CN110244199A - 基于时域重构的局部放电脉冲统计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，本方法采用地电波传感器经数据采集卡同步多通道采集地电波局部放电脉冲信号；对采集的地电波局部放电脉冲信号按工频相位周期进行时域重构处理，得到具有统计特征的连续时域的局部放电脉冲信号波形；选择固定时长的开窗长度，通过同步时域开窗进行信号提取，记录每个窗内脉冲峰值并取平均，获取的脉冲峰值大于设置的局部放电检测阈值；输出平均脉冲幅值及其对应的相位信息，生成平均放电量波形图并计算得到累计放电量和放电能量。本方法广泛应用于各种电力设备局部放电的分布式监测，可有效去除噪声影响，凸显局部放电监测的统计规律，有效提高监测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备状态监测和局部放电诊断技术领域，尤其涉及一种基于时域重构的局部放电脉冲统计方法。
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。一般绝缘材料在制造、运行过程中会在绝缘介质内部出现气泡、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，从而形成局部放电。局部放电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之间；如果电场强度高于绝缘介质所具有的特定值，也可能发生在液体或固体绝缘中。通常局部放电不会立即导致绝缘材料整体的击穿，但其对绝缘介质的危害异常严重。一旦绝缘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。因此，测定电气设备在不同电压下局部放电强度和变化规律，能预示设备的绝缘状态，也是估计绝缘体老化速度的重要依据。
随着对电力设备可靠性要求的提高，局部放电检测的相关技术得到快速发展，各种局部放电测量方法应运而生。局部放电检测大都以局部放电发生时所产生的各种物理量的检测为基础，当绝缘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。而现有的局部放电测试仪虽然可以检测局部放电信号，但其在现场检测过程中受到噪声的影响较大，对于局部放电信号随机性的处理较欠缺。目前，在局部放电检测中，对信号的特征提取多采用幅值-相位散点信息统计的方法，基于PRPD检测谱图对放电特征进行分析，其测量系统构成和分析算法较为复杂，难以用于低功耗、分布式传感器的开发，且基于散点信息统计的方法易受噪声干扰，不利于获得更准确的统计性结论。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，本方法克服传统局部放电检测系统和算法复杂性的问题，可被广泛应用于各种电力设备局部放电的监测，有效去除噪声影响，凸显局部放电监测的统计规律，有效提高监测的准确性。
为解决上述技术问题，本发明基于时域重构的局部放电脉冲统计方法包括如下步骤：
步骤一、采用地电波传感器经数据采集卡同步多通道采集地电波局部放电脉冲信号；
步骤二、对采集的地电波局部放电脉冲信号按工频相位周期进行时域重构处理，得到具有统计特征的连续时域的局部放电脉冲信号波形；
步骤三、选择固定时长的开窗长度，通过同步时域开窗进行信号提取，记录每个窗内脉冲峰值并取平均，获取的脉冲峰值大于设置的局部放电检测阈值；
步骤四、输出平均脉冲幅值及其对应的相位信息，生成经时域重构的平均放电量波形图，通过该波形图计算得到累计放电量和放电能量。
进一步，所述地电波局部放电脉冲信号时域重构处理通过时域开窗提取脉冲波形幅值-相位信息，将一个工频相位周期分为N个窗口，获取第i个窗口中的局部放电脉冲数量Ni，计算第i个窗口中的平均脉冲幅值Ii，通过平均脉冲幅值和所在窗的中心相位重构出连续的时域波形。
进一步，所述N为正整数，其取值根据实际放电脉冲发生重复率进行手动或自动设置。
进一步，所述脉冲波形幅值-相位信息提取将每个工频相位周期内脉冲发生的时间ti转换为相位φi，根据脉冲的最小间隔l对脉冲波形进行开窗，将每个窗内绝对值最大的脉冲点与局部放电检测阈值进行比较，若该点的绝对值大于局部放电检测阈值，则记该点的值为脉冲幅值，该点对应的相位为脉冲幅值的相位。
进一步，所述每个工频相位周期内脉冲发生的时间ti转换为相位φi按式(1)计算得到：
φi＝2π(ti×T-1-|ti×T-1|) (1)
其中，T为工频相位周期。
进一步，所述第i个窗口中的平均脉冲幅值Ii按式(2)计算得到：
其中，Ij为第i个窗口内超过局部放电测量阈值的第j个脉冲幅值，Nj为第i个窗口内超过局部放电检测阈值的脉冲数量。
进一步，所述局部放电检测阈值基于检测系统对环境噪声水平进行连续检测，以噪声水平最大值与平均值之差的2倍作为判断是否为有效放电脉冲的基准，即为局部放电检测阈值。
进一步，所述多通道采集地电波局部放电脉冲信号同步记录局部放电的多个脉冲电流信号，脉冲电流信号通过对安装在电力设备接地线路的阻抗或罗氏线圈进行测量得到，各采集通道包括二次编程接口，通过二次编程接口自定义局部放电脉冲信号波形的时域开窗长度或工频相位周期的窗口个数。
进一步，所述多通道采集地电波局部放电脉冲信号中，各路采集通道的A/D采样率和模拟带宽相同。
由于本发明基于时域重构的局部放电脉冲统计方法采用了上述技术方案，即本方法采用地电波传感器经数据采集卡同步多通道采集地电波局部放电脉冲信号；对采集的地电波局部放电脉冲信号按工频相位周期进行时域重构处理，得到具有统计特征的连续时域的局部放电脉冲信号波形；选择固定时长的开窗长度，通过同步时域开窗进行信号提取，记录每个窗内脉冲峰值并取平均，获取的脉冲峰值大于设置的局部放电检测阈值；输出平均脉冲幅值及其对应的相位信息，生成经时域重构的平均放电量波形图。本方法克服传统局部放电检测的缺陷，可被广泛应用于各种电力设备局部放电的监测，且去除噪声影响，有效提高监测的准确性，从而对电力设备局部放电的状态和故障做出可靠诊断。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明基于时域重构的局部放电脉冲统计方法流程框图；
图2为本方法采用同步时域开窗提取放电脉冲的示意图；
图3为经本方法所得到的典型缺陷局部放电平均放电量波形图示例。
具体实施方式
实施例如图1和图2所示，本发明基于时域重构的局部放电脉冲统计方法包括如下步骤：
步骤一、采用地电波传感器经数据采集卡同步多通道采集地电波局部放电脉冲信号；
步骤二、对采集的地电波局部放电脉冲信号按工频相位周期进行时域重构处理，得到具有统计特征的连续时域的局部放电脉冲信号波形；
步骤三、选择固定时长的开窗长度，通过同步时域开窗进行信号提取，记录每个窗内脉冲峰值并取平均，获取的脉冲峰值大于设置的局部放电检测阈值；
步骤四、输出平均脉冲幅值及其对应的相位信息，生成经时域重构的平均放电量波形图，通过该波形图计算得到累计放电量和放电能量。
优选的，所述地电波局部放电脉冲信号时域重构处理通过时域开窗提取脉冲波形幅值-相位信息，将一个工频相位周期分为N个窗口，获取第i个窗口中的局部放电脉冲数量Ni，计算第i个窗口中的平均脉冲幅值Ii，通过平均脉冲幅值和所在窗的中心相位重构出连续的时域波形。
优选的，所述N为正整数，其取值根据实际放电脉冲发生重复率进行手动或自动设置。
优选的，所述脉冲波形幅值-相位信息提取将每个工频相位周期内脉冲发生的时间ti转换为相位φi，根据脉冲的最小间隔l对脉冲波形进行开窗，将每个窗内绝对值最大的脉冲点与局部放电检测阈值进行比较，若该点的绝对值大于局部放电检测阈值，则记该点的值为脉冲幅值，该点对应的相位为脉冲幅值的相位。
优选的，所述每个工频相位周期内脉冲发生的时间ti转换为相位φi按式(1)计算得到：
φi＝2π(ti×T-1-|ti×T-1|) (1)
其中，T为工频相位周期。
优选的，所述第i个窗口中的平均脉冲幅值Ii按式(2)计算得到：
其中，Ij为第i个窗口内超过局部放电测量阈值的第j个脉冲幅值，Nj为第i个窗口内超过局部放电检测阈值的脉冲数量。
优选的，所述局部放电检测阈值基于检测系统对环境噪声水平进行连续检测，以噪声水平最大值与平均值之差的2倍作为判断是否为有效放电脉冲的基准，即为局部放电检测阈值。
优选的，所述多通道采集地电波局部放电脉冲信号同步记录局部放电的多个脉冲电流信号，脉冲电流信号通过对安装在电力设备接地线路的阻抗或罗氏线圈进行测量得到，各采集通道包括二次编程接口，通过二次编程接口自定义局部放电脉冲信号波形的时域开窗长度或工频相位周期的窗口个数。
优选的，所述多通道采集地电波局部放电脉冲信号中，各路采集通道的A/D采样率和模拟带宽相同。
本方法首先采用地电波传感器从电气设备上检测出反应局部放电的脉冲信号，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监测系统，得到具有统计特征的连续时域的局部放电脉冲信号波形，选择合适的开窗长度，通过同步时域开窗进行信号提取，记录每个窗内脉冲峰值并取平均，获取的脉冲峰值应大于设置的局部放电检测阈值；输出平均脉冲幅值及其对应的相位信息，生成平均放电量波形图。
其中，各路脉冲信号应采用相同的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，且监测系统的开窗长度应根据单位时间内的局部放电强度进行选择，开窗长度应介于最大脉冲宽度tw和最小脉冲时间间隔t1之间，每个窗内获取的脉冲信号幅值均应大于设置的局部放电检测阈值的脉冲；数据采集卡应具有二次编程接口，能够自定义数据采集方式和分析方法，为脉冲信号时域重构奠定基础，且具有多路采集通道，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。
图1示出了本方法的流程框图，利用数据采集卡同时采集8路局部放电信号，各路采集通道的A/D采样率和模拟带宽相同，具有12位高分辨率，20MHz带宽，256MS缓冲存储器和80MS/s的快速采样率，可实现多路通道的同时采集；采用同步时域开窗的方法进行信号提取，以固定时间长度作为开窗长度，获取每个时间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局部放电检测阈值的脉冲幅值；当采集到的脉冲数满足设置值后，将所提取到的平均脉冲幅值信号及其所对应的的相位信息同时输出，经过标定，生成如图3所示的平均放电量波形图。
本方法通过对采集到的局部放电信号进行同步时域开窗提取信号，然后对多个周期的幅值信息进行时域(相位)重构得到具有统计特征的连续时域波形，最后通过识别多周期统计和重构的连续波形的特征实现电力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部放电监测中，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，测量结果更为准确。本方法监测的电力设备包括发电机、电动机、变压器、GIS、电感电容、电线电缆接头等。本方法监测结果精准、应用范围广泛、操作简便，为监测电力设备的运行状况、安排生产及检修提供有效依据，减少电力设备故障带来的损失、停电及社会影响。
Claims (9)
1.一种基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、采用地电波传感器经数据采集卡同步多通道采集地电波局部放电脉冲信号；
步骤二、对采集的地电波局部放电脉冲信号按工频相位周期进行时域重构处理，得到具有统计特征的连续时域的局部放电脉冲信号波形；
步骤三、选择固定时长的开窗长度，通过同步时域开窗进行信号提取，记录每个窗内脉冲峰值并取平均，获取的脉冲峰值大于设置的局部放电检测阈值
步骤四、输出平均脉冲幅值及其对应的相位信息，生成经时域重构的平均放电量波形图，通过该波形图计算得到累计放电量和放电能量。
2.根据权利要求1所述的基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，其特征在于：所述地电波局部放电脉冲信号时域重构处理通过时域开窗提取脉冲波形幅值-相位信息，将一个工频相位周期分为N个窗口，获取第i个窗口中的局部放电脉冲数量Ni，计算第i个窗口中的平均脉冲幅值Ii，通过平均脉冲幅值和所在窗的中心相位重构出连续的时域波形。
3.根据权利要求2所述的基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，其特征在于：所述N为正整数，其取值根据实际放电脉冲发生重复率进行手动或自动设置。
4.根据权利要求2或3所述的基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，其特征在于：所述脉冲波形幅值-相位信息提取将每个工频相位周期内脉冲发生的时间ti转换为相位φi，根据脉冲的最小间隔l对脉冲波形进行开窗，将每个窗内绝对值最大的脉冲点与局部放电检测阈值进行比较，若该点的绝对值大于局部放电检测阈值，则记该点的值为脉冲幅值，该点对应的相位为脉冲幅值的相位。
5.根据权利要求4所述的基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，其特征在于：所述每个工频相位周期内脉冲发生的时间ti转换为相位φi按式(1)计算得到：
φi＝2π(ti×T-1-|ti×T-1|) (1)
其中，T为工频相位周期。
6.根据权利要求4所述的基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，其特征在于：所述第i个窗口中的平均脉冲幅值Ii按式(2)计算得到：
其中，Ij为第i个窗口内超过局部放电测量阈值的第j个脉冲幅值，Nj为第i个窗口内超过局部放电检测阈值的脉冲数量。
7.根据权利要求4所述的基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，其特征在于：所述局部放电检测阈值基于检测系统对环境噪声水平进行连续检测，以噪声水平最大值与平均值之差的2倍作为判断是否为有效放电脉冲的基准，即为局部放电检测阈值。
8.根据权利要求1所述的基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，其特征在于：所述多通道采集地电波局部放电脉冲信号同步记录局部放电的多个脉冲电流信号，脉冲电流信号通过对安装在电力设备接地线路的阻抗或罗氏线圈进行测量得到，各采集通道包括二次编程接口，通过二次编程接口自定义局部放电脉冲信号波形的时域开窗长度或工频相位周期的窗口个数。
9.根据权利要求8所述的基于时域重构的局部放电脉冲统计方法，其特征在于：所述多通道采集地电波局部放电脉冲信号中，各路采集通道的A/D采样率和模拟带宽相同。
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