CN107407708B - 局部放电检测系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测电子组件(102)中的局部放电事件的局部放电检测系统(100)，包括：换能器(110)，被配置为从电子组件(110)接收由于电子组件(110)中发生局部放电而产生的信号并且响应地向信号处理链(112)提供换能器输出信号。信号处理链(112)包括以下中的一个或多个。滤波器(202/204)，耦合到换能器(110)，对换能器输出信号进行滤波并响应地产生滤波输出。放大器(208)，耦合到滤波器(202/204)，对滤波输出进行放大并且响应地提供放大的输出。检测器(210)，将放大的输出转换成检测的基带信号；滤波器(212)，去除基带信号中不是局部放电特征的元素，并输出滤波基带输出。峰值保持系统将局部放电事件的时间尺度与模数转换过程的时间尺度相匹配，产生经过采样和滤波的基带信号。数字信号处理器(214)对滤波基带输出执行离散傅立叶变换(DFT)，并且响应地产生与经过采样和滤波的基带信号的多个不同调制频率相对应的多个系数。控制器(114)基于多个系数来识别电子组件(110)中的局部放电的发生。

Description

局部放电检测系统
技术领域
本发明涉及电子组件的诊断。更具体地，本发明涉及用于检测这种电子组件中的局部放电的局部放电检测系统。
背景技术
高压电子组件(例如用于配电和切换的组件)使用电介质材料或其他绝缘体来提供电绝缘。在一些情况下，绝缘体可能完全失效，导致穿过电绝缘体的放电路径。然而，在其他情况下，局部放电或电弧或飞弧可能仅穿过绝缘体的一小部分而发生。这种事件通常不会立即导致电绝缘体的完全失效，但是导致组件劣化，并且最终可能导致完全失效。
电介质(绝缘体)规定有远高于工作要求的击穿电压，以提供针对局部缺陷和老化的安全裕量。近期制造的中高压资产通常在试运行时针对缺陷和弱点来进行测试；然而，大量老化的资产具有质量不明的绝缘体。此外，随着绝缘体的老化，弱点愈发显著，并且缺陷在演化和扩大。在某些负载条件下，电介质击穿将引发缺陷，导致不同电势导体之间和/或电介质内的裂纹和空隙中的局部电弧。
与完全的飞弧相比，局部放电不能在导体之间提供高电流路径。局部故障局限在缺陷处，故障电流受到与缺陷串联的绝缘体厚度的其余部分的电抗的限制。这种缺陷可能沿着绝缘体的表面发生(例如迹故障)或发生在固体绝缘体的内部。一种更常见的表面放电发生在尖锐边缘处的金属空气边界附近。从尖锐边缘发射的电子使空气电离，导致电晕放电。
在任何情况下，缺陷的击穿都会导致小且突然的电流上升，从几毫安到几安培，持续约一纳秒。这产生从几皮库伦到几十纳库伦的突然放电。受损的绝缘体可能只有一个缺陷，也可能有任意多数量的缺陷。当存在多个缺陷时，它们通常在独特的击穿电压处发生，因此分布在线路电压的时间或相位上。
由于放电的强度有限且局限在缺陷处，所以对资产健康没有直接威胁。然而，通过电流尖峰的电势的塌陷代表了电力的高度局部耗散。虽然塌陷的电势只是系统工作电压的一小部分，但其范围从几百到几千伏特，并且表示从几瓦到几千瓦的瞬时功率。
尽管这种低电平和持续时间的能量损失不是操作上的关注问题，但结果可能是有问题的。即使因为持续时间短而总能量损失较小；每次放电都对缺陷造成额外的压力，随着时间的推移，这会恶化。
局部放电可以通过多个后果和症状中的一些来识别。放电会产生沿着导体行进的电压或电流尖峰，直到它们耗散为止——通过导电损耗、电抗散布或者作为超高频(UHF)和甚高频(VHF)发射的能量电磁辐射。这些脉冲的最终命运很大程度上取决于缺陷位置的性质。已知脉冲沿着屏蔽电缆行进数公里，因为导体损耗低，并且屏蔽减少了电磁辐射。这种传播的最重要影响是电缆是低损耗传输线路滤波器，并且随着距离的增加，可检测的能量集中在低频处。如果脉冲没有完全辐射或耗散，则它们最终终止于大地，成为瞬态地电压(TEV)故障。
在其他资产中，情况则不同，更可能是辐射损失。因此，如果缺陷处于户外资产，放电通常造成放电点处的电磁辐射，这可能会干扰附近的无线电通信。与AM无线电的干扰是用于检测和识别局部放电的首要症状之一。如果缺陷足够接近空气边界，能量也会以紫外线和声学发射而耗散。
除了放电期间发生的能量发射(无线电波、超声和光)之外，还存在以前的放电的视觉指示，包括导体坑状损伤、局部加热产生的绝缘体变形和变色、以及细白色粉末的氧化材料的沉积。
使用AM无线电来检测干扰是一种经典技术；然而，这种方法的早期版本不是定量的，而且也不能证实干扰源是来自局部放电(与来自被连接设备辐射的无线电设备的电晕或传导干扰相比)。
用于局部放电的检测和分析的最可靠方法之一是直接观察电流和电压尖峰。突然放电总是与电流的局部变化相关联，平均脉冲电流等于放电量除以事件持续时间。由于所有电气系统都具有有限传输线路阻抗，因此电流尖峰具有相应的电压尖峰。使用高电压电容耦合器对电压脉冲进行采样或使用高频电流变压器对电流脉冲进行采样，可以直观地看出放电。取决于缺陷的位置，资产中可访问位置处的可检测脉冲仍然存在一些可变性；然而，这种可变性通常被认为比其他检测方法小，并且大多数分析设备使用这种方法。IEC60270通过参考作为表观电荷的校准化刻度来解释这种不确定性。也就是说，测量或“表观”电荷响应与在参考位置处注入设备的参考电荷相关。在参考位置以外的位置发生的实际放电可能会偏离参考值(因此，表观值)，但是由其表观大小来量化。
表观电荷的测量具有多个强度，包括分析每个脉冲的脉冲形状的能力和组装放电事件相对于电力线路波形的相位的曲线图的能力，也称为相位解析局部放电(PRPD)。
高级方法对各脉冲的脉冲形状进行数值分析，以辨别来自其他来源的电流和电压尖峰的有效放电。使用多个检测器的系统可以使用飞行时间分析来定位缺陷。
直接观察有很大的缺点。最重要的是费用。虽然电网故障的代价几乎总是超过预防成本，但分析仪器仍然太贵，无法部署为普遍的早期预警系统。
此外，虽然详细信息对于确定放电的位置和根本原因至关重要，但是对于普遍部署来说就是信息太多，SCADA(监督控制和数据获取)要求将是压倒性的。最后，耦合检测器是测量的接触方法。虽然其被设计用于在额定电压下安全工作，随着时间的推移，灰尘、湿度和附近绝缘体的击穿可能会损害其安全性。作为永久的早期预警系统，这些解决方案在历史上一直局限于极高价值的发电和传输资产，在配电网络下的部署不太普遍，通常在怀疑有问题后部署这些解决方案。
间接分析仪器测量接地材料上的表面瞬态(瞬态接地电压TEV)、高频电流变压器(HFCT)信号或检测到基带的辐射能量，以获得原始脉冲的签名。虽然间接方法固有地丢失了关于脉冲签名的一些分析信息，但是保留了直接方法的飞行时间和相位解析时序。数据的压倒性负担也是如此。
间接分析仪器通过提供非接触式操作来消除安全问题，并且还能够临时安装到实时系统上。这些系统也可以一定程度降低成本，尽管通常具有降低的分析能力。它们的另一些缺点是校准丢失。放电到间接参数(TEV、VHF、UHF、声学和光学)的换能不能被定量预测，因此将系统校准为外部激励，并进行局部放电的相对测量。
上述的直接和间接方法都是使用对各个脉冲进行宽带分析的时域分析方法。
另一类检测则使用基于发射能量的功率谱密度的窄带(频域)分析。这些方法可以用于直接或间接耦合，并且在UHF分析中尤其常见。由于源信号可能是瞬态的而共用频谱分析仪通过频率范围扫描窄带检测器，因此获得该频谱时可能有几个问题。除非在扫描过程中的那个时间点存在放电，否则可能会丢失放电信号。尽管如此，窄带方法被认为是在一个位置处针对局部放电源进行扫描并描述这种放电的强有力方法。
这些技术为了在一定程度上更简单和更安全的测量方法而牺牲时间/相位信息。即使如此，窄带方法仍然受到数据过多和外行难以进行分析的困扰。需要一种尚未实现的、能够将宽带或窄带检测的复杂数据分解成简洁有趋势(trendable)的数据的早期预警监视器。
发明内容
一种用于检测电子组件中的局部放电事件的局部放电检测系统，包括：换能器，被配置为从电子组件接收因电子组件中发生局部放电而产生的信号并且响应地向信号处理链提供换能器输出信号。信号处理链包括以下中的一个或多个。耦合到换能器的滤波器，对换能器输出信号进行滤波并响应地产生滤波输出。耦合到滤波器的放大器，对滤波输出进行放大并响应地提供放大的输出。检测器，将放大的输出转换成检测的基带信号；滤波器，去除基带信号中不是局部放电特征的元素，并输出滤波的基带输出。峰值保持系统将局部放电事件的时间尺度与模数转换过程的时间尺度相匹配，产生经过采样和滤波的基带信号。数字信号处理器对滤波的基带输出执行离散傅立叶变换(DFT)，并且响应地产生与经过采样和滤波的基带信号的多个不同调制频率相对应的多个系数。控制器基于所述多个系数来识别电子组件中发生局部放电。
附图说明
图1是示出布置为检测电子组件中的局部放电的局部放电检测系统的简化框图。
图2是示出用于检测局部放电的、噪声水平对多个噪声源的具有三个频带的频率的曲线图。
图3是天线灵敏度对用作传感器和图1的局部放电检测系统的天线的频率的曲线图。
图4是更详细地示出图1的检测电路的简化框图。
图5是示出傅立叶分量对频率的曲线图，展现了检测的噪声、表面放电(电晕)以及由图1的局部放电检测系统检测的内部局部放电。
具体实施方式
提供了一种局部放电检测系统，用于检测电子组件内的一个或多个局部放电的发生。该系统使用从电子组件接收的由局部放电产生的信号进行操作。该信号可以是光、超声波或VHF/UHF信号。VHF/UHF信号可以直接电容耦合，间接感应耦合(通过HFCT)，或者通过天线被远程检测。该配置提供了用于检测局部放电的可靠的低成本系统。
如背景技术部分所述，局部放电发生在诸如高压开关设备的电子组件中，并且最终可能导致设备故障。由于绝缘体的局部电介质击穿，发生局部放电发射。该发射可能以纳秒持续时间并且间隔微秒至毫秒的单个或多个快速事件发生，每个快速事件表示为离散宽带事件，产生导体之间的电流尖峰。这导致脉冲在导体上以小波行进，在它们耗散时辐射出UHF能量。放电可能发生在组件表面上，或者可能发生在组件内某处。
图1是局部放电检测系统100的简化框图，其被布置成检测来自电子组件102的局部放电。电子组件102可以是发生局部放电事件的任何适当的电子组件。组件102被示出为连接到电网104。
局部放电检测系统100包括布置在电子组件102附近的换能器110。换能器110可以定位在组件102的壳体内，或者可以在一些构造中定位在组件102的壳体的外部。根据任何适当的技术，换能器110可以包括天线、电容接触、接触或被配置为接收射频发射的HFCT、声学或超声波传感器以及光学检测器。检测电路112被布置成从换能器110接收信号，并向微处理器114提供检测的信号。检测电路112被配置为检测来自换能器的信号，并且可以包括放大器、滤波器或其它组件。微处理器114根据存储在存储器116中的指令来操作。当检测到局部放电事件时，微处理器114使用输出电路118来提供输出。示出了电源120，电源120用于为系统100的电路供电。电源可以是例如由电池提供的内部电源，或者可以是从外部电源接收的电力。下面更详细地描述检测电路的操作。
如上所述，绝缘体中的局部放电是例如中压(MV)发电、输电和配电资产中的资产故障的主要原因之一。一项估计认为MV电气没备中近46％的故障是因局部放电(PD)造成的。值得注意的是，这些PD故障中很大一部分最终是湿度驱动的，而故障中第二高比例则是热性质的。虽然发电机和大型电力变压器是电网的瓶颈，但每年平均停机时间最长的资产是配电开关装置。由于配电系统的开关装置的数量及其停机时间，它们是持续资产监控的理想候选。
当使用射频发射来检测局部放电时，可以选择的一种设计约束是避免频率低于约125MHz。这由两个因素驱动：避免数字噪声以及与FM广播频带一起的高达100MHz的射频干扰。对于基于天线的系统，这进一步通过相对于紧凑型中压资产所允许的空间的接收天线物理尺寸来驱动。由于需要小型天线，分析低频的电子器件在截止频率下将具有较差信噪比，所述截止频率与大小成反比。相反，HFCT是频带有限的，并且对远超300MHz的频率的分析仅增加了噪声。使用本领域技术人员公知的方法将滤波器和信号链的设计优化为优选的换能器。
在金属封闭或金属包层MV开关装置内使用原位(in situ)测量显著降低了来自附近广播系统的噪声贡献，并大大衰减了安装在相邻开关装置内的短距离器件(SRD)的发射。来自连接设备的导电射频干扰可能仍然存在，并可能会干扰。使用频带UHF PD检测系统允许对特定频率进行滤波，以优化检测方法和算法。使用本文讨论的技术，UHF PD监测已经在有40年的户外ASNI C37.20开关装置中成功执行，其位于蜂窝基站的100米之内，并且在最新且最紧凑的开关装置设计上的多个高压测试实验室之内。然而，信号处理和分析的方法同样适用于其它换能装置，并且仍然被认为是在本发明的范围内。
无线电接收机的灵敏度由噪声系数描述，噪声系数是输入噪声与热噪声相比的dB比。一种基本的设计挑战是在测量频带中提供足够低的噪声系数，同时避免在期望频带之外的大量信号的“干扰”。应将损耗最小化到第一低噪声放大器(LNA)，理想情况下其放置在LNA之后进行滤波。另一方面，LNA不能在存在较大饱和信号的情况下传递小信号。因此，在示例设计中，将频带滤波器放置在LNA之前。滤波器和LNA的相对位置和选择是技术选择的问题，对于本发明的实践并不重要。
在一种配置中，使用三个滤波频带(标称为300MHz、600MHz和1200MHz)，选择它们以最小化来自最可能的UHF信号源的干扰。最重要的是来自相邻系统的干扰，其可以用于在同一MV开关装置内进行温度测量。因此，与GSM频段一样，有意拒绝了稍低于和稍高于433MHz的频率。类似地，预计在欧洲、亚洲和非洲是868MHz ISM设备，以及在美洲是902-928MHz设备。这些可以包括紧邻的大功率发射器——例如1至4W射频识别(RFID)发射器可能被放置在开关装置内。在这个频带中，也有850MHz和900MHz全球移动(GSM)频率系统，而40W GSM发射机可以仅距离数米。
下限由拒绝最高108MHz的FM广播和DSP中的100MHz时钟频率的需求来决定。上限很少清楚地定义；然而，也应避免1800MHz和更高频率的蜂窝信号。在示例设计中，依赖于电子器件和天线在1500MHz以上的损耗，因为这是开关装置的屏蔽。拒绝433MHz和860-900MHz的要求决定了三个频带之间的交叉频率。图2中示出了所得到的滤波频带。再次，不同的电路条件和换能器选择将导致关于分析的上下频率的不同技术选择。气体绝缘开关装置(GIS)往往倾向于利于甚高频，并且倾向于具有优良的屏蔽，利于较小的天线和1-5GHz的检测电子器件。
低成本消费级的电感器和电容器可用于实现电路，导致从输入到LNA的总损耗高达6dB。更高性能的组件将降低损耗并减小噪音。LNA噪声系数(NF)为2dB。总噪声系数NF为8dB。下滤波器中的带宽B大约为175x106Hz。在没有干扰信号的情况下，噪声底灵敏度S的等式是
S＝-174+NF+10log10(B) 等式1
对于较低的频带，热噪声底为-83.6dBm。通过将LNA紧邻放在输入端处，获得6dB的改善；然而，天线切换、功能选择和对EMC的其他所需滤波会引入相当大部分的损耗。通过交换LNA和频带滤波器实现的增量改进，是以强带外无线电发射机的输入LNA的严重且衰弱的饱和为代价来实现的。备选地，可以通过将每个滤波器的带宽减小到17.5MHz来获得10dB的改进。如同“300MHz”频带1，针对“600MHz”频带2和“1200MHz”频带3获得类似的噪声底结果。
在中UHF(433MHz)中，17cm的单极天线通常具有3.2dBi的增益和2dB的内部损耗。鉴于其效率，单极天线通常用于手持式测量工具；然而，只有大的发电机断路器被设计为尺寸适用于包括这种大天线，同时保持开关装置的基本绝缘水平(BIL)额定值。全高度单极天线具有相对宽的带宽，但仍然不能满足上述频带的要求。
存在许多宽带天线结构。最有前景的是阿基米德螺旋。使用以前设计的阿基米德螺旋进行初始测量，阿基米德螺旋旨在跨越用于共同分配(colocation)给表面声波(SAW)测量和RFID测量的至少400-950MHz。在300x300x20mm，螺旋天线的尺寸适用于大多数开关装置；尽管最终还需要更小的天线。更重要的问题是螺旋的双向性和来自支持地平面的负反射。当安装在开关装置的金属壁附近时，这导致较差的天线效率。在433MHz左右的温度传感器频率上，这一点尤为明显。
较厚的腔背螺旋可能非常适合用作换能器，一种方法是进一步使螺旋天线小型化。虽然螺旋天线在广泛的工作频率范围内提供最均匀的性能，但是对于原位(in situ)应用来说它们通常太贵了。
贴片倒F天线(PIFA)非常适合用作UHF换能器。该天线在大部分选定UHF频带上运行得相当好，如图3所示。而螺旋天线是固有宽带，PIFA是具有多个宽共振的多频带。在200x175x43mm，天线非常适合于最紧凑的开关装置设计。理想情况下，通过设计，将天线共振与检测电路的滤波频带对齐。
图4是检测电路112的简化框图。检测电路112包括耦合到多个换能器110A、110B、110C和110D的换能器选择开关200。来自换能器选择开关的输出被提供给共模滤波器202，该共模滤波器202向多个滤波器204A、204B和204C提供输出。可选地，共模滤波器可以包含滤波器馈送选择开关。滤波器开关206可在三个不同滤波器204A-C的输出之间切换，并向低噪声放大器(LNA)208提供输出。来自低噪声放大器208的输出被对数检测器电路210接收，其向基带滤波器212提供对数检测的基带信号。来自基带滤波器212的输出被提供给数字信号处理器(DSP)214，数字信号处理器对来自基带滤波器212的输出进行数字化并被配置为对数字化信号执行计算。如下所述，该计算可以包括例如离散傅里叶变换(DFT)。数字信号处理器和模数转换器可以在各个组件中实现，或者可以体现在专用集成电路(ASIC)中。
图4的检测电路是可以适当地将来自局部放电事件的信号转换到ADC以便由DSP进行分析的多个架构之一。给出的示例和本领域已知的其它示例都适用于根据本发明的用于获得进行分析的信号的预处理电路。
由于PD是宽带现象，所以换能器接口和共模滤波器应能在宽频率范围上提供良好的阻抗匹配。滤波器应拒绝来自其他地方的开关瞬变，并且应使插入损耗最小化。
PD系统112的灵敏度将决定最小可检测表观电荷。灵敏度受到换能器110和PD子系统的LNA 208之间的插入损耗、LNA的208噪声系数以及环境UHF噪声水平的限制。与安全和无线电发射(例如4KV脉冲电平电快速瞬变)的EMC/EMI兼容所需的子系统不一定与非常宽的带宽上的低噪声系数兼容。对皮库仑(pC)级别的表观电荷进行可靠PD检测所需的灵敏度取决于换能器110和被测试的设备。可以看出，在示例的三频带系统中，LNA增益超过20dB是不利的。噪声底被认为是-84dBm的量级，而对数检测器具有-65dBm的灵敏度。
如果采用较窄带宽滤波器204，例如，带宽为17.5dB，则需要30dB的LNA增益来利用相应的较低噪声底。在紧凑型设备中提供明显高于40dB的增益而不引起内部振荡，存在挑战。
在对数检测器210之后，基带滤波器212拒绝具有诸如温度传感器的其它组件的调制特性的信号，所述温度传感器可被实现为靠近例如具有低于300KHz的基带频率内容的信号。滤波器212还拒绝其他低频调制以及高于6MHz的对数检测器的响应频率的信号内容。最后，滤波器212提供具有RC时间衰减的峰值检测器。
该峰值检测器是较高成本的分析仪器和当前普遍存在的早期预警检测器之间的差异。执行相位解析局部放电(PRPD)的分析仪器需要快速瞬变的纳秒尺度数字化来对与PD相关的事件进行计数和量化。然后，它们必须显示传达大量复杂信息的大数据集。这些分析仪器通常需要经过训练的科学家来解释数据集。相比之下，本算法允许使用较低成本的微秒尺度数字化，即时地转换为简明的信息。尽管分析细节丢失，但是结果很容易被呈现给数据处理工具，从而能够利用低成本的自主性仪器来实现正在发展的资产故障的系统宽度趋势。
DSP 214被编程为执行模数转换(ADC)，其采样时间只比进行数字滤波所需的计算时间稍长。100MHz DSP的典型采样时间可能为3-4μs。对于每个样本，在算法的一个实现中更新9个离散傅里叶变换(DFT)计算，更少个或更多个也合适。在偶数个电源频率波周期上迭代该过程，以一半线路电源频率的倍数提供傅立叶分量。
图5是示出换能器信号中的各种频率的傅立叶分量的图。噪声始终存在——或者恒定幅度，或者具有与线频率无关的调制。在没有任何显著外部调制源的情况下，噪声将表现为常项(UHF接收功率的对数的零频率调制)加上在非零频率下的所有DFT项中的调制信号的低电平。这在图5中被示出为菱形。
电晕放电(也称为表面放电)主要发生在电力波形的负半周期，其中从金属发射的电子使空气电离。因为事件每个周期发生一次，所以在电力线路频率的奇次和偶次谐波处都有显著的DFT结果，如图5中的正方形所示。通过固体绝缘的点导体和板之间的放电也可能表现出类似的谐波内容。在相对较小的过电压水平下，在13.8kV开关装置中观察到电晕放电。电晕放电是相关的，因为它们表现出汇流条的不佳封装和其他电离缺陷。当电晕形成时，它会降低有效间隙距离，并增加飞弧的风险，例如在闪电瞬变期间。虽然较低电压系统的电晕放电可能不会导致快速、渐进的损坏，但它们确实会增加其他故障的风险。
在基本对称导体之间的大块材料内的放电对于电力循环的正极性部分和负极性部分大致相等地发生。因此，内部或对称的局部放电呈现出均匀的谐波，如图5中的三角形所示。沿着绝缘间隔物表面的放电通常也是对称的。
绝缘体内的局部放电可能会导致绝缘体逐渐损坏，并且在较低电压(例如，4kV-24kV)的系统中，这是一个比电晕严重得多的问题。许多UHF测量工具不能区分电晕和PD。利用本发明，用户可以以不同的方式区分这两类缺陷并对它们采取行动。不管电晕是否在给定系统中被认为是一个问题，几乎总是希望区分电晕和PD。
在PD开始时，这时在峰值电压附近的窄时间窗内发生放电，DFT响应(因此仪器响应)在事件数量上是线性的。系统测量每个电力周期的累积PD活动。另一方面，DFT项是各个PD事件的大小的对数。通过对事件数量进行计数，可以将PD活动的几何平均值估计为：
Figure BDA0001316439220000111
其中
Figure BDA0001316439220000112
是平均对称放电事件大小，N是每个测量时间段的放电事件的数量，并且根据DFT项，估计pi的和为：
Figure BDA0001316439220000113
A、B、C和D是校准系数，其中B和C通常为1，D通常为0。项r、s和t是被选择为表示噪声水平的频率处的DFT结果，u、v和w被选择为表示电晕，并且x、y和z被选择以表示对称放电过程。通过将r、s和t选择为线路电源频率的非谐波，获得噪声水平。通过将u、v和w选择为线路电源频率的奇次谐波来表示电晕，并且当它们来自偶次谐波时，对称局部放电与x、y和z相关。
可以估计电晕和非对称放电活动的几何平均值为：
Figure BDA0001316439220000121
其中
Figure BDA0001316439220000122
是平均非对称放电事件大小，N是每个测量时间段的放电事件的数量，并且根据DFT项，估计σi的和为：
Figure BDA0001316439220000123
由于PD活动填补了电力波形的增加的大部分(高占空比)，所以DFT的系数不再是等式(2)的线性求和。相反，系数通过三角因子而减小。在增加的PD活动水平处的这种定量降敏作用代表了饱和效应，对早期预警没有影响。
谐波的具体选择是技术选择的问题，也可以选择更多或更少的谐波。在示例实施例中选择了三个谐波，因为三相电力比一相电力有更多的放电，从而导致多于一个谐波中的能量。低次谐波具有的优点是，在不同时间内随着越来越多的缺陷，对占空比和谐波饱和的灵敏度降低。另一方面，高次谐波具有的优点是，避免来自线路电源频率的直接耦合噪声。本发明的方法可以使用每组一个谐波(例如，r、u和x)来实现，或者使用本文提出的样本数学的扩展，每组使用多于三个谐波。同样可以使用DFT项的其他组合，包括非线性组合。这些应被认为是算法的扩展，其主要依赖于使用DFT分量的集合之间的差异来确定相对于噪声的电晕和PD。
提供了使用带通滤波的UHF检测的PD检测系统，其能够避免紧邻处的强干扰信号。相同的方法适用于来自光电检测器、麦克风、HFCT或直接电容式探头的信号。不采用离散傅里叶变换方法的分析方法可以提供长期趋势所需的PD事件的清晰简明的报告。该系统区分噪声、电晕和PD。该系统将被动、非接触式的温度和局部放电感测与湿度和环境感测相结合，为实时连续关键资产监测提供了全面的解决方案。该组合系统解决了开关装置和其他关键电力资产的大部分电气故障机制。
微处理器114监视来自DSP 214的输出。基于来自DSP 114的输出，微处理器可以提供输出，例如，使用诸如可听或视觉输出之类的公告技术，在本地向操作者提供输出，或者该信息可以被发送到诸如控制室之类的远程位置。在另一示例中，输出118被用于关闭电子组件102以防止进一步的损坏。输出还可以提供电晕放电或存在的噪声量的指示。输出可以基于在一段时间内检测到的多个事件、检测到多个事件的频率、一个或多个事件的幅度或强度，或其一些组合。通过简单地观察DSP 214提供的离散傅里叶变换的系数，执行评估。
虽然已经参照优选实施例对本发明进行了描述，本领域技术人员将会认识到的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以实现形式和细节上的修改。虽然上述讨论集中在UHF频率和包括天线的换能器110上，但换能器110可以依据任何技术，包括其它射频、光传感器、声波和超声波传感器或其他类型。可以使用任何数量的换能器并将其定位在被监视的组件的柜体的内部和/或外部。换能器可以被连续地监测，或者可以被拉动，例如在微处理器114的控制下，使用图4所示的换能器选择开关200。尽管示出了各个滤波器204，并且滤波器开关206被示为用于在各种滤波器204之间切换，但是滤波器204的输出也可以与多个检测通道和ADC通道并行处理。虽然切换滤波器开关206和换能器选择开关200被示出为由微处理器114来控制，但是切换可以通过任何技术来进行，包括周期性切换或在某些其它设备的控制下切换。可以根据需要使用任何数量的滤波器204。在另一配置中，可以手动地或在系统内的组件(例如微处理器114)的控制下调整滤波器204的特性。虽然在附图中示出为单独的组件，数字信号处理器和微处理器可以在单个微处理器中实现为现场可编程门阵列等中的分离的核。微处理器114是控制器的一个示例。可以采用诸如温度传感器的附加传感器，并用于进一步改进局部放电检测系统。检测可以基于系数的幅度、与阈值的比较、两个或更多个系数之间的比较或其他因素。如本文所使用的，术语“信号处理链”是指滤波器、放大器、检测器或其变型的任何组合。在本文阐述的具体示例中，信号处理链包括滤波器202和/或204、放大器208、对数检测器210和基带滤波器212，单独地或任何组合。此外，可以使用其他信号处理元件来实现信号处理链。天线是射频耦合结构的一个示例。其他示例包括电容器和/或电感器/变压器线圈。峰值检测器可以在信号处理链中实现，以将纳米尺度事件保持足够长的时间段，以便被微秒尺度上工作的A/D转换器检测到。

Claims (29)

1.一种用于检测电子组件中的局部放电的局部放电检测系统，包括：
换能器，被配置为从电子组件接收由于电子组件中发生局部放电而产生的信号，并且响应地提供换能器输出信号；
信号处理链，包括检测换能器输出中的基带信号的检测器，提供代表换能器输出信号的滤波基带输出；
数字信号处理器，被配置为对滤波基带输出执行离散傅里叶变换DFT，并且响应地产生对应于多个不同频率的多个DFT系数；以及
控制器，被配置为基于所述多个DFT系数来识别电子组件中发生局部放电。
2.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中，所述信号处理链包括：
耦合到换能器的滤波器，对换能器输出信号进行滤波并响应地产生滤波输出；
耦合到滤波器的放大器，对滤波输出进行放大并响应地提供放大的输出；
所述检测器将放大的输出转换成检测的基带信号；以及
滤波器，去除基带信号中不是局部放电特征的元素，并输出滤波基带输出。
3.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述换能器包括射频耦合结构。
4.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述换能器包括光学检测器。
5.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述换能器包括麦克风。
6.根据权利要求3所述的局部放电检测系统，其中所述射频耦合结构包括UHF天线。
7.根据权利要求3所述的局部放电检测系统，其中所述射频耦合结构包括电容器。
8.根据权利要求3所述的局部放电检测系统，其中所述射频耦合结构包括电感线圈。
9.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，包括多个换能器。
10.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述换能器位于所述电子组件的壳体内。
11.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述换能器位于所述电子组件的壳体的外部。
12.根据权利要求9所述的局部放电检测系统，包括在所述多个换能器之间切换的换能器选择开关。
13.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述信号处理链包括被配置为从换能器输出信号中过滤共模信号的共模滤波器。
14.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述信号处理链包括带通滤波器。
15.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述信号处理链包括被配置为对换能器输出信号进行滤波的多个带通滤波器。
16.根据权利要求15所述的局部放电检测系统，包括被配置为在所述多个带通滤波器的输出之间切换的滤波器选择开关。
17.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述信号处理链包括对数检测器，所述对数检测器提供与放大的输出相关的对数输出。
18.根据权利要求17所述的局部放电检测系统，其中所述信号处理链包括基带滤波器，所述基带滤波器通过从所述对数输出中去除不需要的噪声来对基带信号进行滤波。
19.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述信号处理链包括峰值检测器，所述峰值检测器将纳秒尺度事件保持得足够长以便被微秒尺度的A/D转换器检测。
20.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述数字信号处理器和控制器在一个或多个微处理器中实现。
21.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述数字信号处理器和控制器在现场可编程门阵列中实现。
22.根据权利要求16所述的局部放电检测系统，其中所述滤波器选择开关由所述控制器来控制。
23.根据权利要求12所述的局部放电检测系统，其中所述换能器选择开关由所述控制器来控制。
24.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述控制器基于在线路电源频率的偶次谐波处检测到所述多个DFT系数中的一些DFT系数来识别局部放电的发生。
25.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述控制器还被配置为识别电晕放电。
26.根据权利要求24所述的局部放电检测系统，其中基于在线路电源频率的奇次谐波处检测到所述多个DFT系数中的另外一些DFT系数来识别电晕放电。
27.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中，基于所述多个DFT系数中的计算的大小来识别局部放电的发生。
28.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中，基于在计算所述多个DFT系数时检测到的事件数量的计数来识别局部放电。
29.根据权利要求1所述的局部放电检测系统，其中所述控制器基于与阈值的比较来识别局部放电的发生。
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