CN107121624A - 基于矩量法的局放检测多点布局和定位方法 - Google Patents
基于矩量法的局放检测多点布局和定位方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于矩量法的局部放电检测多点布局方法，包括如下步骤：S1:建立局部放电空间辐射磁场算子方程L(f)＝g；S2:离散化过程；S3:取样检验过程；S4:矩阵求逆过程；经过以上的步骤得到矩阵方程，通过求解线性方程组和常规的矩阵求逆得到矩阵方程的解，根据矩阵方程的解即获得局部放电探测点受布置位置的影响，为探测点的布置提供合理依据。本发明还提供一种基于矩量法的局部放电检测的多局部放电点定位的方法。本发明采用特高频传感器作为本发明的传感器，该传感器具有抗干扰能力强的优点。本发明首先采用矩量法布置探测点，然后对全站设备进行局部放电的准确检测，这样的系统具有成本低、效率高的特定，进一步提升了系统运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于矩量法的局部放电检测的检测点布局方法，还涉及一种基于矩量法的局部放电检测的多局部放电点定位的方法，属于电力检测分析领域。
背景技术
绝缘事故通常是由微小的局部放电发展而来，局部放电是电力设备绝缘老化的主要原因之一，对局部放电的检测和预防是电力系统在线监测的主要任务之一。由于局部放电受局部放电源所处的设备的位置因素影响极大，因此，局部放电定位技术的准确性极大的影响了设备的实时绝缘状况，并且进一步导致电力系统运行维修策略的制定。
伴随着局部放电所产生的声、光、电、热、磁的物理表现，根据这些物理现象的分析确定局部放电的准确位置，依据以上不同的物理表现发展出了电-声定位法、超声定位法以及电气定位法等定位方法。并且随着相关的领域的工艺技术的发展，新的定位方法也被应用于局放的检测定位，这些方法包括基于相控阵技术的定位法、超高频定位法。应用阵列技术进行局部放电定位研究，采用复合传感器检测接收局部放电产生的超声波和超高频信号，分别通过改变阵列的波束指向完成对空间超声信号的扫描和超声波信号的传播时延来获取信号波的方向和局放点与传感器间的距离，进而实现对于局部放电点的定位。
电力设备在发生局部放电，周围的电气设备为金属结构，当局部放电发生时，由于局部放电会使周围的金属结构发生静电感应和电磁感应，从而导致局部放电所产生的电磁信号在传播的过程中发生畸变，畸变的电磁场波形将对局部放电定位系统对局部放电的定位精度产生很大影响。本发明依据矩量法来分析局部放电检测点布置位置对局部放电空间辐射磁场的影响，为局部放电定位系统中检测点的布置及局部放电定位系统定位精度的提高提供理论指导。矩量法可以应用于求解空间任意复杂的电磁场问题，包括任意边界条件的电磁场问题，这样对于电力系统中任意区域的任意位置布置局部放电检测装置的空间辐射磁场都能采用矩量法进行有效的计算，根据计算结果进而找到局部放电检测点的适宜的安装点。采用算子化表示局部放电的空间辐射磁场，矩量法将算子方程化为矩阵方程，然后求解该矩阵方程，这样的求解方法基于严格的积分方程方法，无需对传播空间进行网格划分，大大简化了操作，因而，大大简化了局部放电的检测点布置。
并且，在采用阵列技术进行局部放电定位的时候，如果阵列检测点数目多，那么对于局部放电检测的结果就会方向性好、定位精度高，但是，检测点阵列的数目会导致检测系统采集系统的模块和后续信息处理模块的电路过于复杂，极大的增加了检测的成本；而如果阵列检测点数目少，则会产生定位精度不高的结果。因此，在工程实际中极需要对检测点的布置进行优化。
本专利首先应用矩量法对局放的检测点进行布置，在确定了局放的检测点之后，采用多个检测点对局放点进行检测，通过仿真计算得出检测点在位于不同位置时受位置影响的相关规律，为检测点的布置提供理论依据。对局部放电进行定位，该方法具有定位精度高定位目标局部放电源多的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于矩量法的局部放电检测点的布局方法，具有较高的灵敏度，可以具体指出局放检测点的布置位置，特别适用于在对变压器、发电机绕组、电缆、高压开关柜等高压设备局部放电定位时检测装置的布置，解决背景技术中存在的问题。
本发明所采用的技术方案是：基于矩量法的局部放电检测的多点定位方法，根据所述的矩量法中各检测接收装置接收的局部放电信号的物理量差值，建立关于局部放电各放电点的位置的非线性方程，求解此局部放电点的非线性方程。
本发明采用矩量法求解局部放电本体辐射磁场，根据不同局部放电检测点布置方案的局部放电本体辐射磁场计算结果，确定局部放电检测点的布置方案，根据局部放电检测点布置方案布置局部放电检测点，通过所布置的局部放电检测点对电力装置的局部放电进行检测定位。
采用矩量法求解局部放电空间辐射磁场问题的步骤如下：
S1:建立局部放电空间辐射磁场算子方程L(f)＝g，通过算子方程来描述局部放电区域的空间辐射磁场。
S2:离散化过程，离散化过程将算子方程转化为代数方程，这样将简化局部放电区域的空间辐射磁场的求解过程。
S2.1在算子L的定义域内适当选择一组线性无关的基函数f1，f2，...，fn
S2.2将未知函数f(x)表示为该组基的线性组合，并取有限近似项
S2.3将有限近似项代入L(f)＝g中，利用算子的线性特性，将算子方程化为代数方程那么求解f(x)的问题就转化为求解fn的系数an的问题。
S3:取样检验过程.为了使f(x)的近似函数与其本身之间的误差达到极小，必须进行取样检验，通过取样检验来验证计算的空间辐射磁场的近似求解结果与本身之间的误差。在抽样点上使加权平均误差为零来确定未知系数an，其基本步骤为：
1)在算子L的值域内适当的选择权函数，权函数彼此线性无关；
2)将权函数与代数方程化后的算子方程取内积进行N次抽样检验；
3)利用算子的线性和内积性质将抽样检验方程化为矩阵方程，那么求解代数方程的问题便转化为求解矩阵方程的问题。
S4:矩阵求逆过程。经过以上的步骤得到矩阵方程，通过求解线性方程组或常规的矩阵求逆得到矩阵方程的解，根据矩阵方程的解获得局部放电探测点受布置位置的影响，为探测点的布置提供合理依据。
中央处理器根据输入的角度量，控制检测装置的转矩量，直至各检测装置在相同的时间检测单元接收到各局部放电的物理表现信号；
中央处理器通过控制图像接收器来获得各局部放电点的图像来实现对于局部放电点的定位。
当电气设备发生局部放电时，首先，通过检测点阵列接收电力设备发生局部放电时所产生的电磁信号，信号采集系统对局部放电的电磁信号进行同步实时采集；对于信号采集系统采集到的电磁信号，信号处理模块通过预先系统写入的信号处理算法对信号采集模块采集的信号进行降噪滤波处理，为后续定位进行有序存储；在采用检测点进行检测时，需要改变检测点阵列的波束指向完成超声信号扫描并进而获取信号方向，同时，计算局放点磁信号到达各检测点的时间差建立并求解局放点位置方程获取局放点位置；最后，对系统校验局放点位置进行校验。
局部放电点位置求解方程的建立方法如下：
假设局部放电点从局部放电点传输到超高频接收器的第i个接收器的时刻记为ti,i＝1,2,…,n.设i,j为其中任意的两个接收器，第i个接收器的空间坐标为(xi，yi，zi)：，第j个接收器的空间坐标为(xj，yj，zj)，局放源的三维坐标为(xs，ys，zs)，那么，根据空间几何的位置计算公式，可以计算任意两点i,j接收到局放信号的时间差，
与现有的局放检测技术相比，本发明提供的基于矩量法的局部放电检测的多局部放电点定位的方法产生的有益效果是：本发明采用的探测点控制系统，可准确实时控制观测点的布置。用一套车载化的可移动观测点装置，首先采用矩量法布置探测点，然后对全站设备进行局部放电的准确检测，这样的系统具有成本低、效率高的特定，进一步提升了系统运行的可靠性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是探测区域与局放点相对位置分布图。
图2是基于矩量法的局放检测装置的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种局部放电观测点布局位置的布局方法，采用矩量法求解局部放电本体辐射场计算，矩量法可以应用于求解空间任意复杂的电磁场问题，包括任意边界条件的电磁场问题。
采用矩量法对图1所示的局放空间磁场进行分析，假定图1中的局放点距离局放检测点距离为20m。采用算子化表示局部放电的空间辐射磁场，矩量法将算子方程化为矩阵方程，然后求解该矩阵方程，采用矩量法求解局放空间辐射磁场问题的步骤如下：
S1：建立局部放电空间辐射磁场算子方程L(f)＝g。
S2：离散化过程。
S2.1在算子L的定义域内适当选择一组线性无关的基函数f1，f2，...，fn；
S2.2将未知函数f(x)表示为该组基的线性组合，并取有限近似项
S2.3将有限近似项代入L(f)＝g中，利用算子的线性特性，将算子方程化为代数方程
那么求解f(x)的问题就转化为求解fn的系数an的问题。
S3：取样检验过程。为了使f(x)的近似函数与其本身之间的误差达到极小，必须进行取样检验，在抽样点上使加权平均误差为零来确定未知系数an，其基本步骤为：
1)在算子L的值域内选择一组彼此线性无关的选择权函数；
2)将权函数与代数方程化后的算子方程取内积进行N次抽样检验；
<L(fn)，Wm>＝<g，Wm>(m＝1，2，....，N) (3)
3)利用算子的线性和内积性质将抽样检验方程化为矩阵方程，那么求解代数方程的问题便转化为求解矩阵方程的问题。
并将上式写成矩阵的形式，
[Lmn][an]＝[gm](m＝1，2，....，N) (5)
S4：矩阵求逆过程。经过以上的步骤得到矩阵方程，通过求解线性方程组或常规的矩阵求逆得到矩阵方程的解，
[an]＝[Lmn]-1[gm](m＝1，2，....，N) (6)
将其带入矩量方程表达式，便可得到算子方程的近似解如下：
根据对矩阵方程的求解即可获得局部放电探测点受布置位置的影响，为探测点的布置提供合理依据。
在局部放电定位系统检测点的布置过程中，为了可靠的数据传输，一般将检测点设置于被检现场的高点。但是相同检测点装设在同一区域的不同位置时，其接收到的信号会存在一些差异，这是由于局部放电发生时，会产生电磁感应与静电感应现象，检测点接收到的信号会受到范围内的其他装置的影响，因此，需要通过建模找到检测点设置的一般规律优化局部放电检测点布置。
如图2所示，是基于矩量法的局放检测装置的电路原理框图。在检测点的安装过程中，局放观测点可能布置于不同的位置。在本实施方案中，首先，确定各检测点的可能布置位置，各检测点的可能的布置位置应为区域地理分布的典型点，这些典型点包括区域的中心和区域的边界点，通过矩量法对各检测点的布置位置进行分析得到优化后的检测点布置。
当电气设备发生局部放电时，首先，通过检测点阵列接收电力设备发生局部放电时所产生的电磁信号，信号采集与转化系统对局部放电的电磁信号进行同步实时采集，并得到检测点控制系统中，各检测点布置的相对距离，并分别对检测点按照逆时针的方式进行编号n＝1，2，3，...，n，计算布置的检测点收到的磁场波形相对于其他布置位置的检测点所收到的幅值变化率最大的检测点。
当局部放电检测点布置在预定区域进行观测时，可以将其布置在预定观测区域的幅值变化率最大检测点位置，对每个设备的磁场影响进行计算，将得到位于预定区域幅值变化率最大检测点位置处监测点磁场幅值与此处不存在设备时的磁场幅值的系数比，根据此系数对监测点所测信号进行修正，从而达到还原局部放电信号真实值的效果。
在确定检测点位置后，并布置好检测点的位置后，检测局部放电信号的时间差，建立局部放电点位置方程，并求解局部放电点的位置转角，输入转角信号对局部放电信号进行扫描接收，接收局部放电信号并实现局部放电点定位。通常，信号检测器的水平旋转角度设置为360°，垂直旋转角度在-40°至70°的角度间旋转。
中央处理器根据输入的角度量，控制检测装置的转矩量，直至各检测装置在相同的时间检测单元接收到各局部放电的物理表现信号，中央处理器所接收的信号的采样率率为10GS/s。
中央处理器通过控制图像接收器来获得各局部放电点的图像来实现对于局部放电点的定位。
在采用检测点进行检测时，检测点控制系统可以改变检测点阵列的波束指向完成超声信号扫描并进而获取信号方向。
同时，计算局放点磁信号到达各检测点的时间差建立并求解局放点位置方程获取局放点位置，并对系统校验局放点位置进行校验。局部放电点位置求解方程的建立方法如下：
假设局部放电点从局部放电点传输到超高频接收器的第i个接收器的时刻记为ti,i＝1,2,…,n。设i,j为任意的两个接收器，第i个接收器的空间坐标为(xi，yi，zi),第1,2,3个接收器的空间坐标为(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，局放源的三维坐标为(xs，ys，zs),那么，根据空间几何的位置计算公式，可以计算任意两点i,j接收到局放信号的时间差.
利用公式(8)(9)(10)的任意3个方程联立即可确定局部放电点的位置。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于矩量法的局部放电检测多点布局方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：建立局部放电空间辐射磁场算子方程L(f)＝g；
S2：离散化过程：
S2.1在算子L的定义域内适当选择一组线性无关的基函数f1，f2，...，fn；
S2.2将未知函数f(x)表示为该组基的线性组合，并取有限近似项；
S2.3将有限近似项代入L(f)＝g中，利用算子的线性特性，将算子方程化为代数方程；S3：取样检验过程：为了使f(x)的近似函数与其本身之间的误差达到极小，必须进行取样检验，在抽样点上使加权平均误差为零来确定未知系数an，基本步骤为：
1)在算子L的值域内适当的选择权函数，权函数彼此线性无关；
2)将权函数与代数方程化后的算子方程取内积进行N次抽样检验；
3)利用算子的线性和内积性质将抽样检验方程化为矩阵方程，那么求解代数方程的问题便转化为求解矩阵方程的问题；
S4：矩阵求逆过程：经过以上的步骤得到矩阵方程，通过求解线性方程组或常规的矩阵求逆得到矩阵方程的解，根据解即获得局部放电探测点受布置位置的影响，为探测点的布置提供合理依据。
2.一种基于矩量法的局部放电检测的多局部放电点定位的方法，其特征在于：
根据矩量法中各检测接收装置接收的局部放电信号的物理量差值，建立关于局部放电各放电点的位置的非线性方程，求解此局部放电点的非线性方程；
中央处理器根据输入的角度量，控制检测装置的转矩量，直至各检测装置在相同的时间检测单元接收到各局部放电的物理表现信号；
中央处理器通过控制图像接收器来获得各局部放电点的图像来实现对于局部放电点的定位。
3.根据权利要求2所述基于矩量法的局部放电检测的多局部放电点定位的方法，其特征在于：当电气设备发生局部放电时，首先，通过检测点阵列接收电力设备发生局部放电时所产生的电磁信号，信号采集系统对局部放电的电磁信号进行同步实时采集；对于信号采集系统采集到的电磁信号，信号处理模块通过预先系统写入的信号处理算法对信号采集模块采集的信号进行降噪滤波处理，为后续定位进行有序存储；在采用检测点进行检测时，需要改变检测点阵列的波束指向完成超声信号扫描并进而获取信号方向，同时，计算局放点磁信号到达各检测点的时间差建立并求解局放点位置方程获取局放点位置；最后，对系统校验局放点位置进行校验。
4.根据权利要求3所述基于矩量法的局部放电检测的多局部放电点定位的方法，其特征在于：
局放点位置方程的建立方法如下：
假设局部放电点从局部放电点传输到超高频接收器的第i个接收器的时刻记为ti,i＝1,2,…,n.设i,j为其中任意的两个接收器，第i个接收器的空间坐标为(xi，yi，zi)，第j个接收器的空间坐标为(xj，yj，zj)，局放源的三维坐标为(xs，ys，zs)，那么，根据空间几何的位置计算公式，可以计算任意两点i,j接收到局放信号的时间差，
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170901 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |