CN107643475A - 一种电气设备局部放电检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气设备局部放电检测方法及其装置，本发明在离待测设备20‑30m处架设测量天线，测量电气设备辐射出来的电磁波电场分量，所测得的电磁波电场分量信号波形经同轴电缆传入数字存储示波器存储，数字存储示波器将该信号波形经通讯电缆传入计算机，计算机应用软件对该信号波形作傅里叶分解，获得辐射电磁波的频谱特性曲线，再根据1GHz~3GHz超高频分量与设备局部放电特性之间的对应关系对频谱特性曲线进行对比分析，即可识别和评估所测电气设备的局部放电特性。有如下优点：采用超高频检测方法测量局部放电产生的辐射电磁波1~3GHz超高频信号，受外界干扰信号影响小，可大大提高局部放电检测的可靠性和灵敏度。

Description

一种电气设备局部放电检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种局部放电检测方法及其装置，尤其是涉及一种电气设备局部放电检测方法及其装置。

背景技术

目前，电气设备局部放电特性的检测和评估按所检测的物理量性质可分为非电测法和电测法两大类。

非电测法检测局部放电过程中产生的超声波、发出的光、热以及出现的新生成物等非电现象来识别电气设备局部放电；电测法检测局部放电过程中产生的电脉冲、电磁辐射，电荷的转移和电能的损耗等电现象来识别电气设备局部放电。不论是非电测法还是电测法都还存在种种不足，如电测法中应用最为广泛的脉冲电流法测量方法简单，灵敏度高，易于局部放电定量，但因其检测信号的频率一般在数十kHz～数十MHz，易受各种电磁干扰的影响。超高频UHF检测方法在超高频范围内1～3GHz提取局部放电产生的超高频信号，因而受外界干扰影响小，可极大地提高局部放电检测的可靠性和灵敏度，但仍有很多问题尚待解决，如目前所采用的接触式如内置传感器等超高频检测方法存在准确率低、安装维护困难等缺点。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种采用超高频检测方法测量局部放电产生的辐射电磁波1～3GHz超高频信号，受外界干扰信号影响小，可大大提高局部放电检测的可靠性和灵敏度的一种电气设备局部放电检测方法及其装置。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种采用外置天线的非接触式超高频检测方法可克服接触式测量方法安装维护困难等缺点，可广泛应用于各种电气设备的在线监测或离线快速巡检的一种电气设备局部放电检测方法及其装置。

本发明再有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种采用外置天线的非接触式超高频检测方法可用于发、变电站内电气设备不停电条件下的局部放电快速检测，测量时无需任何接线，就可实现对整个发、变电站内电气设备局部放电的快速检测，可大大提高测量设备的利用效率的一种电气设备局部放电检测方法及其装置。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种电气设备局部放电检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，模型试验步骤：建立局部放电试验模型进行模型试验，采用数字存储示波器经分流器测取不同放电形式下的局部放电电流波形，再采用Matlab软件将该电流波形作傅里叶变换，获取电气设备局部放电电流的典型频谱特征曲线；

步骤2，仿真实验步骤：对不同电气设备建立CAD模型，依次步骤1中取局部放电模型试验测得电流的傅里叶分解结果中的不同频率分量电流作为仿真计算模型的馈源进行仿真计算，获得电气设备局部放电时辐射电磁波的典型频谱特性曲线；

步骤3，由步骤2仿真计算结果确定辐射电磁波1～3GHz超高频分量与电气设备的局部放电特性之间的对应关系：当电气设备发生局部放电时，离待测设备20m处，在1～3GHz超高频频带内，可测得>0.1V/m的辐射场强；当电气设备不发生局部放电时，离待测设备20m处，在1～3GHz超高频频带内，测得的辐射场强为零。

步骤4，现场测量方法步骤：在离现场待测设备20m处架设测量天线，测量现场电气设备辐射出来的电磁波电场分量，所测得的电磁波电场分量信号波形经同轴电缆传入数字存储示波器存储，数字存储示波器将该信号波形经通讯电缆传入计算机，计算机对该信号波形作傅里叶分解，获得测量现场电气设备辐射电磁波的实际频谱特性曲线，再按步骤3的对应关系比较1～3GHz超高频频带内测得的辐射场强，确定待测设备是否产生局部放电。

在上述的一种电气设备局部放电检测方法，所述的步骤4中，获取实际频谱特征曲线的具体操作方法如下：

步骤4.1，在离待测电气设备20处架设测量天线，测量待测电气设备辐射出来的电磁波电场分量信号波形，所测得的电磁波电场分量信号波形经同轴电缆传入数字存储示波器存储；

步骤4.2，数字存储示波器将步骤4.1所测得的电磁波电场分量信号波形经通讯电缆传入计算机，计算机应用软件对该电磁波电场分量信号波形作傅里叶分解获取相应的频率分量，从而获得现场电气设备辐射电磁波的实际频谱特征曲线；

步骤4.3，比较步骤4.2获得的现场电气设备辐射电磁波的实际频谱特征曲线，如其1～3GHz超高频频带内测得的辐射场强分量>0.1V/m，则判定设备发生了局部放电，否则未发生局部放电。

在上述的一种电气设备局部放电检测方法，所述步骤1中，需要测取不同放电形式下的局部放电电流波形，所述不同放电形式分别为：针-板放电、气隙放电、油楔放电、表面放电、悬浮放电、内部油隙放电。

在上述的一种电气设备局部放电检测方法，步骤2中，获得电气设备局部放电时辐射电磁波的典型频谱特性曲线的方法具体为：采用电磁场分析仿真软件FEKO建立模型，根据局部放电电流的傅里叶分解结果，在0～3GHz的频带范围内，以100MHz为间隔，依次取不同频率分量电流作为仿真计算模型的馈源进行仿真计算，求取各对应频率点的辐射电磁波电场分量，再采用Matlab软件对这些计算值进行拟合，获得电气设备局部放电时辐射电磁波的频谱特性曲线。

在上述的一种现场电气设备局部放电检测方法，由所述的步骤3中，辐射电磁波高频分量为1GHz～3GHz超高频分量。

一种使用电气设备局部放电检测方法的装置，其特征在于，包括用于测量待测电气设备电磁波电场分量信号波形的测量天线、通过同轴电缆与测量天线连接的数字存储示波器、通过通讯电缆与数字存储示波器连接的分析用个人计算机。

因此，本发明具有如下优点：1.采用超高频检测方法测量局部放电产生的辐射电磁波1-3GHz超高频信号，受外界干扰信号影响小，可大大提高局部放电检测的可靠性和灵敏度；2.采用外置天线的非接触式超高频检测方法可克服接触式测量方法安装维护困难等缺点，可广泛应用于各种电气设备的在线监测或离线快速巡检；3.采用外置天线的非接触式超高频检测方法可用于发、变电站内电气设备不停电条件下的局部放电快速检测，测量时无需任何接线，就可实现对整个发、变电站内电气设备局部放电的快速检测，可大大提高测量设备的利用效率。

图1是本发明根据模拟试验结果经傅里叶分解获得的电气设备局部放电电流的典型频谱特征曲线图。

图2是本发明以局部放电电流的傅里叶分解结果，取不同频率分量电流作为仿真计算模型的馈源，进行仿真计算获得的电气设备局部放电时辐射电磁波的典型频谱特性曲线。

图3是本发明的一种工作流程图。

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一种电气设备局部放电检测方法，包括以下步骤：

步骤1，建立局部放电试验模型进行模型试验，采用数字存储示波器经分流器测取不同放电形式下的局部放电电流波形，再采用Matlab软件将该电流波形作傅里叶变换，获取电气设备局部放电电流的典型频谱特征曲线；其中，不同放电形式分别为：针-板放电、气隙放电、油楔放电、表面放电、悬浮放电、内部油隙放电。获取典型频谱特征曲线的具体操作方法如下：

步骤1.1，将分流器串接在试验模型放电回路中，分流器输出端经同轴电缆与数字存储示波器连接，测量试验模型放电时产生的电流波形，所测得的电流信号波形经同轴电缆传入数字存储示波器存储；

步骤1.2，采用Matlab软件将数字存储示波器中的电流信号波形作傅里叶分解，获得电气设备局部放电电流的典型频谱特征曲线；

步骤2，对不同电气设备建立CAD模型，根据步骤1.2获得的局部放电电流的傅里叶分解结果，依次取不同频率分量电流作为仿真计算模型的馈源进行仿真计算，获得电气设备局部放电时辐射电磁波的频谱特性曲线；获得电气设备局部放电时辐射电磁波的频谱特性曲线的方法具体为：采用电磁场分析仿真软件FEKO建立模型，根据局部放电电流的傅里叶分解结果，在0～3GHz的频带范围内，以100MHz为间隔，依次取不同频率分量电流作为仿真计算模型的馈源进行仿真计算，求取各对应频率点的辐射电磁波电场分量，再采用Matlab软件对这些计算值进行拟合，获得电气设备局部放电时辐射电磁波的频谱特性曲线。

步骤3，由仿真计算结果确定辐射电磁波1GHz～3GHz超高频分量与电气设备的局部放电特性之间的对应关系。由于设备周围背景噪声中基本不含1GHz～3GHz的电磁波超高频分量，因此当电气设备未发生局部放电时测不到1GHz～3GHz的电磁波超高频分量；当电气设备发生局部放电时，辐射电磁波中将包含1GHz～3GHz的电磁波高频分量，离待测设备20m处，在1GHz～3GHz超高频频带内，可测得>0.1V/m的辐射场强。因此可确定待测电气设备辐射电磁波1GHz～3GHz超高频分量与电气设备的局部放电特性之间的对应关系为：当电气设备发生局部放电时，离待测设备20m处，在1-3GHz超高频频带内，可测得>0.1V/m的辐射场强；当电气设备不发生局部放电时，离待测设备20m处，在1-3GHz超高频频带内，测得的辐射场强为零。

步骤4，现场测量方法步骤：在离现场待测设备20m处架设测量天线，测量现场电气设备辐射出来的电磁波电场分量，所测得的电磁波电场分量信号波形经同轴电缆传入数字存储示波器存储，数字存储示波器将该信号波形经通讯电缆传入计算机，计算机对该信号波形作傅里叶分解，获得测量现场电气设备辐射电磁波的实际频谱特性曲线，再按步骤3的对应关系比较1～3GHz超高频频带内测得的辐射场强，确定待测设备是否产生局部放电，步骤4中，获取典型频谱特征曲线的具体操作方法如下：

步骤4.1，在离待测电气设备（1）20-30m处架设测量天线（2），测量

待测电气设备（1）辐射出来的电磁波电场分量信号波形，所测得的电磁波电场分量信号波形经同轴电缆（5）传入数字存储示波器存储（3）；

步骤4.2，数字存储示波器（3）将步骤1所测得的电磁波电场分量信号波形经通讯电缆（6）传入计算机（4），计算机（4）应用软件对该电磁波电场分量信号波形作傅里叶分解获取相应的频率分量，从而获得辐射电磁波的典型频谱特征曲线；

步骤4.3，比较步骤4.2获得的现场电气设备辐射电磁波的实际频谱特征曲线，如其1～3GHz超高频频带内测得的辐射场强分量>0.1V/m，则判定设备发生了局部放电，否则未发生局部放电。

在本实施例中，应用上面的电气设备局部放电检测方法的装置包括：包括用于测量待测电气设备1电磁波电场分量信号波形的测量天线2、通过同轴电缆5与测量天线2连接的数字存储示波器3、通过通讯电缆6与数字存储示波器3连接的计算机4。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了待测电气设备1、测量天线2、数字存储示波器3、计算机4、同轴电缆5、通讯电缆6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种电气设备局部放电检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，模型试验步骤：建立局部放电试验模型进行模型试验，采用数字存储示波器经分流器测取不同放电形式下的局部放电电流波形，再采用Matlab软件将该电流波形作傅里叶变换，获取电气设备局部放电电流的典型频谱特征曲线；

步骤2，仿真实验步骤：对不同电气设备建立CAD模型，依次步骤1中取局部放电模型试验测得电流的傅里叶分解结果中的不同频率分量电流作为仿真计算模型的馈源进行仿真计算，获得电气设备局部放电时辐射电磁波的典型频谱特性曲线；

步骤3，由步骤2仿真计算结果确定辐射电磁波1～3GHz超高频分量与电气设备的局部放电特性之间的对应关系：当电气设备发生局部放电时，离待测设备20m处，在1～3GHz超高频频带内，可测得>0.1V/m的辐射场强；当电气设备不发生局部放电时，离待测设备20m处，在1～3GHz超高频频带内，测得的辐射场强为零；

步骤4，现场测量方法步骤：在离现场待测设备20m处架设测量天线，测量现场电气设备辐射出来的电磁波电场分量，所测得的电磁波电场分量信号波形经同轴电缆传入数字存储示波器存储，数字存储示波器将该信号波形经通讯电缆传入计算机，计算机对该信号波形作傅里叶分解，获得测量现场电气设备辐射电磁波的实际频谱特性曲线，再按步骤3的对应关系比较1～3GHz超高频频带内测得的辐射场强，确定待测设备是否产生局部放电。

2.根据权利要求1所述的一种电气设备局部放电检测方法，其特征在

于，所述的步骤4中，获取典型频谱特征曲线的具体操作方法如下：

步骤4.1，在离待测电气设备（1）20-30m处架设测量天线（2），测量

待测电气设备（1）辐射出来的电磁波电场分量信号波形，所测得的电磁波电场分量信号波形经同轴电缆（5）传入数字存储示波器存储（3）；

步骤4.2，数字存储示波器（3）将步骤1所测得的电磁波电场分量信号波形经通讯电缆（6）传入计算机（4），计算机（4）应用软件对该电磁波电场分量信号波形作傅里叶分解获取相应的频率分量，从而获得辐射电磁波的典型频谱特征曲线；

步骤4.3，比较步骤4.2获得的现场电气设备辐射电磁波的实际频谱特征曲线，如其1～3GHz超高频频带内测得的辐射场强分量>0.1V/m，则判定设备发生了局部放电，否则未发生局部放电。

3.根据权利要求2所述的一种电气设备局部放电检测方法，其特征在于，所述步骤1中，需要测取不同放电形式下的局部放电电流波形，所述不同放电形式分别为：针-板放电、气隙放电、油楔放电、表面放电、悬浮放电、内部油隙放电。

4.根据权利要求1所述的一种电气设备局部放电检测方法，其特征在于，步骤2中，获得电气设备局部放电时辐射电磁波的典型频谱特性曲线的方法具体为：采用电磁场分析仿真软件FEKO建立模型，根据模型试验局部放电电流的傅里叶分解结果，在0～3GHz的频带范围内，以100MHz为间隔，依次取不同频率分量电流作为仿真计算模型的馈源进行仿真计算，求取各对应频率点的辐射电磁波电场分量，再采用Matlab软件对这些计算值进行拟合，获得电气设备局部放电时辐射电磁波的频谱特性曲线。

5.根据权利要求1所述的一种电气设备局部放电检测方法，其特征在于，由所述的步骤3中，辐射电磁波高频分量为1GHz～3GHz超高频分量。

6.一种使用权利要求1所述的电气设备局部放电检测方法的装置，包括：其特征在于，包括用于测量待测电气设备（1）电磁波电场分量信号波形的测量天线（2）、通过同轴电缆（5）与测量天线（2）连接的数字存储示波器（3）、通过通讯电缆（6）与数字存储示波器（3）连接的计算机（4）。