CN101743484A

CN101743484A - 检测局部放电位置的系统和方法

Info

Publication number: CN101743484A
Application number: CN200880023092A
Authority: CN
Inventors: 具禅根; 朱炯俊; 尹珍烈; 韩基善; 朴基濬
Original assignee: Korea Electric Power Corp
Current assignee: Korea Electric Power Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: KR20090002588A; WO2009005223A1; JP2010531454A; GB201000898D0; JP5165058B2; KR100915712B1; CN101743484B; DE112008001713B4; GB2463611A; GB2463611B; DE112008001713T5

Abstract

公开了一种检测局部放电位置的系统和方法。所述系统包括：局部放电传感器，检测电磁局部放电信号；波形监控器，测量由局部放电传感器检测的局部放电信号的波形；变换模块，变换波形，并根据每种传输模式划分局部放电信号；计算模块，通过划分的局部放电信号的达到时间和频率来计算局部放电传感器和局部放电位置之间的距离。

Description

检测局部放电位置的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种监控电子装置的系统和方法，具体地讲，所述系统和方法能检测局部放电位置。

背景技术

因为放电源的大小通常太小而无法找到，所以难以检测和去除放电源。因此，更准确地估计局部放电位置以防止电子装置的可能崩溃被认为是重要的方案之一。

用于估计局部放电位置的方案可大致分为使用放电产生的电磁放电信号的衰减的一种方案和使用电磁放电信号的到达局部放大传感器的时间的差的一种方案。

图1是示出根据现有技术的检测局部放电位置的方法的示图。

参照图1，电子装置(例如，气体绝缘总线(GIB)10)包括中央导体12、配电盒14和多个局部放大传感器16。配电盒14与中央导体12绝缘，并缠绕在中央导体12周围。局部放大传感器16检测在GIB 10局部放电信号的发生。

当在GIB 10发生局部放大时，位于局部放电位置DP附近的局部放大传感器16可检测强的局部放电信号，距局部放电位置DP远的另一局部放大传感器16可检测相对弱的局部放电信号。可通过在由局部放大传感器16感测的局部放电信号的位置信号强度的曲线中执行插值法来近似估计位置DP。

图2是示出根据现有技术的使用电磁放电信号到达局部放电传感器的时间的差来检测局部放电位置的方法的示图。

在该方法中，如图2所示，第一局部放电传感器26和第二局部放电传感器28安装在待检测的电子装置中，以估计局部放电位置。在所述电子装置将第一局部放电传感器26和第二局部放电传感器28彼此隔开预定间隔Dt。当产生了局部放电时，通过第一局部放电传感器26和第二局部放电传感器28来检测局部放电信号，并通过测量单元23来计算局部放电信号到达第一局部放电传感器26和第二局部放电传感器28的时间。到达时间根据放电传感器16和位置DP之间的距离而变化，因此，可通过使用达到时间来计算第一局部放电传感器26和位置DP之间的第一距离D1以及第二局部放电传感器28和位置DP之间的距离D2。

发明内容

技术问题

以上描述的传统方法需要多个局部放电传感器用于估计放电位置。因此，放电传感器需要彼此之间充分窄地被安装，从而能够检测弱的放电信号。这导致难以例如在复杂电子装置中安装此类传感器。

另一方面，当将传感器之间的间隔设置的宽时，可能难以将传感器有线连接到测量单元，在将信号从传感器发送到测量单元时信号可能衰减或失真。这可能使估计局部放电位置的方法的可靠性降低。

技术方案

本发明的一方面提供了一种通过采用单个局部放电传感器检测局部放电位置的系统和方法。

本发明的另一方面提供了一种检测局部放电位置的系统和方法，该系统和方法通过采用单个局部放电传感器能够提高准确性。

本发明的示例性实施例提供了一种检测局部放电位置的系统，所述系统包括：局部放电传感器，检测电磁局部放电信号；波形监控器，测量由局部放电传感器检测的局部放电信号的波形；变换模块，变换波形，并根据每种传输模式划分局部放电信号；计算模块，通过划分的局部放电信号的达到时间和频率来计算局部放电传感器和局部放电位置之间的距离。

变换模块可具有同时分析时间和频率的算法。

所述算法可包括STFT(短时傅里叶变换)或WT(小波变换)。

计算模块可产生每种传输模式的信号的群速，并通过两种传输模式的两个信号的群速和所述两个信号的达到时间的差来计算局部放电传感器和局部放电位置之间的距离。

本发明的另一示例性实施例提供了一种检测局部放电位置的方法，所述方法包括：测量局部放电信号的波形；变换波形，并根据每种传输模式划分局部放电信号；通过划分的局部放电信号的频率来计算每种传输模式的信号的群速；通过两种传输模式的两个信号的群速和所述两个信号的达到时间的差来计算局部放电位置。

划分变换的波形的步骤可包括：通过使用同时分析时间和频率的算法来划分局部放电信号。

可根据如下的等式1来计算群速：

[等式1]

V_{g} = C \sqrt{1 - {(\frac{fc}{f})}^{2}}

其中，“C”表示光速，“fc”表示每种模式的信号的切断频率，“f”表示相应模式的信号的达到时间时的频率。

计算局部放电位置的步骤可包括：选择第一传输模式和第二传输模式；计算第一传输模式和第二传输模式的两个信号的达到时间的差；通过在如下的等式3中输入达到时间的差和在达到时间时所述两个信号的群速来计算局部放电传感器和局部放电位置的距离：

[等式3]

L = \frac{v_{g 1} v_{g 2}}{v_{g 1} - v_{g 2}} Δt

其中，“L”表示局部放电传感器和局部放电位置之间的距离，“v_g1”和“v_g2”分别表示第一传输模式和第二传输模式的信号的群速，“Δt”表示达到时间的差。

有益效果

本发明可提供与采用多个局部放电传感器的传统方法相比在检测局部放电位置方面进一步提高的可靠性。

并且，由于提供了单个局部放电传感器，所以可节省成本。

附图说明

以下将参照附图更全面地描述本发明，在附图显示了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同形式来实现，不应该被解释为限于这里阐述的实施例：

图1和图2是示出根据现有技术的检测局部放电位置的方法的示图；

图3是示出根据本发明示例性实施例的检测局部放电位置的方法的示图；

图4是示出根据本发明示例性实施例的检测局部放电位置的方法的流程图；

图5是显示局部放电信号的波形的曲线图；

图6是显示局部放电信号的达到时间和频率之间的关系的曲线图；

图7是示出根据本发明示例性实施例的检测局部放电位置的系统的示图。

具体实施方式

以下将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式被实现，不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使本公开是彻底的，并将本发明的范围全面地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清晰，层和区域的大小或相对大小可被夸大。附图中相同的标号表示相同的元件。以下，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

图3是示出根据本发明示例性实施例的检测局部放电位置的方法的示图。

即使包括配电盒32和中央导体34的气体绝缘总线(GIB)作为示例性实施例中的示例被描述，但本发明并不限于此，GIB还可被应用于各种电子装置(例如，气体绝缘的开关装置、变压器和电缆)。

参照图3，当在电子装置(例如，同轴结构的GIB)中的局部放电位置DP发生局部放电时，以各种传输模式(例如，横向电磁(TEM)模式和横向电(TE)模式TE11、TE21、TE31和TE41)的一种总模式来产生电磁局部放电信号，并进行传播。

理论上，除了TEM模式之外的传输模式的信号具有它们自己的唯一切断频率，具有比这种切断频率大的频率的电磁信号按它们的相应模式被单独传输。

根据每种模式以不同的速度传输信号，从而局部放电传感器36检测到信号的时间根据每种模式而变化。因此，可通过每种模式的信号的达到时间来估计局部放电传感器36和局部放电位置DP之间的距离L。

当电子装置发生局部放电时，以光速C传输的TEM模式的信号被局部放电传感器36首先检测到。然后，其他模式的信号以群速vg传播，并被局部放电传感器36检测到。可由波形监控器38(例如，示波器)测量检测的放电信号，因此，可根据测量的值来计算距离L。

图4是示出根据本发明示例性实施例的检测局部放电位置的方法的流程图。图5是显示局部放电信号的波形的曲线图，图6是显示局部放电信号的达到时间和频率之间的关系的曲线图。

参照图4、图5和图6，通过使用波形监控器38来测量由局部放电传感器36检测的局部放电信号的波形(步骤S1)。

局部放电信号是从图5中示出的各种传输模式的信号合成的一种信号。

计算不同模式的信号的每个达到时间和每个频率，以根据测量的波形产生群速(vg)(步骤S2)。

首先，在图5的第一时间点52检测到具有最快群速的TEM模式的信号。然后，在第二时间点54检测到具有第二最快群速的TE11模式的信号，并将该信号与TEM模式的信号合成。

可通过以下方案来更准确地计算所述信号的到达时间和频率，所述方案可根据各种模式的达到时间和频率来分析所述信号。

作为示例，可引入高时频分辨率方案的方案(例如，STFT(短时傅里叶变换)和WT(小波变换))来分析局部放电信号。

可通过对如图6所示的测量到的局部放电信号执行STFT来获取频率和时间的关系。可看出，可通过STFT关于每种传输模式来划分局部放电信号。在第一时间点62到达的信号是TEM模式的一种信号，在第二时间点64达到的信号是TE11模式的一种信号，该信号是除了TEM模式的信号之外的第二最快信号，其中，TE11模式的信号的频率66是668MHz。

通过使用每种传输模式的每个信号的达到时间和频率来计算每个群速(步骤S3)。

TEM模式的信号以光的光速C传播，从下面的等式1来产生除了TEM模式的信号之外的信号的群速v_g：

[等式1]

V_{g} = C \sqrt{1 - {(\frac{fc}{f})}^{2}}

其中，“fc”表示每种模式的每个信号的切断频率，“f”表示每种模式的每个信号在每个达到时间时的每个频率，“C”表示光速。

可如等式2表示达到时间的差(Δt)：

[等式2]

Δt = t_{2} - t_{1} = L (\frac{1}{v_{g 2}} - \frac{1}{v_{g 1}})

其中，“t₁”和“t₂”分别表示第一传输模式和第二传输模式的信号的达到时间，“v_g1”和“v_g2”分别表示第一传输模式和第二传输模式的群速，“L”表示局部放电传感器和放电位置(DP)之间的距离。

通过两个传输模式的信号的群速和两个传输模式的信号之间的达到时间差来计算放电位置DP(步骤S4)。

在等式2可看出，可通过所述群速和距离来表示达到时间的差。可通过等式3来计算局部放电传感器36和放电位置DP之间距离L，所述等式3是从等式2关于“L”重写的。

[等式3]

L = \frac{v_{g 1} v_{g 2}}{v_{g 1} - v_{g 2}} Δt

可通过根据每种传输模式划分的局部放电信号的达到时间和在所述达到时间的频率来计算每种传输模式的信号的群速。结果，可通过在简单等式中输入两种传输模式的信号的群速和两种传输模式的信号之间的达到时间差来计算局部放电传感器和局部放电位置DP之间的距离。例如，可通过使用TEM模式的信号和TE11模式的信号之间的达到时间的差以及群速来计算局部放电传感器和局部放电位置DP之间的距离L。

根据本发明的示例性实施例，甚至可用单个局部放电传感器来检测局部放电位置(DP)，从而可消除一些可在采用多个局部放电传感器的现有方法中出现的缺点，例如信号延迟或信号失真以及在测量区域内的限制。

参照图7，检测系统70包括局部放电传感器72、波形监控器74、变换模块75、计算模块76和存储单元78。局部放电传感器72检测局部放电信号。波形监控器74测量由局部放电传感器72检测的局部放电信号的波形。变换模块75对检测的波形执行变换，并根据每种传输模式划分变换的波形。计算模块76通过预定等式来计算局部放电传感器72和局部放电位置之间的距离。存储单元78将所述等式存储在其中。

变换模块75具有变换算法，所述变换算法用于将合成了多种传输模式的局部放电信号变换成具有高时频分辨率的时频分布信号。例如，可在变换模块75中实施多种变换算法(例如，STFT(短时傅里叶变换)和WT(小波变换))中的至少一种。

可通过变换算法根据局部放电信号的达到时间和频率来划分局部放电信号。此时，达到时间和频率根据局部放电信号的传输模式而彼此不同，从而划分的信号可对应于传输模式。

计算模块76从变换模块75接收两种传输模式的两个信号的频率和达到时间，以计算两个信号的群速，并通过达到时间的差和群速来估计局部放电位置和局部放电传感器72之间的距离。

变换模块75和计算模块76可在微处理器中被编程，或用硬件实现。例如，变换模块75和计算模块76可以是可执行其功能的半导体芯片或单个芯片。存储单元78可以是可独立安装在系统中的存储器，或与变换模块75和/或计算模块76集成。

在本发明的示例性实施例中，提供了单个局部放电传感器来检测局部放电位置。可通过根据传输模式划分的局部放电信号的达到时间差和所述局部放电信号的群速来估计局部放电传感器和局部放电位置之间的距离。

本发明的示例性实施例可进一步提供与采用多个局部放电传感器的传统方法相比在检测局部放电位置中改进的可靠性。

由于提供了单个局部放电传感器，所以可节省成本。

尽管这里已参照附图描述了本发明的说明性的实施例，但应该理解，本发明不应限于这些确切的实施例，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，本领域的普通技术人员可做出各种其他实施例和修改。所有这种改变和修改意在被包括在权利要求限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种检测局部放电位置的系统，包括：

局部放电传感器，检测电磁局部放电信号；

波形监控器，测量由局部放电传感器检测的局部放电信号的波形；

变换模块，变换波形，并根据每种传输模式划分局部放电信号；

计算模块，通过划分的局部放电信号的达到时间和频率来计算局部放电传感器和局部放电位置之间的距离。

2.如权利要求1所述的系统，其中，

变换模块具有同时分析时间和频率的算法。

3.如权利要求2所述的系统，其中，

所述算法包括短时傅里叶变换算法或小波变换算法。

4.如权利要求1所述的系统，其中，

计算模块产生每种传输模式的信号的群速，并通过两种传输模式的两个信号的群速和所述两个信号的达到时间的差来计算局部放电传感器和局部放电位置之间的距离。

5.一种检测局部放电位置的方法，包括：

测量局部放电信号的波形；

变换波形，并根据每种传输模式划分局部放电信号；

通过划分的局部放电信号的频率来计算每种传输模式的信号的群速；

通过两种传输模式的两个信号的群速和所述两个信号的达到时间的差来计算局部放电位置。

6.如权利要求5所述的方法，其中，划分局部放电信号的步骤包括：通过使用同时分析时间和频率的算法来划分局部放电信号。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述算法包括短时傅里叶变换算法或小波变换算法。

8.如权利要求5所述的方法，其中，

根据如下的等式1来计算群速：

[等式1]

V_{g} = C \sqrt{1 - {(\frac{fc}{f})}^{2}}

9.如权利要求8所述的方法，其中，

计算局部放电位置的步骤包括：

选择第一传输模式和第二传输模式；

计算第一传输模式和第二传输模式的两个信号的达到时间的差；

通过在如下的等式3中输入达到时间的差和在达到时间时所述两个信号的群速来计算局部放电传感器和局部放电位置的距离：

[等式3]

L = \frac{v_{g 1} v_{g 2}}{v_{g 1} - v_{g 2}} Δt

其中，“L”表示局部放电传感器和局部放电位置之间的距离，“v_g1”和“v_g2”分别表示第一传输模式和第二传输模式的两个信号的群速，“Δt”表示达到时间的差。