CN104880651A - 一种变压器内部局部放电测定装置及其定位方法 - Google Patents

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郑惠萍
宋述勇
薛敏
杨尉薇
张悦
白瑞
郝鑫杰
王玮茹
曲莹
张颖
周隽
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Abstract

本发明公开了一种变压器内部局部放电测定装置及其定位方法，解决了现有变压器局部放电测定存在误差大和性价比低的问题。在圆柱形传感器安装座（4）的顶面上设置有L形布置的七个超声传感器接插槽（5）和超声传感器（6）；在圆形凹槽（3）的底面与圆柱形传感器安装座（4）的下底面之间设置有压簧（7），超声传感器（6）的超声信号引出线（8）通过通孔（11）与超声数据采集器（9）电连接，在超声数据采集器（9）上连接有计算机（10）；采用基于L型阵列传感器，运用总体最小二乘法(TLS)的宽频聚焦算法对局放超声宽带信号进行聚焦，采用相位匹配原理和云优化搜索相结合的窄带测向算法获得局放源的方位信息。具有测向精度高和定位准确的优点。

Description

一种变压器内部局部放电测定装置及其定位方法
技术领域
 本发明涉及一种变压器内部局部放电测定装置，特别涉及一种变压器内部局部放电测定装置及测定方法。
背景技术
变压器局部放电的检测与精确定位对于及时发现电气设备内部的潜伏性绝缘缺陷、预防事故的发生具有重要意义。传统的变压器局部放电定位方法是当变压器出现局部放电异常现象时，通过一个超声传感器在变压器外壁上来回移动，来测定变压器内部局部放电点的位置，这种测量方法存在测量精度差，工作效率低的问题。现有技术开始采用在变压器表面布置超声阵列传感器，来测定变压器内部局部放电点的方法，它是将多个超声波传感器在变压器外表面上排列成方形或圆形，超声信号通过阵列传感器获取，根据各通道超声信号之间的时延关系，得到局部放电点的方位信息，通过阵列信号测向算法以及局部放电点定位算法，进而对其准确定位。但方形阵列超声波传感器存在传感器阵元个数多，成本高的问题；圆形阵列超声波传感器布置方式虽然性价比高，但存在超声信号接收分辨率低的问题。此外，阵列信号测向算法都是基于信号频率在142.5kHz至157.5kHz之间的信号进行计算的，也就是说，它是一种基于窄带信号的测向估算方法；而电气设备的局部放电信号的频率在50kHz至400kHz之间，是一种典型的宽带信号，若采用阵列信号测向算法来进行计算，将导致50kHz至142.5kHz以及157.5kHz至400kHz之间的超声信号丢失，使局部放电点的位置出现计算误差，导致定位不准确。
发明内容
本发明提供了一种变压器内部局部放电测定装置及其定位方法，解决了现有变压器局部放电测定存在误差大和性价比低的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种变压器内部局部放电测定装置，包括变压器壳体和磁座，在磁座的顶面上固定设置有四个磁铁块；在磁座顶面的中心处设置有圆形凹槽，在圆形凹槽中活动设置有圆柱形传感器安装座；在圆柱形传感器安装座的顶面上设置有L形布置的七个超声传感器接插槽，在超声传感器接插槽中接插有超声传感器；在圆形凹槽的底面与圆柱形传感器安装座的下底面之间设置有压簧，在圆形凹槽的底面中央设置通孔，超声传感器的超声信号引出线通过通孔与超声数据采集器电连接在一起，在超声数据采集器上连接有计算机；磁座的顶面是与被测变压器的壳体吸合在一起的。
 四个磁铁块是在磁座的顶面上均匀布置的，在超声传感器的探头与被测变压器的壳体之间设置有黄油层，压簧将超声传感器的探头与变压器的壳体紧紧顶接在一起。
 一种变压器内部局部放电定位方法，包括以下步骤：
第一步、在磁座的顶面上固定设置四个磁铁块，在磁座顶面的中心处设置圆形凹槽，在圆形凹槽中活动设置圆柱形传感器安装座；在圆柱形传感器安装座的顶面上设置L形布置的七个超声传感器接插槽，在每个超声传感器接插槽中接插一个超声传感器；在圆形凹槽的底面与圆柱形传感器安装座的下底面之间设置压簧，在圆形凹槽的底面中央设置通孔，超声传感器的超声信号引出线通过通孔与超声数据采集器电连接，在超声数据采集器上连接计算机；磁座的顶面与被测变压器的壳体吸合在一起；
第二步、将L形布置的七个超声波传感器的输出信号，先经超声数据采集器去噪，然后传送给计算机，由计算机形成局放超声阵列信号XK；
第三步、基于总体最小二乘法的宽频聚焦算法，将超声阵列宽带信号XK转换成窄带信号XZ；
第四步、采用相位匹配原理和云优化搜索相结合的窄带测向算法获得局部放电点测向线的方位角和俯仰角；
第五步、采用全局优化搜索的局部放电定位算法，确定变压器局部放电的具体位置。
 超声数据采集器是用以下方法进行去噪处理的：
先对局放超声阵列信号进行中心化取均值和白噪声预处理；然后，进行局放超声阵列信号的盲分离；最后进行局放超声信号的提取。
基于总体最小二乘法的宽频聚焦算法，将超声阵列宽带信号XK转换成窄带信号XZ转换的基本步骤为：
（1）估计超声波传感器去噪后的超声信号初始值，并选定参考频率f0，构造各频率点的阵列流型A(f0)；
（2）构造各频率点的聚焦矩阵；
（3）利用一系列聚焦矩阵对阵列接收数据进行聚焦变换，得到单一频率点的窄带信号XZ。
本发明具有运算量小、测向精度高、定位准确、收敛速度快等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明在俯视方向上的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
本发明提供了一种变压器内部局部放电测定装置，包括变压器壳体和磁座1，在磁座1的顶面上固定设置有四个磁铁块2；在磁座1顶面的中心处设置有圆形凹槽3，在圆形凹槽3中活动设置有圆柱形传感器安装座4；在圆柱形传感器安装座4的顶面上设置有L形布置的七个超声传感器接插槽5，在超声传感器接插槽5中接插有超声传感器6；在圆形凹槽3的底面与圆柱形传感器安装座4的下底面之间设置有压簧7，在圆形凹槽3的底面中央设置通孔11，超声传感器6的超声信号引出线8通过通孔11与超声数据采集器9电连接在一起，在超声数据采集器9上连接有计算机10；磁座1的顶面是与被测变压器的壳体吸合在一起的。
四个磁铁块2是在磁座1的顶面上均布的，在超声传感器6的探头与被测变压器的壳体之间设置有黄油层，压簧7将超声传感器6的探头与变压器的壳体紧紧顶接在一起。本发明装置除了具有携带方便，操作简单，性能稳定等工程技术优势之外，同时还具有以下优点：(1)该装置即插即用，避免单个传感器损坏或灵敏度降低时无法更换，影响整体效果；(2)该装置可以固定超声传感器6间距，保证超声阵列传感器各个阵元与电气设备外壁表面接触的一致性和整体性。
一种变压器内部局部放电定位方法，包括以下步骤：
第一步、在磁座1的顶面上固定设置四个磁铁块2；在磁座1顶面的中心处设置圆形凹槽3，在圆形凹槽3中活动设置圆柱形传感器安装座4；在圆柱形传感器安装座4的顶面上设置L形布置的七个超声传感器接插槽5，在每个超声传感器接插槽5中接插一个超声传感器6；在圆形凹槽3的底面与圆柱形传感器安装座4的下底面之间设置有压簧7，在圆形凹槽3的底面中央设置通孔11，超声传感器6的超声信号引出线8通过通孔11与超声数据采集器9电连接，在超声数据采集器9上连接计算机10；磁座1的顶面是与被测变压器的壳体吸合在一起的；
第二步、将L形布置的七个超声波传感器6的输出信号经过超声数据采集器9去噪后传送给计算机10，由计算机10形成局放超声阵列信号XK；
第三步、基于总体最小二乘法的宽频聚焦算法将超声阵列宽带信号X转换成窄带信号XZ；
第四步、采用相位匹配原理和云优化搜索相结合的窄带测向算法获得局部放电点测向线的方位角和俯仰角；
第五步、采用全局优化搜索的局部放电定位算法，确定变压器局部放电的具体位置。
根据信号相位匹配原理,信号空间相位相同时，才可求解信号的实部与虚部。为避免传统穷举法寻找最大值运算速度缓慢的缺点，本发明采用云优化搜索算法进行最优解的搜索，即可得到局放源的方位信息，即测向线的方位角和俯仰角。
首先利用超声阵列传感器在电气设备的不同位置进行局部放电检测，获得每组阵列传感器的测向线的方位角和俯仰角，并基于L型传感器阵列的基本位置建立空间某一点到各条测向线距离之和的方程，视其距离之和最小值对应的空间点即为局放源的空间位置。
超声数据采集器9是用以下方法去噪的：
先对局放超声阵列信号进行中心化（取均值）和白噪声预处理；然后进行局放超声阵列信号的盲分离；最后进行局放超声信号的提取。
基于总体最小二乘法的宽频聚焦算法将超声阵列宽带信号XK转换成窄带信号XZ转换的基本步骤为：
（1）估计超声波传感器6去噪后的超声信号初始值，并选定参考频率f0，构造各频率点的阵列流型A(f0)；
（2）构造各频率点的聚焦矩阵；
（3）利用一系列聚焦矩阵对阵列接收数据进行聚焦变换，得到单一频率点的窄带信号XZ。
通过上述步骤，可以实现基于L型阵列传感器的电气设备局部放电的准确定位。本发明采用基于L型阵列传感器，运用总体最小二乘法(TLS)的宽频聚焦算法对局放超声宽带信号进行聚焦，采用相位匹配原理和云优化搜索相结合的窄带测向算法获得局放源的方位信息。同传统局部放电定位方法相比，本发明具有运算量小、测向精度高、定位准确、收敛速度快等优点。

Claims (5)

1.一种变压器内部局部放电测定装置，包括变压器壳体和磁座（1），在磁座（1）的顶面上固定设置有四个磁铁块（2）；在磁座（1）顶面的中心处设置有圆形凹槽（3），在圆形凹槽（3）中活动设置有圆柱形传感器安装座（4）；其特征在于，在圆柱形传感器安装座（4）的顶面上设置有L形布置的七个超声传感器接插槽（5），在超声传感器接插槽（5）中接插有超声传感器（6）；在圆形凹槽（3）的底面与圆柱形传感器安装座（4）的下底面之间设置有压簧（7），在圆形凹槽（3）的底面中央设置通孔（11），超声传感器（6）的超声信号引出线（8）通过通孔（11）与超声数据采集器（9）电连接在一起，在超声数据采集器（9）上连接有计算机（10）；磁座（1）的顶面是与被测变压器的壳体吸合在一起的。
2.根据权利要求1所述的一种变压器内部局部放电测定装置，其特征在于，四个磁铁块（2）是在磁座（1）的顶面上均匀布置的，在超声传感器（6）的探头与被测变压器的壳体之间设置有黄油层。
3.一种变压器内部局部放电定位方法，包括以下步骤：
第一步、在磁座（1）的顶面上固定设置四个磁铁块（2），在磁座（1）顶面的中心处设置圆形凹槽（3），在圆形凹槽（3）中活动设置圆柱形传感器安装座（4）；在圆柱形传感器安装座（4）的顶面上设置L形布置的七个超声传感器接插槽（5），在每个超声传感器接插槽（5）中接插一个超声传感器（6）；在圆形凹槽（3）的底面与圆柱形传感器安装座（4）的下底面之间设置压簧（7），在圆形凹槽（3）的底面中央设置通孔（11），超声传感器（6）的超声信号引出线（8）通过通孔（11）与超声数据采集器（9）电连接，在超声数据采集器（9）上连接计算机（10）；磁座（1）的顶面与被测变压器的壳体吸合在一起；
第二步、将L形布置的七个超声波传感器（6）的输出信号，先经超声数据采集器（9）去噪，然后传送给计算机（10），由计算机（10）形成局放超声阵列信号（XK）；
第三步、基于总体最小二乘法的宽频聚焦算法，将超声阵列宽带信号（XK）转换成窄带信号（XZ）；
第四步、采用相位匹配原理和云优化搜索相结合的窄带测向算法获得局部放电点测向线的方位角和俯仰角；
第五步、采用全局优化搜索的局部放电定位算法，确定变压器局部放电的具体位置。
4.根据权利要求3所述的一种变压器内部局部放电定位方法，其特征在于，超声数据采集器（9）是用以下方法进行去噪处理的：先对局放超声阵列信号进行中心化取均值和白噪声预处理；然后，进行局部放电超声阵列信号的盲分离，最后进行局不放电超声信号的提取。
5.根据权利要求3所述的一种变压器内部局部放电定位方法，其特征在于，基于总体最小二乘法的宽频聚焦算法，将超声阵列宽带信号（XK）转换成窄带信号（XZ）转换的基本步骤为：
（1）估计超声波传感器（6）去噪后的超声信号初始值，并选定参考频率（f0），构造各频率点的阵列流型（A(f0)）；
（2）构造各频率点的聚焦矩阵；
（3）利用一系列聚焦矩阵对阵列接收数据进行聚焦变换，得到单一频率点的窄带信号（XZ）。
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