CN109870613A - 基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法及系统，包括以下步骤：采集获取待测变压器连接系统产生的电磁暂态电压信号；将采集到的电磁暂态电压信号进行处理，获得预设频率范围内的有效电磁暂态电压信号数据；采集获取发生暂态电压扰动时的变压器套管泄露电流；通过获得的有效电磁暂态电压信号数据和泄露电流，计算获得不同频率下的套管绝缘耗散系数，完成待测变压器的套管介损带电检测。本发明通过采集变压器套管入口导杆处的暂态电压信号，将其作为变压器套管绝缘介电响应测试的激励源，能够实现带电检测套管绝缘状态，可降低传统停电检测绝缘状态时的人力与时间成本。

Description

基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法及系统

技术领域

本发明属于高电压与绝缘技术领域，特别涉及一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法及系统。

背景技术

进入21世纪以来，我国国民经济快速发展，各行各业对电能的需求持续迅速增大，推动电力装机容量与电网规模不推断扩大。国家电网公司运行统计分析表明，电网事故50％以上是由输配电设备故障造成的，设备问题居故障起因第一位。进一步对电力设备事故统计数据表明，油浸纸绝缘设备如大型电力变压器、高压套管等对电网稳定运行影响最为突出。其中，电容型高压套管作为典型的油纸绝缘设备之一，它是电力变压器不可或缺的外部连接组件。不仅起着将绕组引线引出变压器的功能，也承担着支撑与固定引线的作用。资料表明，110kV及以上变压器套管事故在事故总数中占有较高的比例，并且随着电压等级的增高，套管造成事故的比例上升。而变压器套管的故障或损坏不仅会造成变压器停电，而且往往会引起套管爆炸造成变压器损毁甚至酿成火灾进一步扩大事故范围。

对电容型高压套管绝缘状态的评估实质上就是对其主绝缘油纸复合绝缘的状态评估。油纸复合绝缘因其良好的绝缘性能以及优异的散热性一直被广泛用于高电压等级套管、电抗器、互感器等电力设备。在对于大多数变压器故障的研究中，变压器套管故障是最主要的故障形式之一。套管自身存在的内在缺陷及其在长期运行中发展以及外界潮气的进入，都会导致套管的故障和老化，甚至发展成为恶性事故。传统的离线绝缘状态检测手段方式单一、需要停电、试验周期长。因此综合考虑多种测量方法，开展套管绝缘状态的不停电检测具有非常重要的工程实用意义。

对电容型套管电容量和介质损耗因数(简称介损)的测量是取得套管设备运行状态量数据重要的试验项目之一。目前，采用10kV常规介损测试方法有以下问题：一是不能真实反映设备运行时的状况，很难发现一些内部潜在的绝缘薄弱和高电压下的局部放电性等缺陷；二是套管绝缘干燥、内部绝缘良好时，其介损基本不随试验电压变化，而内部受潮、存在局部放电或导电性杂质等缺陷时，其介损与试验电压关系非常大；三是由于在油纸和膜纸的高压电容器中均存在GARTON效应，在常规10kV介损试验电压往往远低于额定电压，测试结果难以真实反映设备的运行工况；四是现在大部分的现场高压介损测试，存在试验电源容量大、设备笨重、操作繁琐，对现场安全运行有一定影响等诸多弊端；五是现有的高压介损可反映的绝缘信息有限，并不能反映出绝缘劣化的原因及动态变化趋势。

频域介电谱测试(Frequency Domain Spectroscopy，FDS)具有测试电压低(无损测量)、现场测试抗干扰性强、获得绝缘信息丰富的优点收到了国内外学者关注。已有研究人员通过实验室实验，证明该方法能够实现油纸绝缘水分和老化的评估。然而，如何通过FDS测试实现对高电压等级电容型套管的带电绝缘检测，仍然有待研究。传统的FDS测量介损的设备自身提供一定频率范围的外加电压激励，因此其适用对象针对停电时的设备，而不能进行在线作业。

电网扰动是电力系统因自身操作或故障而引起的暂态过程，如电容器投切、电机启停、雷击、短路和断路器动作等。电网扰动和系统本身的高次谐波含有丰富的频率成分，且具有三相非对称的特性，其引起的变压器套管的介电响应，可尝试作为反映套管绝缘状态的“探针”。如Fessol等研究了绝缘参数对暂态过电压的影响，Pushpanathan等通过实验测试了电缆在电容投切下的暂态电压响应，并成功用于电缆绝缘整体老化状态辨识。以上研究证实了某一电网扰动具备用于电缆绝缘探测的潜力，但并未对电力系统中不同类型的扰动及电力设备进行详细讨论分析。

综上，亟需一种基于电网暂态电压扰动的变压器套管介质损耗带电检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明通过采集变压器套管入口导杆处的暂态电压信号，将其作为变压器套管绝缘介电响应测试的激励源，能够实现带电检测套管绝缘状态，可降低传统停电检测绝缘状态时的人力与时间成本。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法，包括以下步骤：

步骤1、采集获取待测变压器连接系统产生的电磁暂态电压信号；

步骤2、将步骤1采集到的电磁暂态电压信号进行处理，获得预设频率范围内的有效电磁暂态电压信号数据；

步骤3、采集获取发生暂态电压扰动时的变压器套管泄露电流；

步骤4、通过步骤2获得的有效电磁暂态电压信号数据和步骤3获得的泄露电流，计算获得不同频率下的套管绝缘耗散系数，完成待测变压器的套管介损带电检测。

本发明的进一步改进在于，还包括：步骤5；

步骤5，根据步骤4获得的不同频率下的套管绝缘耗散系数，绘制获得频率与套管绝缘耗散系数的对应关系图；通过所述对应关系图中频域下的套管绝缘耗散系数的变化曲线，判断变压器套管的绝缘状态。

本发明的进一步改进在于，步骤1中，引起所述电磁暂态电压信号的电磁暂态过程为电力系统中的电容投切、电机启停、雷击、短路和断路器动作中的一种或多种。

本发明的进一步改进在于，步骤1中，采用耦合电容式电压互感器，采集电网的电磁暂态电压信号；

所述耦合电容式电压互感器包括：传感器感应板、电容器C₂、匹配电阻和数据采集系统；

传感器感应板与架空输电线路之间的杂散电容C₁作为高压臂电容，传感器感应板与电容器C₂的一端相连接，电容器C₂的另一端接地；传感器感应板经匹配电阻与数据采集系统相连接，电磁暂态电压信号能够依次经传感器感应板和匹配电阻引出至数据采集系统。

其中，所述耦合电容式电压互感器的分压比k的计算公式为：

式中，C₂为低压臂电容、C₁为高压臂的杂散电容；

C₁计算公式为：

式中，a、b分别为传感器感应板的长和宽；h为传感器感应板距离架空输电线路的高度；r为架空输电线路的半径；l为架空输电线路的等效长度；z表示垂直方向的距离；ε为绝缘介质的介电常数。

本发明的进一步改进在于，步骤2中，对采集到的电磁暂态电压信号进行处理时，采用小波包变化；

所述小波包变化的具体步骤包括：

步骤2.1，确定小波包分解的层数，绘制小波包分解的树结构；

步骤2.2，对采集到的电磁暂态电压信号进行一维小波包分解，

步骤2.3，确定最底层小波包系数，绘制小波包系数图像；

步骤2.4，重构小波包系数，绘制重构后的小波包系数，实现电磁暂态电压信号的宽频域分解。

本发明的进一步改进在于，所述小波包变化分解基于MATLAB平台编程完成。

本发明的进一步改进在于，步骤3中测量套管绝缘的泄露电流的方法为在变压器套管末屏的接地线上套宽频电流互感器测量；

具体包括：将接地导线与套管内部的接地点相连，将其引至预设较容易操作的位置，并与互感器的信号输入导线相连。

本发明的进一步改进在于，步骤4中，对于双叠层电介质，用介质损耗角表征的套管绝缘耗散系数的计算公式为：

式中，C∞为初始串联等效电容，C₁、C₂分别为两种介质的等效电容，R＝R₁+R₂，R₁、R₂分别为两种介质的等效电阻，ω为角频率；

其中，

一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测系统，包括：

电磁暂态电压信号采集处理模块，用于采集获取待测变压器连接系统产生的电磁暂态电压信号，并对采集到的电磁暂态电压信号进行处理，提取获得预设频率范围内的有效电磁暂态电压信号数据；

变压器套管泄露电流采集模块，用于采集获取发生暂态电压扰动时的变压器套管泄露电流；

套管绝缘耗散系数计算模块，用于通过电磁暂态电压信号采集处理模块获得的有效电磁暂态电压信号数据和变压器套管泄露电流采集模块获得的泄露电流，计算获得不同频率下的套管绝缘耗散系数，完成待测变压器套管介损带电检测。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的带电检测方法，通过监测系统采集电网系统中的暂态电压信号，将其作为反映套管绝缘状态的“探针”，实现了带电检测变压器套管绝缘状态，从而避免了以往在进行介电响应测试的繁琐工序，降低了传统停电检测绝缘状态时的人力与时间成本，同时保证了对用户供电的可靠性。同时，本发明在采集电网的暂态电压信号时，采用耦合电容式电压互感器。与传统的电容式电压互感器相比，该方法可提升监测到的电压幅值与相位的精度。本发明采用小波包变换对采集到的电压信号进行处理，实现了实时监测暂态电压频率特性，提高了频率分辨率。

附图说明

图1是本发明实施例的一种基于电网暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法的流程示意框图；

图2是本发明实施例的一种基于电网暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法中电压电流测量示意框图；

图3是本发明实施例的一种基于电网暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法中信号小波包分解示意图；

图4是本发明实施例的一种基于电网暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法的油纸绝缘系统的等值电路示意图；

图5是本发明实施例的一种基于电网暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法的介损与频率的关系曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1，本发明的一种基于电网暂态电压扰动的变压器套管介质损耗带电检测方法，包括如下步骤：

步骤1、监测得到与变压器相连系统产生的电磁暂态电压信号，将其作为介电响应测试的激励源。

电磁暂态电压信号是由于电源电压的正弦波形受到暂态扰动发生畸变所形成的。电网扰动和系统本身的高次谐波含有丰富的频率成分，且具有三相非对称的特性，其引起的变压器套管的介电响应，可尝试作为反映套管绝缘状态的“探针”。电网电压变化是以频谱和暂态持续时间为特征的，一般分为脉冲暂态和振荡暂态两种类型。电力系统中电容投切、电机启停、雷击、短路和断路器动作等，可使得短时低电压、短时过电压等扰动大量存在。

请参阅图2，在采集电磁暂态电压信号时，采用一种新型非接触式的线路电压传感器，该传感器的工作原理如图2所示。传感器可安装于变压器进线处，该传感器利用架空输电线路与传感器感应板之间的杂散电容C₁作为高压臂电容。并且，在感应板下方连接的电容器C₂作为低压臂电容。暂态电压信号从感应板经匹配电阻引出至数据采集系统。

传感器的分压比k如公式(1)所示：

其中，低压臂电容C₂一般选取数百微法级电容，高压臂的杂散电容C₁可通过公式(2)进行计算：

其中，a、b分别为感应金属板的长和宽；h为金属板距离架空输电线路的高度；r为架空输电线路的半径；l为架空输电线路的等效长度；z表示垂直方向的距离；ε为绝缘介质的介电常数。各参数的物理含义如图2所示。

本发明在采集电网的暂态电压信号时，采用耦合电容式电压互感器；与传统的电容式电压互感器相比，该方法可提升监测到的电压幅值与相位的精度。

步骤2、为有效分析暂态电压信号的幅频特性，将实时采集到的暂态电压进行处理，提取有效频段内的电压数据，从而确保该暂态电压作为介损检测激励源的有效性。

请参阅图3，步骤2具体包括：对采集到的电压信号进行处理时，采用小波包变化。由于传统的傅里叶变换不具有频率局部化特性，因此其在处理非平稳的暂态电压信号时有着局限性。它不能表明某种频率分量的发生时刻，丢失了重要的时间信息，因此采用傅里叶变换不适合实时分析电压信号的幅频特性。另一方面，为了最大可能地提高信号在频域地分辨率，本发明采用小波包变换，从而不仅可以对V(尺度)空间进行分解，还可以对W(小波)空间进行进一步的分解。小波包分析树如图3所示，其分解具有如下关系：

S＝AAA3+DAA3+ADA3+DDA3+AAD3+DAD3+ADD3+DDD3 (3)

其中，S表示采集到的初始信号，AAA3、DAA3、ADA3、DDA3、AAD3、DAD3、ADD3、DDD3表示三层小波包分解后的各频段范围内的信号。

在MATLAB计算平台上，可进行编程对信号进行多层小波包分解。程序运行后，工程人员可输入相应的统计数据信息以及必要运算条件，便可得到状态评价结果。同时，算法核心可拓展应用到其他计算平台，增强了信号处理能力的实用性和拓展性。程序内容具体如下：

％＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝系统变量初始化＝＝＝＝＝＝＝

clc；

clear；

％＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝加载信号变量＝＝＝＝＝＝＝＝＝

load('core10')；

sig1＝vC10a；

sig2＝vC10b；

sig3＝vC10c；

x＝t；

％＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝确定小波包分解的层数＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

n＝input('小波包分解层数n＝')；

％＝＝＝＝对采集到的暂态电压信号进行一维小波包分解＝＝＝＝

wpt＝wpdec(sig1,n,'db6')；

％＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝绘制小波包分解的树结构＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

plot(wpt)

％＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝确定最底层小波包系数＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

fori＝1:1:n

cfs(:,i)＝wpcoef(wpt,[n i])；

end；

％＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝绘制小波包系数图像＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

figure(1)；

plot(x)；

title('原始信号')；

figure(2)；

subplot(10,1,1)；

plot(cfs0)；

title(['结点',num2str(2),'1','系数'])

subplot(10,1,2)；

plot(cfs1)；

title(['结点',num2str(2),'2','系数'])

subplot(10,1,3)；

plot(cfs2)；

title(['结点',num2str(2),'3','系数'])

subplot(10,1,4)；

plot(cfs3)；

title(['结点',num2str(2),'4','系数'])

subplot(10,1,5)；

plot(cfs4)；

title(['结点',num2str(2),'5','系数'])

subplot(10,1,6)；

plot(cfs5)；

title(['结点',num2str(2),'6','系数'])

subplot(10,1,7)；

plot(cfs6)；

title(['结点',num2str(2),'7','系数'])

subplot(10,1,8)；

plot(cfs7)；

title(['结点',num2str(2),'8','系数'])

subplot(10,1,9)；

plot(cfs8)；

title(['结点',num2str(2),'9','系数'])

subplot(10,1,10)；

plot(cfs9)；

title(['结点',num2str(2),'10','系数'])

％＝＝＝＝＝＝＝重构小波包系数＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

for i＝1:1:n

rex[:,i]＝wprcoef(wpt,[n i])；

end；

％＝＝＝＝＝＝＝绘制重构后的小波包系数＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

figure(3)；

subplot(10,1,1)；

plot(rex0)；

title(['重构节点',num2str(2)'1','系数'])

subplot(10,1,2)；

plot(rex1)；

title(['重构节点',num2str(2)'2','系数'])

subplot(10,1,3)；

plot(rex2)；

title(['重构节点',num2str(2)'3','系数'])

subplot(10,1,4)；

plot(rex3)；

title(['重构节点',num2str(2)'4','系数'])

subplot(10,1,5)；

plot(rex4)；

title(['重构节点',num2str(2)'5','系数'])

subplot(10,1,6)；

plot(rex5)；

title(['重构节点',num2str(2)'6','系数'])

subplot(10,1,7)；

plot(rex6)；

title(['重构节点',num2str(2)'7','系数'])

subplot(10,1,8)；

plot(rex7)；

title(['重构节点',num2str(2)'8','系数'])

subplot(10,1,9)；

plot(rex8)；

title(['重构节点',num2str(2)'9','系数'])

subplot(10,1,10)；

plot(rex9)；

title(['重构节点',num2str(2)'10','系数'])

根据上述对暂态电压信号进行小波包变换的处理程序，本领域内的工程人员可输入对应的小波包分解层数n，即可实现电压信号的宽频域分解。本发明提供了基于MATLAB平台的核心程序，可进一步被拓展到其他计算机平台，从而实现电磁暂态电压信号处理的可操作性和便捷性；例如，程序核心可以由技术人员拓展到使用python、visual basic等语言的平台。

本发明采用小波包变换对采集到的电压信号进行处理，实现了实时监测暂态电压频率特性，提高了频率分辨率。

步骤3、当电网发生暂态电压扰动时，监测变压器套管的泄露电流。

测量套管绝缘的泄露电流的方法为，在套管末屏的接地线上套宽频电流互感器测量，测量方式如图2所示。

介电响应测试获得变压器套管末屏的接地电流时，由于电容型设备的末屏(或低压端)大都在其本体上的二次端子盒内或设备内部直接接地，难以直接获取其接地电流，因此需要预先对其末屏(或低压端)接地进行改造，将接地导线与套管内部的接地点相连，将其引至容易操作的位置，并与电流互感器的信号输入线相连。

步骤4、通过上述监测得到的暂态电压与套管末屏处的泄露电流，进行套管绝缘的介电响应测试，得到反映套管绝缘状态的介电参量，即耗散系数。

油浸纸绝缘是由绝缘油和绝缘纸复合而成的绝缘系统。当单层油纸绝缘含水量较大时，由于水分的增加从而使得离子解离度增加。当测试电压较低时，油纸绝缘电导损耗主要包含有离子电导损耗。水分的增加同时改变了电介质的介电常数以及复电容。因而对于不均匀含水的油纸电介质中具有不同的电导率γ和介电常数ε。因而在外施交流电场下，除了油纸绝缘中偶极子引起的松弛极化损耗和贯穿于电介质中电导损耗之外，还存在油纸复合界面以及不同的不均匀受潮的油纸叠层之间由空间电荷周期性变化引起的界面极化损耗。

请参阅图4，对于一个双叠层的油浸纸绝缘系统，如各叠层的厚度分别为d₁、d₂，电导率分别为γ₁、γ₂，相对介电常数分别为ε₁、ε₂，介质的横截面积为S，则油纸绝缘系统的等值电路如图4所示。

若外施加电压U为直流电压，则t＝0暂态情况时，电压的分布取决于介质电容C₁、C₂。当t＝∞即稳态情况时，电压的分布按电阻分配。因而对于线性电介质，当施加直流电压后，双层电介质会出现暂态过程。U₁、U₂随时间t变化直至稳定，同时界面处的电荷密度也随着暂态过程变化直至稳定。

依据电流连续性定理，双层介质中流过的电流满足：

I₁＝I₂ (4)

电流中包含贯穿于介质的电导电流和电容电流两个部分，即为式：

其中，C₁、C₂分别为图4中两种介质的等效电容；R₁、R₂分别为两种介质的等效电阻；

由于U＝U₁+U₂，则上式可通过解微分方程转换为

上式中前项代表贯穿电介质中的电导损耗，后项代表着因界面极化空间电荷引起的吸收电流。其中，参数θ可由式(7)进行表示：

令R＝R₁+R₂，同时令

在交变电场作用下，利用叠加定理可求得损耗电流和极化电流，如

其中，式(9)前项为对应的界面极化损耗的电流部分，后项为电容电流分量。对于双叠层电介质的损耗电流还应包括贯穿于电介质的电导损耗部分，因而总损耗电流为

总的电容还要考虑到等效初始电容，因此总的电容电流为

其中，C_∞为初始串联等效电容；由以上公式可得引入界面极化的介质损耗角，如式(12)所示：

其中，tanδ即为介质损耗角。

步骤5、通过步骤4得到的介电参量判断变压器套管的绝缘状态。

请参阅图5，根据步骤4中计算得到的介损角正切值，可得到耗散系数随频率变化的曲线。测试结果如图5所示，介质损耗与频率之间的关系图显示出典型的S形曲线。随着水分、温度或老化程度的增加，曲线向高频率方向移动。水分影响低频区域和高频区域，当受潮程度增大或减小时，曲线会向如图中所指示的方向发生移动。曲线的中间，斜率比较陡的部分体现了油的传导性。绝缘材料的几何形状确定了斜率较陡的左侧“突起”。根据曲线各个频率范围波形的变化，可对套管绝缘中纤维质水分老化、油导电率及绝缘形状进行判断。因此，通过频域下介质损耗的变化曲线，可对套管的绝缘程度进行判断。

综上，本发明提供了一种基于电网暂态电压扰动信号的变压器套管绝缘介损带电检测方法，包括：获取与变压器相连母线上的暂态电压；应用小波包变换对暂态电压测量值进行小波包分解，得到所需频率范围内的暂态电压信号；测量套管绝缘末屏上的接地电流；根据上述得到的电压、电流信号计算频域下的套管绝缘耗散系数，并通过比较频域下耗散系数的变化曲线，可对套管绝缘的绝缘状态做出评估。本发明实现了变压器套管绝缘的带电检测介损，将电网因雷击、断路器动作、投切电容器、短路故障等产生的电磁暂态电压作为检测介损的电压激励源，从而避免了以往在检测介损时需要停运带来的影响。本发明在监测采集电网暂态电压时，采用了频率分别高、考虑时间变化的小波包变换，从而可以实时得到所需频段范围内的电压，从而在电网暂态行为发生时，迅速采集并变换得到暂态电压的幅频特性。

本发明一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测系统，包括：

电磁暂态电压信号采集处理模块，用于采集获取待测变压器连接系统产生的电磁暂态电压信号，并对采集到的电磁暂态电压信号进行处理，提取获得预设频率范围内的有效电磁暂态电压信号数据；

变压器套管泄露电流采集模块，用于采集获取发生暂态电压扰动时的变压器套管泄露电流；

套管绝缘耗散系数计算模块，用于通过电磁暂态电压信号采集处理模块获得的有效电磁暂态电压信号数据和变压器套管泄露电流采集模块获得的泄露电流，计算获得不同频率下的套管绝缘耗散系数，完成待测变压器套管介损带电检测；

变压器套管绝缘状态评估模块，用于根据套管绝缘耗散系数计算模块获得的不同频率下的套管绝缘耗散系数，绘制获得频率与套管绝缘耗散系数的对应关系图；通过所述对应关系图中频域下的套管绝缘耗散系数的变化曲线，判断变压器套管的绝缘状态。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的应用范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的应用范围之内。因此，本发明的应用范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采集获取待测变压器连接系统产生的电磁暂态电压信号；

步骤2、将步骤1采集到的电磁暂态电压信号进行处理，获得预设频率范围内的有效电磁暂态电压信号数据；

步骤3、采集获取发生暂态电压扰动时的变压器套管泄露电流；

步骤4、通过步骤2获得的有效电磁暂态电压信号数据和步骤3获得的泄露电流，计算获得不同频率下的套管绝缘耗散系数，完成待测变压器的套管介损带电检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法，其特征在于，还包括：

步骤5，根据步骤4获得的不同频率下的套管绝缘耗散系数，绘制获得频率与套管绝缘耗散系数的对应关系图；通过所述对应关系图中频域下的套管绝缘耗散系数的变化曲线，判断变压器套管的绝缘状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法，其特征在于，步骤1中，引起所述电磁暂态电压信号的电磁暂态过程为电力系统中的电容投切、电机启停、雷击、短路和断路器动作中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法，其特征在于，步骤1中，采用耦合电容式电压互感器，采集电网的电磁暂态电压信号；

所述耦合电容式电压互感器包括：传感器感应板、电容器C₂、匹配电阻和数据采集系统；

传感器感应板与架空输电线路之间的杂散电容C₁作为高压臂电容，传感器感应板与电容器C₂的一端相连接，电容器C₂的另一端接地；传感器感应板经匹配电阻与数据采集系统相连接，电磁暂态电压信号能够依次经传感器感应板和匹配电阻引出至数据采集系统。

5.根据权利要求4所述的一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法，其特征在于，所述耦合电容式电压互感器的分压比k的计算公式为：

式中，C₂为低压臂电容、C₁为高压臂的杂散电容；

C₁计算公式为：

式中，a、b分别为传感器感应板的长和宽；h为传感器感应板距离架空输电线路的高度；r为架空输电线路的半径；l为架空输电线路的等效长度；z表示垂直方向的距离；ε为绝缘介质的介电常数。

6.根据权利要求1所述的一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法，其特征在于，步骤2中，对采集到的电磁暂态电压信号进行处理时，采用小波包变化；

所述小波包变化的具体步骤包括：

步骤2.1，确定小波包分解的层数，绘制小波包分解的树结构；

步骤2.2，对采集到的电磁暂态电压信号进行一维小波包分解，

步骤2.3，确定最底层小波包系数，绘制小波包系数图像；

步骤2.4，重构小波包系数，绘制重构后的小波包系数，实现电磁暂态电压信号的宽频域分解。

7.根据权利要求6所述的一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法，其特征在于，所述小波包变化分解基于MATLAB平台编程完成。

8.根据权利要求1所述的一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法，其特征在于，步骤3中测量套管绝缘的泄露电流的方法为在变压器套管末屏的接地线上套宽频电流互感器测量；

具体包括：将接地导线与套管内部的接地点相连，将其引至预设较容易操作的位置，并与互感器的信号输入导线相连。

9.根据权利要求1所述的一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测方法，其特征在于，步骤4中，对于双叠层电介质，用介质损耗角表征的套管绝缘耗散系数的计算公式为：

式中，C∞为初始串联等效电容，C₁、C₂分别为两种介质的等效电容，R＝R₁+R₂，R₁、R₂分别为两种介质的等效电阻，ω为角频率；

其中，

10.一种基于暂态电压扰动的变压器套管介损带电检测系统，其特征在于，包括：

电磁暂态电压信号采集处理模块，用于采集获取待测变压器连接系统产生的电磁暂态电压信号，并对采集到的电磁暂态电压信号进行处理，提取获得预设频率范围内的有效电磁暂态电压信号数据；

变压器套管泄露电流采集模块，用于采集获取发生暂态电压扰动时的变压器套管泄露电流；

套管绝缘耗散系数计算模块，用于通过电磁暂态电压信号采集处理模块获得的有效电磁暂态电压信号数据和变压器套管泄露电流采集模块获得的泄露电流，计算获得不同频率下的套管绝缘耗散系数，完成待测变压器套管介损带电检测。