一种海底电缆局部放电量反演方法、系统、设备和介质与流程

1.本发明涉及电缆技术领域，尤其涉及一种海底电缆局部放电量反演方法、系统、设备和介质。


背景技术：

2.我国近海风电资源丰富，近海风电场主要采用高压交流三芯海底电缆与陆地电网相连。
3.110kv三芯交联聚乙烯光纤复合海缆是我国海缆用量最多的类型。海缆因外力破坏、接头质量和绝缘缺陷引发的故障时有发生。局部放电是高压电气设备绝缘击穿的前兆，可为海底电缆故障诊断和修复提供数据支撑。
4.现有的海底电缆局部放电量反演方法采用的高频电磁法只能在接地线取信号，难以克服长电缆的高频信号的衰减效应，在海缆两端很难检测到局放产生的高频电磁波，导致海底电缆局部放电量反演结果准确度低。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种海底电缆局部放电量反演方法、系统、设备和介质，解决了现有的海底电缆局部放电量反演方法采用的高频电磁法只能在接地线取信号，难以克服长电缆的高频信号的衰减效应，在海缆两端很难检测到局放产生的高频电磁波，导致海底电缆局部放电量反演结果准确度低的技术问题。
6.本发明提供的一种海底电缆局部放电量反演方法，包括：
7.获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用所述海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型；
8.采用所述海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式；
9.采用所述光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度；
10.根据所述振动源高斯脉冲强度、所述波形传递函数公式和所述局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。
11.可选地，所述采用所述海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式的步骤，包括：
12.按照预设缺陷设置数据对所述海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，生成仿真波形数据；
13.采用所述仿真波形数据，构建波形传递函数公式；
14.所述波形传递函数公式为：
15.16.τ＝1/f0；
17.式中：g(t)为波形传递函数公式；a为脉冲的幅值；τ为脉冲的时间宽度；f0为脉冲的频带宽度；
18.根据所述海底电缆仿真模型对应的温度变化量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式。
19.可选地，所述根据所述海底电缆仿真模型对应的温度变化量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式的步骤，包括：
20.采用所述海底电缆仿真模型对应的温度变化量和压力增大量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式；
21.所述局放超声波压力公式为：
[0022][0023]
其中，p0是0℃的气隙压力，p0＝101325pa；β0是气隙0℃的气隙膨胀系数，β0＝3.66
×
10-3k-1
；δq是视在放电量；u为电缆工作电压；λ为热膨胀能占局部放电总能量的百分比，取值范围为0.03-0.08；cv为气隙在正常工作温度和压力下的等体积比热；r为气隙球的半径；ρ为气隙球的密度。
[0024]
可选地，所述采用所述光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度的步骤，包括：
[0025]
采用所述光纤瑞利散射光强时域数据进行振动扰动位置确定，生成振动扰动位置数据；
[0026]
采用所述振动扰动位置数据进行拟合，生成多个光纤仿真方程式；
[0027]
将全部所述光纤仿真方程式代入预设声波传递函数公式，反推计算得到振动源高斯脉冲强度。
[0028]
可选地，所述根据所述振动源高斯脉冲强度、所述波形传递函数公式和所述局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量的步骤，包括：
[0029]
通过所述振动源高斯脉冲强度对应的高斯脉冲声源波形的纵坐标和中心横坐标，确定局部放电振动强度和局部放电振动频率；
[0030]
采用所述局部放电振动强度和所述局部放电振动频率代入所述波形传递函数公式，生成波形传递函数值；
[0031]
将所述波形传递函数值作为局放超声波压力；
[0032]
将所述局放超声波压力代入所述局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。
[0033]
本发明还提供了一种海底电缆局部放电量反演系统，包括：
[0034]
海底电缆仿真模型构建模块，用于获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用所述海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型；
[0035]
波形传递函数公式和局放超声波压力公式构建模块，用于采用所述海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式；
[0036]
振动源高斯脉冲强度生成模块，用于采用所述光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度；
[0037]
局部放电量生成模块，用于根据所述振动源高斯脉冲强度、所述波形传递函数公式和所述局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。
[0038]
可选地，所述波形传递函数公式和局放超声波压力公式构建模块包括：
[0039]
仿真波形数据生成模块，用于按照预设缺陷设置数据对所述海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，生成仿真波形数据；
[0040]
波形传递函数公式构建模块，用于采用所述仿真波形数据，构建波形传递函数公式；
[0041]
所述波形传递函数公式为：
[0042][0043]
τ＝1/f0；
[0044]
式中：g(t)为波形传递函数公式；a为脉冲的幅值；τ为脉冲的时间宽度；f0为脉冲的频带宽度；
[0045]
局放超声波压力公式构建模块，用于根据所述海底电缆仿真模型对应的温度变化量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式。
[0046]
可选地，所述局放超声波压力公式构建模块执行以下步骤：
[0047]
采用所述海底电缆仿真模型对应的温度变化量和压力增大量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式；
[0048]
所述局放超声波压力公式为：
[0049][0050]
其中，p0是0℃的气隙压力，p0＝101325pa；β0是气隙0℃的气隙膨胀系数，β0＝3.66
×
10-3k-1
；δq是视在放电量；u为电缆工作电压；λ为热膨胀能占局部放电总能量的百分比，取值范围为0.03-0.08；cv为气隙在正常工作温度和压力下的等体积比热；r为气隙球的半径；ρ为气隙球的密度。
[0051]
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行实现如上述任一项海底电缆局部放电量反演方法的步骤。
[0052]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一项海底电缆局部放电量反演方法。
[0053]
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
[0054]
本发明通过获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型。然后采用海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式。并采用光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度。最后基于振动源高斯脉冲强度、波形传递函数公式和局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。解决了现有的海底电缆局部放电量反演方法采用的高频电磁法只能在接地线取信号，难以克服长电缆的高频信号的衰减效应，在海缆两端很难检测到局放产生的高频电磁波，导致
海底电缆局部放电量反演结果准确度低的技术问题。通过光纤振动反推局部放电量，关注局部放电量与光纤形变的对应关系，提高海底电缆局部放电量反演结果准确度。
附图说明
[0055]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0056]
图1为本发明实施例一提供的一种海底电缆局部放电量反演方法的步骤流程图；
[0057]
图2为本发明实施例一提供的三芯xlpe绝缘光纤复合海底电力电缆结构剖面图；
[0058]
图3为本发明实施例二提供的一种海底电缆局部放电量反演方法的步骤流程图；
[0059]
图4为本发明实施例二提供的球形波在多层介质中的传播原理图；
[0060]
图5为本发明实施例二提供的高斯脉冲声源波形示意图；
[0061]
图6为本发明实施例二提供的光纤与振源位移、体积应变和表面应力仿真波形图；
[0062]
图7为本发明实施例二提供的位移、体积应变和表面应力仿真与拟合结果对比图；
[0063]
图8为本发明实施例三提供的一种海底电缆局部放电量反演系统的结构框图。
具体实施方式
[0064]
本发明实施例提供了一种海底电缆局部放电量反演方法、系统、设备和介质，用于解决现有的海底电缆局部放电量反演方法采用的高频电磁法只能在接地线取信号，难以克服长电缆的高频信号的衰减效应，在海缆两端很难检测到局放产生的高频电磁波，导致海底电缆局部放电量反演结果准确度低的技术问题。
[0065]
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0066]
请参阅图1，图1为本发明实施例一提供的一种海底电缆局部放电量反演方法的步骤流程图。
[0067]
本发明实例一提供的一种海底电缆局部放电量反演方法，包括：
[0068]
步骤101、获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型。
[0069]
在本发明实施例中，获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据。海底电缆是指三芯光纤复合海底电缆，其结构如图2所示，包括阻水导体、内半导电层、xlpe绝缘、外半导电层、半导电阻水带、铅套、防腐层、pe护套、填充层、光纤1、光纤2、光纤3、绑扎带、内衬层、镀锌铜丝、外被层、气隙缺陷。海底电缆结构数据包括三芯光纤复合海底电缆各部分结构类型、连接关系等数据。在comsol multiphysics仿真软件中采用海底电缆结构数据构建三芯光纤复合海底电缆仿真模型即构建海底电缆仿真模型。
[0070]
步骤102、采用海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数
公式和局放超声波压力公式。
[0071]
在本发明实施例中，按照预设缺陷设置数据对海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，生成仿真波形数据。采用仿真波形数据，构建波形传递函数公式。基于海底电缆仿真模型对应的温度变化量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式。
[0072]
步骤103、采用光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度。
[0073]
在本发明实施例中，采用光纤瑞利散射光强时域数据进行振动扰动位置确定，生成振动扰动位置数据。采用振动扰动位置数据进行拟合，生成多个光纤仿真方程式。将全部光纤仿真方程式代入预设声波传递函数公式，反推计算得到振动源高斯脉冲强度。
[0074]
步骤104、根据振动源高斯脉冲强度、波形传递函数公式和局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。
[0075]
在本发明实施例中，通过振动源高斯脉冲强度对应的高斯脉冲声源波形的纵坐标和中心横坐标，确定局部放电振动强度和局部放电振动频率。采用局部放电振动强度和局部放电振动频率代入波形传递函数公式，生成波形传递函数值。将波形传递函数值作为局放超声波压力。将局放超声波压力代入局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。
[0076]
在本发明实施例中，通过获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型。然后采用海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式。并采用光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度。最后基于振动源高斯脉冲强度、波形传递函数公式和局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。解决了现有的海底电缆局部放电量反演方法采用的高频电磁法只能在接地线取信号，难以克服长电缆的高频信号的衰减效应，在海缆两端很难检测到局放产生的高频电磁波，导致海底电缆局部放电量反演结果准确度低的技术问题。通过光纤振动反推局部放电量，关注局部放电量与光纤形变的对应关系，提高海底电缆局部放电量反演结果准确度。
[0077]
请参阅图3，图3为本发明实施例二提供的一种海底电缆局部放电量反演方法的步骤流程图。
[0078]
本发明实例二提供的另一种海底电缆局部放电量反演方法，包括：
[0079]
步骤301、获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型。
[0080]
在本发明实施例中，步骤301的具体实施过程与步骤101类似，在此不再赘述。
[0081]
步骤302、采用海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式。
[0082]
进一步地，步骤302可以包括以下子步骤s11-s13：
[0083]
s11、按照预设缺陷设置数据对海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，生成仿真波形数据。
[0084]
s12、采用仿真波形数据，构建波形传递函数公式。
[0085]
s13、根据海底电缆仿真模型对应的温度变化量进行局放超声波压力计算，构建局
放超声波压力公式。
[0086]
在本发明实施例中，局部放电点产生的局放超声波经过多层折反射过程最终传播至电缆表面。解析方法仅能考虑局部放电点到电缆表面垂直于电缆绝缘介质界面的最短路径。海底电缆的局放超声波属于球面波，由于声波的振动方向与传播方向相同，所以属于纵波。因为惯性作用，气隙球会连续振动并产生阻尼，反复的局部放电产生连续的局放超声波。
[0087]
球形波在多层介质中的传播原理图如图4所示，ps为声源，d1和d2为有限厚度的中间介质，代表海底电缆内部局放超声波传播路径上的中间介质。dn为无限大外介质，代表海底电缆外环境介质。在t时刻，介质d1中距离声源r处球面波压力p
d1
(t，r)和粒子振动速度v
d1
(t，r)的复表达式分别为式(1)和式(2)。
[0088][0089][0090]
其中，距离声源p
s 1米处声压p
1，t
的振幅为b1，距离声源ps′
1米处声压p
1，r
的振幅为c1，p
1，t
是入射波或折射波在介质d1中的声压，p
1，r
是介质d1中反射波的声压。ps′
是一个虚拟声源，它与声源ps是对称的，其对称平面是介质d1和介质d2之间的分界面m，d1和d2是两个不同的介质。当最外层介质是无限大时，反射波c1＝0，α1＝ωη/(2ca)，η为介质d1的损耗系数，金属是0.001，复合材料是0.1。ω＝2πfa，fa是声波频率。k＝ω/ca，ca是声波速度。r1是介质d1和d2之间的分界面到声源的距离。
[0091]
声压和粒子振动速度在界面处是连续的，界面处的边界条件为式(3)。
[0092][0093]
将式(1)、式(2)带入式(3)，可以得到两层介质的矩阵传播方程，其结果如式(4)所示。
[0094][0095]
其中，分别为介质d1和d2的传播矩阵。当介质为已知时，矩阵为常数矩阵。
[0096]
通过公式(4)的递归关系，可以推导出局放超声波从海底电缆局部放电点到外部环境的传播方程，其结果如式(5)所示：
[0097]
[0098]
其中，bn和cn是最外层介质的变量，最外层是海沙或者海水，一种近视无限的介质，cn＝0，pr＝b1/r。
[0099]
求解式(5)可得到bn和c1，根据公式(4)可得各层介质的bi和ci，其中i＝1、2
……
n。最后，根据公式(1)的递推关系并代入各层介质的bi和ci，可以得到局放超声波传播路径上各点的声压。
[0100]
海底电缆的各层结构的声场耦合是固体力学中的应力波耦合，可等效为声波。为缩短计算时间，可以将多个薄层结构与紧邻介质进行等效以解决网格剖分过密问题，将三芯光纤复合海缆等效为铜导体、半导电层、交联聚乙烯绝缘、聚丙烯内衬、钢丝铠装和聚氯乙烯护套六大部分，内含三根光纤，位置如图2所示，仿真参数见表1。
[0101]
在comsol multiphysics仿真软件中构建三芯光纤复合海底电缆仿真模型，预设缺陷设置数据为在绝缘层中设置半径2mm气隙缺陷，将中心频率为50khz的高斯脉冲施加在气隙圆周上，其边界条件设置为固体力学中的边界载荷，并控制边界载荷的大小作为振动声源。在xlpe绝缘层中设置声源模拟局放超声信号，在绝缘层中设置半径2mm气隙缺陷，具体如图2所示。声源的材料对于声波的影响极小，声源的材料对于声波的影响极小，将中心频率为50khz的高斯脉冲(如图5以时间为横轴，振幅为纵轴的高斯脉冲声源波形所示，其中横轴相当于局部放电振动高斯脉冲的频率，纵轴箱相当于局部放电振动高斯脉冲的概率中心强度)施加在气隙圆周上，其边界条件设置为固体力学中的边界载荷，并控制边界载荷的大小作为振动声源即按照预设缺陷设置数据对海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，生成仿真波形数据。
[0102]
表1电缆各层结构的仿真参数
[0103][0104]
通过仿真波形数据，可以构建得到波形传递函数公式，波形传递函数公式为：
[0105][0106]
τ＝1/f0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0107]
式中：g(t)为波形传递函数公式；a为脉冲的幅值；τ为脉冲的时间宽度(相当于局部放电振动高斯脉冲的频率)；f0为脉冲的频带宽度。
[0108]
仿真计算设置时间长度为1000μs，步长为0.25μs，能够充分保证信号的完整采集。
[0109]
三芯光纤复合海底电缆局放声场时域求解结果为气隙缺陷位置发生局部放电产生的超声波在气隙缺陷圆周上以球面波的形式向电缆表面进行传播，伴随着传播距离的增加，声信号的强度也逐渐减小，在气隙缺陷圆周处，其信号强度最大，在电缆表面处，其信号强度最小。
[0110]
然后基于海底电缆仿真模型对应的温度变化量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式。
[0111]
进一步地，步骤s13可以包括以下子步骤s131：
[0112]
s131、采用海底电缆仿真模型对应的温度变化量和压力增大量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式。
[0113]
在本发明实施例中，当三芯光纤复合海底电缆交联聚乙烯绝缘介质中出现气隙时，在气隙的内部可能发生局部放电，局部放电所产生的热量使气隙的空气压力增加，局部放电结束后，热量消失使气体压力下降。局部放电引起气隙压力的反复变化，最终产生超声波。
[0114]
局部放电脉冲持续时间较短，所产生的热量一般集中在局部放电点，导致小量程气隙压力增大，压力增大δp即海底电缆仿真模型对应的压力增大量可以表示为：
[0115]
δp＝p0β0δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0116]
其中，p0是0℃的气隙压力，p0＝101325pa；β0是气隙00的气隙膨胀系数，β0＝3.66
×
10-3k-1
。δt是气隙的温度变化量即海底电缆仿真模型对应的温度变化量，其表达式为：
[0117]
δt＝λw/cvm；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0118]
其中，w是单次局部放电的能量，w＝δqu/2；δq是视在放电量；u为电缆工作电压；λ为热膨胀能占局部放电总能量的百分比，取值范围为0.03-0.08；cv为气隙在正常工作温度和压力下的等体积比热；m为气隙球的质量，m＝4πr3ρ/3；r为气隙球的半径；ρ为气隙球的密度。
[0119]
将式(9)带入式(8)，可以得到海底电缆发生局部放电时气隙球压力增加δp，局放超声波压力pr。
[0120][0121]
当海底电缆放电量已知时，可由式(10)计算局部放电点的局放超声波压力，放电量越大，局部放电点的局放超声波压力就越大。因此，可以通过采用海底电缆仿真模型对应的温度变化量和压力增大量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式即式(10)。并在得到实际局放超声波压力后代入局放超声波压力公式进行反推计算，得到公式中的视在放电量即海底电缆实际的局部放电量。
[0122]
步骤303、采用光纤瑞利散射光强时域数据进行振动扰动位置确定，生成振动扰动位置数据。
[0123]
在本发明实施例中，通过瑞利时域反射法φotdr(phase sensitive optical time domain reflectometry)获取光纤瑞利散射光强时域数据，并基于测得的三根光纤瑞利散射光强时域信号，判断振动扰动位置对应时域信号的时间、强度对应光纤的扰动强度。即采用光纤瑞利散射光强时域数据进行振动扰动位置确定，生成振动扰动位置数据。其中，具体的光纤测振技术可以根据实际需要选择相应的光纤测振方法，能实现振动扰动位置确定、确定振动扰动位置对应时域信号的时间、强度即可。
[0124]
步骤304、采用振动扰动位置数据进行拟合，生成多个光纤仿真方程式。
[0125]
在本发明实施例中，对声波信号进行特征参量提取，分别为位移，体积应变和表面应力，同时在三根光纤上检测特征参量波形，其结果如图6所示。其中图6(a)、(b)、(c)分别为光纤与振源的位移、体积应变和表面应力参量波形图，其局放高斯脉冲的振动位移峰值为6.23
×
10-9
，光纤1为5.63
×
10-10
；振源的体积应变峰值为1.08
×
10-9
，光纤1为3.35
×
10-11
。振源的表面应力峰值为1.31pa，光纤1为0.09pa，都有较大幅度衰减。原因为声波信号在不同介质分界面处会发生折反射，在各层介质内也有衰减，随着距离的增加，声波信号衰减更严重。对比三根光纤所测量的位移，体积应变和表面应力，光纤1中测量的位移，体积应变和表面应力幅值比光纤2和光纤3的更大，主要原因是光纤1与气隙缺陷之间的距离比光纤2和光纤3更近。对光纤1上检测的仿真数据进行拟合，得到相应的光纤仿真方程式。同理得到光纤2和光纤3对应的光纤仿真方程式。
[0126]
步骤305、将全部光纤仿真方程式代入预设声波传递函数公式，反推计算得到振动源高斯脉冲强度。
[0127]
预设声波传递函数公式为：
[0128][0129]
[0130][0131]
其中，ai、bi、ci、ai、bi、ci、ei、fi、w、e0(i＝1、2
……
8)为已知常数。局放源与光纤耦合传递函数的拟合结果和仿真波形进行对比，其结果如图7所示，拟合的和方差(sse)与均方根(rmse)都趋近于0，确定系数(r-square)接近于1，拟合效果好。
[0132]
在本发明实施例中，预设声波传递函数公式是由光纤仿真方程式与式(6)相除得到的，因此，将光纤仿真方程式代入预设声波传递函数公式，可反推计算得到振动源高斯脉冲强度。即可根据三根光纤测量的信号幅值衰减和规律及到达时间差对局放源定位。
[0133]
步骤306、根据振动源高斯脉冲强度、波形传递函数公式和局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。
[0134]
进一步地，步骤306可以包括以下子步骤s21-s24：
[0135]
s21、通过振动源高斯脉冲强度对应的高斯脉冲声源波形的纵坐标和中心横坐标，确定局部放电振动强度和局部放电振动频率。
[0136]
s22、采用局部放电振动强度和局部放电振动频率代入波形传递函数公式，生成波形传递函数值。
[0137]
s23、将波形传递函数值作为局放超声波压力。
[0138]
s24、将局放超声波压力代入局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。
[0139]
在本发明实施例中，通过公式(11)～(13)反推局部放电振动源的高斯脉冲强度即振动源高斯脉冲强度。通过振动源高斯脉冲强度对应的高斯脉冲声源波形的纵坐标和中心横坐标，确定局部放电振动强度和局部放电振动频率，并将采用局部放电振动强度和局部放电振动频率代入波形传递函数公式，生成波形传递函数值即通过公式(6)和公式(7)，推算局部放电振动高斯脉冲的概率中心强度，公式(6)是公式(10)的概率函数，因此，可以将波形传递函数值作为局放超声波压力，将局放超声波压力代入局放超声波压力公式进行反推计算，从而得到局部放电量。
[0140]
在本发明实施例中，通过获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型。采用海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式。采用光纤瑞利散射光强时域数据进行振动扰动位置确定，生成振动扰动位置数据。采用振动扰动位置数据进行拟合，生成多个光纤仿真方程式。将全部光纤仿真方程式代入预设声波传递函数公式，反推计算得到振动源高斯脉冲强度。基于振动源高斯脉冲强度、波形传递函数公式和局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。通过光纤振动反推局部放电量，关注局部放电量与光纤形变的对应关系，提高海底电缆局部放电量反演结果准确度。
[0141]
请参阅图8，图8为本发明实施例三提供的一种海底电缆局部放电量反演系统的结构框图。
[0142]
本发明实例三提供的一种海底电缆局部放电量反演系统，包括：
[0143]
海底电缆仿真模型构建模块801，用于获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型。
[0144]
波形传递函数公式和局放超声波压力公式构建模块802，用于采用海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式。
[0145]
振动源高斯脉冲强度生成模块803，用于采用光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度。
[0146]
局部放电量生成模块804，用于根据振动源高斯脉冲强度、波形传递函数公式和局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。
[0147]
可选地，波形传递函数公式和局放超声波压力公式构建模块802包括：
[0148]
仿真波形数据生成模块，用于按照预设缺陷设置数据对海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，生成仿真波形数据。
[0149]
波形传递函数公式构建模块，用于采用仿真波形数据，构建波形传递函数公式。
[0150]
波形传递函数公式为：
[0151][0152]
式中：g(t)为波形传递函数公式；a为脉冲的幅值；τ为脉冲的时间宽度；f0为脉冲的频带宽度；
[0153]
局放超声波压力公式构建模块，用于根据海底电缆仿真模型对应的温度变化量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式。
[0154]
可选地，局放超声波压力公式构建模块执行以下步骤：
[0155]
采用海底电缆仿真模型对应的温度变化量和压力增大量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式。
[0156]
局放超声波压力公式为：
[0157][0158]
其中，p0是0℃的气隙压力，p0＝101325pa；β0是气隙0℃的气隙膨胀系数，β0＝3.66
×
10-3k-1
；δq是视在放电量；u为电缆工作电压；λ为热膨胀能占局部放电总能量的百分比，取值范围为0.03-0.08；cv为气隙在正常工作温度和压力下的等体积比热；r为气隙球的半径；ρ为气隙球的密度。
[0159]
可选地，振动源高斯脉冲强度生成模块803包括：
[0160]
振动扰动位置数据确定模块，用于采用光纤瑞利散射光强时域数据进行振动扰动位置确定，生成振动扰动位置数据。
[0161]
光纤仿真方程式生成模块，用于采用振动扰动位置数据进行拟合，生成多个光纤仿真方程式。
[0162]
振动源高斯脉冲强度生成子模块，用于将全部光纤仿真方程式代入预设声波传递函数公式，反推计算得到振动源高斯脉冲强度。
[0163]
可选地，局部放电量生成模块804包括：
[0164]
局部放电振动强度和局部放电振动频率确定模块，用于通过振动源高斯脉冲强度对应的高斯脉冲声源波形的纵坐标和中心横坐标，确定局部放电振动强度和局部放电振动频率。
[0165]
波形传递函数值生成模块，用于采用局部放电振动强度和局部放电振动频率代入波形传递函数公式，生成波形传递函数值。
[0166]
局放超声波压力确定模块，用于将波形传递函数值作为局放超声波压力。
[0167]
局部放电量生成子模块，用于将局放超声波压力代入局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。
[0168]
本发明实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括：存储器及处理器，存储器中储存有计算机程序；计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如上述任一实施例的海底电缆局部放电量反演方法。
[0169]
存储器可以是诸如闪存、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)、eprom、硬盘或者rom之类的电子存储器。存储器具有用于执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。例如，用于程序代码的存储空间可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(cd)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。这些代码当由计算处理设备运行时，导致该计算处理设备执行上面所描述的海底电缆局部放电量反演方法中的各个步骤。
[0170]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的海底电缆局部放电量反演方法。
[0171]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0172]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0173]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0174]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0175]
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现
出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0176]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种海底电缆局部放电量反演方法，其特征在于，包括：获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用所述海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型；采用所述海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式；采用所述光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度；根据所述振动源高斯脉冲强度、所述波形传递函数公式和所述局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。2.根据权利要求1所述的海底电缆局部放电量反演方法，其特征在于，所述采用所述海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式的步骤，包括：按照预设缺陷设置数据对所述海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，生成仿真波形数据；采用所述仿真波形数据，构建波形传递函数公式；所述波形传递函数公式为：τ＝1/f0；式中：g(t)为波形传递函数公式；a为脉冲的幅值；τ为脉冲的时间宽度；f0为脉冲的频带宽度；根据所述海底电缆仿真模型对应的温度变化量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式。3.根据权利要求2所述的海底电缆局部放电量反演方法，其特征在于，所述根据所述海底电缆仿真模型对应的温度变化量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式的步骤，包括：采用所述海底电缆仿真模型对应的温度变化量和压力增大量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式；所述局放超声波压力公式为：其中，p0是0℃的气隙压力，p0＝101325pa；β0是气隙0℃的气隙膨胀系数，β0＝3.66
×
10-3k-1
；δq是视在放电量；u为电缆工作电压；λ为热膨胀能占局部放电总能量的百分比，取值范围为0.03-0.08；c
v
为气隙在正常工作温度和压力下的等体积比热；r为气隙球的半径；ρ为气隙球的密度。4.根据权利要求1所述的海底电缆局部放电量反演方法，其特征在于，所述采用所述光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度的步骤，包括：
采用所述光纤瑞利散射光强时域数据进行振动扰动位置确定，生成振动扰动位置数据；采用所述振动扰动位置数据进行拟合，生成多个光纤仿真方程式；将全部所述光纤仿真方程式代入预设声波传递函数公式，反推计算得到振动源高斯脉冲强度。5.根据权利要求1所述的海底电缆局部放电量反演方法，其特征在于，所述根据所述振动源高斯脉冲强度、所述波形传递函数公式和所述局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量的步骤，包括：通过所述振动源高斯脉冲强度对应的高斯脉冲声源波形的纵坐标和中心横坐标，确定局部放电振动强度和局部放电振动频率；采用所述局部放电振动强度和所述局部放电振动频率代入所述波形传递函数公式，生成波形传递函数值；将所述波形传递函数值作为局放超声波压力；将所述局放超声波压力代入所述局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。6.一种海底电缆局部放电量反演系统，其特征在于，包括：海底电缆仿真模型构建模块，用于获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用所述海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型；波形传递函数公式和局放超声波压力公式构建模块，用于采用所述海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式；振动源高斯脉冲强度生成模块，用于采用所述光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度；局部放电量生成模块，用于根据所述振动源高斯脉冲强度、所述波形传递函数公式和所述局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。7.根据权利要求6所述的海底电缆局部放电量反演系统，其特征在于，所述波形传递函数公式和局放超声波压力公式构建模块包括：仿真波形数据生成模块，用于按照预设缺陷设置数据对所述海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，生成仿真波形数据；波形传递函数公式构建模块，用于采用所述仿真波形数据，构建波形传递函数公式；所述波形传递函数公式为：τ＝1/f0；式中：g(t)为波形传递函数公式；a为脉冲的幅值；τ为脉冲的时间宽度；f0为脉冲的频带宽度；局放超声波压力公式构建模块，用于根据所述海底电缆仿真模型对应的温度变化量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式。8.根据权利要求7所述的海底电缆局部放电量反演系统，其特征在于，所述局放超声波
压力公式构建模块执行以下步骤：采用所述海底电缆仿真模型对应的温度变化量和压力增大量进行局放超声波压力计算，构建局放超声波压力公式；所述局放超声波压力公式为：其中，p0是0℃的气隙压力，p0＝101325pa；β0是气隙0℃的气隙膨胀系数，β0＝3.66
×
10-3k-1
；δq是视在放电量；u为电缆工作电压；λ为热膨胀能占局部放电总能量的百分比，取值范围为0.03-0.08；c
v
为气隙在正常工作温度和压力下的等体积比热；r为气隙球的半径；ρ为气隙球的密度。9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至5任一项所述的海底电缆局部放电量反演方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至5任一项所述的海底电缆局部放电量反演方法。

技术总结
本发明公开了一种海底电缆局部放电量反演方法、系统、设备和介质，通过获取海底电缆结构数据和光纤瑞利散射光强时域数据，采用海底电缆结构数据，构建海底电缆仿真模型。然后采用海底电缆仿真模型进行气隙缺陷局部放电仿真，构建波形传递函数公式和局放超声波压力公式。并采用光纤瑞利散射光强时域数据代入预设声波传递函数公式进行脉冲强度计算，生成振动源高斯脉冲强度。最后基于振动源高斯脉冲强度、波形传递函数公式和局放超声波压力公式进行反推计算，生成局部放电量。通过光纤振动反推局部放电量，关注局部放电量与光纤形变的对应关系，提高海底电缆局部放电量反演结果准确度。度。度。


技术研发人员：廖雁群 朱五洲 王航 杨帅 肖集雄 陈兆炜 李迪 黄嘉明 胡欣欣 林翠婷 崔江静 李智宇
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司珠海供电局
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/25