CN110031733A - 局部放电检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种局部放电检测方法及系统，通过选取合适的时间窗长度，获取每个窗内的脉冲幅值并取平均，将每个周期内的时间转换为相位，结合平均脉冲幅值和相位信息生成平均放电量波形图，最后通过识别波形图的特征实现设备局部放电的状态检测和故障诊断。本方法可被广泛应用于各种电力设备的局放检测中，且去除了噪声的影响，测量结果更为准确。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备状态检测领域，特别是涉及一种局部放电检测方法及系统。
背景技术
局部放电是导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，是造成电力设备绝缘劣化的主要原因，通过对局部放电信号的检测，可以实现对电力设备的绝缘劣化程度及使用寿命的评估。在制造、运行过程中也会在介质内部出现气泡、杂质等其他物质，这就导致了在绝缘介质内部或表面会出现高场强区域，一旦这些区域的场强高到足以引起该区域的局部击穿，就会出现局部区域的放电，而此时其他区域仍会保持良好的绝缘性能，这就形成了局部放电。它可能产生在固体绝缘孔隙中、液体绝缘气泡中或不同介电特性的绝缘层间。如果电场强度高于介质所具有的特定值，也可能发生在液体或固体绝缘中。局部放电不会立即导致绝缘整体的击穿，但其对绝缘介质的危害异常严重。一旦介质中出现局部放电，通过对其周围绝缘介质不断侵蚀，最终会导致整个绝缘系统的失效。局部放电是造成绝缘劣化的主要原因，也是绝缘劣化的重要征兆和表现形式，与绝缘材料的劣化和绝缘体的击穿过程密切相关，能有效地反映设备内部绝缘的潜伏性缺陷和故障。所以，测定电气设备在不同电压下局部放电强度与变化规律，能预示设备的绝缘状态，也是估计绝缘电老化速度的重要依据。
随着人们对电力设备可靠性要求的提高，局部放电的相关技术得到快速发展，各种局放测量方法应运而生。局部放电的检测都是以局部放电发生时所产生的各种物理量的检测为基础。当介质中发生局部放电时，会产生电脉冲、电磁波、超声波、光、局部过热及一些新的化学产物，与此相应的出现了电学检测法、声学检测法、光学检测法及化学检测法等。而在当前的电力设备局部放电检测中，对信号的特征提取多采用幅值-相位信息统计的方法，基于PRPD谱图对放电特征进行分析，且测量手段复杂，易受噪声干扰，某些检测技术应用范围有限等，针对这些实际情况，需要一种精确有效且应用范围广泛的局放检测方法。
发明内容
发明目的：本发明要解决的技术问题是提供一种局部放电检测方法及系统，具有应用范围广泛、测量精准、信噪比高、实用性强、操作简单的特点，突破了传统局部放电信号检测的局限性，可广泛应用于局部放电信号检测。
技术方案：
本发明所述的局部放电检测方法，包括：
采集电力设备上的局部放电脉冲信号；
使用时域重构方法对采集到的局部放电脉冲信号进行处理；
输出局部放电信号检测结果。
进一步的，所述的时域重构方法包括：
将每个周期内脉冲信号发生的时间转换为相位；
将相位周期分为N个窗口；
窗口内脉冲信号绝对值最大的点与局部放电检测阈值进行比较，若该点的绝对值大于所述阈值则记为该点脉冲幅值，若绝对值小于所述阈值；
获取窗口中的脉冲信号数量，计算窗口中的平均脉冲幅值和窗口的中心相位。
进一步的，所述的局部放电检测阈值为环境噪声水平最大值与平均值之差的2倍。
进一步的，所述的局部放电脉冲信号包括脉冲电流、电磁波、超声和光信号的一种或多种；
所述的若干路局部放电脉冲信号采集方法包括：
若局部放电脉冲信号包括脉冲电流，所述脉冲电流通过安装在电力设备接地线路的阻抗或Rogowski线圈测量；
若局部放电脉冲信号包括超声信号，所述超声信号通过频带在20kHz至300kHz之间的压电超声波传感器测量；
若局部放电脉冲信号包括光信号，所述光信号通过波长500nm至700nm之间的光学传感器测量。
本发明所述的局部放电检测系统，包括脉冲信号采集单元、时域重构处理单元和结果输出单元；
所述脉冲信号采集单元用于采集电力设备上的局部放电脉冲信号；
所述时域重构处理单元用于使用时域重构方法对采集到的局部放电脉冲信号进行处理；
所述结果输出单元用于输出局部放电信号检测结果。
进一步的，所述时域重构处理单元包括相位转换子单元、开窗子单元、阈值比较子单元和计算子单元；
所述相位转换子单元用于将每个周期内脉冲信号发生的时间转换为相位；
所述开窗子单元用于将相位周期分为N个窗口；
所述窗口内脉冲信号绝对值最大的点与局部放电检测阈值进行比较，若该点的绝对值大于所述阈值则记为该点脉冲幅值，若绝对值小于所述阈值，则判断为噪声，不做处理；
所述计算子单元获取窗口中的脉冲信号数量，计算窗口中的平均脉冲幅值和窗口的中心相位。
进一步的，所述的局部放电检测阈值为环境噪声水平最大值与平均值之差的2倍。
进一步的，所述的若干路局部放电脉冲信号包括脉冲电流、电磁波、超声和光信号的一种或多种；
所述的脉冲信号采集单元包括脉冲电流采集子单元、超声信号采集子单元和光信号采集子单元中的一个或多个；
脉冲电流采集子单元通过安装在电力设备接地线路的阻抗或Rogowski线圈测量脉冲电流；
超声信号采集子单元通过频带在20kHz至300kHz之间的压电超声波传感器测量超声信号；
光信号采集子单元通过波长500nm至700nm之间的光学传感器测量光信号。
进一步的，所述的局部放电信号检测结果为放电电流波形图。
有益效果：本发明通过选取合适的时间窗长度，获取每个窗内的脉冲幅值并取平均，将每个周期内的时间转换为相位，结合平均脉冲幅值和相位信息生成平均放电量波形图。本发明获取的结果具有统计性特征，可一定程度上去除噪声的影响，信噪比高，并且可以在现场测试和监测所有的电力设备，包括发电机、电动机、变压器、GIS、电感电容、电线电缆机器接头等。本方法测量结果精准、应用范围广泛、操作简便，为观测电力设备的运行状况，为管理者安排生产及检修提供有效依据，减少故障带来的设备损失、停电损失及社会影响。
附图说明
图1是本系统整体结构示意图；
图2是采用同步时域开窗提取放电脉冲示意图；
图3是所得的放电电流波形图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例所述的方法具体为以下步骤：
(1)采集电力设备上的若干路局部放电脉冲信号
首先利用传感器将其从电气设备上检测出反应局放的物理量，如电流、电压、光等，将其转化为合适的信号传送到数据采集卡，然后将同步采集到的各路信号输入本检测系统。传感器可同步记录局部放电的多个物理信号，即脉冲性电流、电磁波、超声和光信号。脉冲电流信号可以通过安装在电力设备接地线路的阻抗或Rogowski线圈进行测量；超声波检测通常采用频带在20kHz至300kHz之间的压电超声波传感器，将超声波信号转化为电信号；光信号通常通过波长500至700nm之间的光学传感器，利用光电转换和光电倍增原理进行检测。上述超声波传感器测量的频带和光学传感器测量的波长仅仅是针对局部放电设置的优选测定范围，并不构成对测定范围的限制，也就是说上述传感器也可以测量其他波长的光信号和不同频带的超声信号。数据采集卡具有二次编程接口，使用户能够自定义数据采集方式和分析方法，使用户能够自定义时域开窗的长度，并且采集卡具有若干路采集通道，以便扩展到多物理传感信号的同步采集，具有高分辨率和快速采样率等特征，能够满足数据的精确采集。各路信号采用相同A/D采样率和模拟带宽的采样通道进行同步采集，选取固定时间作为开窗长度，具体的开窗长度应根据单位时间内的局放强度进行选择，开窗长度应介于最大脉冲宽度tw和最小脉冲时间间隔tl之间，每个窗内获取的脉冲信号幅值均应大于设置的触发阈值，本实施例中将开窗长度取为20微秒。放电脉冲如图2所示。
(2)使用时域重构方法对采集到的若干路局部放电脉冲信号进行处理
将每个周期内脉冲信号发生的时间转换为相位。获取开窗长度的窗内的脉冲信号幅值，此时提取到的平均脉冲幅值应始终大于所设置的有效阈值的脉冲幅值。利用公式(1)，将每个周期内的时间ti转换为相位其中T为周期，
将相位周期分为N个窗口，即将360°分为N个窗口，N的取值可以根据开窗长度确定；
窗口内脉冲信号绝对值最大的点与局部放电检测阈值进行比较，若该点的绝对值大于所述阈值则记为该点脉冲幅值，若绝对值小于所述阈值，说明没有脉冲测到的都是噪声信号，判断为噪声不做处理；局部放电检测阈值最佳设置为环境噪声水平最大值与平均值之差的2倍，也可以根据噪声与脉冲判断中的误差改变设置，比如，漏判脉冲情况较多时，则可以降低阈值的设置。
获取窗口中的脉冲信号数量，计算窗口中的平均脉冲幅值和窗口的中心相位。根据开窗长度l，利用MATLAB软件中的复制提取函数findpeaks，获得第i个窗口中的局放脉冲数量Ni，并利用公式(2)计算第i个窗口中的脉冲信号平均幅值Ii，Ij为该窗口内第j个脉冲的脉冲幅值，
(3)绘制放电电流波形图，通过平均脉冲幅值Ii和所在窗的中心相位可以重构出连续的时域波形。放电电流波形图如图3所示，通过识别放电电流波形图的特征实现设备局部放电的状态检测和故障诊断
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种系统，包括脉冲信号采集单元、时域重构处理单元和图形绘制单元；所述脉冲信号采集单元用于采集电力设备上的若干路局部放电脉冲信号；所述时域重构处理单元用于使用时域重构方法对采集到的若干路局部放电脉冲信号进行处理；所述图形绘制单元用于绘制放电电流波形图。
在上述技术方案中，所述时域重构处理单元包括相位转换子单元、开窗子单元、阈值比较子单元和计算子单元；所述相位转换子单元用于将每个周期内脉冲信号发生的时间转换为相位；所述开窗子单元用于将相位周期分为N个窗口；所述窗口内脉冲信号绝对值最大的点与局部放电检测阈值进行比较，若该点的绝对值大于所述阈值则记为该点脉冲幅值，若绝对值小于所述阈值，则判断为噪声，不做处理；所述计算子单元获取窗口中的脉冲信号数量，计算窗口中的平均脉冲幅值和窗口的中心相位。
在上述技术方案中，所述的局部放电检测阈值为环境噪声水平最大值与平均值之差的2倍。
在上述技术方案中，所述的若干路局部放电脉冲信号包括脉冲电流、电磁波、超声和光信号的一种或多种。
在上述技术方案中，所述的脉冲信号采集单元包括脉冲电流采集子单元、超声信号采集子单元和光信号采集子单元；脉冲电流采集子单元通过安装在电力设备接地线路的阻抗或Rogowski线圈测量脉冲电流；超声信号采集子单元通过频带在20kHz至300kHz之间的压电超声波传感器测量超声信号；光信号采集子单元通过波长500nm至700nm之间的光学传感器测量光信号。
Claims (10)
1.一种局部放电检测方法，其特征在于，包括：
采集电力设备上的局部放电脉冲信号；
使用时域重构方法对采集到的局部放电脉冲信号进行处理；
输出局部放电信号检测结果。
2.根据权利要求1所述的局部放电检测方法，其特征在于，所述的时域重构方法包括：
将每个周期内脉冲信号发生的时间转换为相位；
将相位周期分为N个窗口；
窗口内脉冲信号绝对值最大的点与局部放电检测阈值进行比较，若该点的绝对值大于所述阈值则记为该点脉冲幅值；
获取窗口中的脉冲信号数量，计算窗口中的平均脉冲幅值和窗口的中心相位。
3.根据权利要求2所述的局部放电检测方法，其特征在于所述的局部放电检测阈值为环境噪声水平最大值与平均值之差的2倍。
4.根据权利要求1所述的局部放电检测方法，其特征在于：
所述的局部放电脉冲信号包括脉冲电流、电磁波、超声和光信号的一种或多种；
所述的若干路局部放电脉冲信号采集方法包括：
若局部放电脉冲信号包括脉冲电流，所述脉冲电流通过安装在电力设备接地线路的阻抗或Rogowski线圈测量；
若局部放电脉冲信号包括超声信号，所述超声信号通过频带在20kHz至300kHz之间的压电超声波传感器测量；
若局部放电脉冲信号包括光信号，所述光信号通过波长500nm至700nm之间的光学传感器测量。
5.根据权利要求1所述的局部放电检测方法，其特征在于：所述输出局部放电信号检测结果的方法为绘制放电电流波形图。
6.一种局部放电检测系统，其特征在于，包括脉冲信号采集单元、时域重构处理单元和结果输出单元；
所述脉冲信号采集单元用于采集电力设备上的局部放电脉冲信号；
所述时域重构处理单元用于使用时域重构方法对采集到的局部放电脉冲信号进行处理；
所述结果输出单元用于输出局部放电信号检测结果。
7.根据权利要求6所述的局部放电检测系统，其特征在于，所述时域重构处理单元包括相位转换子单元、开窗子单元、阈值比较子单元和计算子单元；
所述相位转换子单元用于将每个周期内脉冲信号发生的时间转换为相位；
所述开窗子单元用于将相位周期分为N个窗口；
所述窗口内脉冲信号绝对值最大的点与局部放电检测阈值进行比较，若该点的绝对值大于所述阈值则记为该点脉冲幅值；
所述计算子单元获取窗口中的脉冲信号数量，计算窗口中的平均脉冲幅值和窗口的中心相位。
8.根据权利要求7所述的局部放电检测系统，其特征在于所述的局部放电检测阈值为环境噪声水平最大值与平均值之差的2倍。
9.根据权利要求6所述的局部放电检测系统，其特征在于：
所述的若干路局部放电脉冲信号包括脉冲电流、电磁波、超声和光信号的一种或多种；
所述的脉冲信号采集单元包括脉冲电流采集子单元、超声信号采集子单元和光信号采集子单元中的一个或多个；
脉冲电流采集子单元通过安装在电力设备接地线路的阻抗或Rogowski线圈测量脉冲电流；
超声信号采集子单元通过频带在20kHz至300kHz之间的压电超声波传感器测量超声信号；
光信号采集子单元通过波长500nm至700nm之间的光学传感器测量光信号。
10.根据权利要求6所述的局部放电检测系统，其特征在于：所述的局部放电信号检测结果为放电电流波形图。
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