CN109917255B - 变压器绝缘油温升下局部放电定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变压器绝缘油温升下局部放电定位方法。包括步骤：获取变压器局部放电产生的超声波信号；对获取的超声波信号进行去噪、放大等预处理；通过分析波形获得超声波信号达到不同传感器之间的到达时间差；利用获得到达时间差初步定位局部放电源位置；根据初步定位结果，修正由于绝缘油温升带来的误差，获得局部放电源修正结果。该检测方法有效提升了变压器局部放电定位精度和绝缘故障检测效率。

Description

变压器绝缘油温升下局部放电定位方法

技术领域

本发明属于电力设备在线监测技术领域，具体涉及变压器绝缘油温升下局部放电定位方法。

背景技术

随着电力系统的发展和电压等级的提高，局部放电已成为电力变压器绝缘劣化的主要原因，因而局部放电的定位也就成为其绝缘状态监测的重要手段。无论是对产品质量的控制，还是对电网在运的变压器进行绝缘诊断，局部放电测量都是一项十分有效的手段，因此对变压器局部放电进行精确定位具有重要的理论意义和实用价值。

由于油浸式变压器存在温升问题，变压器内部的不同油层温度有一定差异，而超声波在不同温度下的传播速度不同，所以造成了局部放电精确定位的困难。目前大多研究都默认超声波传播速度为常数，即20℃下其在变压器绝缘油中的传播速度，忽略了油温差对局部放电定位的影响。因此，为了提高变压器局部放电定位的精度，现急需变压器绝缘油温升下局部放电定位方法。

发明内容

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供变压器绝缘油温升下局部放电定位方法，包括如下步骤：

第一步，获取超声波信号的速度分布：

1.1测量超声波信号在变压器绕组及变压器铁心中的传播速度；

1.2测量超声波信号分别在0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃的变压器绝缘油中的传播速度，通过最小二乘法得出变压器绝缘油温度与超声波信号在变压器绝缘油中传播速度的拟合关系；

1.3获得变压器油箱内部的温度分布；

1.4结合1.1、1.2、1.3得出超声波信号在变压器油箱内部的速度分布；

第二步，获取超声波信号：

通过变压器油箱外侧安装的第1超声波传感器、第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器获得局部放电源产生的超声波信号；所述超声波传感器不共面；

第三步，计算到达时间差：

使用阈值法求得第1超声波传感器、第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器接收到超声波信号到达时刻，依次为T₁、T₂、T₃、T₄；再求得T₁分别与T₂、T₃、T₄的差值，即第1超声波传感器与第2超声波传感器接收到超声波信号的初步时间差T₂₁，第1超声波传感器与第3超声波传感器接收到超声波信号的初步时间差T₃₁，第1超声波传感器与第4超声波传感器接收到超声波信号的初步时间差T₄₁；

第四步，初步定位局部放电源：

4.1建立时差方程组：

其中，(x₁，y₁，z₁)为第1超声波传感器的位置，(x_i，y_i，z_i)为第i超声波传感器的位置，(x_p，y_p，z_p)为局部放电源的初步位置，v₀为超声波信号在20℃变压器绝缘油中的传播速度，T_i1为第三步中求得的信号到达第i超声波传感器和第1超声波传感器的时间差；

4.2求解4.1中方程组，得到局部放电源的初步位置(x_p，y_p，z_p)的值；

第五步，修正局部放电源位置：

5.1求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第1超声波传感器的估计时间T₁：

5.2求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器的估计时间T_i：

T_i＝T₁+T_i1

5.3将超声波信号从局部放电源的初步位置到第1超声波传感器的传播途径均分为N₁段，求得第1超声波传感器的误差修正值ε₁：

其中，n＝1，2，3，……，N₁，v_1,n为根据1.4中超声波信号在变压器油箱内部的速度分布求得的超声波信号在从局部放电源初步位置到第1超声波传感器的传播路径第n段中的平均传播速度，d₁为局部放电源的初步位置到第1超声波传感器的距离，d_1,n为超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第1超声波传感器中第n段的距离；

将超声波信号从局部放电源的初步位置到第i超声波传感器的传播途径均分为N_i段，求得第i超声波传感器的误差修正值ε_i：

其中，n＝1，2，3，……，N_i，d_i为局部放电源的初步位置到第i超声波传感器的距离，d_i,n为超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器中第n段的距离，v_i,n为根据1.4中超声波信号在变压器油箱内部的速度分布求得的超声波信号在从局部放电源初步位置到第i超声波传感器的传播路径第n段中的平均传播速度；

5.4求得超声波信号从局部放电源传播到第1超声波传感器的修正时间

求得超声波信号从局部放电源传播到第i超声波传感器的修正时间

5.5求得第1超声波传感器与第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器接收到超声波信号的修正时间差

5.6建立修正时差方程组：

其中，

为局部放电源的修正位置；

5.7求解5.6中修正时差方程组，得到局部放电源的修正位置

的值。

本发明的有益效果在于，有效提升了变压器局部放电定位精度和绝缘故障检测效率。

附图说明

图1为变压器绝缘油温升下局部放电定位流程图。

图2为变压器局部放电超声波传感器放置示意图。

图中：1-第1超声波传感器，2-第2超声波传感器，3-第3超声波传感器，4-第4超声波传感器，5-变压器油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施流程作进一步详述。

第一步，获取超声波信号的速度分布：

1.1测量超声波信号在变压器绕组及变压器铁心中的传播速度；

1.2测量超声波信号分别在0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃的变压器绝缘油中的传播速度，通过最小二乘法得出变压器绝缘油温度与超声波信号在变压器绝缘油中传播速度的拟合关系，以确定超声波信号在任意温度的绝缘油中的传播速度；

1.3获得变压器油箱内部的温度分布；

1.4通过1.3中的变压器油箱内部的温度分布与1.2中求得的变压器绝缘油温度与超声波信号传播速度的拟合关系，得出超声波信号在变压器绝缘油部分的传播速度，再结合1.1中测量的超声波信号在变压器绕组及变压器铁心中的传播速度得出超声波信号在变压器油箱内部的速度分布；

第二步，获取超声波信号：

通过变压器油箱5外侧安装的第1超声波传感器1、第2超声波传感器2、第3超声波传感器3、第4超声波传感器4获得局部放电源产生的超声波信号；

第三步，计算到达时间差：

使用阈值法求得第1超声波传感器1、第2超声波传感器2、第3超声波传感器3、第4超声波传感器4接收到超声波信号到达时刻，依次为T₁、T₂、T₃、T₄；再求得T₁分别与T₂、T₃、T₄的差值，即第1超声波传感器1与第2超声波传感器2接收到超声波信号的初步时间差T₂₁，第1超声波传感器1与第3超声波传感器3接收到超声波信号的初步时间差T₃₁，第1超声波传感器1与第4超声波传感器4接收到超声波信号的初步时间差T₄₁；

第四步，初步定位局部放电源：

4.1建立时差方程组：

其中，(x₁，y₁，z₁)为第1超声波传感器1的位置，i为第2超声波传感器2、第3超声波传感器3、第4超声波传感器4的编号，i＝2，3，4，(x_i，y_i，z_i)为第i超声波传感器的位置，(x_p，y_p，z_p)为局部放电源的初步位置，v₀为1.2中测得的超声波信号在20℃变压器绝缘油中的传播速度，T_i1为第三步中求得的信号到达第i超声波传感器和第1超声波传感器1的时间差；

4.2求解4.1中方程组，得到局部放电源的初步位置(x_p，y_p，z_p)的值；

第五步，修正局部放电源位置：

5.1求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第1超声波传感器1的估计时间T₁：

5.2求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器的估计时间T_i：

T_i＝T₁+T_i1

5.3将超声波信号从局部放电源的初步位置到第1超声波传感器1的传播途径分为平均的N₁段，求得第1超声波传感器的误差修正值ε₁：

其中，n＝1，2，3，……，N₁，d₁为局部放电源的初步位置到第1超声波传感器1的距离，

d_1,n为超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第1超声波传感器1中第n段的距离，

根据1.4中求得的超声波信号在变压器油箱内部的速度分布，确定超声波信号从局部放电源的初步位置到第1超声波传感器1的传播路径中第n段的平均速度，该速度即为v_1,n；

将超声波信号从局部放电源的初步位置到第i超声波传感器的传播途径分为平均的N_i段，求得第i超声波传感器的误差修正值ε_i：

其中，n＝1，2，3，……，N_i，d_i为局部放电源的初步位置到第i超声波传感器的距离，

d_i,n为超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器中第n段的距离，

根据1.4中求得的超声波信号在变压器油箱内部的速度分布，确定超声波信号从局部放电源的初步位置到第i超声波传感器的传播路径中第n段的平均速度，该速度即为v_i,n；

5.4求得超声波信号从局部放电源传播到第1超声波传感器1的修正时间

求得超声波信号从局部放电源传播到第i超声波传感器的修正时间

5.5求得第1超声波传感器1与第2超声波传感器2、第3超声波传感器3、第4超声波传感器4接收到超声波信号的修正时间差

5.6建立修正时差方程组：

其中，

为局部放电源的修正位置；

5.7求解5.6中方程组，得到局部放电源的修正位置

的值。

Claims (1)

1.变压器绝缘油温升下局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，获取超声波信号的速度分布：

1.1测量超声波信号在变压器绕组及变压器铁心中的传播速度；

1.2测量超声波信号分别在0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃下的变压器绝缘油中传播速度，通过最小二乘法得出变压器绝缘油温度与超声波信号在变压器绝缘油中传播速度的拟合关系；

1.3获得变压器油箱内部的温度分布；

1.4结合1.1、1.2、1.3得出超声波信号在变压器油箱内部的速度分布；

第二步，获取超声波信号：

通过变压器油箱(5)外侧安装的第1超声波传感器(1)、第2超声波传感器(2)、第3超声波传感器(3)、第4超声波传感器(4)获得局部放电源产生的超声波信号；所述超声波传感器不共面；

第三步，计算到达时间差：

使用阈值法求得第1超声波传感器(1)、第2超声波传感器(2)、第3超声波传感器(3)、第4超声波传感器(4)接收到超声波信号到达时刻，依次为T₁、T₂、T₃、T₄；再求得T₁分别与T₂、T₃、T₄的差值，即第1超声波传感器(1)与第2超声波传感器(2)接收到超声波信号的初步时间差T₂₁，第1超声波传感器(1)与第3超声波传感器(3)接收到超声波信号的初步时间差T₃₁，第1超声波传感器(1)与第4超声波传感器(4)接收到超声波信号的初步时间差T₄₁；

第四步，初步定位局部放电源：

4.1建立时差方程组：

其中，(x₁，y₁，z₁)为所述第1超声波传感器(1)的位置，(x_i，y_i，z_i)为第i超声波传感器的位置，(x_p，y_p，z_p)为所述局部放电源的初步位置，v₀为所述超声波信号在20℃变压器绝缘油中的传播速度，T_i1为第三步中求得的信号到达第i超声波传感器和所述第1超声波传感器(1)的时间差；

4.2求解4.1中方程组，得到所述局部放电源的初步位置(x_p，y_p，z_p)的值；

第五步，修正局部放电源位置：

5.1求得所述超声波信号从所述局部放电源的初步位置传播到所述第1超声波传感器(1)的估计时间T₁：

5.2求得所述超声波信号从所述局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器的估计时间T_i：

T_i＝T₁+T_i1

5.3将所述超声波信号从所述局部放电源的初步位置传播到所述第1超声波传感器(1)的传播途径均分为N₁段，求得所述第1超声波传感器(1)的误差修正值ε₁：

其中，n＝1，2，3，……，N₁，v_1,n为根据1.4中所述超声波信号在变压器油箱内部的速度分布求得的超声波信号从所述局部放电源初步位置到所述第1超声波传感器(1)的传播路径第n段中的平均传播速度，d₁为所述局部放电源的初步位置到所述第1超声波传感器(1)的距离，d_1,n为所述超声波信号从所述局部放电源的初步位置传播到所述第1超声波传感器(1)中第n段的距离；

将所述超声波信号从所述局部放电源的初步位置到第i超声波传感器的传播途径均分为N_i段，求得第i超声波传感器的误差修正值ε_i：

其中，n＝1，2，3，……，N_i，v_i,n为根据1.4中所述超声波信号在变压器油箱内部的速度分布求得的超声波信号从所述局部放电源初步位置到第i超声波传感器的传播路径第n段中的平均传播速度，d_i为所述局部放电源的初步位置到第i超声波传感器的距离，d_i,n为所述超声波信号从所述局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器中第n段的距离；

5.4求得所述超声波信号从所述局部放电源传播到所述第1超声波传感器(1)的修正时间

求得所述超声波信号从所述局部放电源传播到第i超声波传感器的修正时间

5.5求得所述第1超声波传感器(1)与所述第2超声波传感器(2)、所述第3超声波传感器(3)、所述第4超声波传感器(4)接收到所述超声波信号的修正时间差

5.6建立修正时差方程组：

其中，

为所述局部放电源的修正位置；

5.7求解5.6中所述修正时差方程组，得到所述局部放电源的修正位置

的值。

Images