CN102798806B

CN102798806B - 一种变压器局部放电检测方法

Info

Publication number: CN102798806B
Application number: CN201210270858.0A
Authority: CN
Inventors: 贾琳; 张超
Original assignee: Ponovo Power Co ltd
Current assignee: Beijing Ponovo Power Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2032-08-01
Also published as: CN102798806A

Abstract

本发明属于变压器检测技术领域，涉及一种变压器局部放电检测方法，该方法包括触发阈值设定、阈值比较触发声通道采集、记录超声波信号的传递时间、判定超声波信号的传播路径和传播速度及局部放电源定位等五个步骤。本发明具有触发和定位精度高等特点。

Description

一种变压器局部放电检测方法

技术领域

本发明属于变压器检测技术领域，特别涉及一种变压器局部放电检测方法。

背景技术

局部放电检测是早期发现变压器局部放电的有效手段。

常用的局部放电检测方法有：脉冲电流法、特高频法、以及超声波检测法。脉冲电流法作为应用时间最长的局部放电检测方法，在局部放电的检测与识别上具有自身的优势，但无法准确的定位局部放电；特高频法优于传感器安装方式的限制，仅仅在检测气体绝缘组合开关设备（Gas Insulated Switchgear, GIS）时，具有良好的效果；超声波检测法在局部放电定位上效果明显，但是在局部放电定量与模式分类上存在缺陷。

现有的局部放电声电结合法，应用四个超声通道及一个电通道，采用平衡定位法，应用电通道作为触发源，四个超声通道两个为一组，当检测局部放电信号达到平衡时，放电位于每组两个探头等距的平面上，再利用分别确定的两个平面的交线来初略定位局部放电位置。

该方法虽应用了声电联合测量的方法，但是在定位上存在误差较大、无法准确定位的缺陷。同时，电通道仅仅作为触发通道，没有发挥声电联合的真正优势。

发明内容

本发明克服了现有技术的缺陷，提供了一种变压器局部放电检测方法，通过本方法，可以精确定位变压器的局部放电源，并可判断出局部放电源的具体类型，从而更有针对性的进行故障检修，适用于变压器的局部放电在线检测。

本发明公开了一种变压器局部放电检测方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，变压器运行前，分别检测该变压器接地电缆和套管末屏处的现场噪声水平，设定第一触发阈值和第二触发阈值，

步骤2，变压器运行时，分别检测该变压器接地电缆和套管末屏处的脉冲电流信号，当检测到该变压器接地电缆处的脉冲电流信号大于该第一触发阈值，且该变压器套管末屏处的脉冲电流信号大于该第二触发阈值时，将该变压器接地电缆处采集到的脉冲电流信号存储为第一局部放电信号，并将该变压器套管末屏处采集到的脉冲电流信号存储为第二局部放电信号，

步骤3，检测三路超声波信号，分别记录每路该超声波信号的传递时间，

步骤4，将该第一局部放电信号和该第二局部放电信号的电压幅值间的比值与一个预定阈值进行比较，判断该超声波信号的传播路径和传播速度，其中，当该比值大于等于该预定阈值时，该超声波信号在该变压器油中沿直线传播，该超声波信号的传播速度为声波在该变压器油中的传播速度，当该比值小于该预定阈值时，该超声波信号在该变压器壁中沿折线传播，该超声波信号的传播速度为声波在铸铁中的传播速度，

步骤5，基于该超声波信号的传播路径、传播速度和传递时间，计算局部放电源的位置。

进一步，该预定阈值为该变压器铁芯的高度与该变压器铁芯距变压器上壁距离的比值，该变压器铁芯距变压器上壁距离为该变压器的高度与该变压器铁芯的高度之差。

进一步，该超声波信号在该变压器油中沿直线传播，步骤5根据球面方程计算该局部放电源的位置。

进一步，该该超声波信号在该变压器壁中沿折线传播，步骤5根据方程组1计算该局部放电源的位置，

方程组1

其中，为该变压器的宽度，为该变压器的高度，，，为三路超声波信号的传递时间，为声波在铸铁中的传播速度，（, , ）为该局部放电源的位置坐标，(，,0)、(,0,)和 (0,,)分别为三个超声波探头的坐标。

进一步，该方法还包括步骤6，对该第一局部放电信号的波形进行模式识别，判定该局部放电源的类型。

进一步，该模式识别方法为结构模式识别或人工神经网络法。

本发明公开的一种变压器局部放电检测方法的有益效果在于：1）通过两个电通道触发，提高检测精度；2）通过两路电脉冲信号，可判断超声波的传播路径和传播速度，提高定位精度；3）通过波形模式识别，确定变压器中的什么部件需要检测，使变压器绝缘故障检修更有针对性。

附图说明

图1为本发明的变压器局部放电检测方法的流程示意图。

图2为本发明的超声波信号在变压器壁中沿折线传播的原理图。

图3为本发明的超声波信号在变压器油中沿直线传播的原理图。

具体实施方式

本发明的一种变压器局部放电检测方法，结合附图和实施例详细说明如下。

本发明公开了一种变压器局部放电检测方法，包括如下步骤：

步骤1，变压器运行前，即在变压器不通电的情况下，分别检测该变压器接地电缆和套管末屏处的现场噪声水平，设定第一触发阈值和第二触发阈值，该第一、第二触发阈值可为噪声信号的幅值，

步骤2，变压器运行时，即在变压器带电状态下，通过安装于该变压器接地电缆处的第一高频电流传感器检测该变压器接地电缆处的脉冲电流信号，以及通过安装于该变压器套管末屏处的第二高频电流传感器检测该变压器套管末屏处的脉冲电流信号，当检测到该变压器接地电缆处的脉冲电流信号大于该第一触发阈值，且该变压器套管末屏处的脉冲电流信号大于该第二触发阈值时，将该变压器接地电缆处采集到的脉冲电流信号存储为第一局部放电信号，并将该变压器套管末屏处采集到的脉冲电流信号存储为第二局部放电信号，之后，执行步骤3，否则重复执行步骤2，

步骤3，开始检测三路超声波信号，分别记录每路该超声波信号的传递时间，超声波信号的传递时间为超声波探头开始检测超声波信号至检测到超声波信号的时间，

步骤4，将该第一局部放电信号和该第二局部放电信号的电压幅值间的比值与一个预定阈值进行比较，判断该超声波信号的传播路径和传播速度，其中，当该比值大于等于该预定阈值时，该超声波信号在该变压器油中沿直线传播，该超声波信号的传播速度为声波在变压器油中的传播速度，当该比值小于该预定阈值时，该超声波信号在该变压器壁中沿折线传播，该超声波信号的传播速度为声波在铸铁中的传播速度，

步骤4的主要作用是判定超声波信号的传播路径和传播速度，对于变压器而言，局部放电源靠近变压器接地电缆时，超声波信号主要在变压器油中传播，而靠近变压器套管时，主要在变压器壁中传播，此外根据声波传播的特征可知声波在固体中的传播速度是液体中传播速度的5倍，故区别超声波的传播速度对于精确定位局部放电源是非常有必要的，由于变压器的等效模型为电感与电容的组合电路，且局部放电脉冲是一个高频信号，故可以忽略电容对信号的影响，得出接地电缆与套管末屏处测得的局部放电信号的电压幅值将与放电源的距离成反比例关系，即（公式1），为第一局部放电信号的电压幅值，为第二局部放电信号的电压幅值，为局部放电源至安装于该变压器接地电缆处的高频电流传感器的距离，为局部放电源到安装于该变压器套管末屏处的高频电流传感器的距离，预定阈值主要通过变压器模型仿真实验获得，该实验通过测定放电位置与的关系，从而得出反映超声波传播路径的临界状态的电压比值，该电压比值即为预定阈值，当大于等于该预定阈值时，超声波在变压器油中传播，当小于该预定阈值时，超声波在变压器壁中传播。

除了通过大量实验确定该预定阈值外，还可通过变压器铁芯的高度来确定该预定阈值，即该预定阈值为变压器铁芯的高度与变压器铁芯距变压器上壁距离的比值，该变压器铁芯距变压器上壁距离为该变压器的高度与该变压器铁芯的高度之差。

基于步骤4的判定结果，可以通过步骤5来确定该局部放电源的位置，定位的具体方法如下：

一是，根据变压器建立一个xyz坐标系；

二是，设三个超声波探头的坐标分别为(，,0)、(,0,)和 (0,,)，其中，，，，，为已知量，并设局部放电源的坐标为；

三是，根据超声波信号的传播路径、传播速度和传递时间计算该局部放电源的位置，分为两种情况：

1）超声波信号在变压器壁中沿折线传播

参见图2，如果步骤4根据该第一局部放电信号与该第二局部放电信号的电压幅值间的比值小于该预定阈值时，判定三路超声波信号沿变压器壁传播时，通过方程组1来计算局部放电源的位置，

（方程组1）

其中，为所述变压器的宽度，为所述变压器的高度，，，为三路超声波信号的传递时间，为声波在铸铁中的传播速度。

2）超声波信号在变压器油中沿直线传播

参见图3，如果步骤4根据该第一局部放电信号与该第二局部放电信号的电压幅值间的比值大于等于该预定阈值时，判定三路超声波信号沿变压器油传播时，利用空间几何求解局部放电源的位置，即分别以三个超声波探头为球心，以超声波探头至局部放电源的距离为半径，构建三个球体，此三个球体的交点则为局部放电源的最终位置，该最终位置的求解方程见方程组2，设局部放电源到三个探头的距离分别为：，其中，，，为声波在变压器油中的的传播速度；

（方程组2）

上述步骤1至步骤5虽然可以精度的定位局部放电源，但由于变压器的复杂结构，局部放电源所处位置可能包括多种部件，而根据局部放电源的位置信息无法判断具体的放电部件，故本发明方法还包括步骤6，对该第一局部放电信号的波形进行模式识别，采用结构模式识别法或人工神经网络法，将该第一局部放电信号的波形同典型的局部放电波形进行比较，判定局部放电源的类型，例如，经过超声定位之后，在放电点周围存在多种可能放电介质，诸如油中尖板放电、油中气泡放电、套管沿面放电、铁芯内部放电等，通过模式识别，更精确定位哪种介质发生放电。由于接地电缆处的噪声干扰普遍小于套管处，故此处比较的是第一局部放电信号波形，而不是第二局部放电信号波形。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种变压器局部放电检测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1，变压器运行前，分别检测所述变压器接地电缆和套管末屏处的现场噪声水平，设定第一触发阈值和第二触发阈值，

步骤2，变压器运行时，分别检测所述变压器接地电缆和套管末屏处的脉冲电流信号，当检测到所述变压器接地电缆处的脉冲电流信号大于所述第一触发阈值，且所述变压器套管末屏处的脉冲电流信号大于所述第二触发阈值时，将所述变压器接地电缆处采集到的脉冲电流信号存储为第一局部放电信号，并将所述变压器套管末屏处采集到的脉冲电流信号存储为第二局部放电信号，

步骤3，检测三路超声波信号，分别记录每路所述超声波信号的传递时间，

步骤4，将所述第一局部放电信号和所述第二局部放电信号的电压幅值间的比值与一个预定阈值进行比较，判断所述超声波信号的传播路径和传播速度，其中，当所述比值大于等于所述预定阈值时，所述超声波信号在变压器油中沿直线传播，所述超声波信号的传播速度为声波在变压器油中的传播速度，当所述比值小于所述预定阈值时，所述超声波信号在变压器壁中沿折线传播，所述超声波信号的传播速度为声波在铸铁中的传播速度，

步骤5，基于所述超声波信号的传播路径、传播速度和传递时间，计算局部放电源的位置。

2.根据权利要求1所述的变压器局部放电检测方法，其特征在于，所述预定阈值为所述变压器铁芯的高度与所述变压器铁芯距变压器上壁距离的比值，所述变压器铁芯距变压器上壁距离为所述变压器的高度与所述变压器铁芯的高度之差。

3.根据权利要求1或2所述的变压器局部放电检测方法，其特征在于，所述超声波信号在所述变压器油中沿直线传播，步骤5根据球面方程计算所述局部放电源的位置。

4.根据权利要求1或2所述的变压器局部放电检测方法，其特征在于，所述超声波信号在所述变压器壁中沿折线传播，步骤5根据方程组1计算所述局部放电源的位置，

\{\begin{matrix} {(w - y)}^{2} + h + \sqrt{{(x_{1} - x)}^{2} + {(y_{1} - w)}^{2}} = v_{s} \times t_{1} \\ y + \sqrt{{(x_{2} - x)}^{2} + {(z_{2} - h)}^{2}} = v_{s} \times t_{2} \\ x + \sqrt{{(y_{3} - y)}^{2} + {(z_{3} - z)}^{2}} = v_{s} \times t_{3} \end{matrix}

方程组1

其中，w为所述变压器的宽度，h为所述变压器的高度，t₁，t₂，t₃为三路超声波信号的传递时间，v_s为声波在铸铁中的传播速度，(x,y,z)为所述局部放电源的位置坐标，(x₁，y₁,0)、(x₂,0,z₂)和(0,y₃,z₃)分别为三个超声波探头的坐标。

5.根据权利要求1所述的变压器局部放电检测方法，其特征在于，所述方法还包括步骤6，对所述第一局部放电信号的波形进行模式识别，判定所述局部放电源的类型。

6.根据权利要求5所述的变压器局部放电检测方法，其特征在于，所述模式识别方法为结构模式识别或人工神经网络法。