信号片段在所述嵌入维度与相邻的下一所述嵌入维度下的所述相空间熵的偏差值，确定每一所述局部信号片段对应的相空间熵差；

16、根据所述窗口尺度下与所述局部信号片段的若干相邻局部信号片段对应的所述相空间熵差，确定每一所述局部信号片段的第一局部背景统计量，并根据所述局部信号片段对应的所述相空间熵差相对于所述第一局部背景统计量的偏离程度，确定所述局部信号片段在所述嵌入维度下的熵差突变因子；

17、对所述局部信号片段在各所述嵌入维度下的所述熵差突变因子进行融合，得到所述局部信号片段对应的所述尺度突变因子。

18、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：由于采用相邻嵌入维度下相空间熵的偏差值确定相空间熵差，以嵌入维度递增过程中相空间结构的变化量替代单一嵌入维度下的熵绝对值，削弱了嵌入参数选择对检测结果的敏感性；进一步以相邻局部信号片段的相空间熵差确定第一局部背景统计量，并以当前片段相空间熵差相对于第一局部背景统计量的偏离程度确定熵差突变因子，使突变强度的度量以邻近信号自身的背景水平为基准，而非依赖预设的固定参考；最后对各嵌入维度下的熵差突变因子进行融合得到尺度突变因子。由此，在背景噪声水平随现场工况波动的场景下，突变因子能够自适应地突出当前片段相对于邻近背景的异常程度，降低了固定参考基准在噪声水平变化时造成的漏检与误检，提高了突变表征对现场噪声波动的适应能力。

19、进一步地，所述第一局部背景统计量，包括：第一局部背景中心值以及第一局部离散度；所述根据所述窗口尺度下与所述局部信号片段的若干相邻局部信号片段对应的所述相空间熵差，确定每一所述局部信号片段的第一局部背景统计量，并根据所述局部信号片段对应的所述相空间熵差相对于所述第一局部背景统计量的偏离程度，确定所述局部信号片段在所述嵌入维度下的熵差突变因子，包括：

20、将所述局部信号片段以及对应的各所述相邻局部信号片段的所述相空间熵差的中位数，作为所述局部信号片段的所述第一局部背景中心值；

21、将所述局部信号片段以及对应的各所述相邻局部信号片段的所述相空间熵差相对于所述第一局部背景中心值的中位绝对偏差，作为所述局部信号片段的所述第一局部离散度；

22、根据所述局部信号片段对应的所述相空间熵差与所述第一局部背景中心值的差值同所述第一局部离散度的比值，确定所述局部信号片段在所述嵌入维度下的所述熵差突变因子。

23、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：由于采用中位数作为第一局部背景中心值、中位绝对偏差作为第一局部离散度，并以相空间熵差与第一局部背景中心值的差值同第一局部离散度的比值确定熵差突变因子，使得背景统计量的计算不依赖均值和方差：当邻近片段中已存在未被识别的放电脉冲或强干扰尖峰时，中位数和中位绝对偏差对极端取值不敏感，背景基准不会被异常片段拉偏，偏离程度的比值归一化仍能以真实的背景离散水平为尺度衡量当前片段的突变强度。由此，避免了采用均值方差统计时异常片段污染背景基准导致的突变因子失真，保证了弱暂态与真实背景之间的区分度，提高了突变因子计算在含偶发强干扰信号环境下的鲁棒性。

24、进一步地，所述若所述采样时间点对应的各所述熵差突变值以及所述多尺度熵突变检测指标均满足各自对应的局部放电弱暂态判定条件，则判定所述采样时间点发生局部放电弱暂态事件，包括：

25、以所述采样时间点为中心截取预设长度的第一局部邻域，确定所述第一局部邻域内的各所述多尺度熵突变检测指标的第二局部背景统计量，并根据所述第二局部背景统计量确定每一所述采样时间点对应的第一自适应阈值；

26、针对每一所述窗口尺度，以所述采样时间点为中心截取所述预设长度的第二局部邻域，确定所述第二局部邻域内的各所述熵差突变值的第三局部背景统计量，确定所述采样时间点对应的第二自适应阈值，各所述窗口尺度对应独立的所述第二自适应阈值；

27、统计各所述窗口尺度下所述采样时间点对应的所述熵差突变值大于对应的所述第二自适应阈值的窗口尺度数量；

28、若所述采样时间点对应的所述多尺度熵突变检测指标大于所述第一自适应阈值，且所述窗口尺度数量达到预设的一致性判定阈值，则判定所述采样时间点发生局部放电弱暂态事件。

29、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：由于采用以采样时间点为中心截取局部邻域、根据邻域内指标的第二、第三局部背景统计量逐点确定第一自适应阈值和各窗口尺度独立的第二自适应阈值，使得判定阈值随采样时间点的局部噪声背景动态变化，而非全时段固定；进一步统计各窗口尺度下熵差突变值超过对应第二自适应阈值的窗口尺度数量，并要求融合指标超过第一自适应阈值且该数量达到一致性判定阈值方可判定事件。由此，在噪声背景随时间起伏的场景下，阈值曲线能够跟随局部噪声水平自动升降，避免了固定阈值在噪声抬升段的误检和噪声降低段的漏检；同时，真实放电暂态的脉冲宽度会在多个窗口尺度下同时产生超阈值响应，而单尺度随机噪声尖峰难以满足多尺度一致性条件，从判定逻辑上进一步滤除了随机噪声引起的虚警，提高了事件判定的可靠性。

30、进一步地，所述对同一所述采样时间点在各所述窗口尺度下的所述熵差突变值进行加权融合，得到每一所述采样时间点对应的多尺度熵突变检测指标，包括：

31、根据各所述窗口尺度下的所述熵差突变值在所述采样时间点序列上的周期重复特征，确定重复突变位置；

32、根据所述重复突变位置处的局部波形相似性，识别周期性暂态干扰对应的第一采样时间点；

33、对所述第一采样时间点在各所述窗口尺度下的所述熵差突变值进行抑制，并对同一所述采样时间点在各所述窗口尺度下的抑制后的所述熵差突变值进行加权融合，得到每一所述采样时间点对应的所述多尺度熵突变检测指标。

34、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：由于采用各窗口尺度下熵差突变值在采样时间点序列上的周期重复特征确定重复突变位置，并结合重复突变位置处的局部波形相似性识别周期性暂态干扰对应的第一采样时间点，使周期性干扰的识别同时满足时序上重复出现与波形形态相似两个条件；进一步对第一采样时间点在各窗口尺度下的熵差突变值进行抑制后再加权融合。由此，现场开关操作、电力电子器件动作等产生的周期性暂态干扰虽能在相空间熵差上形成类似放电的突变响应，但其固有的周期重复性和波形一致性可被识别并在融合前予以衰减，避免了此类干扰经多尺度融合放大后被误判为放电事件，降低了周期性暂态干扰引起的误报率，同时非周期性的真实放电暂态因不满足周期重复条件而不受抑制影响，保证了弱放电事件的检出不受影响。

35、进一步地，所述根据各所述局部信号片段与各所述采样时间点的时间对应关系，以及各所述尺度突变因子，确定各所述窗口尺度下各所述采样时间点对应的熵差突变值，包括：

36、根据各所述局部信号片段与各所述采样时间点的所述时间对应关系，确定各所述采样时间点各自对应的若干覆盖局部信号片段；其中，所述覆盖局部信号片段为覆盖所述采样时间点的所述局部信号片段；

37、针对每一所述窗口尺度下的每一所述采样时间点，将所述采样时间点对应的各所述覆盖局部信号片段的所述尺度突变因子中的最大值，作为所述采样时间点对应的所述熵差突变值。

38、相比现有技术，上述实施例具有以下有益效果：由于采用时间对应关系确定覆盖各采样时间点的覆盖局部信号片段，并取覆盖同一采样时间点的各覆盖局部信号片段的尺度突变因子中的最大值作为该采样时间点的熵差突变值，使得滑动分段产生的重叠覆盖关系被用于突变强度的逐点竞争取值：当弱放电暂态脉冲仅落在某一片段的局部位置而被该片段完整捕捉时，该片段的高突变响应不会被其他未覆盖脉冲主体的重叠片段所稀释。由此，避免了采用平均值等聚合方式时脉冲响应被邻近背景片段平摊削弱的问题，保证了弱暂态引起的峰值突变在逐点序列中得以完整保留，提高了后续阈值比较与多尺度一致性判定对弱放电脉冲的响应灵敏度。

39、本技术另一实施例还提供了一种电缆局部放电弱暂态检测系统，所述电缆局部放电弱暂态检测系统用于实现如本技术电缆局部放电弱暂态检测方法的步骤。

40、本技术另一实施例还提供了一种终端设备，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时，实现如本技术电缆局部放电弱暂态检测方法的步骤。

41、本技术另一实施例还提供了一种计算机可读存储介质项，包括：存储的计算机程序，在计算机程序运行时，控制计算机可读存储介质所在的设备执行如本技术电缆局部放电弱暂态检测方法的步骤。