CN109917258B - 大型变压器局部放电定位检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型变压器局部放电定位检测方法。通过在变压器套管与变压器油箱表面放置四个超声传感器；然后分析采集的超声波波形得到定位参数与时延，提出一种通过定位参数确定局部放电发生在变压器套管或变压器本体的方法；随后通过时间差定位方程求解得到局部放电源的位置；最后重复试验多次并筛选求均值得到局部放电源的精确位置。该检测方法有效提升了大型变压器局部放电定位精度和定位效率。

Description

大型变压器局部放电定位检测方法

技术领域

本发明属于电力设备在线监测技术领域，具体涉及大型变压器局部放电定位检测方法。

背景技术

变压器是电力系统重要的设备，其安全稳定运行对于电力系统尤为关键。一旦发生故障，将会给国民经济带来重大损失。研究表明，在变压器发生的故障中占绝大多数的为绝缘故障，而局部放电作为绝缘故障的表征形式，对其进行在线监测与精确定位具有重要意义。

由于变压器结构复杂，区分局部放电发生在变压器油箱还是在变压器套管中较为困难。现今的变压器超声定位检测方法大多采用球面定位法、双曲面定位法等，但都默认超声波传播速度为变压器油中的速度，而不考虑传播路径中可能出现的多介质(变压器油、空气等)情况，造成局部放电定位误差较大。且目前大多研究都只考虑变压器本体的局部放电，而忽略了局部放电发生在变压器套管中的情况。因此，为了提高变压器局部放电定位的精度，现急需大型变压器局部放电定位检测方法。

发明内容

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供大型变压器局部放电定位检测方法，包括如下步骤：

第一步，装置连接

1)将四个超声传感器置于变压器油箱外壁，并与数字示波器相连；四个超声传感器包括超声传感器s₁、超声传感器s₂、超声传感器s₃、超声传感器s₄；变压器油箱顶部安装有变压器套管，变压器套管法兰以下部位浸没在变压器油箱中；试验变压器连接变压器套管的接线端子和引线端子；变压器油箱内部安装有变压器铁心与变压器绕组，并装满变压器油；

2)在变压器油箱中设置模拟局部放电源；

第二步，模拟局部放电试验

1)利用四个超声传感器接收局部放电超声波信号，对超声波信号进行滤波放大处理；

2)将第k次局部放电试验下所述超声波信号单个脉冲峰值相连，计算超声传感器s_i从峰值10％到峰值90％所用上升时间

与峰值90％到峰值10％所用下降时间

i＝1，2，3，4，计算超声传感器s_i上升时间占比ε_i,k：

3)计算第k次局部放电试验下定位参数L_k,n：

式中：n＝1，2，3，当局部放电发生在变压器油箱中，令n＝1；当局部放电发生在变压器套管法兰以下部分，令n＝2；当局部放电发生在变压器套管法兰以上部分，令n＝3；

4)依次移动模拟局部放电源至变压器油箱中选取的100个均匀分布的坐标点，重复第二步1)至3)；依次移动模拟局部放电源至变压器套管法兰以下部分选取的100个均匀分布的坐标点，重复第二步1)至3)；依次移动模拟局部放电源至变压器套管法兰以上部分选取的100个均匀分布的坐标点，重复第二步1)至3)；

第三步，确定临界定位参数

统计第二步中获得的定位参数，得到临界定位参数L₁、L₂，L₁＝max{L_1,1,L_2,1,L_3,1……,L_99,1,L_100,1}，L₂＝min{L_1,3,L_2,3,L_3,3……,L_99,3,L_100,3}；使得当L_k,n≤L₁时，局部放电放生在变压器油箱中；当L₁<L_k,n<L₂时，局部放电发生在变压器套管法兰以下部分；当L_k,n≥L₂时，局部放电发生在变压器套管法兰以上部分；

第四步，局部放电定位

1)采集未知位置的局部放电源产生的超声波信号，滤波放大处理后分别计算超声传感器s₂与超声传感器s₁、超声传感器s₃与超声传感器s₁、超声传感器s₄与超声传感器s₁的时间差，记为t₂₁、t₃₁、t₄₁；

2)将第四步1)中采集的超声波信号单个脉冲峰值相连，计算超声传感器s_i从峰值10％到峰值90％所用上升时间

与峰值90％到峰值10％所用下降时间

i＝1，2，3，4，计算超声传感器s_i上升时间占比ε_i：

计算局部放电试验下定位参数L：

当L≥L₂时，局部放电发生在套管法兰以上部分，由于此时超声波通过变压器油、空气两个不同介质传播到超声波传感器，而超声波在不同介质中传播速度不同，造成时间差方程建立困难，所以移动四个超声传感器至变压器套管表面并依据1)重新测量t₂₁、t₃₁、t₄₁；

3)以变压器油箱底部中心为原点建立空间坐标系，局部放电源坐标为(x,y,z)，超声传感器s_i坐标为(x_i,y_i,z_i)，v为超声波在变压器油中传播速度，建立时间差定位方程如下：

4)求解步骤3)中时间差定位方程，得到局部放电源坐标(x,y,z)；

5)选取超声信号不同脉冲信号进行测试，重复第四步1)至4)100次，获得100次局部放电源坐标，求得坐标均值：

其中，j＝1,2,3,……,99,100，表示第j次测试得到的局部放电源坐标(x_(j),y_(j),z_(j))；

6)令

分别计算每一组定位结果的误差参数μ＝(μ_x+μ_y+μ_z)/3；若μ>1，则剔除该定位结果，若μ≤1，则保留该定位结果；

7)若保留定位结果共β组，计算局部放电源精确坐标

本发明的有益效果在于，有效提升了大型变压器局部放电定位精度和定位效率。

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。

1.大型变压器局部放电定位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，装置连接

1)如图1所示，将四个超声传感器置于变压器油箱7外壁，并与数字示波器8相连，为了保证定位结果唯一性，四个超声波传感器不共线；四个超声传感器包括超声传感器s₁3、超声传感器s₂4、超声传感器s₃5、超声传感器s₄6；变压器油箱7顶部安装有变压器套管1，变压器套管1法兰以下部位浸没在变压器油箱7中；试验变压器2连接变压器套管1的接线端子和引线端子；变压器油箱7内部安装有变压器铁心与变压器绕组，并装满变压器油；

2)在变压器油箱7中设置模拟局部放电源9；

第二步，模拟局部放电试验

1)利用四个超声传感器接收局部放电超声波信号，对超声波信号进行滤波放大处理；

2)将第k次局部放电试验下所述超声波信号单个脉冲峰值相连，计算超声传感器s_i从峰值10％到峰值90％所用上升时间

与峰值90％到峰值10％所用下降时间

i＝1，2，3，4，计算超声传感器s_i上升时间占比ε_i,k：

3)计算第k次局部放电试验下定位参数L_k,n：

式中：n＝1，2，3，当局部放电发生在变压器油箱7中，令n＝1；当局部放电发生在变压器套管1法兰以下部分，令n＝2；当局部放电发生在变压器套管1法兰以上部分，令n＝3；

4)依次移动模拟局部放电源9至变压器油箱7中选取的100个均匀分布的坐标点，重复第二步1)至3)；依次移动模拟局部放电源9至变压器套管1法兰以下部分选取的100个均匀分布的坐标点，重复第二步1)至3)；依次移动模拟局部放电源9至变压器套管1法兰以上部分选取的100个均匀分布的坐标点，重复第二步1)至3)；

第三步，确定临界定位参数

统计第二步中获得的定位参数，得到临界定位参数L₁，L₂，L₁＝max{L_1,1,L_2,1,L_3,1……,L_99,1,L_100,1}，L₂＝min{L_1,3,L_2,3,L_3,3……,L_99,3,L_100,3}；使得当L_k,n≤L₁时，局部放电放生在变压器油箱7中；当L₁<L_k,n<L₂时，局部放电发生在变压器套管1法兰以下部分；当L_k,n≥L₂时，局部放电发生在变压器套管1法兰以上部分；

第四步，局部放电定位

1)采集未知位置的局部放电源产生的超声波信号，滤波放大处理后分别计算超声传感器s₂4与超声传感器s₁3，超声传感器s₃5与超声传感器s₁3，超声传感器s₄6与超声传感器s₁3的时间差，记为t₂₁、t₃₁、t₄₁；

2)将第四步1)中采集的超声波信号单个脉冲峰值相连，计算超声传感器s_i从峰值10％到峰值90％所用上升时间

与峰值90％到峰值10％所用下降时间

i＝1，2，3，4，计算超声传感器s_i上升时间占比ε_i：

计算局部放电试验下定位参数L：

当L≥L₂时，局部放电发生在套管法兰以上部分，由于此时超声波通过变压器油、空气两个不同介质传播到超声波传感器，而超声波在不同介质中传播速度不同，造成时间差方程建立困难，所以移动四个超声传感器至变压器套管1表面，且确保四个传感器不共面，依据1)重新测量t₂₁、t₃₁、t₄₁，

3)以变压器油箱7底部中心为原点建立空间坐标系，局部放电源坐标为(x,y,z)，超声传感器s_i坐标为(x_i,y_i,z_i)，v为超声波在变压器油中传播速度，建立时间差定位方程如下：

4)求解步骤3)中时间差定位方程，得到局部放电源坐标(x,y,z)；

5)选取超声信号不同脉冲信号进行测试，重复第四步1)至第四步4)100次，获得100次局部放电源坐标，求得坐标均值：

其中，j＝1,2,3,……,99,100，表示第j次测试得到的局部放电源坐标(x_(j),y_(j),z_(j))；

6)令

分别计算每一组定位结果的误差参数μ＝(μ_x+μ_y+μ_z)/3；若μ>1，则剔除该定位结果，若μ≤1，则保留该定位结果；

7)若保留定位结果共β组，计算局部放电源精确坐标

Claims (1)

1.大型变压器局部放电定位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，装置连接

1)将四个超声传感器置于变压器油箱(7)外壁，并与数字示波器(8)相连；所述的四个超声传感器包括超声传感器s₁(3)、超声传感器s₂(4)、超声传感器s₃(5)、超声传感器s₄(6)；所述的变压器油箱(7)顶部安装有变压器套管(1)，所述的变压器套管(1)法兰以下部位浸没在所述的变压器油箱(7)中；试验变压器(2)连接所述的变压器套管(1)的接线端子和引线端子；所述的变压器油箱(7)内部安装有变压器铁心与变压器绕组，并装满变压器油；

2)在变压器油箱(7)中设置模拟局部放电源(9)；

第二步，模拟局部放电试验

1)利用所述的四个超声传感器接收局部放电超声波信号，对所述超声波信号进行滤波放大处理；

2)将第k次局部放电试验下所述超声波信号单个脉冲峰值相连，计算超声传感器s_i从峰值10％到峰值90％所用上升时间

与峰值90％到峰值10％所用下降时间

计算超声传感器s_i上升时间占比ε_i,k：

3)计算第k次局部放电试验下定位参数L_k,n：

式中：n＝1，2，3，当局部放电发生在所述变压器油箱(7)中，令n＝1；当局部放电发生在所述变压器套管(1)法兰以下部分，令n＝2；当局部放电发生在所述变压器套管(1)法兰以上部分，令n＝3；

4)依次移动所述模拟局部放电源(9)至所述变压器油箱(7)中选取的100个均匀分布的坐标点，重复第二步1)至3)；依次移动所述模拟局部放电源(9)至所述变压器套管(1)法兰以下部分选取的100个均匀分布的坐标点，重复第二步1)至3)；依次移动所述模拟局部放电源(9)至所述变压器套管(1)法兰以上部分选取的100个均匀分布的坐标点，重复第二步1)至3)；

第三步，确定临界定位参数

统计第二步中获得的定位参数，得到临界定位参数L₁，L₂，L₁＝max{L_1,1,L_2,1,L_3,1……,L_99,1,L_100,1}，L₂＝min{L_1,3,L_2,3,L_3,3……,L_99,3,L_100,3}；使得当L_k,n≤L₁时，局部放电放生在所述变压器油箱(7)中；当L₁<L_k,n<L₂时，局部放电发生在所述变压器套管(1)法兰以下部分；当L_k,n≥L₂时，局部放电发生在所述变压器套管(1)法兰以上部分；

第四步，局部放电定位

1)采集未知位置的局部放电源产生的超声波信号，滤波放大处理后分别计算所述超声传感器s₂(4)与所述超声传感器s₁(3)、所述超声传感器s₃(5)与所述超声传感器s₁(3)、所述超声传感器s₄(6)与所述超声传感器s₁(3)的时间差，记为t₂₁、t₃₁、t₄₁；

2)将第四步1)中采集的超声波信号单个脉冲峰值相连，计算超声传感器s_i从峰值10％到峰值90％所用上升时间

与峰值90％到峰值10％所用下降时间

计算超声传感器s_i上升时间占比ε_i：

计算局部放电试验下定位参数L：

当L≥L₂时，局部放电发生在所述变压器套管(1)法兰以上部分，移动所述的四个超声传感器至所述变压器套管(1)表面并依据1)重新测量t₂₁、t₃₁、t₄₁；

3)以所述变压器油箱(7)底部中心为原点建立空间坐标系，局部放电源坐标为(x,y,z)，超声传感器s_i坐标为(x_i,y_i,z_i)，v为超声波在变压器油中传播速度，建立时间差定位方程如下：

4)求解步骤3)中时间差定位方程，得到局部放电源坐标(x,y,z)；

5)选取超声信号不同脉冲信号进行测试，重复第四步1)至4)100次，获得100次局部放电源坐标，求得坐标均值：

其中，j＝1,2,3,……,99,100，表示第j次测试得到的局部放电源坐标(x_(j),y_(j),z_(j))；

6)令

分别计算每一组定位结果的误差参数μ＝(μ_x+μ_y+μ_z)/3；若μ>1，则剔除该定位结果，若μ≤1，则保留该定位结果；

7)若保留定位结果共β组，计算局部放电源精确坐标

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