CN103913683B - 一种基于双uhf传感器的局部放电源快速定位方法 - Google Patents

Abstract

一种基于双UHF传感器的局部放电源快速定位方法，所述方法利用一种便携式局放UHF信号定位装置，通过布置两路UHF传感器，接收待测高压电气设备内部局放产生的UHF信号，对UHF信号进行滤波、放大、模/数转换，获取两路UHF信号的完整波形，通过比较局放源到达两路UHF传感器的信号时间差，当信号时间差为0时，表明局放源位于两个UHF传感器连线的中分面上，在三维空间中分别确定相互垂直的三个中分面，局放源位置为三个中分面的交点。本发明适用于高压开关柜、变压器、电力电缆、GIS设备等高压电气设备内部局放源的定位。

Description

一种基于双UHF传感器的局部放电源快速定位方法

技术领域

本发明涉及一种高压电气设备局部放电（简称局放）源定位方法，属高压电气设备运行维护检修技术领域。

背景技术

高压电气设备在发生绝缘介质击穿之前往往表现为局部放电（简称局放）的逐步发展和增强，绝缘故障常常起源于局放造成的绝缘劣化。局放是绝缘发生劣化的重要征兆，绝缘的劣化程度越高，局放活动越强烈；同时局放也是导致绝缘进一步劣化的重要原因。因此需要一种有效手段对高压电气设备内部局放进行检测和定位，以提设备运行可靠性。

为了定位带电高压电气设备内部局放源，一般采用超声波方法、声-电（超声波-电脉冲）联合方法，但局放产生的超声波信号衰减较快，超声波方法灵敏度和定位精度较低；高压开关柜、GIS（Gas Insulated Switchgear）等设备无法安装高频电流传感器，限制了声-电联合法的应用。

发明内容

本发明的目的是，为了提高高压电气设备内部局放源的定位精度和定位效率，本发明公开了一种基于双UHF传感器的局部放电源快速定位方法。

本发明的技术方案是，利用一种便携式局放UHF信号定位装置，通过布置两路UHF传感器，接收待测高压电气设备内部局放产生的UHF信号，对UHF信号进行滤波、放大、模/数转换，获取两路UHF信号的完整波形，通过比较局放源到达两路UHF传感器的信号时间差，从而确定局放源位置。

本发明一种便携式局放UHF信号定位装置，包括UHF传感器、UHF信号调理单元、可选滤波器组件、数据采集单元；数据采集单元通过可选滤波器组件连接UHF信号调理单元的输出端；UHF信号调理单元的输入端连接UHF传感器。

UHF传感器包括第一UHF传感器和第二UHF传感器，用于放置在高压开关柜箱体缝隙、观察窗、变压器箱沿接缝、GIS设备盆式绝缘子等处，以接受来自设备内部局放产生的UHF信号；

UHF信号调理单元，用于对所述UHF信号进行前置处理，将所述UHF信号进行带通滤波、对数放大等预处理输出调理后信号；

可选滤波器组件包括第一可选滤波器组件和第二可选滤波器组件，用于根据现场背景干扰信号特征，对所述调理后信号进行可选的高通、低通或带通滤波，以抑制现场干扰，输出待采集信号；

数据采集单元，用于对所述待采集信号进行模/数转换，将待采集信号保真地转换为数字信号，获取信号完整波形，并提供人机交互界面，进行显示、分析、存储。

优选地，所述UHF传感器为0.3GHz～1.5GHz频带的UHF传感器。

优选地，所述UHF信号调理单元包括依次连接的带通滤波器、对数放大器。

优选地，所述可选滤波器组件为三个子模块，分别为高通、低通、带通滤波组件，高通滤波组件截止频率为0.6GHz，低通滤波组件截止频率为0.45GHz，带通滤波组件通带频率为1.3GHz～1.5GHz；定位时双路滤波器组件选择应相同。

优选地，所述数据采集单元的最高采样速率为4GSa/s,带宽为1.5GHz，模/数转换分辨率12bit，能够保真地获取UHF信号波形，以读取波形起始沿；具备USB接口通过外部存储保存信号。

便携式局放UHF信号定位装置的工作原理是，安装在高压开关柜箱体缝隙、观察窗、变压器箱沿接缝、GIS设备盆式绝缘子等处的UHF传感器将采集到的局放信号送至UHF信号调理单元的输入端，对UHF信号进行前置处理，将UHF信号进行带通滤波、对数放大等预处理输出调理后信号；调理后信号送至可选滤波器组件进行可选的高通、低通或带通滤波，以抑制现场干扰，输出待采集信号至数据采集单元；数据采集单元对待采集信号进行模/数转换，将待采集信号保真地转换为数字信号，获取信号完整波形，并提供人机交互界面，进行显示、分析、存储。

本发明一种高压电气设备局部放电源定位方法为：

（1）将第一UHF传感器11（或第二UHF传感器12）放置在待检测现场地面并远离待测设备，进行背景噪声测试。

（2）将所述第一UHF传感器11（或第二UHF传感器12）放置在待检测设备如高压开关柜前后面板观察窗，检测判断有无放电信号。

（3）如有放电信号，将第一UHF传感器11和第二UHF传感器12放置在待检测设备附近地面，并分开一定距离时，适当移动第一UHF传感器11和第二UHF传感器12的位置，比较局放源到达两路UHF传感器的信号时间差，当信号时间差为0时，表明局放源5位于第一UHF传感器11与第二UHF传感器12连线的中分面61上。

（4）同步骤（3）原理，当两路UHF信号时间差为0时，在三维空间的x、y、z平面上先后确定三个中分面，三个中分面形成的交点即为放电源位置。

（5）当局放源的位置较高时，受现场安全或其它影响UHF传感器无法超过局放源位置而形成中分面，则局放源的高度位置由下式确定：

                      （2）

式中，PO为局放源距地面的垂直距离；AB为第一UHF传感器与第二UHF传感器的距离；AO为局放源在地面上的投影至第一UHF传感器间的距离。

本发明的有益效果是，与超声波局放源定位方法相比，本方法具有检测灵敏度高、完全不受设备机械振动干扰、定位精度高、定位速度快等优点；与声-电（超声波-电脉冲）联合局放源定位方法相比，声-电联合法中的高频电流传感器不能应用于GIS、高压开关柜等设备，且高频电流传感器在现场将引入大量电气回路干扰，以至于待测设备局放信号完全淹没在背景干扰中，而本方法不与任何电气回路连接，仅接收空间电磁波信号，能够有效避开变电站现场0.3GHz以下的干扰信号，快速分辨局放信号来至于待测设备本体或为外部干扰。另一方面，本发明形成的便携式局放UHF信号定位装置布局简单，现场应用方便，可靠性高。

本发明适用于高压开关柜、变压器、电力电缆、GIS设备等高压电气设备内部局放源的定位。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本发明提供的便携式局放UHF信号定位装置进行局放源定位工作流程图；

图2是根据本发明提供的便携式局放UHF信号定位装置进行局放源定位Pxz中分面确定的示意图；

图3是根据本发明提供的便携式局放UHF信号定位装置进行局放源定位Pyz中分面确定的示意图；

图4是根据本发明提供的便携式局放UHF信号定位装置进行局放源定位Pxy中分面确定的示意图；

图5是根据本发明提供的便携式局放UHF信号定位装置进行局放源位置高度确定的示意图；

图6是根据本发明提供的便携式局放UHF信号定位装置。

图中图号：2是UHF信号调理单元；4是数据采集单元；5是局放源；7是地面；11是第一UHF传感器；12是第二UHF传感器；31是第一可选滤波器组件；32是第二可选滤波器组件；61是Pxz中分面；62是Pyz中分面；63是Pxy中分面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

本发明的具体实施方式如图1、图2、图3、图4和图5所示。

本发明实施例的便携式局放UHF信号定位装置，由第一UHF传感器11、第二UHF传感器12、UHF信号调理单元2、第一可选滤波器组件31、第二可选滤波器组件32和数据采集单元4组成。数据采集单元4分别通过第一可选滤波器组件31和第二可选滤波器组件32连接UHF信号调理单元2的输出端；UHF信号调理单元2的输入端分别连接第一UHF传感器11和第二UHF传感器12。

本发明的实施工作流程如图1所示，具体实施步骤如下：

1）在待检测现场如变电站高压室，按照图6布设检测系统，要求检查所述数据采集单元4的输入通道的输入阻抗，将其设置为50Ω，与信号电缆输入阻抗匹配；

2）将所述第一UHF传感器11放置在待检测现场地面并远离待测设备，进行背景噪声测试，如背景噪声超标，则应在数据采集单元4的输入通道前端加装第一可选滤波器组件31，直至背景噪声满足现场测试要求；

3）将所述第一UHF传感器11放置在待检测设备如高压开关柜前后面板观察窗，检测判断有无放电信号，如无放电信号，记录数据转到下一个待测设备；如有放电则转至步骤4；

4）将所述第一UHF传感器11、第二UHF传感器12放置在待检测设备附近，并相互分开约1米距离，根据时差远离初步判断信号是否来至于待测设备本体，如为外部信号而非来自于设备本体，记录数据转到下一个待测设备；如放电信号来自待测设备本体则转至步骤5；

5）按图2所示，将所述第一UHF传感器11、第二UHF传感器12放置在待检测设备附近地面，并分开一定距离，观察所述数据采集单元4采集的放电信号波形，并适当移动第一UHF传感器11和第二UHF传感器12的位置，当两路UHF信号波形起始延时刻相同时，即比较局放源到达两路UHF传感器的信号时间差，当信号时间差为0时，表明图2中所述局放源5位于第一UHF传感器11与第二UHF传感器12连线的中分面（Pxz中分面61）上；

6）同理，按图3所示，适当移动调整所述第一UHF传感器11、第二UHF传感器12的位置，以确定Pyz中分面62；

7）同理，按图4所示，在垂直地面方向上适当移动调整所述第一UHF传感器11、第二UHF传感器12的位置，以确定Pxy中分面63；

8）Pxz中分面61、Pyz中分面62和Pxy中分面63相交形成的一个点即为所述局放源5的具体位置。

9）如步骤8中由于局放源5的位置较高，受现场安全影响第二UHF传感器12位置低于局放源5，则按图5计算局放源5的位置，图5中P为局放源，A为第一UHF传感器11，B为第二UHF传感器12，O为坐标原点，则有：

              （1）

式（1）中v为电磁波在媒质中传播速度，Δt为局放信号到达第一UHF传感器11与第二UHF传感器12的时间差，则局放源的高度位置由下式（2）确定：

                      （2）

式（2）中，PO为局放源距地面的垂直距离；AB为第一UHF传感器与第二UHF传感器的距离；AO为局放源在地面上的投影至第一UHF传感器间的距离。

Claims (6)

1.一种基于双UHF传感器的局部放电源快速定位方法，其特征在于，所述方法利用一种便携式局放UHF信号定位装置，通过布置两路UHF传感器，接收待测高压电气设备内部局放产生的UHF信号，对UHF信号进行滤波、放大、模/数转换，获取两路UHF信号的完整波形，通过比较局部放电源到达两路UHF传感器的信号时间差，从而确定局部放电源位置；

所述方法中，当第一UHF传感器(11)和第二UHF传感器(12)放置在待检测设备附近地面，并分开一定距离时，适当移动第一UHF传感器(11)和第二UHF传感器(12)的位置，比较局部放电源到达两路UHF传感器的信号时间差，当信号时间差为0时，表明局部放电源(5)位于第一UHF传感器(11)与第二UHF传感器(12)连线的中分面(61)上；

当两路UHF信号时间差为0时,在三维空间的x、y、z平面上先后确定三个中分面，三个中分面形成的交点即为放电源位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于双UHF传感器的局部放电源快速定位方法，其特征在于，所述方法中，当局部放电源的位置较高时，受现场安全或其它影响UHF传感器无法超过局部放电源位置而形成中分面，局部放电源位置由下式确定：

$\stackrel{\‾}{PO}=\frac{1}{2}\left(\stackrel{\‾}{AB}+v\×\mathrm{\Δ}t\sqrt{\frac{4{\stackrel{\‾}{AO}}^2}{{\stackrel{\‾}{AB}}^2-{(v\×\mathrm{\Δ}t)}^2}+1}\right)$

式中，v为电磁波在媒质中传播速度；Δt为局放信号到达第一UHF传感器与第二UHF传感器的时间差；PO为局部放电源距地面的垂直距离；AB为第一UHF传感器与第二UHF传感器的距离；AO为局部放电源在地面上的投影至第一UHF传感器间的距离。

3.根据权利要求1所述的一种基于双UHF传感器的局部放电源快速定位方法，其特征在于，所述便携式局放UHF信号定位装置由第一UHF传感器(11)、第二UHF传感器(12)、UHF信号调理单元(2)、第一可选滤波器组件(31)、第二可选滤波器组件(32)和数据采集单元(4)组成；数据采集单元(4)分别通过第一可选滤波器组件(31)和第二可选滤波器组件(32)连接UHF信号调理单元(2)的输出端；UHF信号调理单元(2)的输入端分别连接第一UHF传感器(11)和第二UHF传感器(12)；

所述第一UHF传感器(11)和第二UHF传感器(12)，用于放置在高压开关柜箱体缝隙、观察窗、变压器箱沿接缝、GIS设备盆式绝缘子处，以接受来自设备内部局放产生的UHF信号；

所述UHF信号调理单元(2)，用于对所述UHF信号进行前置处理，将所述UHF信号进行带通滤波、对数放大等预处理输出调理后信号；

所述第一可选滤波器组件(31)和第二可选滤波器组件(32)，用于根据现场背景干扰信号特征，对所述调理后信号进行可选的高通、低通或带通滤波，以抑制现场干扰，输出待采集信号；

所述数据采集单元(4)，用于对所述待采集信号进行模/数转换，将待采集信号保真地转换为数字信号，获取信号完整波形，并提供人机交互界面，进行显示、分析、存储。

4.根据权利要求3所述的一种基于双UHF传感器的局部放电源快速定位方法，其特征在于，所述UHF传感器为0.3GHz～1.5GHz频带的UHF传感器；所述UHF信号调理单元包括依次连接的带通滤波器、对数放大器。

5.根据权利要求3所述的一种基于双UHF传感器的局部放电源快速定位方法，其特征在于，所述可选滤波器组件为三个子模块，分别为高通、低通、带通滤波组件，高通滤波组件截止频率为0.6GHz，低通滤波组件截止频率为0.45GHz，带通滤波组件通带频率为1.3GHz～1.5GHz；定位时双路滤波器组件选择应相同。

6.根据权利要求5所述的一种基于双UHF传感器的局部放电源快速定位方法，其特征在于，所述数据采集单元的最高采样速率为4GSa/s,带宽为1.5GHz，模/数转换分辨率12bit，能够保真地获取UHF信号波形，以读取波形起始沿；具备USB接口通过外部存储保存信号。