CN107015184A - 基于数据分析的特高频局部放电检测性能判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数据分析的特高频局部放电检测性能判定方法，涉及电力设备状态监测与故障诊断技术领域，针对行业内缺少能够现场校验判定监测装置检测频率、灵敏度、线性度、脉冲记录、动态范围、诊断识别等技术指标的系统，不能及时发现局部放电监测装置在工程应用中存在的性能问题，采用现场设备组装和连接、检验最低检出限误差、检验非线性误差、检验重复性误差、检验脉冲个数误差、检验放电模式识别误差、获得检验结果的步骤，实现了现场检验局部放电监测装置及探头的最低检出限、线性度、重复性、脉冲记录、放电模式识别等性能误差，并能准确发现电子元件老化、产品质量等原因而导致监测灵敏度下降、线性度漂移等问题的目的。

Description

基于数据分析的特高频局部放电检测性能判定方法

技术领域

本发明涉及电力设备状态监测与故障诊断技术领域，特别涉及一种基于数据分析的特高频局部放电检测性能判定方法。

背景技术

局部放电是反映高压电气设备绝缘性能的重要特征参数之一，它是高压设备绝缘劣化的征兆和表现形式，又是绝缘进一步劣化的原因，所以监测高压电气设备局部放电能够发现其内部早期的绝缘缺陷，并通过及时的故障诊断与状态评价，以采取具体处理措施，避免其发展。

随着电力企业在研究、应用设备状态监测评价技术方面的日益深入，特高频局部放电监测装置已广泛应用在高压电气设备的带电检测与状态监测中，尤其是针对气体绝缘金属全封闭组合电器(Gas Insulated Switchgear，GIS)而言，特高频局部放电监测装置已然成为主流的监测技术。特高频局部放电监测装置由监测探头、中央处理装置和分析显示装置组成，通过若干只安装在GIS盆式绝缘子法兰上的监测探头采集放电电磁波信号，经高通滤波、放大与检波电路并对信号进行分析后，再经电光转换成光信号，通过光纤输往控制室的分析信号装置。监测探头是局部放电监测装置的关键之一，它通过安装在GIS盆式绝缘子法兰处采集GIS内部的局部放电电磁波信号。但是在具体工程设计和现场应用过程中，由于缺少相关技术规范、各系列装置的技术标准不统一、各厂商产品质量参差不齐、电子元件老化、运行维护不足、监测探头安装位置不合理等一系列原因，而导致监测装置工程应用效果不佳，甚至出现误报警、漏报警的现象。目前，行业内缺少能够现场校验判定监测装置检测频率、灵敏度、线性度、脉冲记录、动态范围、诊断识别等技术指标的系统，不能及时发现局部放电监测装置在工程应用中存在的性能问题，并影响准确监测、预警GIS等高压电气设备的绝缘状态，甚至酿成电力安全生产事件。

发明内容

本发明提供一种基于数据分析的特高频局部放电检测性能判定方法，用以解决行业内缺少能够现场校验判定监测装置检测频率、灵敏度、线性度、脉冲记录(峰值、次数、波形)、动态范围、诊断识别等技术指标的系统，不能及时发现局部放电监测装置在工程应用中存在的性能问题，并影响准确监测、预警GIS等高压电气设备的绝缘状态，甚至酿成电力安全生产事件的重大问题。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种基于数据分析的特高频局部放电检测性能判定方法，包括以下步骤：

S1、现场设备组装和连接；

S2、检验最低检出限误差；

S3、检验非线性误差；

S4、检验可重复性；

S5、检验脉冲个数记录误差；

S6、检验放电模式识别误差；

S7、获得检验结果。

优选地，步骤S1所述的现场设备组装和连接包括：连接脉冲信号发生器，信号发射天线，同步输入模块，同步输出模块，测控主机，电源模块；并将信号发射天线安装在该监测探头最近的盆式绝缘子法兰浇注口处，并向气体绝缘金属全封闭组合电器设备内部发射脉冲信号。

优选地，步骤S2所述的检验最低检出限误差包括：在所述脉冲信号发生器无输出时，记录特高频局部放电监测装置检测到的背景值，然后通过测控主机控制脉冲信号发生器输出不同幅值的脉冲信号，记录特高频局部放电监测装置在检测信号为信噪比2:1(6dB)时对应的脉冲幅值和检测信号幅值，此时的脉冲为监测装置可检测到的最小脉冲信号，即为该监测探头最低检出限误差的检验结果。

优选地，步骤S3所述的检验非线性误差包括：通过测控主机控制脉冲信号发生器输出不同幅值的脉冲信号，记录特高频局部放电监测装置检测信号即将溢出时对应的脉冲幅值U和检测信号幅值A，此时的脉冲信号为监测装置可检测到的最大脉冲信号，依次将输出的脉冲幅值按λ*U降低，其中λ取值为：0.8、0.6、0.4、0.2，记录特高频局部放电监测装置的检测信号幅值A_λ，各监测点的非线性误差为：

优选地，步骤S4所述的检验可重复性包括：通过测控主机控制脉冲信号发生器输出既定的标准脉冲信号，同时在特高频局部放电监测装置主机上能清晰显示该脉冲信号，记录此时的检测信号幅值a，特高频局部放电监测装置连续检测1小时之后，记录此时的检测信号幅值b，重复性误差为：

优选地，步骤S5所述的检验脉冲个数误差包括：通过测控主机控制脉冲信号发生器输出在一定时间t内输出不同频率f、幅值的脉冲信号，此时实际输出脉冲个数n＝f*t，启动特高频局部放电监测装置的阀值统计和脉冲记录(峰值、次数、波形)功能，并记录监测装置统计的脉冲个数N，脉冲个数误差为：

优选地，步骤S6所述的检验放电模式识别误差包括：通过测控主机控制脉冲信号发生器分别输出毛刺、悬浮屏蔽、气隙放电、颗粒放电的仿真脉冲信号，同时启动特高频局部放电监测装置的诊断识别功能，并记录不同放电仿真信号的识别准确率。

优选地，步骤S7所述的获得检验结果包括：综合步骤S2～步骤S6所得到的数据，并比对分析、验证监测装置主机的脉冲记录、放电模式识别性能是否达到工程设计的指标和满足现场应用的要求，从而获得检验结果。

本发明具有以下有益效果：

(1)摆脱了传统应用模式所受场地、通信及时间条件的限制，开创性地实现了灵活检验、判定局部放电监测装置(内、外置式)性能，提高了电力设备品控响应的机动能力，丰富了保障电网建设和设备安全的手段，实现了电力生产中风险、效能和成本的综合最优。

(2)实现了现场检验局部放电监测装置及探头的最低检出限、线性、重复性、脉冲记录、放电模式识别等性能误差，摆脱了监测装置固定安装在变电站现场后无法送检的困境，达到了准确发现电子元件老化、产品质量等原因而导致监测灵敏度下降、线性度漂移等问题的目的。

(3)实现了宽频谱分布的脉冲信号发生器，克服了现有监测装置产品型号众多、探头接收和感应电磁信号范围不同的问题，有效覆盖主要特高频的频段范围。

(4)脉冲占空比充足保证了连续两次脉冲信号之间的时间间隔，避免出现被校验特高频局部放电探头耦合前后的两次电磁波信号发生波形重叠，将脉冲输出信号的不稳定度控制在1％以内。

附图说明

图1是本发明的步骤流程示意图；

图2是本发明提供的实施例现场安装位置示意图；

图3是本发明提供的实施例现场安装连接示意图；

图4是本发明提供的实施例标准脉冲信号示意图；

图5是本发明提供的实施例毛刺仿真脉冲信号示意图；

图6是本发明提供的实施例悬浮屏蔽仿真脉冲信号示意图；

图7是本发明提供的实施例气隙放电仿真脉冲信号示意图；

图8是本发明提供的实施例颗粒放电仿真脉冲信号示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图2和图3安装及连接特高频局部放电监测装置的现场检验系统，特高频局部放电监测装置的现场检验系统包括脉冲信号发生器，信号发射天线，同步输入单元，同步输出单元，测控主机，电源模块。脉冲信号发生器通过压接式SMA射频接口和射频电缆连接信号发射天线或局部放电监测装置的内/外置式探头，并发送标准脉冲信号、随机脉冲信号和毛刺等模拟脉冲信号；信号发射天线通过GIS设备的盆式绝缘子法兰浇注口而向GIS设备内部发射脉冲信号；同步输入单元通过双芯金属插座和电缆连接信号发生器，并传输用于匹配校验系统所发射脉冲信号的外同步相位特征信号。同步输出单元通过双芯金属插座和电缆连接被检验的局部放电监测装置主机，并传输用以模拟校验所需的外同步、无线同步和虚拟同步相位特征信号。测控主机通过FTP屏蔽型双绞线连接信号发生器，并发送启动、停止、参数设置等控制指令，接收脉冲输出类型、次数、时间的过程信号，显示脉冲记录、模式识别、最低检出限、线性、重复性等检验结果，电源模块负责向检验系统供电。

脉冲信号发生器属于宽频谱分布的脉冲信号发生器，可以发送标准、随机、毛刺、悬浮屏蔽、气隙放电、颗粒放电等仿真脉冲信号(如图4～8所示)，并用以比对检验局部放电监测装置的放电次数、幅值、相位的检验能力和放电模式识别能力，所发送的脉冲信号可根据检验需要调整，输出脉冲信号波形分为单脉冲(标准脉冲、随机脉冲)和仿真脉冲(毛刺、悬浮屏蔽、气隙放电、颗粒放电等)，脉冲信号的频率范围是300MHz至3000MHz，脉冲信号的幅值范围是0V至110V，脉冲信号的相位范围是0°至360°，脉冲个数可以是单个或连续多个，脉冲信号的上升沿宽度范围是在20％至80％的300ps以内，两次脉冲信号之间的时间间隔可调，脉冲信号的半波时间范围是4ns至100ns，脉冲输出信号的不稳定度在1％以内。

工作时，根据下列步骤进行检验，如图1所示：

S1、现场设备组装和连接：连接脉冲信号发生器，信号发射天线，同步输入模块，同步输出模块，测控主机，电源模块；并将信号发射天线安装在监测探头(图2中的#1位置)最近的盆式绝缘子法兰浇注口处(图2中的#2位置)，并向气体绝缘金属全封闭组合电器设备内部发射脉冲信号。

S2、检验最低检出限误差：在所述脉冲信号发生器无输出时，记录特高频局部放电监测装置检测到的背景值，然后通过测控主机控制脉冲信号发生器输出不同幅值的脉冲信号，如图4所示，并记录特高频局部放电监测装置在检测信号为信噪比2:1(6dB)时对应的脉冲幅值和检测信号幅值，此时的脉冲为监测装置可检测到的最小脉冲信号，即为该监测探头最低检出限误差的检验结果。

S3、检验非线性误差：通过测控主机控制脉冲信号发生器输出不同幅值的脉冲信号，记录特高频局部放电监测装置检测信号即将溢出时对应的脉冲幅值U和检测信号幅值A，此时的脉冲信号为监测装置可检测到的最大脉冲信号，依次将输出的脉冲幅值按λ*U降低，其中λ取值为：0.8、0.6、0.4、0.2，记录特高频局部放电监测装置的检测信号幅值A_λ，各监测点的非线性误差为：

S4、检验可重复性：通过测控主机控制脉冲信号发生器输出既定的标准脉冲信号，同时在特高频局部放电监测装置主机上能清晰显示该脉冲信号，记录此时的检测信号幅值a，特高频局部放电监测装置连续检测1小时之后，记录此时的检测信号幅值b，重复性误差为：

S5、检验脉冲个数误差：通过测控主机控制脉冲信号发生器输出在一定时间t内输出不同频率f、幅值的脉冲信号，此时实际输出脉冲个数n＝f*t，启动特高频局部放电监测装置的阀值统计和脉冲记录功能，并记录监测装置统计的脉冲个数N，脉冲个数误差为：

S6、检验放电模式识别误差：通过测控主机控制脉冲信号发生器分别输出毛刺、悬浮屏蔽、气隙放电、颗粒放电的仿真脉冲信号，如图5～8所示，同时启动特高频局部放电监测装置的诊断识别功能，并记录不同放电仿真信号的识别准确率。

S7、获得检验结果：采用以上方式分别检验、分析各监测探头的最低检出限、线性、重复性，并比对分析、验证了监测装置主机的脉冲记录、放电模式识别等性能是否达到工程设计的指标和满足现场应用的要求。

因为灵活应用了一种基于数据分析的局部放电监测装置现场检验系统，得以填补了GIS 设备特高频局部放电监测装置缺乏现场检验手段的技术短板，提高了电力设备品控响应的机动能力，丰富了保障电网建设和设备安全的手段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于数据分析的特高频局部放电检测性能判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、现场设备组装和连接；

S2、检验最低检出限误差；

S3、检验非线性误差；

S4、检验可重复性；

S5、检验脉冲个数记录误差；

S6、检验放电模式识别误差；

S7、获得检验结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特在于，步骤S1所述的现场设备组装和连接包括：连接脉冲信号发生器，信号发射天线，同步输入模块，同步输出模块，测控主机，电源模块，并将信号发射天线安装在监测探头最近的盆式绝缘子法兰浇注口处，并向气体绝缘金属全封闭组合电器、变压器、开关柜等高压电气设备内部发射脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特在于，步骤S2所述的检验最低检出限误差包括：在所述脉冲信号发生器无输出时，记录检测到的背景值，然后通过测控主机控制脉冲信号发生器输出不同幅值的脉冲信号，记录当检测信号为信噪比2:1(6dB)时对应的脉冲幅值和检测信号幅值，此时的脉冲为监测装置可检测到的最小脉冲信号，即为该监测探头最低检出限误差的检验结果。

4.根据权利要求2所述的方法，其特在于，步骤S3所述的检验非线性误差包括：通过所述测控主机控制所述脉冲信号发生器输出不同幅值的脉冲信号，记录检测信号即将溢出时对应的脉冲幅值U和检测信号幅值A，此时的脉冲信号为监测装置可检测到的最大脉冲信号，依次将输出的脉冲幅值按λ*U降低，其中λ取值为：0.8、0.6、0.4、0.2，记录检测信号幅值A_λ，各监测点的非线性误差为：

5.根据权利要求2所述的方法，其特在于，步骤S4所述的检验可重复性包括：通过所述测控主机控制所述脉冲信号发生器输出预设的标准脉冲信号，同时在局部放电监测装置主机上能清晰显示该脉冲信号，记录此时的检测信号幅值a，特高频局部放电监测装置连续检测1小时之后，记录此时的检测信号幅值b，重复性误差为：

6.根据权利要求2所述的方法，其特在于，步骤S5所述的检验脉冲个数误差包括：通过所述测控主机控制所述脉冲信号发生器输出在一定时间t内输出不同频率f、幅值的脉冲信号，此时实际输出脉冲个数n＝f*t，启动局部放电监测装置的阀值统计和脉冲记录功能，并记录监测装置统计的脉冲个数N，脉冲个数误差为：

7.根据权利要求2所述的方法，其特在于，步骤S6所述的检验放电模式识别误差包括：通过所述测控主机控制所述脉冲信号发生器分别输出毛刺、悬浮屏蔽、气隙放电、颗粒放电的仿真脉冲信号，同时启动局部放电监测装置的诊断识别功能，并记录不同放电仿真信号的识别准确率。

8.根据权利要求2所述的方法，其特在于，步骤S7所述的获得检验结果包括：综合步骤S2～S6所得到的数据，并比对分析、验证监测装置主机的脉冲记录、放电模式识别性能是否达到工程设计的指标和满足现场应用的要求，从而获得检验结果。