一种基于运行态编码校准脉冲的高压电缆局放行波通道在线标定与源波形恢复方法及系统与流程

本发明涉及高压电缆在线监测、电缆局部放电检测、高频暂态行波测量或电缆附件状态评估，具体涉及一种基于运行态编码校准脉冲的高压电缆局放行波通道在线标定与源波形恢复方法及系统。

背景技术：

1、高压电缆线路通常由电缆本体、中间接头、终端、交叉互联箱和护层接地系统共同组成。局部放电产生的高频暂态脉冲会沿导体、绝缘屏蔽、金属护套和接地回路传播，测得的局放行波不仅与放电源本身有关，还受到电缆本体频率相关衰减、附件阻抗不连续、护层接地结构和传感器频响的共同影响。

2、现有局放行波定位和传播特性分析多依赖离线电缆参数、固定传播速度、固定衰减曲线或仿真模型。实际运行中，电缆负荷、温度、接地方式、附件安装差异和绝缘老化会使线路传输通道随时间发生变化。若仍采用固定通道参数，容易导致波头到达时刻偏移、局放视在幅值估计失真和附件位置误判。

3、另一方面，电缆附件早期受潮、界面气隙、屏蔽连接松动或接触电阻增大，往往先表现为反射峰、拖尾能量和高频衰减的缓慢变化。仅在出现明显局放事件后再分析波形，难以稳定区分局放源变化与通道变化。

技术实现思路

1、为克服上述现有高压电缆局放行波定位中依赖固定传播速度、离线通道参数和简化衰减模型，难以反映电缆实际运行状态变化的问题，本发明提供一种基于运行态编码校准脉冲的高压电缆局放行波通道在线标定与源波形恢复方法及系统，在不停电条件下主动获取运行态通道响应，并利用该运行态通道响应对真实局放波形进行传播补偿和源波形恢复，能够在线反映电缆运行状态下的实际传输通道特性，降低电缆色散、附件反射、护层接地状态变化和传感器频响差异对局放定位的影响，提高高压电缆局放源定位与附件状态评估的准确性和可靠性。

2、根据本发明说明书的一方面，提供了一种基于运行态编码校准脉冲的高压电缆局放行波通道在线标定与源波形恢复方法，包括：步骤1：在高压电缆带电运行状态下，向选定注入端口注入编码校准脉冲，并在选定采集测点同步采集校准响应信号；步骤2：基于由已知编码校准脉冲离散参考序列构造的匹配相关序列，对采集到的校准响应信号进行相关解调，获得所述选定注入端口至所述选定采集测点的运行态通道脉冲响应，并将所述运行态通道脉冲响应跟健康状态基准通道响应进行比较，得到通道变化量；步骤3：在捕获到真实局部放电行波事件时，调用与所述真实局部放电行波事件时间相邻的运行态通道脉冲响应，对所述选定采集测点的局放实测波形进行正则化反卷积和传播补偿，以恢复局放源等效原始脉冲；步骤4：根据所述局放源等效原始脉冲和通道变化量，输出目标局放位置、定位置信度、缺陷所属区段和附件状态评估结果。

3、进一步地，步骤2包括：对所述校准响应信号进行预处理；利用与所述编码校准脉冲对应的已知编码校准脉冲离散参考序列构造匹配相关序列，并利用所述匹配相关序列对预处理后的校准响应信号进行相关解调，获得匹配相关输出；根据所述匹配相关输出估计所述选定注入端口至所述选定采集测点的运行态通道脉冲响应；结合线路拓扑、附件位置对应的理论时延窗口、局部峰值及拖尾特征，从所述运行态通道脉冲响应中识别直达传播分量、附件反射分量和护层耦合分量；将所述直达传播分量、附件反射分量和护层耦合分量，分别与健康状态基准通道响应中的对应分量进行对齐比较，得到通道变化量，包括到达时延变化、主峰幅值变化、拖尾能量变化、反射峰位置变化和频带衰减变化。

4、进一步地，所述选定注入端口包括若干注入端，每一注入端对应一个候选局放位置，候选局放位置位于所述选定注入端口所在附件或关联区段内；所述选定采集测点包括若干测点，所述选定注入端口至所述选定采集测点的运行态通道脉冲响应包括每一注入端至各测点的运行态通道脉冲响应。

5、进一步地，步骤3包括：步骤3.1：建立局放实测波形、运行态通道脉冲响应和局放源等效原始脉冲之间的卷积关系；步骤3.2：调用与所述真实局部放电行波事件时间相邻的每一注入端至各测点的运行态通道脉冲响应，分别对相应测点的局放实测波形进行正则化反卷积和传播补偿，以得到由各个测点单独恢复的局放源等效原始脉冲；步骤3.3：基于各测点的局放实测波形及对应的运行态通道脉冲响应进行多测点联合恢复，并将各测点单独恢复的局放源等效原始脉冲作为初值或一致性参考，以得到对应候选局放位置的局放源等效原始脉冲；步骤3.4：重复步骤3.2~3.3，直至得到所有候选局放位置的局放源等效原始脉冲。

6、进一步地，多测点联合恢复对应的公式为：

7、，

8、式中，表示候选局放位置xi下多测点联合恢复得到的局放源等效原始脉冲，表示最小化，表示离散序列的二范数平方，表示第m个测点的局放实测时域波形，表示候选局放位置xi下第m个测点的通道脉冲响应，s表示待优化的源波形，表示平滑正则化项的权重系数，l为差分或平滑算子,表示源波形约束项权重，为源波形约束项；m表示测点的数量。

9、进一步地，步骤4包括：构造同时考虑传播补偿残差、多测点源波形一致性和补偿后到达时刻差的目标函数；基于各个候选局放位置的局放源等效原始脉冲及其多测点源波形一致性、补偿后到达时刻差，计算各个候选局放位置的目标函数值；将最优目标函数值对应的候选局放位置确定为目标局放位置，并根据所述目标局放位置确定缺陷所属区段；根据最优目标函数值、次优目标函数值和多测点源波形一致性确定定位置信度；结合通道变化量判断异常附件，并输出附件状态评估结果，包括绝缘界面劣化风险、受潮风险、屏蔽连接异常风险或接触电阻增大风险。

10、进一步地，所述目标函数的表达式为：

11、，

12、其中，表示候选局放位置xi对应的综合目标函数值，表示候选局放位置xi至第m个测点的通道脉冲响应，表示候选局放位置xi对应的局放源等效原始脉冲，表示候选局放位置对应的多测点源波形一致性，p和q表示测点，为补偿后各测点到达时刻差向量，为候选局放位置对应的理论到达时刻差向量，和为权重，表示离散序列的二范数平方，m表示测点的数量。

13、进一步地，在向选定注入端口注入编码校准脉冲之前，所述方法还包括：若监测到开关操作、雷电过电压、接地故障扰动、护层保护器动作、局放事件密集发生或信号采集通道饱和，则本次编码校准脉冲的注入被闭锁；若各信号采集通道处于正常量程且背景噪声满足设定条件，则允许执行本次编码校准脉冲的注入。

14、进一步地，向选定注入端口注入编码校准脉冲，包括：生成最大长度序列、戈尔德序列、扎多夫-楚序列、线性调频序列或相位编码脉冲串形式的编码校准脉冲；通过电容耦合、感应耦合或脉冲变压器耦合方式将所述编码校准脉冲注入所述选定注入端口。

15、根据本发明说明书的一方面，提供了一种基于运行态编码校准脉冲的高压电缆局放行波通道在线标定与源波形恢复系统，包括：编码脉冲发生单元，用于生成编码校准脉冲；隔离耦合注入单元，用于在高压电缆带电运行状态下，向选定注入端口注入编码校准脉冲；多测点同步采集单元，用于在选定采集测点同步采集校准响应信号；相关解调单元，用于基于由已知编码校准脉冲离散参考序列构造的匹配相关序列，对采集到的校准响应信号进行相关解调，获得所述选定注入端口至所述选定采集测点的运行态通道脉冲响应；通道基准管理单元，用于将所述运行态通道脉冲响应跟健康状态基准通道响应进行比较，得到通道变化量；源波形恢复单元，用于在捕获到真实局部放电行波事件时，调用与所述真实局部放电行波事件时间相邻的运行态通道脉冲响应，对所述选定采集测点的局放实测波形进行正则化反卷积和传播补偿，以恢复局放源等效原始脉冲；定位状态评估单元，用于根据所述局放源等效原始脉冲和通道变化量，输出目标局放位置、定位置信度、缺陷所属区段和附件状态评估结果。

16、上述技术方案，通过在高压电缆带电运行条件下向选定注入端口注入低能量宽频编码校准脉冲，利用相关解调获取选定采集测点在当前运行状态下的通道脉冲响应，并将其用于真实局放行波信号的传播补偿与正则化反卷积，从而恢复局放源等效原始脉冲。与传统仅依靠单一到达时刻、幅值衰减或理论传输参数的方法相比，本发明能够实时表征电缆本体、附件结构、护层接地回路及传感器链路共同作用下的实际传输特性，降低色散、衰减、反射和测量通道差异对定位结果的影响；同时可根据通道变化量识别附件反射增强、拖尾能量增加和高频衰减加剧等异常趋势，为局放定位修正、缺陷区段判别和电缆附件状态评估提供依据。本方法具有在线标定能力强、定位可靠性高、抗噪声性能好、适用于复杂附件线路和工程推广性强等优点。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、（1）通过运行态编码校准脉冲主动获取现场实际通道响应，不依赖固定离线参数，从而能够降低固定波速、固定衰减模型和离线参数偏差对高压电缆局放行波定位的影响。

19、（2）通过相关解调提高低能量校准脉冲在噪声背景下的可提取性。

20、（3）通过通道脉冲响应对真实局放波形进行反卷积补偿，提高源波形恢复和定位修正的可靠性。

21、（4）通过长期跟踪通道变化量，可在局放异常显著恶化前识别附件状态趋势。