CN107918092B - 一种用于开关柜局部放电暂态地电压信号定量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关柜局部放电的放电量检测方法，包括以下步骤：S1在离线条件下，对地施加正弦波信号，得到第一检测信号；S2第一检测信号的幅值除以正弦波信号的幅值，得到第一序列；S3在正常运行或高压试验条件下，对开关柜局部放电测试，得到第二检测信号；S4对第二检测信号进行频谱分析，取得频谱中与第一序列的频率相对应的第二序列，第二序列的数值除以第一序列的相应数值得到第三序列；S5根据第三序列计算开关柜局部放电的放电量，进而检测开关柜的绝缘性。本发明对开关柜的暂态地电压信号进行定量测试，可以准确反映开关柜局部放电的剧烈程度，进而了解开关柜设备的绝缘状态，减少事故发生率，保障设备的运行安全。

Description

一种用于开关柜局部放电暂态地电压信号定量的方法
技术领域
本发明涉及电力设备检测技术领域，具体地，涉及一种用于开关柜局部放电暂态地电压信号定量的方法。
背景技术
开关柜是使用极其广泛的开关设备，由于在设计制造和运行维护等诸多方面存在不同程度问题，而导致开关柜的事故发生率比较高。在配电网中，开关柜长期运行于高温、高压、潮湿等恶劣的环境下，其绝缘性很容易遭到损坏，进而引发局部放电。开关柜的绝缘故障有多种表现形式，各类绝缘缺陷发展到最终击穿，造成事故之前，通常先经过局部放电阶段。对开关柜局部放电进行监测，对绝缘故障早期准确的诊断，减少设备事故损失和非计划停运、增强运营能力、提高设备运行与维护管理水平，具有十分重要的意义。
随着电力系统电压等级和容量的提高，开关柜的多样性和复杂性对局部放电的测试提出了更高的要求，暂态地电压技术即是针对高压开关柜局部放电检测的有效方法，现有暂态地电压检测方法的检测结果以信号幅值毫伏(mV)或分贝(dB)显示，仅根据信号幅值得到开关柜绝缘的判定结果，而没有检测开关柜局部放电的放电量，从而不能准确反映开关柜放电的信息。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种开关柜局部放电的放电量检测方法，对暂态地电压信号进行定量测试，以准确了解开关柜局部放电的剧烈程度，进而了解开关柜设备的状态，减少事故发生率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述开关柜局部放电的放电量检测方法，包括以下步骤：
S1在离线条件下，断开被检测的开关柜的接地线，对地施加频率依次递增或递减的正弦波信号，通过暂态地电压传感器检测所述开关柜的暂态地电压，并通过测量系统对暂态地电压进行采样得到与正弦波信号的每个频率对应的第一检测信号；
S2通过正弦波信号的每个频率下所述第一检测信号的幅值除以所述正弦波信号的幅值，得到第一序列；
S3在正常运行或高压试验条件下，对所述开关柜进行局部放电测试，通过在相同位置布置的所述暂态地电压传感器和所述测量系统得到与正弦波信号的每个频率对应的第二检测信号；
S4对所述第二检测信号进行频谱分析，取得频谱中与所述第一序列的频率相对应的第二序列，所述第二序列的数值除以所述第一序列的相应数值得到第三序列；
S5根据所述第三序列计算所述开关柜局部放电的放电量。
优选地，所述步骤S1中，所述暂态地电压传感器有多个，在所述开关柜外表面的竖直中心线上均匀布置，并标记各暂态地电压传感器的位置。
进一步地，优选地，所述步骤S5中，将对应不同位置的多个第三序列分别求和，所得多个求和结果的乘积计算所述多个的数量的方根，然后乘以2，即为所述开关柜局部放电的放电量。
优选地，所述暂态地电压传感器有三个，所述步骤S5中，将三个对应不同位置的第三序列分别求和，所得三个求和结果的乘积计算立方根，然后乘以2，即为所述开关柜局部放电的放电量。
优选地，所述暂态地电压传感器分别位于所述开关柜正面高度的20％、50％和80％三个位置。
优选地，所述暂态地电压传感器是基于耦合电容原理的暂态地电压传感器。
优选地，所述正弦波信号的幅值位于0.1～2V之间，且保持不变，所述正弦波信号的频率从0.5MHz，按照0.5MHz的步长依次递增，直至达到10MHz。
优选地，所述正弦波信号的幅值位于0.1～2V之间，且保持不变，所述正弦波信号的频率从10MHz，按照0.5MHz的步长依次递减，直至达到0.5MHz。
优选地，所述测量系统为采样频率不小于20MHz的局部放电测试仪或数字示波器，输入阻抗为1兆欧。
优选地，所述步骤S4中，对所述第二检测信号的采样频率不小于20MHz。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明利用暂态地电压技术检测开关柜的绝缘特性，通过计算开关柜局部放电的放电量，准确反映开关柜放电的信息，有利于对开关柜局部放电暂态地电压信号代表的放电强弱进行判定，确定开关柜局部放电的剧烈程度，从而对开关柜设备的绝缘特性进行判断，避免性能劣化引发事故，提高设备可靠性，保障设备的安全运行。
附图说明
图1是本发明所述开关柜局部放电的放电量检测方法流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
下面结合图1来详细说明本实施例。
图1是本发明所述开关柜局部放电的放电量检测方法流程示意图，如图1所示，本发明所述开关柜局部放电的放电量检测方法包括以下步骤：
S1在离线条件下，断开被检测的开关柜的接地线，对地施加频率依次递增或递减的正弦波信号，通过暂态地电压传感器检测开关柜的暂态地电压，并通过测量系统对暂态地电压进行采样得到与正弦波信号的每个频率对应的第一检测信号；
S2通过正弦波信号的每个频率下第一检测信号的幅值除以正弦波信号的幅值，得到第一序列；
S3在正常运行或高压试验条件下，对所述开关柜进行局部放电测试，通过在相同位置布置的暂态地电压传感器和测量系统得到与正弦波信号的每个频率对应的第二检测信号；
S4对第二检测信号进行频谱分析，取得频谱中与第一序列的频率相对应的第二序列，第二序列的数值除以第一序列的相应数值得到第三序列；
S5根据第三序列计算开关柜局部放电的放电量，从而检测开关柜的绝缘性。
本发明利用暂态地电压技术检测开关柜的绝缘性，通过离线条件和正常运行或高压试验条件下的检测信号结果相结合，定量计算开关柜局部放电的放电量，准确反映开关柜放电的信息，有利于对开关柜局部放电暂态地电压信号代表的放电强弱进行判定，确定开关柜局部放电的剧烈程度，从而对开关柜设备的绝缘特性进行判断，避免性能劣化引发事故，提高设备可靠性，保障设备的安全运行。
优选地，步骤S1中，暂态地电压传感器有多个，在被检测的开关柜外表面的竖直中心线上均匀布置，并标记各暂态地电压传感器的位置，以供以后测量检测使用，使得步骤S1和步骤S3中，暂态地电压传感器的位置相同，以提高计算结果的准确性。
每个位置的暂态地电压传感器均测得有检测信号，对各检测信号进行分析处理得到不同的处理结果，使得位于不同位置的暂态地电压传感器分别对应不同的第一序列、第二序列和第三序列，即，第一序列、第二序列和第三序列的数值与正弦波信号的频率值以及暂态地电压传感器的位置一一对应。将对应不同位置的多个第三序列分别求和，所得多个求和结果的乘积计算所述多个的数量的方根，然后乘以2，即为所述开关柜局部放电的放电量，单位皮库(pC)。开关柜局部放电的放电量小于15pC，表示开关柜的绝缘性正常；开关柜局部放电的放电量介于15pC和30pC之间，应对此开关柜予以关注，以便及时发现其可能的绝缘故障；开关柜局部放电的放电量大于30pC，表示此开关柜绝缘有故障。
例如，暂态地电压传感器可以有三个，分别设置在开关柜外表面的上、中、下三个位置，且三个位置均取在开关柜正面，在竖直中心线上均匀布置。优选地，暂态地电压传感器分别位于开关柜正面高度的20％、50％和80％三个位置。三个位置的暂态地电压传感器对应三个不同的第三序列，在步骤S5中，将三个对应不同位置的第三序列分别求和，所得三个求和结果的乘积计算立方根，然后乘以2，即为所述开关柜局部放电的放电量。
在一个优选的实施例中，暂态地电压传感器是基于耦合电容原理的暂态地电压传感器。测量系统为采样频率不小于20兆赫兹(MHz)的局部放电测试仪或数字示波器，输入阻抗为1兆欧。
在离线条件下，对地施加的正弦波信号的频率可以依次递增或者依次递减，正弦波信号的频率变化范围的最小值为0.5MHz，最大值可达到10MHz以上，按照一定的幅度以等差数列的趋势逐渐变化。优选地，正弦波信号的幅值位于0.1～2V之间，且保持不变，正弦波信号的频率从0.5MHz，按照0.5MHz的步长依次递增，直至达到10MHz以上的某一数值，或者，正弦波信号的频率从10MHz以上的某一数值开始，按照0.5MHz的步长依次递减，直至达到0.5MHz。更优选地，正弦波信号的频率递增范围为0.5MHz～10MHz，递增步长为0.5MHz，或者，正弦波信号的频率递减范围为10MHz～0.5MHz，递减步长为0.5MHz。
优选地，步骤S4中，对第二检测信号的采样频率不小于20MHz。
实施例：
以10千伏(kV)环网柜为例，利用本发明的检测方法测量环网柜的放电量，从而检测环网柜的绝缘性。
在离线条件下，断开开关柜的接地线，对地施加频率依次递增的标准正弦波信号，通过暂态地电压传感器检测开关柜的暂态地电压，并通过测量系统对暂态地电压进行采样得到与正弦波信号的每个频率对应的第一检测信号，并记录每个频率时暂态地电压传感器和测量系统的输出幅值，即第一检测信号的幅值，单位记作毫伏(mV)。其中，正弦波的幅值为500mV，且在测试过程中保持不变。正弦波的频率从0.5MHz，按照0.5MHz的步长依次递增的向上调节，直至达到10MHz。测量系统为采样频率为20MHz的局部放电测试仪，输入阻抗为1兆欧。暂态地电压传感器选用基于耦合电容原理的暂态地电压传感器，暂态地电压传感器的位置设置在开关柜外表面的上、中、下三个位置，均匀设置在开关柜正面的竖直中心线上，取开关柜正面高度的20％、50％和80％三个位置，并做出标识以供后续的测量使用。
对第一检测信号进行分析，通过正弦波信号的每个频率下第一检测信号的幅值除以上述正弦波的幅值，得到第一序列。由于每个位置的暂态地电压传感器均对应一个第一检测信号，得到多个第一序列，记为T1(f，L)，其中，f表示施加的正弦波的频率值，L表示暂态地电压传感器在开关柜外表面的位置。因此，根据暂态地电压传感器位于开关柜外表面上、中、下三个位置，得到三个第一序列，分别为T1(f，上)、T1(f，中)和T1(f，下)，如表1所示。
表1
将被检测的开关柜接通电源，使开关柜正常运行，对开关柜进行局部放电测试，使用与离线测试中相同的暂态地电压传感器和测量系统，且暂态地电压传感器的位置同样位于开关柜正面高度的20％、50％和80％三个位置处，按照20MHz的采样频率数字化之后，得到三个与正弦波信号的每个频率对应的第二检测信号，即暂态地电压信号，单位mV。
对第二检测信号进行频谱分析(Fourier分析)。取得所得到的频谱中与第一序列的频率f相对应的第二序列，同样各个位置的暂态地电压传感器分别对应不同的第二序列，记为T2(f，上)、T2(f，中)和T2(f，下)，如表2所示，第二序列的数值除以第一序列的相应数值得到第三序列Y(f，上)、Y(f，中)和Y(f，下)，如表3所示。
表2
表3
将第三序列Y(f，上)、Y(f，中)和Y(f，下)中的数值分别求和，得到三个求和结果(3.507,3.401,3.503)，将三个求和结果的乘积计算立方根得3.469，然后乘以2，得到开关柜局部放电的放电量为6.94pC，放电量小于15pC，表示开关柜的绝缘性正常。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种开关柜局部放电的放电量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，在离线条件下，断开被检测的开关柜的接地线，对地施加频率依次递增或递减的正弦波信号，通过暂态地电压传感器检测所述开关柜的暂态地电压，并通过测量系统对暂态地电压进行采样得到与正弦波信号的每个频率对应的第一检测信号；其中，所述步骤S1中，所述暂态地电压传感器有多个，在所述开关柜外表面的竖直中心线上均匀布置，并标记各暂态地电压传感器的位置；
步骤S2，通过正弦波信号的每个频率下所述第一检测信号的幅值除以所述正弦波信号的幅值，得到第一序列；
步骤S3，在正常运行或高压试验条件下，对所述开关柜进行局部放电测试，通过在相同位置布置的所述暂态地电压传感器和所述测量系统得到与正弦波信号的每个频率对应的第二检测信号；
步骤S4，对所述第二检测信号进行频谱分析，取得频谱中与所述第一序列的频率相对应的第二序列，所述第二序列的数值除以所述第一序列的相应数值得到第三序列；
步骤S5，根据所述第三序列计算所述开关柜局部放电的放电量；
其中，所述步骤S5中，将对应不同位置的多个第三序列分别求和，计算所得多个求和结果的乘积，并计算所述乘积的个数次的方根，然后乘以2，即为所述开关柜局部放电的放电量，其中，所述个数与所述多个的数量相同。
2.根据权利要求1所述的开关柜局部放电的放电量检测方法，其特征在于，所述暂态地电压传感器有三个，所述步骤S5中，将三个对应不同位置的第三序列分别求和，所得三个求和结果的乘积计算立方根，然后乘以2，即为所述开关柜局部放电的放电量。
3.根据权利要求2所述的开关柜局部放电的放电量检测方法，其特征在于，所述暂态地电压传感器分别位于所述开关柜正面高度的20％、50％和80％三个位置。
4.根据权利要求1所述的开关柜局部放电的放电量检测方法，其特征在于，所述暂态地电压传感器是基于耦合电容原理的暂态地电压传感器。
5.根据权利要求1所述的开关柜局部放电的放电量检测方法，其特征在于，所述正弦波信号的幅值位于0.1～2V之间，且保持不变，所述正弦波信号的频率从0.5MHz，按照0.5MHz的步长依次递增，直至达到10MHz。
6.根据权利要求1所述的开关柜局部放电的放电量检测方法，其特征在于，所述正弦波信号的幅值位于0.1～2V之间，且保持不变，所述正弦波信号的频率从10MHz，按照0.5MHz的步长依次递减，直至达到0.5MHz。
7.根据权利要求1所述的开关柜局部放电的放电量检测方法，其特征在于，所述测量系统为采样频率不小于20MHz的局部放电测试仪或数字示波器，输入阻抗为1兆欧。
8.根据权利要求1所述的开关柜局部放电的放电量检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，对所述第二检测信号的采样频率不小于20MHz。
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