考慮相速度頻變特性的改進相位差算法局部放電定位

饒顯杰 周 凱 黃永祿 汪先進 謝 敏

考慮相速度頻變特性的改進相位差算法局部放電定位

饒顯杰1周 凱1黃永祿1汪先進1謝 敏2

（1. 四川大學電氣工程學院 成都 610065 2. 國網無錫供電公司 無錫 214000）

電力電纜局部放電（PD）源的精確定位對于保障城市電網的穩定運行具有重要意義。針對傳統相位差算法的定位精度受相速度頻變效應和噪聲影響大的問題，該文提出一種改進相位差算法用于電纜局部放電定位，該方法考慮了相速度頻變效應和PD頻帶分布特點，因此擁有更高的定位精度，同時具有較好的抗噪能力。首先，介紹該方法的基本原理，該方法選取PD的頻帶范圍進行相位差展開，并利用電纜的相速度對相位差進行修正以完成局部放電源定位；然后，在Matlab軟件中搭建仿真模型，證實了該方法的可行性；最后，在實驗室中用該文所提方法對250m含缺陷的電力電纜進行實際局部放電源的定位測試。仿真和實測結果表明，所提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。

電力電纜 局部放電 相位差 相速度 定位精度

0 引言

近年來，伴隨著我國城市電網的高速發展，城市電網的輸電系統開始大量地使用交聯聚乙烯（Cross- Linked Polyethylene, XLPE）電力電纜[1-2]。惡劣復雜的敷設環境和不規范的施工操作均可能導致電力電纜中出現局部缺陷，進而引發停電事故，影響城市電網正常運行[3-4]。局部放電（Partial Discharge, PD）源的精準定位技術可以有效確定電力電纜中局部缺陷位置，從而指導運維人員對該位置進行重點監測或更換設備，以保證輸電系統的正常工作[5-6]。

目前，國內外大多數學者通過確定PD信號的波達時刻來計算PD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[7]、峰值法[8]、能量法[9]和互相關算法[10]。閾值法通過設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PD信號具有環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。互相關算法借助PD波形之間的相關性確定時延，可以有效減少人為因素和環境噪聲的影響，文獻[11]在互相關算法的基礎上考慮了相速度頻變效應，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備采樣率的影響。

相位差算法[12]借助PD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PD信號的波達時刻，因此可以有效減少設備采樣率對定位精度的影響。但是傳統相位差（Traditional Phase Difference, TPD）算法并未考慮相速度頻變效應，因此實際定位結果較差；通過更深一步研究發現，傳統相位差算法受環境噪聲影響大，難以有效定位振蕩型局部放電。文獻[13]提出了PD波形截取窗的優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。文獻[14]提出預先進行小波去噪以提高定位精度，但是實際測試中PD波形存在隨機性，難以選擇最優的小波基、分解層數和閾值，可能會造成較差的去噪效果，影響定位精度。

綜上所述，本文在前人研究的基礎上提出一種考慮相速度頻變效應的改進相位差（Improved Phase Difference, IPD）算法用于電力電纜局部放電源定位，該算法首先確定PD波形的信號主導頻帶，然后將設定頻帶中PD波形的相位和電纜的相速度進行結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，該方法減少了設備采樣率和相速度頻變效應對定位精度的影響，同時提高了傳統相位差算法的抗噪能力。本文首先對TPD的基本原理進行闡述，并指出該方法在進行局部放電源定位時存在的問題；然后介紹IPD的基本原理，并且使用Matlab軟件進行電纜中局部放電源的定位仿真測試，說明了該方法的可行性；最后在實驗室中對250m含缺陷的電力電纜進行實際局部放電源的定位研究，測試結果表明了本文算法的有效性。

1 局部放電定位分析

1.1 傳統相位差算法

單端PD測試系統由于不要求時間同步裝置，可以有效削減成本，因此實際工程中局部放電源定位系統大量采用單端PD測試的方式[15]，其測試系統示意圖如圖1所示。圖中，和分別為PD源距測試端距離和電纜長度。當電纜中產生局部放電之后，局部放電源位置處會生成兩個脈沖信號，一個會直接到達測試端A，該脈沖信號被稱為直達波1；另一個會由相反方向到達對端B，在B處經過反射再到達A，該脈沖信號被稱為反射波2。

圖1 單端PD測試系統示意圖

TPD首先進行PD脈沖分離操作，其具體過程如圖2所示，該操作將局部放電脈沖1和2進行時域分離得到波形1和2；接著將1和2整個頻段的相位差[12]展開；最后將展開后的相位差結合固定的相速度實現局部放電源定位。其具體計算步驟如下所示：

（1）計算1和2的頻域形式1和2，即

式中，為頻率；為時間；為采樣窗口時長。

圖2 PD脈沖分離示意圖

式中，*為取共軛。

1.2 改進的相位差算法

由于實際電纜中相速度具有頻變特性[11]，因此TPD采用固定的相速度進行局部放電定位會引起定位誤差；實際采集的PD信號主導頻帶的分布具有不確定性，同時測試環境噪聲較大，實測振蕩型PD波形的時域和頻域形式如圖3所示，這會影響TPD的相位展開結果，可能導致定位失敗。因此本文提出IPD用于局部放電定位，以解決原有TPD中存在的問題，提升定位精度。其具體計算步驟如下所示：

（1）計算1、2的幅頻譜，利用1確定PD的頻域范圍。為了自適應地確定PD信號主導頻帶，首先確定1的幅頻譜中最大值peak及其對應頻率peak，對于脈沖型局部放電而言，下限頻率min設置為0，由peak向高頻方向搜索幅值小于Mpeak的第一個頻率位置記為上限頻率max；對于振蕩型局部放電而言，分別由peak向低頻方向和高頻方向搜索幅值小于Mpeak的第一個頻率位置記為min和max。為閾值系數，可以根據當前的環境噪聲水平進行調節，本文選為0.3。圖3所示振蕩型PD信號的主導頻帶的計算結果如圖4所示。

圖3 實測振蕩型PD波形的時域和頻域形式

圖4 振蕩型PD信號主導頻帶

對比1.1節和1.2節可以看出，本文所提算法一方面考慮了PD信號主導的頻段范圍，削弱了環境噪聲的影響，提高了相位展開操作的準確性和成功率；另一方面考慮了相速度頻變效應，將定位精度進一步提高。值得說明的是，由于PD信號在長距離電纜中存在能量衰減嚴重的問題，因此當電纜長度過長和原始PD信號幅值過小時，測試端難以有效采集1和2脈沖，此時本文方法難以確定PD源位置。

2 仿真分析

2.1 仿真模型

本文采用Matlab軟件對IPD的性能進行仿真分析，該仿真選擇長度為1 000m的10kV XLPE電纜模型，其參數[11]見表1。需要說明的是，該模型的纜心材料選擇為銅，同時金屬屏蔽層是由纏繞銅帶形成的，因此纜心和金屬屏蔽層的電阻率是相同 的，均為銅的電阻率。該模型的單位長度內電阻（W/m）、電感（H/m）、電導（S/m）和電容（F/m）分別[16-17]為

表1 仿真電纜模型參數

Tab.1 The parameters of simulated cable model

使用電纜的傳遞函數[18]計算PD信號傳播距離后的波形()為

當電纜中信號的頻率發生變化時，電纜中單位電容和電感的數值也會跟著改變，造成相速度的頻變特性[19]。因此本文可以通過式（9）和式（11）對頻變的相速度進行模擬，得到本文模型中相速度如圖5所示。從圖5中看出，隨著頻率的升高，模型中電纜的相速度也在增加并且逐漸趨于定值，即本文模型對頻變的相速度進行了有效的模擬。

圖5 仿真電纜模型的相速度

2.2 PD模型

由文獻[20-21]可知，通常采用雙指數衰減和雙指數衰減振蕩兩種脈沖形式模擬電纜中PD信號，分別為

在該電纜模型中=500m位置分別注入式（14）和式（15）所示的模擬PD信號，此時測試端采集得到PD波形如圖6所示。觀察圖6可知，雙指數衰減脈沖和雙指數衰減振蕩脈沖均發生了畸變現象，這是由于PD信號在電力電纜中存在明顯的衰減和色散現象[11]，同時圖6中波形的時間間隔大小和設備采樣率息息相關。在PD波形畸變現象和波形時間間隔的影響下，傳統PD信號波達時刻的確定方法難以準確計算局部放電的延遲時間，此時局部放電源的定位誤差較大，而相位差方法不用確定時域波形的特征點位置，因此定位效果更佳。

圖6 測試端測得仿真PD信號的時域波形

2.3 定位分析

由于實際測試的PD波形中含有較大噪聲，因此在圖6的局部放電波形中疊加信噪比為20dB的高斯白噪聲以模擬實際測試的PD波形，得到染噪波形如圖7所示。對圖7所示的波形進行定位分析，首先將直達波和反射波從圖7中分離出來，其分離過程如圖2所示，然后分別使用傅里葉變換得到直達波和反射波的幅頻特性曲線如圖8所示。從圖8中可以看出，在脈沖型局部放電的頻帶中，局部放電占據整個較低頻帶，在較高頻帶中，噪聲占據主導作用；在振蕩型局部放電的頻帶中，局部放電僅占據某一段頻帶，在較高或較低的頻帶中均是噪聲占據主導作用。利用1.2節所述技術得到圖8中脈沖型局部放電的PD主導頻帶為0～3.40MHz，振蕩型脈沖型局部放電的PD主導頻帶為6.66～13.26MHz。

圖7 測試端測得仿真染噪PD信號的時域波形

圖8 測試端測得仿真染噪局部PD的頻域波形

利用TPD對兩類局部放電信號進行處理，由于TPD只能對局部放電信號整個低頻頻段進行相位展開分析，因此脈沖型局部放電的頻帶選為0～3.40MHz，振蕩脈沖型局部放電的頻帶選為0～13.26MHz，校準相速度選為197m/ms，得到局部放電源估計位置和頻率的關系如圖9所示。從圖9中可以看出，TPD雖然能夠定位脈沖型局部放電，但是在相速度頻變效應的影響下，低頻段的估計位置分散性較大，產生和標準定位曲線的偏差，影響定位結果。對于振蕩型局部放電而言，不僅相速度頻變效應會干擾定位結果，而且該類局部放電的有效信息通常隨機分布在某一段較窄的頻帶中，在該頻段中PD信號占主導地位，其余部分會由噪聲占主導地位，而TPD只能對整個較低頻段進行相位展開，所以TPD在噪聲干擾下容易定位失敗，如圖9b所示。

圖9 傳統相位差算法的定位函數曲線

綜上所述，TPD的定位精度受噪聲和相速度頻變效應的影響較大，而且嚴重時會導致定位失敗。因此本文提出了IPD用于解決上述問題，為了驗證IPD的有效性，做出IPD的定位曲線和標準定位曲線如圖10所示，其中，脈沖型局部放電的頻帶選為0～3.40MHz，振蕩型脈沖型局部放電的頻帶選為6.66～13.26MHz。從圖10中可以看出，相比于TPD，IPD和標準定位的曲線更契合，定位精度更高，并且不存在TPD中定位失敗的問題。這是由于IPD僅對PD主導頻段的信號進行相位展開分析，削弱了噪聲的影響，提高了定位準確性，因此相比于TPD有著更強的抗噪能力。

不失一般性，對信噪比為20dB的圖7染噪PD信號進行蒙特卡洛模擬100次，得到TPD、改進的互相關算法（Modified Cross-Correlation Method, MCCM）[11]和本文提出的IPD的定位統計結果如圖11所示，其平均定位結果見表2。從圖11中可以看出，MCCM、TPD和IPD均可以有效定位脈沖型局部放電，其中，MCCM和IPD均考慮了相速度頻變效應，因此定位效果更好；另一方面，TPD和IPD不需要去確定時域波形上的特征點位置，因此，可以顯著削弱采樣間隔的影響（采樣周期是5ns，參考相速度為197m/ms，此時采樣數據間隔誤差為197m/ms，5ns≈0.99m，當采樣周期增加時，該誤差會更大）。因此，IPD對于脈沖型局部放電有著最好的定位效果。對于振蕩型局部放電而言，IPD相較與MCCM、TPD有更好的定位效果，TPD在噪聲的干擾下無法有效確定局部放電源位置，定位失敗；MCCM在設備采樣率影響下定位結果分散性較大，同時該方法需要事先進行粗略定位。值得說明的是，圖11和表2均為20dB噪聲環境下的測試結果，從圖11中可以看出，IPD的定位結果分散性較小，同時從表2中可以看出，其平均定位誤差也較小，可見，IPD具有一定的抗噪能力。綜上所述，相比于傳統的MCCM和TPD，本文所提的IPD定位效果更佳。

圖10 改進相位差算法的定位函數曲線

圖11 20dB下當d=500m時不同方法的定位統計結果

為了進一步說明IPD的有效性，在20dB的噪聲環境下，分別在電纜=300m和=700m位置注入局部放電脈沖，即改變PD源位置，蒙特卡洛模擬100次，得到MCCM、TPD和IPD定位統計結果如圖12和圖13所示。對比圖11～圖13可以發現，在不同PD源位置的情況下，其定位統計結果基本一致，因此結論和=500m時一致，本文不再贅述。

表2 20dB下仿真數據下不同方法平均定位結果

Tab.2 Average location results for different location methods under 20dB （單位: m）

圖12 20dB下當d=300m時不同方法的定位統計結果

圖13 20dB下當d=700m時不同方法的定位統計結果

3 實測分析

3.1 電纜相速度測試

目前國內外學者已經對的測量技術進行了大量研究[22]，該測量技術已經相當成熟，其按照測量方式的不同分為時域法和頻域法，具體測量方法分別見文獻[18]和文獻[11]。在實際現場中，當電纜停運時可以測試其相速度并保存數據，用于后期在線局部放電測試定位；或者在進行離線局部放電測試之前先測試其相速度，再進行離線局部放電測試定位。鑒于目前電纜中測試技術已經相當成熟，因此，電纜相速度測試工作是便于操作的，即本文方法的通用性可以得到保障。本文采用文獻[11]中頻域法對10kV電纜80MHz以內的相速度進行測試，結果如圖14所示。

3.2 振蕩波局部放電源定位

本文采用振蕩波局部放電測試系統[23]進行實際電纜中局部放電源的定位測試，系統原理如圖15所示。該測試系統首先對缺陷電纜進行充電，然后通過回路放電產生阻尼振蕩電壓波，使電纜中缺陷位置處產生局部放電，PD采集單元得到測試端的局部放電信號，進而用于局部放電源定位。圖15中缺陷電纜的長度為250m，缺陷位置為距測試端100.5m，缺陷類型為高壓尖端缺陷，如圖16所示。圖15中，高壓直流電源的電壓為22kV，PD采集單元的采樣率為200MHz，PD采集單元得到的PD信號如圖17所示。

分別利用傳統相位差、改進互相關和改進相位差算法進行如圖17所示的PD信號定位處理，由于該PD信號含有較強的噪聲，因此需要進行頻帶選取處理，用1.2節所述技術得到PD主導頻帶為1～3.43MHz，因此傳統相位差算法的處理頻段選為0～3.43MHz，校準相速度定為167m/ms，改進互相關和改進相位差算法的頻段選為1～3.43MHz，得到實測數據下不同方法定位結果比較見表3。

圖15 振蕩波局部放電檢測系統原理

圖16 電纜的高壓尖端缺陷

圖17 實測PD信號

表3 實測數據下不同方法定位結果比較

Tab.3 Comparison of location results for different location methods based on measured data （單位: m）

從表3中可以看出，傳統相位差算法沒有考慮相速度頻變效應，因此定位精度不高；改進互相關算法對頻帶的設置要求較高，即使所計算頻帶范圍已經包含了PD信號的大部分能量，定位誤差仍較大，同時其定位精度會受到設備采樣率的影響，難以實現精準定位；本文方法一方面不需要確定時域波形的特征點，即不受設備采樣率的影響；同時又考慮了相速度頻變效應，因此具有最高的定位精度。

4 結論

本文針對傳統相位差的PD定位方法受相速度頻變效應和噪聲影響大的問題，提出了一種新的改進相位差PD定位方法，該方法結合PD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PD的位置。通過對仿真和實測分析，得到以下結論：

1）本文所提方法利用相速度頻變特性改進了傳統相位差的PD定位方法，可有效提高局部放電源的定位精度。

2）傳統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，導致定位失敗；本文所提方法考慮了染噪PD頻帶分布的特點，僅對PD信號主導頻段進行分析，因此可以有效減少噪聲對定位精度的影響。

3）相比于傳統的計算時延算法，本文所提方法不需要確定波達時刻，因此定位精度受設備采樣率影響更小。

4）仿真結果表明，在20dB噪聲環境下，相比于MCCM、TPD，本文方法定位結果分散性較小，同時平均定位誤差也較小，說明了本文方法相比于傳統的PD定位方法具有更強的魯棒性。

5）實際測試結果表明，相比于傳統PD放電定位方法，本文所提方法具有較高的定位精度，可以用于現場局部放電定位。

[1] 李長明, 伍國方, 李春陽, 等. XLPE絕緣高壓直流電纜終端內缺陷對電場分布的影響[J]. 電機與控制學報, 2018, 22(12): 62-67.

Li Changming, Wu Guofang, Li Chunyang, et al. Effect of the defects inside XLPE insulated HVDC cable termination on the electric field distribution[J]. Electric Machines and Control, 2018, 22(12): 62-67.

[2] 樂彥杰, 汪洋, 鄭新龍, 等. 交聯聚乙烯與浸漬紙絕緣直流電纜接頭電場分布[J]. 電機與控制學報, 2019, 23(2): 75-86.

Le Yanjie, Wang Yang, Zheng Xinlong, et al. Electric field distributions in the joint of XLPE and mass impregnated HVDC cables[J]. Electric Machines and Control, 2019, 23(2): 75-86.

[3] 饒顯杰, 周凱, 謝敏, 等. 穩定圖法在極化等效電路參數辨識中的應用[J]. 電工技術學報, 2020, 35(10): 2248-2256.

Rao Xianjie, Zhou Kai, Xie Min, et al. Application of stabilization diagram method for solving polarization equivalent circuit parameters[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(10): 2248- 2256.

[4] 李露露, 雍靜, 曾禮強, 等. 基于系統電力擾動的交叉互聯電纜絕緣整體老化在線監測[J]. 電工技術學報, 2018, 33(14): 3396-3405.

Li Lulu, Yong Jing, Zeng Liqiang, et al. On-line monitoring of insulation overall aging for cross- bonded cables based on system power disturbances[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(14): 3396-3405.

[5] 秦雪, 錢勇, 許永鵬, 等. 基于2D-LPEWT的特征提取方法在電纜局部放電分析中的應用[J]. 電工技術學報, 2019, 34(1): 170-178.

Qin Xue, Qian Yong, Xu Yongpeng, et al. Application of feature extraction method based on 2D-LPEWT in cable partial discharge analysis[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(1): 170-178.

[6] 周凱, 黃永祿, 謝敏, 等. 短時奇異值分解用于局放信號混合噪聲抑制[J]. 電工技術學報, 2019, 34(11): 2435-2443.

Zhou Kai, Huang Yonglu, Xie Min, et al. Mixed noises suppression of partial discharge signal employing short-time singular value decom- position[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(11): 2435-2443.

[7] Kreuger F H, Wezelenburg M G, Wiemer A G, et al. Partial discharge part XVIII: errors in the location of partial discharges in high voltage solid dielectric cables[J]. IEEE Electrical Insulation Magazine, 1993, 9(6): 15-25.

[8] 杜言, 廖瑞金, 周湶, 等. 基于小波變換的電纜局部放電定位中時延算法研究[J]. 高壓電器, 2007, 43(5): 389-393.

Du Yan, Liao Ruijin, Zhou Quan, et al. Study on time delay estimation algorithm in cable partial discharge location based on wavelet transform[J]. High Voltage Apparatus, 2007, 43(5): 389-393.

[9] 唐炬, 陳嬌, 張曉星, 等. 用于局部放電信號定位的多樣本能量相關搜索提取時間差算法[J]. 中國電機工程學報, 2009, 29(19): 125-130.

Tang Ju, Chen Jiao, Zhang Xiaoxing, et al. Time difference algorithm based on energy relevant search of multi-sample applied in PD location[J]. Pro- ceedings of the CSEE, 2009, 29(19): 125-130.

[10] 劉衛東, 劉尚合, 胡小鋒, 等. 基于互相關信息積累的非周期微弱局部放電源探測方法[J]. 高電壓技術, 2017, 43(3): 966-972.

Liu Weidong, Liu Shanghe, Hu Xiaofeng, et al. Aperiodic weak partial discharge source detection based on accumulation of cross-correlation esti- mation information[J]. High Voltage Engineering, 2017, 43(3): 966-972.

[11] 謝敏, 周凱, 趙世林, 等. 考慮相速度頻變特性的改進互相關算法局部放電定位[J]. 電網技術, 2018, 42(5): 1661-1667.

Xie Min, Zhou Kai, Zhao Shilin, et al. Research on partial discharge location using modified cross- correlation method considering frequency characteri- stic of phase velocity[J]. Power System Technology, 2018, 42(5): 1661-1667.

[12] Mardiana R, Su C Q. Partial discharge location in power cables using a phase difference method[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2010, 17(6): 1738-1746.

[13] 李保杰, 王慶華, 李甜, 等. 基于優化脈沖時間窗的相位差算法的電力電纜局部放電雙端在線定位技術[J]. 高壓電器, 2019, 55(10): 134-140.

Li Baojie, Wang Qinghua, Li Tian, et al. On-line double-ended power cable PD location method based on phase difference algorithm of optimized pulse time window[J]. High Voltage Apparatus, 2019, 55(10): 134-140.

[14] Lan Sheng, Hu Yuequn, Kuo Chengchien. Partial discharge location of power cables based on an improved phase difference method[J]. IEEE Transa- ctions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2019, 26(5): 1612-1619.

[15] Mohamed F P, Siew W H, Soraghan J, et al. Partial discharge location in power cables using a double ended method based on time triggering with GPS[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2013, 20(6): 2212-2221.

[16] Zhou Zhiqiang, Zhang Dandan, He Junjia, et al. Local degradation diagnosis for cable insulation based on broadband impedance spectroscopy[J]. IEEE Transa- ctions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2015, 22(4): 2097-2107.

[17] 饒顯杰, 周凱, 謝敏, 等. 基于頻域反射法的特征時域波形恢復技術[J]. 高電壓技術, 2021, 47(4): 1420-1427.

Rao Xianjie, Zhou Kai, Xie Min, et al. Recovery technique of characteristic time domain waveform based on frequency domain reflection method[J]. High Voltage Engineering, 2021, 47(4): 1420-1427.

[18] 張磊祺, 盛博杰, 姜偉, 等. 基于電纜傳遞函數和信號上升時間的電力電纜局部放電在線定位方法[J]. 高電壓技術, 2015, 41(4): 1204-1213.

Zhang Leiqi, Sheng Bojie, Jiang Wei, et al. On-line power cable partial discharge localisation method based on cable transfer function and detected pulse rise-time[J]. High Voltage Engineering, 2015, 41(4): 1204-1213.

[19] 高樹國, 劉賀晨, 范輝, 等. 考慮波速特性的小波變換模極大值法的電力電纜局部放電定位研究[J]. 電網技術, 2016, 40(7): 2244-2250.

Gao Shuguo, Liu Hechen, Fan Hui, et al. PD location method of power cable based on wavelet transform modulus maxima considering wave characteristics[J]. Power System Technology, 2016, 40(7): 2244-2250.

[20] 謝敏, 周凱, 黃永祿, 等. 一種基于短時奇異值分解的局部放電白噪聲抑制方法[J]. 中國電機工程學報, 2019, 39(3): 915-922, 970.

Xie Min, Zhou Kai, Huang Yonglu, et al. A white noise suppression method for partial discharge based on short time singular value decomposition[J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39(3): 915-922, 970.

[21] 周凱, 謝敏, 趙世林, 等. 基于改進FastICA的局部放電在線監測窄帶干擾高保真性抑制方法[J]. 電工技術學報, 2018, 33(11): 2604-2612.

Zhou Kai, Xie Min, Zhao Shilin, et al. Periodic narrowband noise rejection with high fidelity of partial discharge on line monitoring based on improved FastICA algorithm[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(11): 2604- 2612.

[22] Papazyan R, Eriksson R. Calibration for time domain propagation constant measurements on power cables[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2003, 52(2): 415-418.

[23] 周凱, 趙世林, 何珉, 等. 考慮短距離電纜中行波特性的振蕩波局部放電定位方法[J]. 電網技術, 2017, 41(6): 2047-2054.

Zhou Kai, Zhao Shilin, He Min, et al. An oscillating wave test method based on traveling wave characteri- stics of partial discharges for defect location in short cables[J]. Power System Technology, 2017, 41(6): 2047-2054.

Partial Discharge Location Using Improved Phase Difference Method Considering Frequency-Dependent Characteristic of Phase Velocity

11112

（1. School of Electrical Engineering Sichuan University Chengdu 610065 China 2. State Grid Wuxi Power Supply Company Wuxi 214000 China）

The precision location of partial discharge (PD) in power cable is of great significance to the reliability of the urban power grid. However, the location accuracy of the traditional phase difference method is greatly influenced by noise and the frequency-dependent characteristic of phase velocity. Thus, this paper presents a new improved phase difference method to locate partial discharge source. This method takes into account the effect of phase velocity frequency change and the distribution characteristics of the PD frequency band, so it has good anti-noise capability. Firstly, the basic principle of the proposed method is introduced. To locate the PD source, the frequency range of PD signal is utilized to unwrap the phase difference. After that, the phase difference is modified by phase velocity. Then, simulations in Matlab prove the effectiveness of the proposed method. Finally, the PD source of a 250m defective power cable is located. It is shown that the proposed method has high location accuracy and can obtain better results in practical test.

Power cable, partial discharge, phase difference, phase velocity, location accuracy

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.200518

TM41

饒顯杰 男，1996年生，碩士，研究方向為電力設備狀態監測。E-mail: 1953520244@qq.com

周 凱 男，1975年生，教授，博士生導師，研究方向為電纜絕緣狀態檢測與修復等。E-mail: zhoukai_scu@163.com（通信作者）

2020-05-18

2020-06-16

國家自然科學基金資助項目（51477106）。

（編輯 崔文靜）