CN105137310A - Gis局部放电在线检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GIS局部放电在线检测系统及方法，针对局部放电信号的接收，设计了阿基米德平面螺旋天线。针对来至测量现场的干扰，采用了硬件滤波与小波变换相结合的方法滤波与消噪处理，硬件滤波采用带通滤波与包络检波电路，消除周期频率成分干扰；小波变化，消除混杂在局部放电信号中的背景白噪声干扰。针对GIS内部局部放电及诊断，采用局部放电脉冲信号的时域特征参数提取，利用提取的样本数据训练BP神经网络，实现放电类型识别，预测可能发生的故障，用于合理安排检修，保证GIS安全运行。

Description

GIS局部放电在线检测系统及方法

技术领域

本发明属于计算机技术及将其应用到高电压试验与测量技术领域；涉及高电压环境下的高频信号接收、波形分析与滤波消噪、绝缘性能捡测与诊断技术领域。

背景技术

GIS（气体绝缘金属封闭组合电器）是电力系统中的重要设备，该设备将断路器、接地开关、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线等放置在金属容器内，内部充满SF₆气体，实现带电体间的绝缘。GIS起到对电力系统的控制与保护作用，因此应用广泛。为了确保电力系统安全可靠地运行，GIS工作必须可靠。由于GIS结构复杂，内部充满有毒SF₆气体，定期检查工作繁琐且处理不当将会带来严重的后果。因此。如果能够在GIS发生故障之前，通过在线捡测获知GIS内部局部放电及程度，评估GIS内部绝缘状况，有针对性地检修对保证电力系统安全意义重大。

传统的GIS局部放电检测方法多为离线检测，采用电脉冲检测法或非电信号检测法。如果GIS内部发生局部放电，通过离线检测能够非常有效检测到。然而，离线检测的最大弱是检测过程中必须停电，影响供电的连续性，限制着检测的次数；最重要的是在相邻两次检测中，若GIS内部发生局部放电，甚至可能发展到绝缘击穿，造成损失。对于GIS局部放电的在线检测技术，国内外专家和学者们做了大量工作，在局部放电检测、状态分析和事故预测等方面积累了不少经验。但是，由于局部放电信号很微弱且干扰信号频率成分复杂，故对其信号提取困难，易导致误测、误报，即发生局部放电时可能没有测到，未发生局部放电时测量系统可能误测，限制了GIS局部放电在线检测系统的广泛应用。因此，从检测系统实际应用的角度来看，还有很多实际的问题有待于解决，综合来看GIS局部放电在线检测技术还处于不断发展优化的阶段。

发明内容

发明目的

为了克服上述现有技术的不足，实现对GIS局部放电在线检测与故障诊断，本发明提供了一种GIS局部放电在线检测系统，解决了GIS内部局部放电信号的接收、滤波与消噪、时域特征参数提取与诊断问题；局部放电类型识别、预测等问题。

技术方案

一种GIS局部放电在线检测系统，其特征在于：所述系统主要包括：工业控制计算机、阿基米德平面螺旋天线、信号接收电路、调理与前置放大电路、带通滤波电路、包络检波电路；其中阿基米德平面螺旋天线接收GIS内部局部放电产生的超高频电磁波后被信号接收电路接收，该电路的输出连接到调理与前置放大电路上；调理与前置放大电路对GIS内部局部放电信号进行调理与放大后连接到带通滤波电路上；带通滤波电路输出连接到包络检波电路上；包络检波电路输出连接到工业控制计算机。

一种如上所述GIS局部放电在线检测系统的检测方法，其特征在于：经过上述检测系统处理后的GIS局部放电信号进入工控机，利用小波阙值滤波算法滤波去噪、BP神经网络的状态评估与故障诊断得出其绝缘状况；具体步骤如下：

步骤（1）采用小波阈值滤波算法对测量并处理后的GIS内部局部放电信号进行滤波，去除白噪声干扰；

步骤（2）对去除白噪声干扰的GIS内部局部放电信号，进行时域特征参数提取；

步骤（3）采用将特征参数作为输入参数，训练BP神经网络，建立识别局部放电类型、故障诊断和状态评估的模型，完成GIS内部绝缘故障在线诊断。

优点及效果

本发明的这种GIS局部放电在线检测系统及方法，具有如下优点和有益效果：

GIS的绝缘即使在投入运行时满足国家试验标准和运行要求，但是由于现有绝缘设计理论的局限、电介质绝缘性能的分散性、不利自然环境的侵蚀、工作电压的长期作用、过电压的短时冲击，其绝缘能力将逐渐降低，严重时发生贯穿性击穿，危害供电的可靠性，有时甚至会引起电力系统的崩溃，造成巨大的经济损失和社会影响。传统GIS局部放电采用离线方式定期检测和故障诊断。在GIS局部放电的在线检测方面，国内外专家和学者们做了大量工作，但是综合来看GIS局部放电在线检测技术还处于不断发展优化的阶段。

本发明针对传统检测方法具有以下优势：

（1）检测时不需要停电，保证了供电的连续性。

（2）在线检测具有等价性，检测结果客观，符合实际。

（3）绝缘劣化、性能下降是一个渐变过程，在线检测能及时发现隐患及绝缘变化的趋势，避免绝缘击穿事故发生。

（4）检测系统以计算机为控制中心，具有智能化，能够根据从现场获得的信息进行分析、处理、诊断、评估，识别局部放电的类型、程度、绝缘状态，提出预报与处理意见，避免绝缘结构的击穿，保证电力系统的安全。

（5）检测系统以计算机为控制中心，适应当今我国智能电网建设需要。由于通过对GIS局部放电的准确测量、故障诊断和状态评估，可以有效地减少和避免其绝缘击穿，更重要的是GIS可靠工作才能确保电力系统可靠，避免停电，及经济效益、社会效益巨大。

附图说明

图1为阿基米德平面螺旋天线示意图。

图2为阿基米德平面螺旋天线反射腔结构图。

图3为阻抗渐变式巴伦结构图。

图4为本发明GIS局部放电在线检测系统结构图。

图5为基于ATF54143的低噪声宽频段放大器原理图。

图6为带通滤波器原理图。

图7为检波电路原理图。

图8为BP神经网络训练与绝缘故障诊断结构图。

具体实施方式

本发明涉及计算机技术及将其应用到高电压试验与测量技术领域；涉及高电压环境下的高频信号接收技术领域；涉及波形分析与滤波消噪技术领域；涉及绝缘性能捡测与诊断技术领域。

本发明提供一种GIS局部放电在线检测系统，整个系统由工业控制计算机测量、控制、分析、诊断和管理。如图4所示，所述系统主要包括：工业控制计算机、阿基米德平面螺旋天线、信号接收电路、调理与前置放大电路、带通滤波电路、包络检波电路；其中阿基米德平面螺旋天线接收GIS内部局部放电产生的超高频电磁波后被信号接收电路接收，该电路的输出连接到调理与前置放大电路上；调理与前置放大电路对GIS内部局部放电信号进行调理与放大后连接到带通滤波电路上；带通滤波电路输出连接到包络检波电路上；包络检波电路输出连接到工业控制计算机。

一种如上所述的GIS局部放电在线检测系统的检测方法，经过上述检测系统处理后的GIS局部放电信号进入工控机，利用小波阙值滤波算法滤波去噪、BP神经网络的状态评估与故障诊断得出其绝缘状况；具体步骤如下：

步骤（1）采用小波阈值滤波算法对测量并处理后的GIS内部局部放电信号进行滤波，去除白噪声干扰；

步骤（2）对去除白噪声干扰的GIS内部局部放电信号，进行时域特征参数提取；

步骤（3）采用将特征参数作为输入参数，训练BP神经网络，建立识别局部放电类型、故障诊断和状态评估的模型，完成GIS内部绝缘故障在线诊断。

为了实现对GIS局部放电信号的提取，本发明所采用的技术方案是设计了阿基米德平面螺旋天线，接收GIS内部局部放电产生的超高频电磁波，具体包括：阿基米德螺旋天线几何尺寸设计、反射腔设计、巴伦结构设计及传感器接收电路设计。其阿基米德螺旋天线结构如图1所示。图1中，螺旋天线内径为20mm，外径为240mm，螺旋增长率为00159，缝隙宽度为2.5mm。阿基米德螺旋天线反射腔如图2所示。采用平底腔结构，反射腔的腔深H为150mm，腔体直径D与螺旋天线外径等长，即D=240mm。阿基米德平面螺旋天线巴伦结构如图3所示，采用阻抗渐变方式。图3中，始端阻抗Z ₀=50Ω，终端阻抗Z _l=140Ω，渐变线总长度l=0.3m。本设计主要包括阿基米德平面螺旋天线、信号接收电路、调理与前置放大电路、带通滤波电路、包络检波电路，其结构如图4所示。图4中的调理与前置放大电路如图5所示。前置放大电路对接收到的局部放电信号进行调理与放大处理，选用安捷伦（Agilent）公司生产E-PHEMTATF54143增强型高电子迁移率晶体管做为放大器。本设计采用带通滤波电路，其原理如图6所示。图6中带宽设计为0.5GHz~1.5GHz，在0.5GHz处的衰减为3.15dB，在1.5GHz处的衰减为2.35dB，通带起伏最大值为0.982dB。本设计的包络检波电路如图7所示，以AD公司生产的AD8313ARM芯片为核心实现检波设计。

本设计针对经过带通滤波电路处理阿基米德螺旋天线接收的局部放电信号后还混有白噪声干扰问题，采用小波阈值滤波算法进行信号滤波、去除白噪声干扰。

本设计针对GIS内部局部放电信号的时域特征参数提取与诊断问题、局部放电类型识别和预测问题，也就是GIS内部绝缘故障在线诊断问题，采用将特征参数作为输入参数训练BP神经网络，建立识别局部放电类型、故障诊断和状态评估的模型，完成GIS内部绝缘故障在线诊断。BP神经网络的训练学习及诊断过程如图8所示。

本发明的工作过程如下：

本发明的测量过程是：阿基米德平面螺旋天线发出GIS局部放电信号被信号接收电路接收后，送至调理与前置放大电路调理放大后送带通滤波电路滤除交流成分干扰后，送包络检波电路进一步滤波处理后进入工控机进行小波处理去除白噪声。然后工控机进行分析、处理、诊断、评估，识别局部放电的类型、程度、绝缘状态，提出预报与处理意见。

Claims (2)

1.一种GIS局部放电在线检测系统，其特征在于：所述系统主要包括：工业控制计算机、阿基米德平面螺旋天线、信号接收电路、调理与前置放大电路、带通滤波电路、包络检波电路；其中阿基米德平面螺旋天线接收GIS内部局部放电产生的超高频电磁波后被信号接收电路接收，该电路的输出连接到调理与前置放大电路上；调理与前置放大电路对GIS内部局部放电信号进行调理与放大后连接到带通滤波电路上；带通滤波电路输出连接到包络检波电路上；包络检波电路输出连接到工业控制计算机。

2.一种如权利要求1所述GIS局部放电在线检测系统的检测方法，其特征在于：经过上述检测系统处理后的GIS局部放电信号进入工控机，利用小波阙值滤波算法滤波去噪、BP神经网络的状态评估与故障诊断得出其绝缘状况；具体步骤如下：

步骤（1）采用小波阈值滤波算法对测量并处理后的GIS内部局部放电信号进行滤波，去除白噪声干扰；

步骤（2）对去除白噪声干扰的GIS内部局部放电信号，进行时域特征参数提取；

步骤（3）采用将特征参数作为输入参数，训练BP神经网络，建立识别局部放电类型、故障诊断和状态评估的模型，完成GIS内部绝缘故障在线诊断。