本发明属于故障诊断，尤其涉及一种高压电缆接地故障分类分级辨识方法及系统。
背景技术：
1、随着城市化的发展越来越迅速，城市用电需求也随之急剧增长，相应的高压电缆的建设规模也越来越大。因此，高压电缆的安全运行显得尤为重要。当前高压电缆接地环流的在线监测是对电缆状态进行监测的主要手段之一，通过对护层环流进行分析来判断电缆的运行状态。而对于环流的判断主要基于以下两种方式：其一是通过上传电流数据至数据中心对其进行分析，结合已有的数据库判断电缆是否正常工作。其二是在线监测相关的电缆特征量来判断电缆是否正常工作，但目前的在线监测方式也只是采用超限判别和局部诊断，无法对故障进行快速响应，精准定位以及严重程度分析。而且局部有限的信息易受外部因素干扰，导致缺乏整体上的综合性诊断，容易误判和漏判。
2、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前在交叉互联高压电缆的故障识别问题上既缺少及时而准确的定位判断，也缺少对故障严重等级的综合分析。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高压电缆接地故障分类分级辨识方法及系统。
2、本发明是这样实现的，一种高压电缆接地故障分类分级辨识方法，包括：
3、s1，建立高压电缆交叉互联电缆仿真模型，输入不同高压电缆各种参数来实现正常和多种故障情况下的电缆模拟，得到多点多相的护层电流响应；
4、s2，对护层电流向量进行特征量的提取，其包括：对同步电流进行计算求其幅值比和相位差，得到各自对应的新特征量，这些特征量将与其对应的故障类别标签共同作为故障分类训练和测试的样本集；
5、s3，根据样本特性构建随机森林模型，选择合适的分割标准，超参数和集成算法，再将样本集按7：3随机分为训练集和验证集，其中训练集用于模型的训练和更新得到损失函数收敛的随机森林模型，并使用验证集来验证模型的准确性；
6、s4，将目标电缆接地箱中检测到的接地电流经过简单计算得到的特征量输入模型即可快速得到电缆的运行状态是正常还是故障，若有故障则返回故障的类别和具体位置以及故障程度。
7、进一步，s1中输入的高压电缆的参数包括电缆电压，三段敷设长度，相间距，以及敷设方式，模拟的故障状态通过改变故障位置处的电阻阻值来实现。
8、进一步，s1中得到的多点多相护层电流响应来源于交叉互联箱中的护层电流传感器，包括每一小段的护层电流幅值和相位。
9、进一步，s2中每一种故障类别的样本可以根据发生故障的位置处的电阻阻值大小来评定其故障的严重程度，将其分为轻度故障和重度故障两类，作为二级标签用来进行分级训练；
10、进一步，s3中，利用故障分类的样本集训练得到识别接地故障种类的模型，其中不同位置的同种故障也被分为不同的故障种类用来定位，再分别使用样本集中每一种故障的含分级标签的数据集一一进行训练得到各个故障的分级模型。
11、进一步，对电缆状态进行诊断分两步进行，首先对高压电缆是否正常运行进行判断，若由输入的特征量预测得到的电缆状态正常则不进行报告，如果非正常则会得到具体的故障类别，然后再次输入特征量到该故障的分级模型中进行预测，得到该故障的严重程度结果。
12、本发明的另一目的在于提供一种应用所述高压电缆接地故障分类分级辨识方法的高压电缆接地故障分类分级辨识系统，包括：
13、仿真模型建立模块，用于建立高压电缆交叉互联电缆仿真模型，输入不同高压电缆各种参数来实现正常和多种故障情况下的电缆模拟，得到多点多相的护层电流响应；
14、特征量提取模块，用于对护层电流向量进行特征量的提取，其包括：对同步电流进行计算求其幅值比和相位差，得到各自对应的新特征量，这些特征量将与其对应的故障类别标签共同作为故障分类训练和测试的样本集；
15、随机森林模型构建模块，用于根据样本特性构建随机森林模型，选择合适的分割标准，超参数和集成算法，再将样本集按7：3随机分为训练集和验证集，其中训练集用于模型的训练和更新得到损失函数收敛的随机森林模型，并使用验证集来验证模型的准确性；
16、故障诊断模块，用于将目标电缆接地箱中检测到的接地电流经过简单计算得到的特征量输入模型即可快速得到电缆的运行状态是正常还是故障，若有故障则返回故障的类别和具体位置以及故障程度。
17、本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的高压电缆接地故障分类分级辨识方法的步骤。
18、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的高压电缆接地故障分类分级辨识方法的步骤。
19、本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的高压电缆接地故障分类分级辨识系统。
20、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
21、第一，本发明基于随机森林构建故障识别模型和程度分级模型，用于高压线缆运行状态检测，随机森林算法模型在这一领域表现出更好的分类识别效果，具有模型简单，精确度高，鲁棒性好，速度快等特点，由于分类和分级模型是提前训练好的，在使用中仅需极短的时间就能预测出电缆电路状态，因此可以集成到在线监测装置中，易于推广实现。
22、本发明基于随机森林构建故障识别模型和程度分级模型，用于高压线缆运行状态检测，随机森林算法模型在这一领域表现出更好的分类识别效果，具有模型简单，精确度高，鲁棒性好，速度快等特点，不仅实现了各种典型故障的在线监测和预警，还实现了故障程度的级别检测。
23、本发明能够实时监测交叉互联高压电缆运行状态，能在电缆出现故障时及时地检测出来，实现故障的分类定位和故障程度评级，如此能方便后续对电缆故障的修复，大幅提高了电缆检修的效率，减少因故障带来的损失。
24、第二，本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：当前高压电缆接地环流的在线监测是对电缆状态进行监测的主要手段之一，通过对护层环流进行分析来判断电缆的运行状态。而对于环流的判断主要基于以下两种方式：其一是通过上传电流数据至数据中心对其进行分析，结合已有的数据库判断电缆是否正常工作。其二是在线监测相关的电缆特征量来判断电缆是否正常工作，但目前的在线监测方式也只是采用超限判别和局部诊断，无法对故障进行快速响应，精准定位以及严重程度分析。而且局部有限的信息易受外部因素干扰，导致缺乏整体上的综合性诊断，容易误判和漏判。
25、第三，本发明提供的高压电缆接地故障分类分级辨识方法的显著技术进步体现在以下几个方面：
26、1)高精度的故障模拟和识别：
27、s1步骤中建立的高压电缆仿真模型能够模拟正常和多种故障情况，通过输入不同的电缆参数，如电压、敷设长度、相间距和敷设方式，可以精确模拟电缆在不同故障状态下的表现，从而提高故障识别的准确性。
28、2)细致的特征量提取和分类：
29、s2中的特征量提取，包括计算同步电流的幅值比和相位差，能够生成与故障类别紧密相关的新特征量。这些特征量在故障分类训练和测试中起到关键作用，提高了故障分类的准确度。
30、3)高效的随机森林模型构建：
31、在s3步骤中，运用随机森林模型并结合适当的分割标准和超参数，使模型能够准确识别不同类型和程度的故障。7:3的训练集和验证集划分保证了模型在各种情况下都有良好的泛化能力。
32、4)快速准确的故障定位与程度判定：
33、s4步骤中，能够基于接地箱中检测到的接地电流特征量快速确定电缆运行状态，包括故障的类别、具体位置和故障程度。这对于电力系统的快速响应和维护极为关键。
34、5)故障严重程度的分级训练：
35、如s2和s4所述，能够根据故障位置处的电阻阻值大小将故障分为轻度故障和重度故障两类，并进行分级训练。这种细分可以使得故障处理更加精准，为采取相应的维修措施提供依据。
36、6)不同故障种类的定位能力：
37、如s5中所述，通过对每种故障进行分别训练，模型能够识别同一种故障在不同位置的差异，这对于精确定位故障点非常有帮助。
38、本发明提供的方法的显著技术进步在于其高精度的故障模拟与识别能力、细致的故障分类和分级能力，以及快速准确的故障定位与程度判定能力，这些都极大提高了电力系统故障处理的效率和准确性。
1.一种高压电缆接地故障分类分级辨识方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的高压电缆接地故障分类分级辨识方法，其特征在于，s1中输入的高压电缆的参数包括电缆电压，三段敷设长度，相间距，以及敷设方式，模拟的故障状态通过改变故障位置处的电阻阻值来实现。
3.如权利要求1所述的高压电缆接地故障分类分级辨识方法，其特征在于，s1中得到的多点多相护层电流响应来源于交叉互联箱中的护层电流传感器，包括每一小段的护层电流幅值和相位。
4.如权利要求1所述的高压电缆接地故障分类分级辨识方法，其特征在于，s2中每一种故障类别的样本可以根据发生故障的位置处的电阻阻值大小来评定其故障的严重程度，将其分为轻度故障和重度故障两类，作为二级标签用来进行分级训练。
5.如权利要求1所述的高压电缆接地故障分类分级辨识方法，其特征在于，s3中，利用故障分类的样本集训练得到识别接地故障种类的模型，其中不同位置的同种故障也被分为不同的故障种类用来定位，再分别使用样本集中每一种故障的含分级标签的数据集一一进行训练得到各个故障的分级模型。
6.如权利要求1所述的高压电缆接地故障分类分级辨识方法，其特征在于，对电缆状态进行诊断分两步进行，首先对高压电缆是否正常运行进行判断，若由输入的特征量预测得到的电缆状态正常则不进行报告，如果非正常则会得到具体的故障类别，然后再次输入特征量到该故障的分级模型中进行预测，得到该故障的严重程度结果。
7.一种应用如权利要求1～6任意一项所述高压电缆接地故障分类分级辨识方法的高压电缆接地故障分类分级辨识系统，其特征在于，包括：
8.一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～6任意一项所述的高压电缆接地故障分类分级辨识方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～6任意一项所述的高压电缆接地故障分类分级辨识方法的步骤。
10.一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述的高压电缆接地故障分类分级辨识系统。
