基于动态多缺口方法的电缆接头部分放电信号检测技术研究
徐英华
张世平
吴永峰
《Energies》:Research on Partial Discharge Signal Detection Technology of Cable Joints Based on a Dynamic Multi-Notch Method
Yinghua Xu,
Shiping Zhang and
Yongfeng Wu
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时间:2026年04月27日
来源:Energies 3.2
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**摘要**
针对地下电缆接头处微弱局部放电信号以及随机变化的空间电磁波干扰所导致的检测问题,本文提出了一种基于动态多陷波技术的非接触式检测方法。该技术利用双位置检测天线同时采集纯净的干扰信号和包含局部放电的混合信号。通过快速傅里叶变换(FFT)将这些信号转换为频域后,根据实
**摘要**
针对地下电缆接头处微弱局部放电信号以及随机变化的空间电磁波干扰所导致的检测问题,本文提出了一种基于动态多陷波技术的非接触式检测方法。该技术利用双位置检测天线同时采集纯净的干扰信号和包含局部放电的混合信号。通过快速傅里叶变换(FFT)将这些信号转换为频域后,根据实时干扰谱动态确定陷波频率带,并通过频域零点滤波实现干扰抑制。最后通过逆快速傅里叶变换(IFFT)恢复局部放电脉冲信号。本文构建了一个针对10 kV XLPE电缆接头的仿真实验平台,验证了该方法对金属碎片、绝缘层划痕和导体毛刺等典型缺陷的检测能力。实验结果表明,在无强干扰的正常环境中,该方法对微弱局部放电信号的平均提取成功率为94.7%,检测精度≥92.3%,明显优于传统的超高频(UHF)检测方法(45.8%)和固定陷波方法(68.3%)。这项技术实现了在复杂环境中对微弱局部放电信号的准确检测,为地下电缆中间接头的绝缘缺陷早期预警提供了可靠方案,具有重要的工程应用价值。
**1. 引言**
随着交联聚乙烯(XLPE)电力电缆在城市电网中的广泛应用,作为输电线路核心连接组件的电缆接头绝缘状态直接影响电力系统的安全稳定运行。统计数据显示,超过70%的电缆线路故障源于接头缺陷,而局部放电是电缆接头绝缘退化的早期特征信号[1,2]。由于施工技术差异、土壤腐蚀和水分侵入,地下电缆中间接头容易出现残余金属碎片、绝缘层划痕和导体毛刺等初始缺陷,这些缺陷会引发局部放电。若不及时检测,局部放电会加速绝缘老化,最终导致绝缘击穿,引发重大停电事故[3,4]。现有的电缆接头局部放电检测方法存在明显局限性[5,6,7,8]:超声波检测方法因固体介质的衰减而无法有效检测地下电缆;高频脉冲电流检测法和电容耦合法均为接触式检测方法,需要在电缆制造或铺设过程中预先安装传感器,不适用于已投入运行的地下电缆;尽管UHF检测方法为非接触式,但现场空间电磁波干扰(如移动通信信号和工业设备辐射)的频率随机变化,且干扰强度远高于局部放电信号(通常相差1到2个数量级),导致微弱放电信号被完全掩盖,检测效果较差。为解决这些问题,学者们提出了多种干扰抑制方法,如自适应滤波、小波去噪和机器学习分类,但这些方法均无法实现对干扰频率带的实时动态跟踪,难以适应复杂多变的现场电磁环境[9,10,11]。本文基于动态多陷波原理,设计了一种双位置检测天线和自适应信号处理算法,通过实时跟踪干扰谱并动态调整陷波频率带,在强干扰环境中实现对微弱局部放电信号的准确提取,为地下电缆中间接头的绝缘状态监测提供了技术支持。
**2. 检测原理和技术方案**
**2.1 检测原理**
在本研究中,微弱局部放电信号定义为经过土壤衰减后到达地面检测点的UHF电磁脉冲信号,其幅度≤50 μV,且比现场电磁干扰低1至2个数量级。这类信号通常由电缆接头处的微小金属颗粒和轻微绝缘层划痕等初期绝缘缺陷引起。当电缆接头发生局部放电时,会激发覆盖0–3 GHz的超宽带电磁信号。低于100 MHz的低频成分因频率较低而难以辐射到自由空间,主要沿电缆表面传播;而300 MHz至3 GHz的高频成分由于电缆并非理想的高频导体,难以长距离传播,大部分能量以空间电磁波的形式向外辐射,有效辐射范围通常不超过10 m。基于上述信号传播特性,本文提出的算法核心目标是抑制空间电磁干扰,实现微弱局部放电信号的有效检测与重建。动态多陷波方法的核心思想是通过双位置检测天线分离采集空间干扰信号和混合信号,通过频域分析确定实时干扰频率带,利用多陷波滤波实现干扰抑制,结合局部放电信号的超宽带频谱特性恢复时域脉冲信号轮廓。
**2.2 系统设计**
整个检测系统由两部分组成:双位置检测天线3和信号处理模块6(如图1所示)。双位置检测天线3接收来自电缆中间接头2的电磁波干扰信号7和局部放电产生的电磁脉冲信号10,然后将信号传输至以FPGA为核心的信号处理模块6,通过快速动态多陷波算法提取局部放电产生的微弱电磁脉冲信号10。
**2.3 信号检测步骤**
信号处理模块的内部算法结构如图3所示,完整阐述了从天线检测空间电磁波到最终提取信号的全过程。具体检测流程如下:
**步骤1**:信号处理模块6对内置向上定向天线4接收到的空间电磁波干扰信号进行快速傅里叶变换(FFT),得到干扰频谱19(公式(1))。干扰频谱19在不同频率带上具有不同强度,且干扰频带会随时间变化(图4)。
**步骤2**:根据多陷波策略(公式(2)确定需要滤除的陷波频率带区域20(a, b, c, d, e),其中步长为特定带宽(频率点n2与n1的差值),Q为该带宽范围内的干扰信号频谱密度,k为频域变量。当干扰信号频谱密度大于设定值Q时,该频率带区域被视为噪声频带。
**步骤3**:信号处理模块6对内置向下定向天线5接收到的电磁波信号进行快速傅里叶变换,得到包含空间电磁波干扰信号19和电缆中间接头局部放电脉冲信号21的频谱(图5)。由于局部放电脉冲信号为脉冲信号,在频谱中呈现宽频带特性,但其幅度远低于空间电磁波干扰信号19。
**步骤4**:根据步骤2确定的陷波频率带区域对频谱进行多陷波滤波(公式(2)、(3)和(4),直接将噪声消除后的频谱(图6)提取出局部放电脉冲信号22。尽管部分频带被滤除,部分信号成分丢失,但脉冲信号的主要特征仍可保留。步骤5:经过多次切槽处理后的信号频谱22(如图6所示)根据公式(3)进行逆快速傅里叶变换(IFFT),将频域信号转换为时域信号24(如图7所示)。时域信号24即为多次切槽处理后的脉冲信号。与原始的局部放电脉冲信号23相比,尽管其特征量(如幅度和斜率)发生了变化,但整体轮廓仍然可以清晰地识别为脉冲信号。因此,脉冲信号识别模块18能够准确检测电缆中间接头是否存在局部放电。
(3)其中x(n)是时域采样序列值,X(k)是频谱序列值,N是计算序列的总长度,n是时域变量值,k是频域变量值。图7. IFFT变换后的时域信号。
3. 实验与分析
3.1 实验平台构建
为了验证所提出的动态多切槽方法对电缆接头局部放电信号的检测性能,搭建了一个10 kV XLPE电缆接头局部放电的模拟实验平台(武汉国电西高电气有限公司,中国武汉,型号:GDJF-2008)。该平台由双位置检测天线检测器、电缆接头试件、电压调节器、滤波器、保护电阻器、分压器、数字局部放电检测器、干扰源系统等设备组成,如图8所示。图8. 实验平台。
3.1.1 试件制备单元
作为基础材料,选择了实际工程中常用的10 kV XLPE绝缘电力电缆,电缆截面积为70 mm2,绝缘层厚度为4.5 mm,护套厚度为2 mm。根据标准工艺制作了三个电缆接头模拟试件,分别预设了三种典型的绝缘缺陷,即金属碎片、绝缘划痕和导体毛刺,如图9所示。缺陷参数被精确量化,以模拟施工、腐蚀等因素在实际运行中引起的缺陷类型。具体参数如下:
- 金属碎片缺陷:使用颗粒大小为1 mm、2 mm和5 mm的铜碎片(模拟施工中残留的金属杂质),每种大小各5个,均匀嵌入接头绝缘层的中间部分,以模拟由绝缘层内的金属杂质引起的局部放电。
- 绝缘划痕缺陷:通过精密机械加工制备,划痕长度为2 mm、3 mm和5 mm,深度均匀为0.5 mm(约占绝缘层厚度的1/9,不会破坏绝缘层)。划痕方向与电缆轴线平行,以模拟铺设过程中对绝缘层的机械划痕。
- 导体毛刺缺陷:使用与电缆导体相同材料的铝毛刺,高度为1 mm、2 mm和3 mm,根部宽度为0.5~1 mm,直接加工在电缆导体表面,以模拟由导体加工技术不良引起的尖端放电缺陷。图9. 具有三种典型缺陷的电缆接头。
3.1.2 高压激励单元
高压激励单元由电压调节器(0~250 V,容量5 kVA)、无局部放电的高压测试变压器(输出0~110 kV,变压比400:1)、保护电阻器(10 kΩ,功率50 W)和电阻-电容分压器(分压比1000:1,测量精度±0.5%)组成。其核心功能是对电缆接头试件施加满足10 kV系统运行要求的交流高压,从而人工激发局部放电信号。其中,保护电阻器用于在试件击穿时限制故障电流,防止设备损坏;分压器用于实时准确地监测施加在试件两端的电压,确保实验电压的稳定性。
3.1.3 电磁干扰模拟单元
构建了一个精密可调的空间电磁波干扰源系统,以模拟地下电缆现场常见的电磁干扰类型,包括覆盖民用通信和工业辐射主要频段的两种干扰源。具体参数如下:
- 移动通信信号模拟器(Siglent Technologies有限公司,中国深圳,型号:SSG3032X-IQE):输出900 MHz(GSM900)和1800 MHz(DCS1800)的双频段连续波信号,幅度连续可调,支持GSM信号调制模式,模拟现场移动通信电磁波干扰。
- 工业设备辐射模拟器(Rigol Technologies Inc.,中国北京,型号:DSG836A):输出400~800 MHz的宽带干扰信号,幅度连续可调,频谱平坦度≤±1 dB,模拟来自工业频率转换器、电焊机、高压开关柜等设备的电磁辐射干扰。这两种干扰源可以独立或同步开启,以实现具有单一或多重干扰源叠加的复杂电磁环境的模拟。
3.1.4 信号检测单元
使用自设计的双位置检测天线检测器作为核心检测设备。该检测器配备内置的上/下双方向天线,工作频段为300 MHz~3 GHz,天线增益≥8 dBi,检测角度为±90°,能够同时收集纯空间干扰信号和包含局部放电的混合信号。同时,还配备了传统的UHF检测天线(宽带300 MHz~3 GHz,增益6 dBi)和固定切槽方法检测装置(预设切槽频率为500 MHz、900 MHz和1800 MHz)作为对比检测设备;辅助设备是数字局部放电检测器(最小可检测放电量为1 pC),用于校准真实的局部放电信号,并作为检测结果的参考标准。结合实验装置(数字局部放电检测器,最小可检测放电量为1 pC),通过转换确认所提出系统的最小可检测局部放电信号功率为?75 dBm。
3.1.5 数据采集与分析单元
使用以FPGA为核心的信号处理模块(主频率200 MHz,支持实时FFT/IFFT操作,操作延迟≤10 ms),实现实时信号采集、频域分析、动态多切槽滤波和时域信号恢复。它还支持检测波形的实时显示、检测数据的自动存储以及提取成功率和检测准确率的统计分析,为实验结果的验证提供数据支持。
3.2 实验测试与分析
本实验围绕四个核心维度进行:信号提取效果、抗干扰性能、地下电缆检测效果以及不同方法的对比验证。同时设置了空白对照组(无缺陷的10 kV XLPE电缆中间接头试件),以消除由背景噪声和设备自身干扰引起的误判;每组实验重复多次,取平均值作为最终结果,以确保实验数据的重复性和统计显著性。具体实验设计、过程和结果分析如下:
3.2.1 信号提取效果实验
实验目的:验证双位置检测天线与动态多切槽方法结合的使用对微弱局部放电信号的基本提取能力,比较普通宽带UHF天线的检测效果,并明确所提出方法在没有额外干扰环境下的信号识别能力。
实验条件:室内未施加人工电磁干扰,但远处有移动基站的通信信号。对三种类型的缺陷试件施加10 kV额定交流高压,使用普通宽带UHF天线和双位置检测天线在1 m的检测距离上进行同步非接触检测;每种缺陷试件进行20组测试,记录两组设备的检测波形,并统计局部放电信号的提取成功率(成功提取的标准:在时域波形中能够清晰识别局部放电脉冲轮廓,且噪声未完全淹没)。
实验结果:普通宽带天线接收到的信号时域波形如图10a所示。波形中存在一些随机背景电磁噪声,幅度相对较弱,属于干扰较弱的空间干扰信号,可以识别。金属碎片、绝缘划痕和导体毛刺三种缺陷的信号提取成功率均高于75%;双位置检测天线通过动态多切槽方法过滤掉背景噪声后的检测波形如图10b所示。时域波形中的噪声被有效抑制,局部放电脉冲信号轮廓清晰可辨。其中,金属碎片缺陷的信号提取成功率为96.0%,绝缘划痕缺陷为95.0%,导体毛刺缺陷为93.0%,平均提取成功率为94.7%,实现了对微弱局部放电信号的有效提取。图10. 两种天线的信号提取效果图。结果分析:普通宽带UHF天线在全频段接收信号,不具备针对性滤波能力,会同时接收到空间背景噪声和局部放电信号;双位置检测天线通过上下双方向天线分别收集干扰信号和混合信号,并结合动态多切槽方法对背景噪声进行精确的频域滤波,仅保留局部放电脉冲信号的主要轮廓,从而有效提取微弱信号。
3.2.2 抗干扰性能实验
实验目的:验证所提出的动态多切槽方法在单干扰源和多干扰源叠加环境下的抗干扰能力,测试不同干扰幅度对检测效果的影响,并明确该方法在复杂电磁干扰环境中的适应性。
实验条件:选择导体毛刺缺陷试件(放电信号最弱,最容易受到干扰),施加10 kV额定交流高压进行单干扰源测试和多干扰源叠加测试:
- 单干扰源测试:使用移动通信信号模拟器和工业设备辐射模拟器作为独立干扰源。逐渐增加干扰幅度,每种幅度水平进行20组测试,并记录检测精度。
- 多干扰源叠加测试:同时开启移动通信信号模拟器和工业设备辐射模拟器,模拟强烈的复合电磁干扰,进行30组测试,并记录检测精度和信号提取效果。
实验中,使用双位置检测天线进行检测,普通宽带UHF天线作为对比,检测距离为1 m;检测精度的标准是能够准确识别局部放电脉冲信号,不发生漏检或误判。
实验结果:
- 单干扰源测试:当干扰幅度较小时,普通宽带天线的检测精度约为60~70%。随着干扰幅度的增加,检测精度迅速下降。当干扰幅度达到?5 dBm时,检测精度降至40%以下。其检测波形如图11a所示,其中基带干扰信号完全覆盖了局部放电脉冲,无法识别;而双位置检测天线在单干扰条件下保持90.0~95.0%的检测精度,波形如图11b所示,噪声被有效过滤掉,局部放电脉冲信号清晰可辨。实验验证表明,当移动通信干扰幅度达到2 dBm、工业设备辐射干扰幅度达到5 dBm时,所提出算法的检测精度仍能维持在85%以上。当干扰幅度超过上述范围(移动通信> 2 dBm,工业辐射> 5 dBm)时,检测精度会降至80%以下,低于工程应用的允许阈值。因此,算法的最大可容忍干扰水平定义如下:移动通信干扰 ≤ 2 dBm,工业设备辐射干扰 ≤ 5 dBm。?多干扰源叠加测试:在移动通信信号和工业设备辐射信号叠加后,干扰频段覆盖400~1800 MHz,具有更复杂的频谱。普通宽带天线的检测波形如图12a所示,其中噪声强度显著增加,部分放电信号完全被淹没,检测准确率仅约为25%。双位置检测天线通过动态跟踪多带干扰频谱并实时调整凹槽频段来实现多凹槽滤波。检测波形如图12b所示,仍能清晰恢复部分放电脉冲信号轮廓,在强复合干扰下的检测准确率仍为89.5%。图11. 单干扰源测试。图12. 多干扰源叠加测试。结果分析:所提出的动态多凹槽方法能够通过实时收集纯空间干扰信号并进行干扰频谱的动态跟踪和分析,根据干扰频率和幅度的变化动态调整凹槽频段,从而适应单带和多带复合干扰的复杂电磁环境,实现精确的干扰滤波;普通宽带UHF天线没有动态滤波能力,只能接收全频段的信号。随着干扰幅度的增加或干扰源的叠加,噪声频段覆盖范围变宽,部分放电信号完全被淹没,因此检测效果急剧下降;实验结果验证了所提方法的优异抗干扰性能,能够适应复杂多变的现场电磁环境。上述最大可容忍干扰水平涵盖了城市地下电缆应用中遇到的绝大多数电磁干扰场景。在实际工程中,典型工业频率转换器的辐射干扰大约为-10到0 dBm,而移动基站的辐射干扰约为-15到-5 dBm,均低于算法所能承受的上限。因此,所提方法可以满足现场实际检测的要求。
3.2.3. 地下电缆检测效果实验
实验目的:模拟地下电缆的实际工程场景,验证所提方法在不同埋深条件下的电缆中间接头部分放电信号的检测能力,并明确该方法的工程实用性。
实验条件:
?三种类型的缺陷试样(金属碎片、绝缘划痕和导体毛刺)分别埋设在厚度为0.5 m、2.0 m和3.0 m的干粘土中(模拟城市电网地下电缆的典型土壤环境,土壤相对介电常数εr = 8~10,导电率σ = 0.01 S/m);在没有人工电磁干扰的情况下对试样施加10 kV额定的交流高压;使用双位置检测天线在地面以上10 cm处进行非接触式检测;每种埋深和每种缺陷类型进行30组测试;记录检测波形、信号提取成功率及检测准确率;同时测试部分放电UHF信号在土壤介质中的幅度衰减情况。
?天线安装方向要求:现场安装时,内置的向上方向天线应垂直朝上(检测角度为90°),以确保准确接收空间干扰信号;内置的向下方向天线应垂直向下,并直接对准电缆接头上方,以避免因方向偏差导致部分放电信号接收不完整。
?机械外壳和环境适应性:采用IP65防护等级的防水、防尘和耐腐蚀密封外壳,适用于地下电缆沟槽、隧道和竖井等潮湿多尘的现场环境。外壳由轻质铝合金制成,便于现场运输和安装。
?现场定位:在电缆沟槽和隧道中,天线应安装在电缆接头上方20–50 cm处,远离其他电力设备(如开关柜、接地体)的干扰。
实验结果:土层对部分放电UHF电磁波有明显的衰减作用,信号幅度随土壤埋深增加而呈指数下降,但所提出的动态多凹槽方法仍保持较高的检测性能。不同埋深下的检测结果如下:
?埋深0.5 m时:金属碎片、绝缘划痕和导体毛刺缺陷的检测准确率分别为97.0%、96.0%和95.0%,平均准确率为96.0%,土壤衰减后部分放电信号幅度降低约5%;
?埋深2.0 m时:三种缺陷的检测准确率分别为95.0%、93.0%和92.0%,平均准确率为93.3%,信号幅度降低约15%;
?埋深3.0 m时:三种缺陷的检测准确率分别为92.0%、90.0%和89.0%,平均准确率为90.3%,信号幅度降低约28%。然而,经过动态多凹槽方法处理后,仍能有效提取脉冲信号的主要轮廓,检测结果不变。
结果分析:部分放电电磁信号是覆盖0–3 GHz的超宽带信号。在工程检测中,为降低采样率并实现高效采集,通常在后端采集阶段采用包络检测方法将原始射频信号转换为低频脉冲信号。在实际电缆沟槽或土壤环境中,尽管超高频成分容易在时域波形中衰减和发生局部失真,但中低频信号具有更强的介质穿透能力,能够有效穿透土壤同时保持其特征完整性。因此,只要部分频率段的信号能够有效传播,土壤引起的局部时域波形失真对低频脉冲信号的特征和波形识别影响可以忽略不计。
3.2.4. 不同检测方法的对比验证实验
实验目的:将所提出的动态多凹槽方法与工程中常用的传统UHF检测方法和固定凹槽方法进行比较,定量评估三种方法的检测性能,并明确所提方法的优越性。
实验条件:
测试电缆:截面面积为70 mm2的10 kV XLPE电缆。
缺陷大小:金属碎片:1 mm、2 mm、5 mm;
绝缘划痕:长度2–5 mm,深度0.5 mm;
导体毛刺:高度1–3 mm。
施加电压:10 kV交流电(AC)。
土壤环境:相对介电常数εr = 8~10,导电率σ = 0.01 S/m。
构建了强复合电磁干扰环境(移动通信信号和工业设备辐射信号的叠加),将三种类型的缺陷试样埋设在1.0 m厚的土壤中(模拟实际工程场景),并施加10 kV额定的交流高压;使用动态多凹槽方法、传统UHF检测方法和固定凹槽方法在1 m的距离上进行非接触式检测;
每种缺陷进行50组测试,统计两种核心指标(平均信号提取成功率和平均检测准确率),取平均值作为检测结果,并比较三种方法的性能差异。
实验结果:三种检测方法的性能对比见表1。所提出的动态多凹槽方法在核心指标上显著优于传统UHF检测方法和固定凹槽方法。具体结果如下:
?动态多凹槽方法:采用2048点FFT/IFFT变换,频率分辨率约为2.93 MHz,有效分析频段为300 MHz–3 GHz。凹槽滤波的步长带宽设置为10 MHz,干扰阈值Q适应性地设置为背景噪声的3–5倍。FFT和IFFT在FPGA中实现,处理延迟小于10 ms,确保实时性能。在无强干扰的正常环境下平均检测准确率≥92.3%,在强复合干扰下仍保持89.5%;
?固定凹槽方法:在500 MHz、900 MHz和1800 MHz三个中心频率处设置固定凹槽滤波。每个频段的凹槽带宽为50 MHz,对应实际滤波区间为:500 MHz ± 50 MHz(450 MHz–550 MHz)、900 MHz ± 50 MHz(850 MHz–950 MHz)和1800 MHz ± 50 MHz(1750 MHz–1850 MHz)。分析频段范围为300 MHz至3 GHz。预设的三个固定凹槽频率分别为500 MHz、900 MHz和1800 MHz,无法跟踪现场干扰频段的实时变化,对预设频率段外的干扰无滤波效果,正常环境下的平均信号提取成功率为72.5%,平均检测准确率为68.3%;
?传统UHF检测方法:采用常规宽带UHF天线,工作频段为300 MHz–3 GHz,天线增益为6 dBi。未采用任何干扰抑制或滤波算法。在无干扰抑制措施的情况下,弱部分放电信号被强电磁干扰完全淹没,正常环境下的平均信号提取成功率为48.2%,平均检测准确率仅为45.8%;
?小波去噪方法:使用db4小波基(适用于部分放电脉冲信号),进行五层分解,采用软阈值函数和sqtwolog阈值规则。在强干扰条件下,小波去噪方法的检测准确率为75.2%,主要是因为难以实时跟踪动态变化的干扰频段;
?机器学习分类方法:采用RBF核函数的SVM分类器,惩罚系数C = 10,gamma = 0.05。在强干扰条件下,机器学习分类方法的检测准确率为78.6%,主要是因为训练需要大量样本,且对复杂现场干扰的适应性较差。
表1. 三种检测方法的性能对比
结果分析:传统UHF检测方法仅实现全频段接收UHF信号,不具备干扰抑制能力,在复杂的现场电磁干扰环境中检测性能最差;固定凹槽方法只能过滤预设频段内的干扰,无法适应现场干扰频率和幅度的随机变化。当干扰频段超出预设范围时,滤波效果急剧下降,检测性能受限;动态多凹槽方法通过双位置检测天线同步收集干扰信号和混合信号,并根据实时干扰频谱动态调整凹槽频段,实现随机和可变电磁干扰的精确实时抑制。同时,结合部分放电超宽带信号的特性,有效保留了脉冲信号的主要轮廓,从而大幅提高了信号提取成功率和检测准确率。
4. 结论
本文旨在解决地下电缆接头部分放电信号弱以及空间电磁波干扰随机多变的问题,提出了一种基于动态多凹槽技术的非接触式部分放电信号检测技术,设计了以FPGA为核心的双位置检测天线和信号处理模块,实现干扰信号和混合信号的同步收集、实时干扰频谱分析、动态多凹槽滤波和部分放电脉冲信号的恢复。通过多组实验测试和多维分析,并结合与传统检测方法的对比验证,得出了以下实验结论:
所提出的动态多窗口方法在提取微弱局部放电信号方面的平均成功率达到了94.7%,在没有强干扰的正常环境中,检测准确率≥92.3%,能够有效提取地下电缆中间接头的微弱局部放电信号,解决了传统方法信号提取能力差的问题。该方法具有优异的抗干扰性能,在强复合电磁干扰环境(移动通信信号+工业设备辐射)下,检测准确率仍可达89.5%,远高于传统的UHF检测方法(45.8%)和固定窗口方法(68.3%),能够适应复杂多变的现场电磁环境。该方法适用于实际的地下工程场景,在土壤埋设深度0.5~3.0米(城市地下电缆的常见埋设深度范围内)内,平均检测准确率保持在90%以上。即使信号在土壤中衰减了80%,仍能有效提取局部放电脉冲信号的主轮廓,满足实际工程检测的需求。
该方法具有出色的抗误判能力,在强电磁干扰条件下,误判率仅为2.0%,远低于工程允许的阈值。同时,它实现了干扰的实时动态抑制,检测结果具有较高的可靠性,为地下电缆中间接头的绝缘缺陷早期预警提供了可靠的技术解决方案。
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