CN103698669B - 一种高压电力设备局部放电脉冲分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压电力设备局部放电脉冲分离方法，属于高压设备监测技术领域。从高压电力设备中采集幅度超过设定阈值的局部放电脉冲序列，根据该序列和相应的工频电压相位，得到高压电力设备的局部放电谱相位图；从序列中提取波形因数、等效时长和等效频率，分别求取其平均值，以平均值作为因子，进行归一化处理；根据处理结果绘制KT、KF、TF和KTF的特征谱图；在特征谱图上，对放电脉冲进行放电类型的分类，最后根据特征谱图的类型与放电谱相位图之间的映射关系，绘制不同放电类型的局部放电谱相位图。本方法提高了不同类型局部放电脉冲分离的准确性，在高压电力设备的局部放电离线测量、带电检测、在线监测以及故障诊断方面发挥重要作用。

Description

一种高压电力设备局部放电脉冲分离方法

技术领域

本发明涉及一种高压电力设备局部放电脉冲分离方法，尤其涉及一种基于幅域-时域-频域的高压电力设备局部放电脉冲分离方法，属于高压设备监测技术领域。

背景技术

高压电力设备绝缘中的某些薄弱部位在高电场作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题，在一定条件下，将导致绝缘的劣化，甚至击穿。及时地检测出设备存在的局部放电，并且辨识出放电的类型与严重程度，将有助于发现潜伏性的故障，避免突发事故的发生。

局部放电测量中广泛使用的是脉冲电流法，目前IEC标准IEC60270和中国国家标准GB/T7354中对宽带局部放电测试仪所推荐的上限频率为：f₂≤500kHz，下限频率为30kHz≤f₁≤100kHz。由于所采用的检测频带较窄，主要测量参数为放电脉冲的幅度和所对应的工频相位。近年来发展起来的宽带脉冲电流法将检测频带的上限扩展到数十MHz，数字系统的采样率扩展到100MHz甚至更高，使得获取放电脉冲的原始波形成为可能。除了幅值和放电脉冲所对应的工频电压相位之外，放电脉冲的波形特征成为分离不同类型的放电以及放电与干扰的有效工具。

目前应用最为广泛的是利用脉冲等效时长（T）和等效频率（F）的TF谱图分离方法，该方法分别将从放电脉冲中提取的时域信息（等效时长）和频域信息（等效频率）作为两个特征量，利用不同类型的放电以及放电与干扰之间的特征差异，达到分离的目的，从而在干扰抑制和放电模式识别中发挥了主要作用。但如果两种类型的放电脉冲具有相似的TF特征，分离工作将遇到困难。

发明内容

本发明的目的是提出一种高压电力设备局部放电脉冲分离方法，在放电脉冲TF特征的基础上增加了放电脉冲的波形因数K，组成了KT、KF、TF及KTF谱图，充分利用放电脉冲在幅域、时域和频域特征的差异来实现放电脉冲的分离。

本发明提出的高压电力设备局部放电脉冲分离方法，包括以下步骤：

（1）设定一个放电脉冲阈值，从高压电力设备中连续采集放电脉冲幅度超过设定放电脉冲阈值的局部放电脉冲序列，得到多个局部放电脉冲序列以及与每个局部放电脉冲序列相对应的工频电压相位，根据局部放电脉冲序列和工频电压相位，得到高压电力设备的局部放电谱相位图；

（2）按照下式，从上述多个局部放电脉冲序列中，分别提取局部放电脉冲的波形因数K、等效时长T和等效频率F：

$K=\frac{V_p}{V_{\mathrm{RMS}}}$

上式中，V_p为局部放电脉冲的峰值，V_RMS为局部放电脉冲的有效值；

$T=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^N{(t_i-t_0)}^2.s_i{\left(t_i\right)}^2}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^N{s}_i{\left(t_i\right)}^2}}$

上式中，N为每个局部放电脉冲的总采样点数，t_i为第i个采样点的采样时刻，t₀为局部放电脉冲的时间中心，其中s_i(t_i)为采样时刻t_i的放电脉冲幅度；

对步骤（1）的局部放电脉冲序列进行傅里叶变换，得到傅里叶变换序列{X₁(f₁),X₂(f₂),…X_j(f_j)…X_N(f_N)}，根据该傅里叶变换序列，计算等效频率F：

$F=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{N/2}{f_j}^2.{\left|X_j\left(f_j\right)\right|}^2}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{N/2}{\left|X_j\left(f_j\right)\right|}^2}}$

上式中，f_j为傅里叶变换序列中第j个点所对应的频率，X_j(f_i)为频率f_i处傅里叶变换的模；

（3）分别求取上述多个波形因数K、多个等效时长T和多个等效频率F的平均值，以该平均值作为因子，对多个局部放电脉冲的波形因数K、等效时长T和等效频率F分别进行归一化处理；

（4）根据上述归一化处理后的波形因数K、等效时长T和等效频率F，分别绘制波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图；

（5）采用模糊C均值聚类方法，在上述波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图上，分别对多个局部放电脉冲进行放电类型的分类，得到不同类型放电脉冲的波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图；

（6）根据步骤（5）得到的不同类型放电脉冲的波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图与上述步骤（1）的局部放电谱相位图之间的映射关系，分别绘制不同放电类型的局部放电谱相位图，实现不同类型放电脉冲的分离。

本发明提出的高压电力设备局部放电脉冲分离方法，其优点是：

扩展了根据TF特征进行局部放电脉冲分离方法的使用范围，重点解决了等效时长T和等效频率F相同或相近的不同类型局部放电脉冲的分离问题，提高了分离的准确性，具有更为广阔的适用范围。为干扰抑制及模式识别提供准确有效的数据来源，将在高压电力设备的局部放电离线测量、带电检测、在线监测以及故障诊断方面发挥重要作用。

附图说明

图1是本发明方法中得到的高压电力设备的局部放电谱相位图（PRPD谱图）。

图2是本发明方法中局部放电脉冲的波形因数-等效时长谱图（KT谱图）。

图3是本发明方法中局部放电脉冲波形因数-等效频率谱图（KF谱图）。

图4是本发明方法中局部放电脉冲等效时长-等效频率谱图（TF谱图）。

图5是本发明方法中局部放电脉冲波形因数-等效时长-等效频率谱图（KTF谱图）。

图6是本发明方法中对放电类型进行分离后的局部放电脉冲波形因数-等效时长谱图（KT谱图）。

图7是本发明方法中对放电类型进行分离后的局部放电脉冲波形因数-等效频率谱图（KF谱图）。

图8是本发明方法中对放电类型进行分离后的局部放电脉冲等效时长-等效频率谱图（TF谱图）。

图9是本发明方法中对放电类型进行分离后的局部放电脉冲波形因数-等效时长-等效频率谱图（KTF谱图）。

图10是本发明方法中对放电类型进行分离后的第一类脉冲局部放电谱相位图（PRPD谱图）。

图11是本发明方法中对放电类型进行分离后的第二类脉冲局部放电谱相位图（PRPD谱图）。

具体实施方式

本发明提出的高压电力设备局部放电脉冲分离方法，包括以下步骤：

（1）设定一个放电脉冲阈值，从高压电力设备中连续采集放电脉冲幅度超过设定放电脉冲阈值的局部放电脉冲序列，得到多个局部放电脉冲序列以及与每个局部放电脉冲序列相对应的工频电压相位，根据局部放电脉冲序列和工频电压相位，得到高压电力设备的局部放电谱相位图（phase resolved partial discharge pattern,PRPD谱图）如图1所示；

（2）按照下式，从上述多个局部放电脉冲序列中，分别提取局部放电脉冲的波形因数K、等效时长T和等效频率F：

$K=\frac{V_p}{V_{\mathrm{RMS}}}$

上式中，V_p为局部放电脉冲的峰值，V_RMS为局部放电脉冲的有效值；

$T=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^N{(t_i-t_0)}^2.s_i{\left(t_i\right)}^2}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^N{s}_i{\left(t_i\right)}^2}}$

上式中，N为每个局部放电脉冲的总采样点数，t_i为第i个采样点的采样时刻，t₀为局部放电脉冲的时间中心，其中s_i(t_i)为采样时刻t_i的放电脉冲幅度；

对步骤（1）的局部放电脉冲序列进行傅里叶变换，得到傅里叶变换序列{X₁(f₁),X₂(f₂),…X_j(f_j)…X_N(f_N)}，根据该傅里叶变换序列，计算等效频率F：

$F=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{N/2}{f_j}^2.{\left|X_j\left(f_j\right)\right|}^2}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{N/2}{\left|X_j\left(f_j\right)\right|}^2}}$

上式中，f_j为傅里叶变换序列中第j个点所对应的频率，X_j(f_i)为频率f_i处傅里叶变换的模；

（3）分别求取上述多个波形因数K、多个等效时长T和多个等效频率F的平均值，以该平均值作为因子，对多个局部放电脉冲的波形因数K、等效时长T和等效频率F分别进行归一化处理；

（4）根据上述归一化处理后的波形因数K、等效时长T和等效频率F，分别绘制波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图，分别如图2、3、4、5所示，其中图2是波形因数-等效时长谱图（KT谱图），图3是波形因数-等效频率谱图（KF谱图），图4是等效时长-等效频率谱图（TF谱图），图5是波形因数-等效时长-等效频率谱图（KTF谱图）。

（5）采用模糊C均值聚类方法，在上述波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图上，分别对多个局部放电脉冲进行放电类型的分类，得到不同类型放电脉冲的波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图，如图6、7、8、9所示，其中，图6是分离后的波形因数-等效时长谱图（KT谱图），图7是分离后的波形因数-等效频率谱图（KF谱图），图8是分离后的等效时长-等效频率谱图（TF谱图），图9是分离后的波形因数-等效时长-等效频率谱图（KTF谱图）。

（6）根据步骤（5）得到的不同类型放电脉冲的波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图与上述步骤（1）的局部放电谱相位图之间的映射关系，分别绘制不同放电类型的局部放电谱相位图，如图10和图11所示，其中，图10是高压电力设备的第一类脉冲局部放电谱相位图（PRPD谱图），图11是高压电力设备的第二类脉冲局部放电谱相位图（PRPD谱图），至此，实现了高压电力设备的不同类型放电脉冲的分离。

Claims (1)

1.一种高压电力设备局部放电脉冲分离方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）设定一个放电脉冲阈值，从高压电力设备中连续采集放电脉冲幅度超过设定放电脉冲阈值的局部放电脉冲序列，得到多个局部放电脉冲序列以及与每个局部放电脉冲序列相对应的工频电压相位，根据局部放电脉冲序列和工频电压相位，得到高压电力设备的局部放电谱相位图；

（2）按照下式，从上述多个局部放电脉冲序列中，分别提取局部放电脉冲的波形因数K、等效时长T和等效频率F：

$K=\frac{V_p}{V_{\mathrm{RMS}}}$

上式中，V_p为局部放电脉冲的峰值，V_RMS为局部放电脉冲的有效值；

$T=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^N{(t_i-t_0)}^2.s_i{\left(t_i\right)}^2}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^N{s}_i{\left(t_i\right)}^2}}$

上式中，N为每个局部放电脉冲的总采样点数，t_i为第i个采样点的采样时刻，t₀为局部放电脉冲的时间中心，其中s_i(t_i)为采样时刻t_i的放电脉冲幅度；

对步骤（1）的局部放电脉冲序列进行傅里叶变换，得到傅里叶变换序列{X₁(f₁),X₂(f₂),…X_j(f_j)…X_N(f_N)}，根据该傅里叶变换序列，计算等效频率F：

$F=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^{N/2}{f_j}^2.{\left|X_j\left(f_j\right)\right|}^2}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{N/2}{\left|X_j\left(f_j\right)\right|}^2}}$

上式中，f_j为傅里叶变换序列中第j个点所对应的频率，X_j(f_i)为频率f_i处傅里叶变换的模；

（3）分别求取上述多个波形因数K、多个等效时长T和多个等效频率F的平均值，以该平均值作为因子，对多个局部放电脉冲的波形因数K、等效时长T和等效频率F分别进行归一化处理；

（4）根据上述归一化处理后的波形因数K、等效时长T和等效频率F，分别绘制波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图；

（5）采用模糊C均值聚类方法，在上述波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图上，分别对多个局部放电脉冲进行放电类型的分类，得到不同类型放电脉冲的波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图；

（6）根据步骤（5）得到的不同类型放电脉冲的波形因数-等效时长、波形因数-等效频率、等效时长-等效频率和波形因数-等效时长-等效频率的特征谱图与上述步骤（1）的局部放电谱相位图之间的映射关系，分别绘制不同放电类型的局部放电谱相位图，实现不同类型放电脉冲的分离。