CN108919069A - 一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，包括以下步骤：（1）在开关柜的测量点设置传感器，将所述传感器拾取的信号依次进行调理、滤波、放大、检波、平滑和包络线处理；（2）测量；（3）分析和显示。本发明对超高频、超声波、高频电流、TEV、工频信号和振动等六种信号分别进行检测，且根据需求可自动切换传感器，将开关柜内绝缘状态进行多种传感信号综合分析，相互印证，避免采用单一方法所存在的局限性，提高了检测效率及检测精确度。

Description

一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法。

背景技术

高压开关柜是电力系统中数量最庞大的开关设备，承担着直接向用户供电的职能，其运行状态直接关系到用户供电可靠性。对于开关柜来说，在长期运行中不可避免地会因老化、受潮、机械损伤等导致绝缘劣化的情况。据统计，由开关柜绝缘劣化引起事故的台次占开关总事故台次的68%和事故总容量的74%。但状态检修的开展以及供电可靠性的要求使人们很难对电力设备进行周期的停电检修，发现设备缺陷。开关柜的稳定运行关系到整个电网的安全稳定，且开关柜内局部放电一般不会导致绝缘的贯通性击穿，但会造成电介质的局部损坏以及绝缘电介质的电气强度降低，即局部放电对绝缘设备的破坏是个缓慢的发展过程，随着绝缘设备以及电介质的损坏，也会导致局部放电次数和放电量的增加，如此形成一个恶性循环。因此，对开关柜内局部放电的监测显得很有必要，不仅增加了电网的供电安全性，同时也为智能电网的建设起到积极的促进作用。

现阶段国内外广泛采用暂态地电压法（TEV）和超声波法来对开关柜进行带电测试。通过实践发现，TEV检测法对设备内部放电敏感而对设备外部放电不敏感；超声波检测法对设备外部放电敏感而对设备内部放电不敏感。且目前高压开关柜带电检测技术尚处于起步阶段，开关柜局放带电检测技术的应用还仅局限于数据读取，经验性、主观性较强；理论研究还处于仿真罐体理想缺陷模拟阶段，并未针对实际开关柜进行缺陷模拟，其研究结果应用到实际开关柜中存在较大差异。

鉴于上述方法中存在的问题，因此有必要提出一种集合多种类型检测手段的检测方法，以弥补现有技术中存在的缺陷，提供一种能够快速、准确的对开关柜局部放电进行检测的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种集超高频(UHF) 法、超声波(AE) 法、高频电流(HFCT)法、TEV法、工频信号法和振动法为一体的开关柜局部放电检测方法，对同一开关柜的局部放电数据进行多通道采集，满足现场检测的实际需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，包括以下步骤：

S1：在开关柜的测量点设置传感器，将所述传感器拾取的信号依次进行调理、滤波、放大、检波、平滑和包络线处理；

S2：对步骤S1所得的信号进行测量；

S3：对步骤S2所得的测量结果进行分析和显示。

优选的，所述传感器为超高频(UHF) 传感器、超声波(AE) 传感器、高频电流(HFCT)传感器、TEV传感器、工频信号传感器和振动传感器中的任一种，所述传感器是可移动的。

优选的，所述工频信号传感器从变电站的110V电源或PT二次侧直接提取所需的工频信号，用于提供相位同步信号。

优选的，所述工频信号传感器中设置有过零检测电路，用于对同步电压的过零点进行标记，再以脉冲波的方式输出标记信号，以对局部放电信号的相位进行记录。

优选的，所述高频电流(HFCT)传感器置于开关柜母线侧接地线，超高频(UHF) 传感器置于开关柜的前窗或后窗上。

优选的，所述超高频(UHF)传感器为微带式传感器。

优选的，所述调理是利用A/D转换器对传感器拾取的信号进行A/D转换，并在转换后对数据进行预放大。

优选的，所述滤波采用带通滤波器实现，所述分析和显示是对检测结果进行统计分析，生成二维和/或三维图形。

优选的，所述放大的增益为40dB。

优选的，所述测量包括脉冲测量方式和连续测量方式。

本发明的益处在于：

（1）对超高频、超声波、高频电流、TEV、工频信号和振动等六种信号分别进行检测，且根据需求可自动切换传感器，将开关柜内绝缘状态进行多种传感信号综合分析，相互印证，避免采用单一方法所存在的局限性，提高了检测效率及检测精确度；

（2）增加工频信号传感器，用于提供信号检测所需的同步参考相位；

（3）通过增加平滑处理，避免了高频噪声的影响；

（4）通过采用包络曲线进行处理，大大降低了数据处理和采集的数据量，有效降低了设备本身的复杂程度及其对通信带宽、设备处理能力的要求；

（5）由多个不同的局部放电检测传感器分别对同一个开关柜在不同位置进行多组局部放电检测，由于这些传感器处于同一环境，对同一开关柜的局部放电数据进行多通道采集，检测结果具有横向对比性；

（6）由于传感器是可移动的，使得检测相当方便；

（7）由于传感器可设置于开关柜的内部，能够有效避免外界环境因素对其造成的影响，其不会受到光学以及红外测温的限制，也不需要透光孔，提高了检测结果的准确性；

（8）能够将检测的结果进行放大示波，使得检测结果相当直观。

附图说明

图 1 是本发明的流程图。

具体实施方式

一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：在开关柜的测量点设置传感器，将所述传感器拾取的信号依次进行调理、滤波、放大、检波、平滑和包络线处理；

S2：对步骤S1所得的信号进行测量；

S3：对步骤S2所得的测量结果进行分析和显示。

其中：

所述传感器为超高频(UHF) 传感器、超声波(AE) 传感器、高频电流(HFCT)传感器、TEV传感器、工频信号传感器和振动传感器中的任一种，所述传感器是可移动的。

所述超高频(UHF)传感器为微带式传感器，所述工频信号传感器从变电站的110V电源或PT二次侧直接提取所需的工频信号，经过调理、滤波、放大单元后，向所述开关柜局部放电检测系统提供相位同步信号。工频信号传感器中设置有过零检测电路，用于对同步电压的过零点进行标记，再以脉冲波的方式输出标记信号，以对局部放电信号的相位进行记录。

选择在开关柜上放置传感器的正确位置是重要的。其基本原则是所有独立的气室至少必须有一个测量点，这是因为绝缘子和法兰使信号明显衰减；在每两个法兰之间有一个测量点也是必要的；根据可能有颗粒的地方选择测量点，通常它们朝气室中可能的最低点移动。一般最有用的位置包括：

隔离开关：在隔离开关中，触点可能产生自由金属颗粒，其它运动部件也可能产生颗粒；

接地开关：与隔离开关类似；

断路器：运动部件可能生成颗粒；

水平安装的隔离绝缘子／绝缘子：垂直的隔离开关和壳体具有水平安装的绝缘子，颗粒可能残留在这些绝缘子上并产生局放。

在实际检测过程中，由于开关柜是一个接一个的紧密排列，因此传感器一般只能置于开关柜的前面和后面，两个侧面一般不能布置传感器。同时还要考虑系统接地，因此，当传感器为高频电流(HFCT)传感器时，应将其置于开关柜母线侧接地线，而当传感器为超高频(UHF) 传感器时，可将其置于开关柜的前窗或后窗上，如果是其他传感器，则可根据上述原理和检测需要移动至不同的位置。

所述调理是利用A/D转换器对传感器拾取的信号进行A/D转换，并在转换后对数据进行预放大。滤波的目的是除去低频和高频噪声。由于信号在开关柜中传播时高频衰减比低频衰减严重，用增加下限频率的方法，使用者可以识别是中心导体上的局放（信号明显衰减）。如果信号中包含低频噪声，可通过增大下限频率来排除。局放信号的频率范围在20kHz到80kHz，如果环境噪声的频率较高，可能需要较高的下限频率，这样将不能测量局放，但仍然可以测量和检测跳动的颗粒。同时可以通过调整上限频率排除高频干扰，最好是滤去大部分高频率噪声而不使原始信号受到太大的损失，建议设置为100 kHz。本实施例中的滤波功能由带通滤波器完成。低通的下限频率是10kHz，最高上限频率是500kHz，下限频率的缺省设置是10kHz，上限频率的缺省设置是100kHz。

对信号进行放大时固定增益很重要，以避免扰乱信号，设定60dB的增益并不能有更好的灵敏度，因为背景噪音和传感器信号水平都同时放大了，这意味着信号对噪声的比率独立于增益是个常数。当使用40dB增益时，连续模式下背景噪声的周期峰值水平通常在0.4mV-1mV，所以，检测时推荐增益选择在40dB。

将音频信号或视频信号从高频信号（无线电波）中分离出来叫解调，也叫检波。幅度调制的解调简称检波，其作用是从幅度调制波中不失真的检出调制信号来。根据是否需要同步信号，检波可分为同步检波和包络检波。

广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。对调幅波来说是从它的振幅变化提取调制信号的过程；对调频波 ，是从它的频率变化提取调制信号的过程；对调相波，是从它的相位变化提取调制信号的过程。狭义的检波是指从调幅波的包络提取调制信号的过程。有时把这种检波称为包络检波或幅度检波。检波的原理是：先让调幅波经过检波器，从而得到依调幅波包络变化的脉动电流，再经过一个低通滤波器滤去高频成分，就得到反映调幅波包络的调制信号。

由于包络线处理响应很快，且会受高频噪声的影响，特别是当脉冲持续时间较短时，如放大器噪声。为了得到较高的灵敏度，要对信号进行平滑处理。平滑滤波是一种算术平均值发生器，如果平滑高，则结果是输入信号的算术平均值。信号的平滑滤波截去了信号的一些最高频率，并把信号的尖峰去掉。平滑滤波器的时间常数必须调整到滤波器的上限频率，以便使它对频率响应和峰值测量没有太大影响。平滑滤波时间常数１μs时，可以滤去１MHz以上频率。

包络线处理的目的是产生跟踪平滑滤波线路输出信号顶部的信号，该信号随时间常数衰减，时间常数直接影响着包络线频率分量的测量，该时间常数应该这样设置：即使得包络线能跟踪峰值而不使峰值之间跌落过大，同时也不能太慢。换句话说，包络线是对检波和滤波后的信号峰值的量度。设置合适的时间常数时必要的，因为它会影响频率组件的测量。

对信号的测量包括脉冲测量方式和连续测量方式两种。

连续测量方式用来检测和识别开关柜中的局放和颗粒。

如果电场的库仑力超过重力。颗粒就会上下跳动，每次颗粒撞击开关柜壳体就产生一个宽带的瞬态声脉冲，它在壳体内来回传播。来自这种颗粒的声信号是颗粒端部的局放和颗粒碰撞壳体的混合信号。

在识别信号是由颗粒引起以后，就可以进行脉冲测量，脉冲测量方式记录碰撞信号的峰值，同时计时器开始记录时间。在前次测得的碰撞已经记录而且计时器已经复位后才接收下一个信号，同时测量自工频点压过零点以来的时间。如果测量继续进行，这些记录将产生一个数据表。而所记录的这些数据以黑点的方式显示在显示屏上，直到测得了1000次碰撞，这是为了得到跳动颗粒的典型模式，测量次数应足够多。

所述分析和显示是对检测结果进行统计分析，生成二维和/或三维图形。根据工频相位和谱图的相关性，对开关柜的气隙、悬浮、振动、沿面等各种局部放电类型进行综合判断。同时，开发智能谱图分析功能。通过谱图库特征波形的对比、学习，可完成智能谱图库学习与分类，在无需人工干预的前提下，由算法完成谱图AI自学习，实现故障特判断与处理。

本发明利用对超高频、超声波、高频电流、TEV、工频信号和振动等六种信号分别进行检测，且根据需求可自动切换传感器，将开关柜内绝缘状态进行多种传感信号综合分析，相互印证，避免采用单一方法所存在的局限性，提高了检测效率及检测精确度。

Claims (10)

1.一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在开关柜的测量点设置传感器，将所述传感器拾取的信号依次进行调理、滤波、放大、检波、平滑和包络线处理；

S2：对步骤S1所得的信号进行测量；

S3：对步骤S2所得的测量结果进行分析和显示。

2.根据权利要求1所述的一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，其特征在于，所述传感器为超高频(UHF) 传感器、超声波(AE) 传感器、高频电流(HFCT)传感器、TEV传感器、工频信号传感器和振动传感器中的任一种，所述传感器是可移动的。

3.根据权利要求2所述的一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，其特征在于，所述工频信号传感器从变电站的110V电源或PT二次侧直接提取所需的工频信号，用于提供相位同步信号。

4.根据权利要求2所述的一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，其特征在于，所述工频信号传感器中设置有过零检测电路，用于对同步电压的过零点进行标记，再以脉冲波的方式输出标记信号，以对局部放电信号的相位进行记录。

5.根据权利要求1所述的一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，其特征在于，所述高频电流(HFCT)传感器置于开关柜母线侧接地线，超高频(UHF) 传感器置于开关柜的前窗或后窗上。

6.根据权利要求1所述的一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，其特征在于，所述超高频(UHF)传感器为微带式传感器。

7.根据权利要求1所述的一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，其特征在于，所述调理是利用A/D转换器对传感器拾取的信号进行A/D转换，并在转换后对数据进行预放大。

8.根据权利要求1所述的一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，其特征在于，所述滤波采用带通滤波器实现，所述分析和显示是对检测结果进行统计分析，生成二维和/或三维图形。

9.根据权利要求1所述的一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，其特征在于，所述放大的增益为40dB。

10.根据权利要求1所述的一种多源信息融合的开关柜局部放电检测方法，其特征在于，所述测量包括脉冲测量方式和连续测量方式。