CN102959414B - 定位局部放电发射区域的方法及与该方法相关联的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种定位局部放电发射区域(Z)的方法以及相关联的装置。该方法的特征在于其包括使用每个都包括VHF和/或UHF检测器(D1、D2、D3、D4)的四个相同的测量链来测量局部放电信号的步骤，其中所述四个VHF和/或UHF检测器位于正方形或矩形的四个角上，从而在所述正方形或矩形内确定所述局部放电发射区域(Z)。

Description

定位局部放电发射区域的方法及与该方法相关联的装置
技术领域
本发明涉及定位局部放电发射区域的方法和适于实施该方法的定位装置。
背景技术
在工厂中，对电源变压器执行局部放电测量以确保电源变压器正确地运行。根据周围环境条件，局部放电测量有时会受到来自变压器外部的电源的干扰放电的干扰。因此出现了如何定位那些干扰放电的问题，以能够消除那些干扰放电。
现有技术中已知多种定位外部放电的技术。
第一种已知定位技术使用超声波检测器。由超声波检测器的使用产生的第一个问题是其对扰乱的敏感性而非由放电引起的扰乱。第二个问题是当所述电源位于较大场地时可能要求定位局部放电源的相当大的时间周期。
第二种已知技术使用紫外线照相机。第一个因使用紫外线照相机产生的问题是不可以单独地定位使空气离子化的放电(电晕放电)。该项技术的另一个缺陷是其非常高的成本。
对于上述现有技术而言，还需要放电活动持续并且是定时的，否则，放电的检测是高度随机的。这表现出了另一个缺陷。
本发明的方法不具有上述缺陷。
发明内容
本发明涉及一种用于定位局部放电发射区域的方法，其特征在于，所述方法包括：
·校准四个大体相同的测量通道的步骤，每个测量通道均都包括甚高频(VHF)检测器和/或超高频(UHF)检测器，所述校准步骤针对每个测量通道提供了与所述测量通道相关联的校准数据；
·通过所述四个测量通道来测量局部放电信号的步骤，所述四个VHF和/或UHF检测器位于平面(X、Y)内，检测器D1位于点(0、0)处、检测器D2位于点(0、Y2)处、检测器D3位于点(X3、Y2)处并且检测器D4位于点(0、X3)处；
·计算由分别包括检测器D2和检测器D3的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD2-TOAD3的步骤，所述计算步骤通过使用所述校准步骤产生的所述校准数据来校正；
·计算由分别包括检测器D4和检测器D1的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD4-TOAD1的步骤，所述计算步骤通过使用由所述校准步骤产生的所述校准数据来校正；
·计算由分别包括检测器D1和检测器D2的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD1-TOAD2的步骤，所述计算步骤通过使用由所述校准步骤产生的所述校准数据来校正；
·计算由分别包括检测器D3和检测器D4的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD3-TOAD4的步骤，所述计算步骤通过使用由所述校准步骤产生的所述校准数据来校正；以及
·在通过以下等式定位在参考坐标系(X、Y)中限定的直线Xd1、Xd2、Yd1和Yd2的交点处定位局部放电发射区域的步骤：
Xd1＝(X3/2)+((TOAD2-TOAD3)/2)×c
Xd2＝(X3/2)-((TOAD4-TOAD1)/2)×c
Yd1＝(Y2/2)+((TOAD1-TOAD2)/2)×c
Yd2＝(Y2/2)-((TOAD3-TOAD4)/2)×c
其中，c为光速。
在本发明的改进中，所述方法包括与所述四个测量通道大体相同的两个附加测量通道，所述两个附加测量通道的两个附加检测器D5和D6位于平行于平面(X、Y)的平面内、分别相对于检测器D1和D2垂直平移。因此可以通过四个检测器D1、D2、D5和D6在平面(Y、V)内确定附加放电发射区域，轴线X、Y、V限定轴线的右手系统[X、Y、V]。
因此，当平面局部放电发射区域同时位于平面(X、Y)和平面(Y、V)内时，本发明方法可以确定是否存在体积形式的局部放电发射区域，该体积在平面(X、Y)和平面(Y、V)上具有构成已确定平面发射区域的投影。
附图说明
通过结合附图的以下说明，将更清楚地理解本发明的其它特征和优点。
图1示出了适于实施用于实施本发明方法所需的初步校准的装置；
图2示出了用于实施本发明方法的装置的示例；
图3A-3D示出了由图2所示装置的UHF检测器传送的测量信号；以及
图4示出了在图2所示装置的改进。
在全部附图中，相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了适于实施用于实施本发明方法所需的初步校准的装置。
如通过阅读本发明优选实施例的以下描述，四个测量通道用于实施本发明的方法。每个测量通道由，例如，高频检测器Di(例如UHF检测器)、长同轴电缆Ki、放大器Ai和短同轴电缆ki构成。根据示例，长同轴电缆Ki具有5米至50米范围内的长度，并且短同轴电缆具有大体等于1米的长度。检测器Di与放大器Ai之间的其它电缆结构也是可以的，电缆结构仅取决于便利性。高频检测器工作在例如300兆赫兹至1000兆赫兹的UHF频带。高频检测器也可以工作在例如200兆赫兹至1000兆赫兹的VHF/UHF频带内。选择的VHF/UHF检测器是全方向型的，从而能够在所有方向上检测放电。
各个测量通道的检测器Di和放大器Ai选择为使一个测量通道的与另一个测量通道的相同。此外，不同电缆的长度选择为一个测量通道的与另一个测量通道的相同。校准步骤在于将高频信号SHF从脉冲校准器CAL发送到四个UHF检测器(发射激励200兆赫兹至1000兆赫兹频带内波的具有几皮秒上升前沿的信号)。然后，示波器OSC在每个测量通道端部测量根据时间接收到的电信号。示波器由四个检测到的信号之一触发，并且测量不同信号之间的时间差。调节测量通道(电缆长度、放大率)，直到测量到的时间差不超过阈值(例如，等于5纳秒)为止。所测得的小于阈值的时间差被存储在存储器中以用于校准中的后续合并(见下页，参照图2中的数据dcal)。
图2示出了用于实施本发明方法的装置。四个高频检测器D1-D4限定了在其内将定位假定局部放电源的正方形表面或矩形表面。测量通道Di、Ki、Ai、ki(i＝1、2、3、4)全部连接至计算机C，或如在初步校准步骤中，连接至示波器。在说明书的剩余部分中，附图标记仅用于连接至计算机的测量通道。计算机C接收由四个测量通道传送的信号作为输入信号。它还接收表示参考平面(X、Y)内的四个检测器D1-D4已知位置的预先测量的校准数据dcal和位置数据dp接收为作为计算参数，在所述参考平面(X、Y)内，例如检测器D1位于点(0、0)处、检测器D2位于点(0、Y2)处、检测器D3位于点(X3、Y3＝Y2)处并且检测器D4位于点(X4＝X3、0)处。
无论何时在由四个检测器限定的区域中发生局部放电，由四个测量通道测量的信号均被传输到计算机C。计算机C因此确定由校准数据dcal校正的四个时间差，即：
·TOAD2-TOAD3：由分别与检测器D2和D3相关联的测量通道检测的信号的接收时间之间的差；
·TOAD4-TOAD1：由分别与检测器D4和D1相关联的测量通道检测的信号的接收时间之间的差；
·TOAD1-TOAD2：由分别与检测器D1和D2相关联的测量通道检测的信号的接收时间之间的差；以及
·TOAD3-TOAD4：由分别与检测器D3和D4相关联的测量通道检测的信号的接收时间之间的差。
发射局部放电的区域Z因此由在参考坐标系(X、Y)中通过以下等式限定的水平直线Xd1和Xd2以及垂直直线Yd1和Yd2来限定：
Xd1＝(X3/2)+((TOAD2-TOAD3)/2)×c
Xd2＝(X3/2)-((TOAD4-TOAD1)/2)×c
Yd1＝(Y2/2)+((TOAD1-TOAD2)/2)×c
Yd2＝(Y2/2)-((TOAD3-TOAD4)/2)×c
其中，c为在自由空气中的光速(3×108m/s)。
在本发明的优选实施例中，计算机C包括在屏幕上显示由四条直线Xd1、Xd2、Yd1和Yd2限定的区域Z的显示装置。
当局部放电源大体位于由四个UHF检测器的位置限定的矩形或正方形的中心时，区域Z是大体为基本位于矩形中心的点的区域。当局部放电源不在矩形中心时，区域Z是不位于矩形中心的或大或小的区域。
有利地，当在大体积(典型地为30米×30米)建筑物中寻找局部放电时，其中UHF检测器位于飞机库的四个角落，通常区域Z的边长不超过几米。因此，通常容易在确定的区域Z中可视地定位局部放电源的确切位置。当不可以可视定位时(区域Z占据小范围)，朝向区域Z的超声波检测器的使用也可使放电源被快速地定位。
在示例中，图3A-3D示出了由分别与检测器D1-D4相关联的本发明装置的测量通道传送的测量信号SA-SD。在图3A-3D中，时间t1-t4因此示出其中分别由检测器D1-D4检测单一局部放电的不同时间。
图4示出了用于实施本发明方法的改进装置。在改进装置中，本发明装置包括六个测量通道。除了四个上述测量通道以外，大体与上述四个测量通道相同的两个附加测量通道与两个附加UHF检测器D5和D6相关联。如上所述，每个测量通道包括高频检测器，例如长同轴电缆、放大器和例如短同轴电缆。出于便利性的原因，在图4中仅示出检测器D1-D6。
在平行于由检测器D1-D4限定平面的平面内，两个附加的检测器D5和D6分别垂直地位于检测器D1和D2之上。与检测器D1-D4可以限定平面(X、Y)的方式相同，检测器D1、D2、D5、D6可以限定垂直于平面(X、Y)的平面(Y、V)。轴线X、Y、V因此限定轴线的右手系统[X、Y、V]。检测器D1、D2、D5和D6在参考坐标系(Y、V)中的位置为：检测器D1位于点(0、0)处、检测器D2位于点(Y2、0)处、检测器D5位于点(0、V5)处并且检测器D6位于点(Y6＝Y2、V6＝V5)处。
如上所述，检测器D1-D4可以在参考坐标系(X、Y)中在分别具有如下等式的直线的交点处限定平面区域Z：
Xd1＝(X3/2)+((TOAD2-TOAD3)/2)×c
Xd2＝(X3/2)-((TOAD4-TOAD1)/2)×c
Yd1＝(Y2/2)+((TOAD1-TOAD2)/2)×c
Yd2＝(Y2/2)-((TOAD3-TOAD4)/2)×c
在本发明的改进中，检测器D1、D2、D5和D6也可以在参考坐标系(Y、V)中在分别具有如下等式的直线的交点处限定平面区域Q：
Yd3＝(Y2/2)+((TOAD5-TOAD6)/2)×c
Yd4＝(Y2/2)-((TOAD2-TOAD1)/2)×c
Vd1＝(V5/2)+((TOAD1-TOAD5)/2)×c
Vd2＝(V5/2)-((TOAD6-TOAD2)/2)×c
其中
·TOAD5-TOAD6为由分别与检测器D5和D6相关联的测量通道检测的信号的接收时间之间的、通过使用校准数据校正的时间差；
·TOAD2-TOAD1为由分别与检测器D2和D1相关联的测量通道检测的信号的接收时间之间的、通过使用校准数据校正的时间差；
·TOAD1-TOAD5为由分别与检测器D1和D5相关联的测量通道检测的信号的接收时间之间的、通过使用校准数据校正的时间差；以及
·TOAD6-TOAD2为由分别与检测器D6和D2相关联的测量通道检测的信号的接收时间之间的、通过使用校准数据校正的时间差。
因此，可以在轴线的右手系统[X、Y、V]中限定体积W，体积W在平面(X、Y)上具有占据区域Z的投影且在平面(Y、V)上具有占据区域Q的投影。体积W因此定位局部放电源。

Claims (5)

1.一种定位局部放电发射区域(Z)的方法，其特征在于，所述方法包括：
·校准四个相同的测量通道的步骤，每个测量通道均包括甚高频(VHF)和/或超高频(UHF)检测器D1-D4，所述校准步骤针对每个测量通道提供了与所述测量通道相关联的校准数据(dcal)；
·通过所述四个测量通道来测量局部放电信号的步骤，所述四个VHF和/或UHF检测器位于平面(X、Y)内，检测器D1位于点(0、0)处、检测器D2位于点(0、Y2)处、检测器D3位于点(X3、Y2)处并且检测器D4位于点(0、X3)处；
·计算由分别与检测器D2和检测器D3相关联的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD2-TOAD3的步骤，所述计算步骤通过使用所述校准数据来校正；
·计算由分别与检测器D4和检测器D1相关联的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD4-TOAD1的步骤，所述计算步骤通过使用所述校准数据来校正；
·计算由分别与检测器D1和检测器D2相关联的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD1-TOAD2的步骤，所述计算步骤通过使用所述校准数据来校正；
·计算由分别与检测器D3和检测器D4相关联的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD3-TOAD4的步骤，所述计算步骤通过使用所述校准数据来校正；以及
·在通过以下等式在参考坐标系(X、Y)中限定的直线Xd1、Xd2、Yd1和Yd2的交点处确定局部放电发射区域的步骤：
Xd1＝(X3/2)+((TOAD2-TOAD3)/2)×c
Xd2＝(X3/2)-((TOAD4-TOAD1)/2)×c
Yd1＝(Y2/2)+((TOAD1-TOAD2)/2)×c
Yd2＝(Y2/2)-((TOAD3-TOAD4)/2)×c
其中，c为光速。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
·在所述校准步骤期间，校准与所述四个测量通道相同的两个附加测量通道的附加步骤，校准的附加步骤针对每个附加测量通道提供与所述附加测量通道相关联的附加校准数据(dcal)；
·通过所述两个附加测量通道来测量局部放电信号的两个附加步骤，所述两个附加测量通道的两个附加检测器D5和D6位于平行于平面(X、Y)的平面内、且分别相对于检测器D1和检测器D2垂直平移；
·计算由分别与检测器D5和检测器D6相关联的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD5-TOAD6的步骤，所述计算步骤通过使用附加校准数据来校正；
·计算由分别与检测器D1和检测器D5相关联的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD1-TOAD5的附加步骤，所述计算步骤通过使用所述附加校准数据来校正；
·计算由分别与检测器D6和检测器D2相关联的测量通道测量的信号的接收时间之间的时间差TOAD6-TOAD2的步骤，所述计算步骤通过使用所述附加校准数据来校正；以及
·在由以下等式限定的直线的交点处确定附加局部放电发射区域(Q)的步骤：
Yd3＝(Y6/2)+((TOAD5-TOAD6)/2)×c
Yd4＝(Y2/2)-((TOAD2-TOAD1)/2)×c
Vd1＝(V5/2)+((TOAD1-TOAD5)/2)×c
Vd2＝(V6/2)-((TOAD6-TOAD2)/2)×c
其中Y6和V6分别为检测器D6在垂直于参考坐标系(X、Y)的参考坐标系(Y、V)中的位置，轴线X、Y、V限定轴线的右手系统[X、Y、V]，并且V5为检测器D5在参考坐标系(Y、V)中的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，每当同时确定所述局部放电发射区域和所述附加局部放电区域，检查是否存在三维体积(W)，所述体积在平面(X、Y)上具有由发射区域限定的投影并且在平面(Y、V)上具有由附加发射区域限定的投影，且如果所述体积存在，所述体积被确定为局部放电区域。
4.一种用于定位局部放电发射区域(Z、Q)的装置，其特征在于，所述装置包括四个相同的测量通道以及计算机(C)，每个测量通道均包括VHF和/或UHF检测器D1-D4，四个VHF和/或UHF检测器位于参考平面(X、Y)中轮廓为正方形或矩形的四个顶点处，其特征在于，所述计算机包括用于基于由四个测量链传送的测量来实现权利要求1所述方法的模块。
5.根据权利要求4所述的装置，进一步包括：与所述四个测量通道相同的两个附加测量通道，所述两个附加测量通道的两个附加检测器D5和D6位于与所述平面(X、Y)平行的平面内、且分别相对于所述检测器D1和检测器D2垂直平移，所述两个附加测量通道连接至所述计算机(C)。
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