CN103675611A - 管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法和系统，其中方法包括：根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型；对所述仿真模型进行自适应网格划分得到网格仿真模型；在网格仿真模型的局部放电信号源的预测区域内，设置模拟的局部放电信号源及模拟的采集点，并设定所述局部放电信号源的类型及辐射参数；根据网格仿真模型计算所述局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数；根据所述传播特性参数确定实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点位置。通过本方案提高了检测效率。

Description

管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法和系统

技术领域

本发明涉及局部放电检测技术领域，特别是涉及管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法和系统。

背景技术

管型绝缘母线具有载流量大、绝缘性能好、电气绝缘性能强、机械强度高、散热好、温升低及损耗低等优点。此外，管型绝缘母线架构简明、布置清晰、安装方便、维护工作量少。管型绝缘母线通常采用一种由多重绝缘材料和屏蔽材料相互交替形成的绝缘结构，电位由里及外逐层降低，直到表面电位为零。多重屏蔽层设计上保证了每层绝缘层表面的电荷分布均匀，且不受其它相母线的电场和磁场的干扰。

在制造过程中，管型绝缘母线内部会出现由于浸渍不良导致的微小气隙缺陷；在运行过程中也会出现水分、杂质等侵入绝缘的情况，此时会引发管型绝缘母线绝缘中产生局部放电信号，长期的局部放电会导致绝缘击穿，从而影响电网的运行。

管型绝缘母线绝缘中发生局部放电时会产生纳秒级别的脉冲电流并辐射出电磁波信号，电磁波信号的频率可达到上吉赫兹。该领域中，检测管型绝缘母线是否发生局部放电前，需要确定采集点的位置，然后在进行检测。传统特高频局部放电检测方法是根据随机设置采集点或者根据用户经验定位采集点的位置，采用特高频传感器接收此高频电磁波信号实现局部放电的检测。虽然，特高频检测方法具有良好的抗干扰性能和较高的灵敏度。但是，由于随机或用户经验定位多个采集点，不仅工作量大，降低了检测效率，由于某些采集点采集的数据为空，降低了检测有效性。

发明内容

基于此，有必要针对检测效率低的问题，提供一种管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法和系统。

一种管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法，包括：

根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型；

对所述仿真模型进行自适应网格划分得到网格仿真模型；

在网格仿真模型的局部放电信号源的预测区域内，设置模拟的局部放电信号源及模拟的采集点，并设定所述局部放电信号源的类型及辐射参数；

根据网格仿真模型计算所述局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数；

根据所述传播特性参数确定实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点位置。

一种管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统，包括：

仿真模块，用于根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型；

网格划分模块，用于对所述仿真模型进行自适应网格划分得到网格仿真模型；

设置模块，用于在网格仿真模型的局部放电信号源的预测区域内，设置模拟的局部放电信号源及模拟的采集点，并设定所述局部放电信号源的类型及辐射参数；

采集模块，用于根据网格仿真模型计算所述局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数；

位置确定模块，用于根据所述传播特性参数确定实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点位置。

上述管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法和系统，先根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型，然后进行自适应网格划分，接着设置模拟的局部放电信号源和模拟的采集点，从而得到局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数，最后根据所述传播特性参数确定实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点位置。这样保证了实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点的准确位置，避免为了寻找合适采集点而设置更多采集点，提高了检测效率。同时，也避免了传统技术中由于随机寻找采集点，造成有些可能无法检测电磁波信号的采集点的采集结果有误。而本方案通过仿真的方式确定实际采集点的位置，使采集点的定位更准确，从而提高了检测结果的有效性。

附图说明

图1为本发明管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法实施例的流程示意图；

图2为本发明管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下针对本发明管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法和系统的各实施例进行详细的描述。

如图1所示，为本发明管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法实施例的流程示意图，包括步骤：

步骤S101：根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型；

建立三维的仿真模型可以采用目前普遍使用的三维仿真技术，如3Dmax技术。在其中一个实施例中，可以根据管型绝缘母线的尺寸、电导率和对介电常数及管型绝缘母线外部空间参数建立三维的仿真模型。

步骤S102：对仿真模型进行自适应网格划分得到网格仿真模型；

其中，自适应网格划分顾名思义根据需要进行网格大小划分。比如，针对特高频电磁波信号传播特性，可以是将管型绝缘母线进行预设小网格划分，将外部空间进行预设大网格划分。

步骤S103：在网格仿真模型的局部放电信号源的预测区域内，设置模拟的局部放电信号源及模拟的采集点，并设定局部放电信号源的类型及辐射参数；

其中，预测区域可以是预先设定好的区域，也可以是接收指令获取的预测区域。模拟的局部放电信号源和模拟的采集点可以是接收指令的形式设置，也可以是预先设定的形式设置。辐射参数可以是宽度、幅值等。

在其中一个实施例中，设置模拟的采集点的方法包括：在网格仿真模型的管型绝缘母线模型两两相互垂直的三个方向上分别设置至少一个采集点，其中一个方向为管型绝缘母线网格仿真模型的内导体模型的轴向方向，其中，网格仿真模型包括管型绝缘母线网格仿真模型和外部空间网格仿真模型，管型绝缘母线网格仿真模型包括内导体模型、半导体层模型、主绝缘模型、接头模型、热缩管模型。

步骤S104：根据网格仿真模型计算局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数；

其中，可以通过软件的形式设置一些参数后可以采集到采集点的传播特性参数，比如采用XFDTD（基于时域有限差分方法的全波三维电磁场仿真软件）。传播特性参数的获取方式也可以多样化，比如：

在其中一个实施例中，根据网格仿真模型计算同一局部放电信号源的电磁波信号传输至不同采集点的传播特性参数；

和/或

根据网格仿真模型计算同一位置不同类型的局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数。

步骤S105：根据传播特性参数确定实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点位置。

在其中一个实施例中，步骤S105可以为：根据网格仿真模型计算局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的场强值；根据各场强值绘制场强波形图；根据场强波形图的各场强峰值获取传播特性参数。

当然，也可以直接根据网格仿真模型计算局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的场强值获取传播特性参数。

上述管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法，先根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型，然后进行自适应网格划分，接着设置模拟的局部放电信号源和模拟的采集点，从而得到局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数，最后根据传播特性参数确定实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点位置。这样保证了实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点的准确位置，避免为了寻找合适采集点而设置更多采集点，提高了检测效率。同时，也避免了传统技术中由于随机寻找采集点，造成有些无法检测电磁波信号的采集点的采集结果有误。而本方案通过仿真的方式确定实际采集点的位置，使采集点的定位更准确，从而提高了检测结果的有效性。

根据本发明方法确定的实际的管型绝缘母线在线运行中采集点位置，可以通过传感器采集数据管型绝缘母线在线运行中局部放电信号源的辐射的电磁波信号。根据采集的各个数据，从而确定管型绝缘母线在线运行中局部放电信号源的位置。其中，传感器可以是高频传感器，也可以是特高频传感器。

本发明以其中一个应用实例进行较为详细的说明，具体如下：

根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型，仿真模型包括管型绝缘母线模型和外部空间模型。构建的管型绝缘母线模型可以是根据管型绝缘母线的尺寸及其材料的电气参数构建管型绝缘母线模型，其中，构建的管型绝缘母线模型为一个三维模型，材料的电气参数包括电导率及相对介电常数，在实际操作中，构建管型绝缘母线模型可以使用Pro/E软件，可以在XFDTD软件中进行各部件的材料电气参数的设置，XFDTD软件是基于时域有限差分(FDTD)方法的全波三维电磁场仿真软件，但本发明不限于使用Pro/E软件和XFDTD，根据管型绝缘母线的尺寸及其材料的电气参数构建电管型绝缘母线模型，具体可以包括：

分别根据管型绝缘母线各部件的尺寸搭建各部件模型，其中，在搭建各部件模型的过程中一般可以采用从里到外的顺序依次搭建，各部件模型一般包括管型绝缘母线中内导体模型、半导体层模型、主绝缘模型、接头模型，热缩管模型。

根据各部件材料的电气参数对各部件模型的材料电气参数进行设置，由于各部件模型的材料电气参数之间存在差异，对各部件模型的材料电气参数设置后，也便于仿真系统根据电气参数区别各部件模型。

建立好仿真模型后，对仿真模型进行自适应网格划分得到网格仿真模型。针对特高频电磁波信号传播特性，由于管型绝缘母线模型外部空间远大于模型本身，因此，一般需要对管型绝缘母线模型及其外部空间进行自适应划分，以满足精度和广度的要求。如管型绝缘母线模型很多部件结构较细，不允许使用较大的网格划分，但是管型绝缘母线模型整体又十分巨大，都使用较细的网格划分时，计算量会很大，因此，引入自适应网格划分的方式，对管型绝缘母线模型实体部分进行细化，而对外部空间使用较大尺寸的网格划分，可以实现仿真结果精度和仿真可实施性的完美结合。

设置局部放电信号源一般是根据实际中管型绝缘母线中可能发生局部放电的位置，及实际的局部放电信号源的类型对仿真中的局部放电信号源进行设置。设置局部信号源的辐射参数时可以包括设置脉冲的类型、宽度、幅值、位置等。

设置采集点时，一般选取合理的采集点位置进行设置，比如可以根据接收的指令进行合理设置。为了便于得到比较准确的仿真结果，方便特高频特性的得出，一般是在两两垂直的三个方向上分别设置一个以上的数据采集点，如在两两相互垂直的X、Y、Z三个方向上分别设置一个以上的数据采集点，同时，一般是选其中一个方向是沿着内导体模型的轴向方向，如选择X方向是沿着内导体模型的轴向方向。

根据各采集点的采集结果分析得出管型绝缘母线局部放电特高频电磁波信号传播特性，采集结果中一般包括各数据采集点得到的场强波形图等，可以根据场强波形图读取各个方向的场强峰峰值，再根据各个数据采集点的场强峰峰值得出管型绝缘母线局部放电特高频电磁波信号传播特性，如沿着同一方向分别设置了若干个数据采集点，每个数据采集点距离局部放电信号源的远近不同，通过对比这些观测点的场强峰峰值，就可以得到局部局部放电信号源辐射的电磁波信号沿着数据采集点设置方向的衰减情况，根据这一衰减情况，就可以获得传播特性参数。具体可以是：XFDTD会给出各个数据采集点的场强波形图，一般可以从图中读取各数据采集点场强峰峰值，对各个采集点的场强峰峰值进行比对，以获取同一信号源条件下不同数据采集点的峰峰值变化规律，如在一次仿真中，在同一个方向上分别距离局部放电信号源1m、2m、3m、4m、5m、6m的位置设置了模拟采集点，可以分别采集这些观测点的场强峰峰值，然后得到同一信号源条件下不同数据采集点的峰峰值变化规律，也可以在每次仿真的时候设置不同的局部放电信号源，如幅值分别为1mV、2mV、3mV、4mV......的局部放电信号源，通过比较各个观测点的场强峰峰值，可以获取不同信号源条件下同一数据采集点的峰峰值变化规律，即传播特性。

另外，还可以通过Labview软件对各数据采集点的频谱进行分析，获取不同信号源条件下同一数据采集点的频谱变化规律，也可以获取同一信号源条件下不同数据采集点的频谱变化规律。其中，频谱变化规律也是传播特性的一种。

为了避免绝缘事故等类事件的发生，需要实际设置的特高频传感器能够检测的到管型绝缘母线在运行过程中产生的局部放电，因此需要考虑特高频传感器的设置位置，通过本实施例方法可以确定实际采集点的位置，以便实际中局部放电信号源的确定。如通过管型绝缘母线局部放电信号的传播特性仿真分析，接头处会辐射出较大的电磁波信号，则这时候需要特高频传感器设置到距离接头处进行局部放电特高频信号的检测。

依据本发明方案，通过对仿真模型进行自适应网格划分，可实现在保证仿真结果精度前提下增加仿真可实施性，通过对仿真中的局部放电信号源进行设置以及采集点的设置可以便于得出特高频传播特性参数。本发明得到的仿真结果相比于现场试验具有更好的经济性和可实施性。提高了检测效率，同时增强了有效性。

根据上述管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法，还提供一种管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统，如图2所示，为本发明管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统的结构示意图，包括：

仿真模块201，用于根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型；

网格划分模块202，用于对仿真模型进行自适应网格划分得到网格仿真模型；

设置模块203，用于在网格仿真模型的局部放电信号源的预测区域内，设置模拟的局部放电信号源及模拟的采集点，并设定局部放电信号源的类型及辐射参数；

采集模块204，用于根据网格仿真模型计算局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数；

位置确定模块205，用于根据传播特性参数确定实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点位置。

在其中一个实施例中，仿真模块用于：

根据管型绝缘母线的尺寸、电导率和对介电常数及管型绝缘母线外部空间参数建立三维的仿真模型。

在其中一个实施例中，设置模块包括局部放电信号源设置模块和采集点设置模块，采集点设置模块用于：

在网格仿真模型的管型绝缘母线模型两两相互垂直的三个方向上分别设置至少一个采集点，其中一个方向为管型绝缘母线网格仿真模型的内导体模型的轴向方向，

其中，网格仿真模型包括管型绝缘母线网格仿真模型和外部空间网格仿真模型，管型绝缘母线网格仿真模型包括内导体模型、半导体层模型、主绝缘模型、接头模型、热缩管模型。

在其中一个实施例中，采集模块用于：

根据网格仿真模型计算同一局部放电信号源的电磁波信号传输至不同采集点的传播特性参数；

和/或

根据网格仿真模型计算同一位置不同类型的局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数。

在其中一个实施例中，采集模块包括：

场强值模块，用于根据网格仿真模型计算局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的场强值；

绘制模块，用于根据各场强值绘制场强波形图；

传播特性参数模块，用于根据场强波形图的各场强峰值获取传播特性参数。

本发明的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统与本发明的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法是一一对应的，上述管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法实施例中的相关技术特征及其技术效果均适用于管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统实施例中，在此不再赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法，其特征在于，包括：

根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型；

对所述仿真模型进行自适应网格划分得到网格仿真模型；

在网格仿真模型的局部放电信号源的预测区域内，设置模拟的局部放电信号源及模拟的采集点，并设定所述局部放电信号源的类型及辐射参数；

根据网格仿真模型计算所述局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数；

根据所述传播特性参数确定实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点位置。

2.根据权利要求1所述的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法，其特征在于，所述根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型的步骤包括：

根据管型绝缘母线的尺寸、电导率和对介电常数及管型绝缘母线外部空间参数建立三维的仿真模型。

3.根据权利要求1所述的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法，其特征在于，所述设置模拟的采集点的方法包括：

在网格仿真模型的管型绝缘母线模型两两相互垂直的三个方向上分别设置至少一个采集点，其中一个方向为管型绝缘母线网格仿真模型的内导体模型的轴向方向，其中，所述网格仿真模型包括管型绝缘母线网格仿真模型和外部空间网格仿真模型，所述管型绝缘母线网格仿真模型包括内导体模型、半导体层模型、主绝缘模型、接头模型、热缩管模型。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法，其特征在于，所述根据网格仿真模型计算所述局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数的步骤包括：

根据网格仿真模型计算同一所述局部放电信号源的电磁波信号传输至不同采集点的传播特性参数；

和/或

根据网格仿真模型计算同一位置不同类型的局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位方法，其特征在于，所述根据网格仿真模型计算所述局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数的步骤包括：

根据网格仿真模型计算所述局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的场强值；

根据各场强值绘制场强波形图；

根据场强波形图的各场强峰值获取传播特性参数。

6.一种管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统，其特征在于，包括：

仿真模块，用于根据待定位的管型绝缘母线及其外部空间的参数建立三维的仿真模型；

网格划分模块，用于对所述仿真模型进行自适应网格划分得到网格仿真模型；

设置模块，用于在网格仿真模型的局部放电信号源的预测区域内，设置模拟的局部放电信号源及模拟的采集点，并设定所述局部放电信号源的类型及辐射参数；

采集模块，用于根据网格仿真模型计算所述局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数；

位置确定模块，用于根据所述传播特性参数确定实际的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点位置。

7.根据权利要求6所述的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统，其特征在于，所述仿真模块用于：

根据管型绝缘母线的尺寸、电导率和对介电常数及管型绝缘母线外部空间参数建立三维的仿真模型。

8.根据权利要求6所述的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统，其特征在于，所述设置模块包括局部放电信号源设置模块和采集点设置模块，所述采集点设置模块用于：

在网格仿真模型的管型绝缘母线模型两两相互垂直的三个方向上分别设置至少一个采集点，其中一个方向为管型绝缘母线网格仿真模型的内导体模型的轴向方向，

其中，所述网格仿真模型包括管型绝缘母线网格仿真模型和外部空间网格仿真模型，所述管型绝缘母线网格仿真模型包括内导体模型、半导体层模型、主绝缘模型、接头模型、热缩管模型。

9.根据权利要求6至8任意一项所述的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统，其特征在于，所述采集模块用于：

根据网格仿真模型计算同一所述局部放电信号源的电磁波信号传输至不同采集点的传播特性参数；

和/或

根据网格仿真模型计算同一位置不同类型的局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的传播特性参数。

10.根据权利要求6至8任意一项所述的管型绝缘母线局部放电检测中的采集点定位系统，其特征在于，所述采集模块包括：

场强值模块，用于根据网格仿真模型计算所述局部放电信号源的电磁波信号传输至各个采集点的场强值；

绘制模块，用于根据各场强值绘制场强波形图；

传播特性参数模块，用于根据场强波形图的各场强峰值获取传播特性参数。

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