近年来，伴随着我国城市电网的高速发展，城市电网的输电系统开始大量地使用交联聚乙烯（Cross- Linked Polyethylene, XLPE）电力电缆。恶劣复杂的敷设环境和不规范的施工操作均可能导致电力电缆中出现局部缺陷，进而引发停电事故，影响城市电网正常运行。局部放电（Partial Discharge, PD）源的精准定位技术可以有效确定电力电缆中局部缺陷位置，从而指导运维人员对该位置进行重点监测或更换设备，以保证输电系统的正常工作。

目前，国内外大多数学者通过确定局部放电信号的波达时刻来计算局部放电信号的时延，进而完成局部放电源的定位，该类方法主要有阈值法、峰值法、能量法和互相关算法。阈值法通过设置一个特定的阈值来确定波达时刻；峰值法是将波形的峰值时刻作为波达时刻；能量法是将波形能量曲线的拐点时刻作为波达时刻。

上述方法不仅受人为因素影响较大，同时没有考虑实际测试得到的局部放电信号具有环境噪声大和波形畸变严重的特点，因此难以运用于实际工程中。互相关算法借助局部放电波形之间的相关性确定时延，可以有效减少人为因素和环境噪声的影响，有学者在互相关算法的基础上考虑了相速度频变效应，取得了更好的定位效果。但是该方法仍建立在计算时延的基础上，因此具有计算时延算法的固有问题，即定位效果会受到设备采样率的影响。

相位差算法借助局部放电信号频域中相位信息进行局部放电源定位，该方法不需要确定局部放电信号的波达时刻，因此可以有效减少设备采样率对定位精度的影响。但是传统相位差（Traditional Phase Difference, T局部放电）算法并未考虑相速度频变效应，因此实际定位结果较差；通过更深一步研究发现，传统相位差算法受环境噪声影响大，难以有效定位振荡型局部放电。

有学者提出了局部放电波形截取窗的优化方案以改进相位差算法，但是并没有考虑相速度频变效应。有学者提出预先进行小波去噪以提高定位精度，但是实际测试中局部放电波形存在随机性，难以选择最优的小波基、分解层数和阈值，可能会造成较差的去噪效果，影响定位精度。

因此，针对传统相位差的局部放电定位方法受相速度频变效应和噪声影响大的问题，四川大学电气工程学院等单位的科研人员在有关研究的基础上提出一种考虑相速度频变效应的改进相位差（Improved Phase Difference, IPD）算法。该方法结合局部放电波形的相位和电缆的相速度提出新的定位曲线，并利用该曲线的斜率确定局部放电的位置。

图1 振荡波局部放电检测系统原理

该算法首先确定局部放电波形的信号主导频带，然后将设定频带中局部放电波形的相位和电缆的相速度进行结合提出新的定位曲线，最后利用定位曲线的斜率确定局部放电源的位置，该方法减少了设备采样率和相速度频变效应对定位精度的影响，同时提高了传统相位差算法的抗噪能力。

科研人员在实验室中对250m含缺陷的电力电缆进行实际局部放电源的定位研究，测试结果表明了该定位方法具有较高的定位精度，在实际工程中能取得较好的效果。

他们最后得到以下结论：

• 1）本方法利用相速度频变特性改进了传统相位差的局部放电定位方法，可有效提高局部放电源的定位精度。
• 2）传统相位差方法需要对整个低频频带进行相位展开，因此容易受噪声干扰，导致定位失败；本方法考虑了染噪局部放电频带分布的特点，仅对局部放电信号主导频段进行分析，因此可以有效减少噪声对定位精度的影响。
• 3）相比于传统的计算时延算法，本方法不需要确定波达时刻，因此定位精度受设备采样率影响更小。
• 4）仿真结果表明，在20dB噪声环境下，相比于MCCM、TPD，本方法定位结果分散性较小，同时平均定位误差也较小，说明了本方法相比于传统的局部放电定位方法具有更强的鲁棒性。
• 5）实际测试结果表明，相比于传统局部放电放电定位方法，本方法具有较高的定位精度，可以用于现场局部放电定位。

本文编自2021年第20期《电工技术学报》，论文标题为“考虑相速度频变特性的改进相位差算法局部放电定位”，作者为饶显杰、周凯 等。