CN110415305A - 一种变压器局部放电检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器局部放电检测系统及检测方法，包括：脉冲电流传感器，用于接收被试变压器局部放电激发的脉冲信号；信号调理模块，用于实现脉冲电流传感器接收的脉冲信号的滤波、放大及数据采集；数据传输DTU模块，用于处理信号调理模块输出的数据，并传输至现场检测终端，同时发射至广域网；电源模块，用于为信号调理模块和数据传输DTU模块供电；现场检测终端，用于现场接收显示数据传输DTU模块输出的数据；远程检测移动终端，用于远程接收显示数据传输DTU模块输出的数据。本发明既能够实现现场对电力变压器局部放电的检测，又能够实现专家的远程支持，可及时对变压器绝缘水平进行判断，能够提高检测试验的效率及准确性。

Description

一种变压器局部放电检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于电力变压器技术领域，涉及一种用于变压器现场局部放电检测的系统及方法，特别涉及一种变压器局部放电检测系统及检测方法。

背景技术

电力变压器是电网中能量转换、传输的核心，是电网运行中最重要的设备之一。虽然其在设计上具有足够的电气强度和优良的机械性能，但是制造或安装过程中的偶然因素会造成一些先天性局部缺陷，如气泡、裂缝、悬浮导电质点和电极毛刺等，会降低变压器的绝缘水平，从而形成局部放电。变压器内部局部放电的发展劣化，会引起内部绝缘性能下降；绝缘水平的不断恶化会引起匝间绝缘发生大面积击穿烧毁故障，严重时可能引起变压器烧损乃至大面积停电事故发生，造成巨大的经济损失和社会影响。

为了考核电力变压器的安装质量和绝缘水平，相关标准及规程都要求220kV及以上电压等级大型电力变压器在交接试验中进行局部放电试验，是对变压器制造过程中的设计水平、工艺控制水平、材料性能指标以及安装过程中的工艺控制水平的综合检验，对电力系统的安全可靠运行具有重要的意义。

现有的变压器局部放电现场检测手段仅能够满足现场人员的试验要求，对变压器的绝缘状况进行综合判断。现场试验环境比较复杂，存在大量的电磁和噪声干扰，且现场试验人员的技术水平不同，有些不具有足够的经验支持，判断不够准确。

综上，目前的变压器局部放电现场检测手段存在以下缺陷：专家无法获得直观的现场一手资料和现场试验的实时详细数据，不能根据现场实况做出判断决策；现有试验检测存在分析不准确和判断周期长的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压器局部放电检测系统及检测方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的检测系统及方法，既能够实现现场对电力变压器局部放电的检测，又能够实现专家的远程支持，可及时对变压器绝缘水平进行判断，能够提高检测试验的效率及准确性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种变压器局部放电检测系统，包括：

脉冲电流传感器，用于接收被试变压器局部放电激发的脉冲信号；

信号调理模块，用于实现脉冲电流传感器接收的脉冲信号的滤波、放大及数据采集；

数据传输DTU模块，用于处理信号调理模块输出的数据，并传输至现场检测终端，同时发射至广域网；

电源模块，用于为信号调理模块和数据传输DTU模块供电；

现场检测终端，用于现场接收显示数据传输DTU模块输出的数据；

远程检测移动终端，用于远程接收显示数据传输DTU模块输出的数据。

本发明的进一步改进在于，信号调理模块包括：放大滤波单元和数据采集单元；

放大滤波单元包括带通滤波器和低噪声放大器，用于滤波及放大信号；

数据采集单元包括信号压缩模块，用于压缩局部放电图像。

本发明的进一步改进在于，信号压缩模块采用四叉树分形压缩方法对局部放电图像进行压缩。

本发明的进一步改进在于，四叉树分形压缩方法具体包括以下步骤：

ε为一个分形压缩编码过程中，父块与子块之间匹配的允许误差；2^Rmax，2^Rmin分别为最大块边长和最小子块边长；

(1)将原始图象A分割成不相重叠的2^Rmax×2^Rmax的子块R_i作为初始的分割，R_i的左上角位于(K,L)的位置上，用取块符表示

(2)采用四分之一灰度排列的分类方法将2^Rmax×2^Rmax的子块R_i的父块分成72类；

(3)搜索子块相应的父块，位置在∏(K,L)上，采用反射-旋转操作和平均抽样操作，先判定子块属于的类别，然后在相应的父块库中搜索的相应父块为

子块与变换后的父块的灰阶分别为a₁,a₂,…,a_m，b₁,b₂,…,b_m，计算出均方误差定义误差测度d_{p min}；

(4)如果d_{p min}<ε，则记下(K,L)，∏(K,L)，P(K,L)，完成对R_i的编码，否则，转到(5)；

(5)如果d_{p min}≥ε，则把子块划为四块，父块也相应划为4块，此时取t＝t+1，子块取块任用表示，对父块的变换相应为按照步骤(3)同样的方法求取 及相应的d_{p min}；

(6)重复步骤(4)和步骤(5)，直到所有的大小子块与相适应的父块之间自相似变换误差都小于ε为止。

本发明的进一步改进在于，数据传输DTU模块和现场检测终端之间通过同轴电缆传输数据信号。

本发明的进一步改进在于，数据传输DTU模块和远程检测移动终端之间通过无线传输的方式进行数据信号传输。

本发明的进一步改进在于，脉冲电流传感器为Pearson脉冲电流传感器。

本发明的进一步改进在于，信号调理模块选用CM3508。

本发明的一种变压器局部放电检测方法，基于本发明所述的检测系统，包括以下步骤：

步骤1，通过脉冲电流传感器采集被试变压器的局部放电脉冲信号；

步骤2，通过信号调理模块将步骤1采集的局部放电脉冲信号进行滤波和放大；

步骤3，通过数据传输DTU模块将步骤2处理后得到的数据进行压缩处理，并将压缩获得的数据传输至现场检测终端和远程检测移动终端；

步骤4，通过现场检测终端现场观测波形，完成被试变压器检测；或者，通过远程检测移动终端访问广域网的方式观测波形，完成被试变压器检测

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在变压器现场局部放电检测过程中，可保证现场检测试验的可实施性，同时可通过无线网络将实时检测到的局部放电信号传输至广域网，远方专家可通过访问Internet方式观测局部放电信号，获得直观的现场一手资料和现场试验的实时详细数据，帮助现场试验人员及时对变压器绝缘水平进行准确判断。本发明不需要有线连接，提高了检测的安全性与便利性，在专家的帮助下能够第一时间准确判断变压器绝缘状态，分析放电类型，制定检修策略，提高了检测试验的效率和准确性，进而可提高变压器实际运行的可靠性。

本发明中，局部放电图谱采用四叉树分形压缩技术，可解决局部放电在线监测过程中海量数据存储和远程数据通讯的问题；其一方面能够获得良好的压缩效果，另一方面在一定信噪比下，不会引起过大的识别特征值的变化。

本发明的方法，既能够实现现场对电力变压器局部放电的检测，又能够实现专家的远程支持，可及时对变压器绝缘水平进行判断，能够提高检测试验的效率及准确性。

附图说明

图1是本发明实施例的一种变压器局部放电检测系统的架构示意框图；

图2是本发明实施例中的四叉树分形编码流程示意框图；

图3是本发明实施例中，解压后的局部放电灰度图像示意图；其中，图3(a)为局部放电的原始图像示意图，图3(b)为解码图像示意图，图3(c)为示意图，图3(d)为示意图；

图1中，1是脉冲电流传感器，2是信号调理模块，3是放大滤波单元，4是数据采集单元，5是数据传输DTU模块，6是电源模块，7是Internet，8是现场检测终端，9是远程检测移动终端。

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，所举实例只用于解释本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种变压器现场局部放电检测系统，基于四叉树分形压缩技术设计，具有远程专家辅助诊断传输功能；包括：脉冲电流传感器1、信号调理模块2、数据传输DTU模块5、电源模块6、现场检测终端8以及远程检测移动终端9。

脉冲电流传感器1的输入端用于与被试变压器套管末屏相连接，其接地端接地，其输出端与信号调理模块2的输入端相连接，信号调理模块2的输出端与数据传输DTU模块5的输入端相连接，数据传输DTU模块5的输出端与现场检测终端8的输入端相连接，数据传输DTU模块5的输出端通过Internet7网与远程检测移动终端9的输入端相连接。电源模块6用于信号调理模块2和数据传输DTU模块5供电。

脉冲电流传感器1用于接收局部放电激发的局部放电脉冲信号。信号调理模块2用于实现放电信号滤波、放大及数据采集；其包含了放大滤波单元3和数据采集单元4，放大滤波单元3由带通滤波器及低噪声放大器组成，带通滤波器具备滤除电磁干扰信号功能；数据采集单元4具有信号压缩模块，采用四叉树分形图像压缩技术，压缩海量局部放电图像，实现局部放电图像的快速有效传输。数据传输DTU模块5既可以通过同轴电缆将信号传输至现场检测终端8，又可以将信号通过无线发射，接入至广域网。现场检测终端8用于局部放电信号的现场观测、分析及处理；远程检测移动终端9用于局部放电信号的远程观测、分析及处理。

本发明的工作原理为：脉冲电流传感器1用于接收局部放电激发的脉冲信号，并传输至信号调理模块2；信号调理模块2对脉冲电流传感器1接收局部放电激发的信号进行处理，滤除干扰信号并将信号放大，最后完成数据采集并传送至数据传输DTU模块5；数据传输DTU模块5既可以通过同轴电缆将信号传输至现场检测终端8，又可以通过3G、4G、WIFI等无线方式将信号接入至广域网；现场检测终端8通过同轴电缆接收局部放电信号；远程检测移动终端9通过访问Internet7方式接收局部放电信号。

本发明的实际运行方式是：通过直接安装在变压器套管末屏上的脉冲电流传感器1接收局部放电脉冲信号，脉冲电流传感器1将局部放电信号传输至信号调理模块2。进一步采用信号调理模块2进行滤波、采集、压缩，将信号传输至数据传输DTU模块5，数据传输DTU模块5既可以通过同轴电缆将信号传输至现场检测终端8，又可以通过3G、4G、WIFI等无线方式将信号接入至广域网。现场测试人员通过现场检测终端8观测波形，进行局部放电检测。当试验环境复杂导致试验结果不能明确支持变压器绝缘状况的判断，需要专家进行辅助支持时，可以通过远程移动终端访问Internet7的方式实时接收局部放电信号，从而第一时间判断变压器绝缘状态，分析放电类型，制定检修策略。其中，故障诊断的结果与压缩后的局部放电灰度图像数据可传输至远程数据中心，远方的专家可以通过客户端进行数据的查询并进行故障的最终诊断。

实施例

本发明的一种变压器现场局部放电检测系统，各模块的具体型号及连接关系如下：

脉冲电流传感器1为Pearson脉冲电流传感器，该脉冲电流传感器与信号调理模块2直接相连。

信号调理模块CM3508包括放大滤波单元3和数据采集单元4。

放大滤波单元3用来滤除干扰，并放大信号，由带通滤波器及低噪声放大器组成，可选用椭圆函数滤波器原型。带通滤波器具备滤除电磁干扰信号功能。低噪声放大器由场效应晶体管、输入输出匹配网络、电源滤波、直流偏置等组成。数据采集单元4最高采样率为50MHz，A/D分辨率为12bit。采集完成后的数据发送给数据传输DTU模块5。

采用ZSD3411系列数据传输DTU模块5既可以通过同轴电缆将信号传输至现场检测终端8，又可以通过3G、4G、WIFI等无线方式将信号接入至广域网；

现场检测终端8能够通过同轴电缆接收局部放电信号，并具备一般局放仪的检测、统计、分析等功能。

远程检测移动终端9能够通过访问Internet7方式接收局部放电信号，并具备一般局放仪的检测、统计、分析等功能。

综上，本发明的用于变压器现场局部放电检测的远程专家诊断传输系统，结合了局放检测和无线传输等技术，既可以实现现场对变压器的局部放电检测，又可以实现专家的远程支持，帮助试验人员及时对变压器绝缘水平进行判断，分析放电类型，对绝缘故障进行综合诊断，制定检修维护决策。

请参阅图2，本发明中压缩方法包括以下步骤：

设ε为一个分形压缩编码过程中，父块与子块之间匹配的允许误差，2^Rmax，2^Rmin分别为最大块边长和最小子块边长，自适应的四叉树分形编码方法的步骤为：

(1)将原始图象A分割成不相重叠的2^Rmax×2^Rmax的子块R_i作为初始的分割，R_i的左上角位于(K,L)的位置上，用取块符表示

(2)采用四分之一灰度排列的分类方法将2^Rmax×2^Rmax的子块R_i的父块(尺寸为2^Dmax×2^Dmax，且D_max＝2R_max)分成72类；

(3)搜索子块相应的父块，位置在∏(K,L)上，采用反射-旋转操作和平均抽样操作，先判定子块属于的类别，然后在相应的父块库中搜索的相应父块为设子块与变换后的父块的灰阶分别为a₁,a₂,…,a_m，b₁,b₂,…,b_m，可计算出均方误差定义误差测度d_{p min}；

(4)则如果d_{p min}<ε，则记下(K,L)，∏(K,L)，P(K,L)，即完成了对R_i的编码，否则，转到(5)；

(5)如果d_pmin≥ε，则把子块划为四块，父块也相应划为4块，此时取t＝t+1，子块取块任用表示，对父块的变换相应为按照(3)同样的方法求取 及相应的d_{p min}；

(6)重复(4)和(5)，直到所有的大小子块与相适应的父块之间自相似变换误差都小于ε为止。

四叉树分形压缩技术，对局部放电图像进行分形压缩并在本地存储，通过本地计算机对压缩图像进行图像解码，提取解码图像的识别特征，结合局部放电标准数据库通过支持向量机分类器对局部放电进行模式识别，并进行故障的自动诊断，管理人员也可通过可视化工具对故障进行诊断。局部放电图谱四叉树分形压缩技术流程如图2所示，该方法解决了在局部放电在线监测海量数据存储和远程数据通讯的问题。大量样本数据的压缩结果表明，分形图象压缩算法一方面能够获得良好的压缩效果，另一方面在一定信噪比下，不会引起过大的识别特征值的变化。

本发明针对变压器局部放电提供了一种检测方法，对采集到的局部放电图象进行了压缩编码，压缩编码过程中允许误差为8，最大四叉树图象分割深度为6，最小图象分割深度为4，解压后的局部放电灰度图像如图3所示，正半波与负半波的压缩比分别为12.15与14.05，该方法解决了在局部放电在线监测海量数据存储和远程数据通讯的问题。大量样本数据的压缩结果表明，分形图象压缩算法一方面能够获得良好的压缩效果，另一方面在一定信噪比下，不会引起过大的识别特征值的变化。

综上，本发明实施例公开了电力变压器技术领域中的一种用于变压器现场局部放电检测的远程专家诊断传输系统，包括了脉冲电流传感器1、信号调理模块2、数据传输DTU模块5、电源模块6、现场检测终端8以及远程检测移动终端9，数据传输DTU模块5通过信号调理模块2与脉冲电流传感器1连接，信号调理模块2具有数据压缩模块，局部放电信号通过数据传输DTU模块5传输至现场检测终端8以及远程检测移动终端9。本发明的优点是：既能够满足传统意义上的变压器局部放电交接试验现场检测，特别当需要专家远程支持时，又能够实时远距离传输现场局部放电信号，可以满足专家远程诊断的需要，帮助现场检测人员及时判断变压器的绝缘水平进行，分析放电类型，对绝缘故障进行综合诊断，制定检修维护决策。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变压器局部放电检测系统，其特征在于，包括：

脉冲电流传感器，用于接收被试变压器局部放电激发的脉冲信号；

信号调理模块，用于实现脉冲电流传感器接收的脉冲信号的滤波、放大及数据采集；

数据传输DTU模块，用于处理信号调理模块输出的数据，并传输至现场检测终端，同时发射至广域网；

电源模块，用于为信号调理模块和数据传输DTU模块供电；

现场检测终端，用于现场接收显示数据传输DTU模块输出的数据；

远程检测移动终端，用于远程接收显示数据传输DTU模块输出的数据。

2.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电检测系统，其特征在于，信号调理模块包括：放大滤波单元和数据采集单元；

放大滤波单元包括带通滤波器和低噪声放大器，用于滤波及放大信号；

数据采集单元包括信号压缩模块，用于压缩局部放电图像。

3.根据权利要求2所述的一种变压器局部放电检测系统，其特征在于，信号压缩模块采用四叉树分形压缩方法对局部放电图像进行压缩。

4.根据权利要求3所述的一种变压器局部放电检测系统，其特征在于，四叉树分形压缩方法具体包括以下步骤：

ε为一个分形压缩编码过程中，父块与子块之间匹配的允许误差；2^Rmax，2^Rmin分别为最大块边长和最小子块边长；

(1)将原始图象A分割成不相重叠的2^Rmax×2^Rmax的子块R_i作为初始的分割，R_i的左上角位于(K,L)的位置上，用取块符表示

(2)采用四分之一灰度排列的分类方法将2^Rmax×2^Rmax的子块R_i的父块分成72类；

(3)搜索子块相应的父块，位置在∏(K,L)上，采用反射-旋转操作和平均抽样操作，先判定子块属于的类别，然后在相应的父块库中搜索的相应父块为

子块与变换后的父块的灰阶分别为a₁,a₂,…,a_m，b₁,b₂,…,b_m，计算出均方误差定义误差测度d_pmin；

(4)如果d_pmin<ε，则记下(K,L)，∏(K,L)，P(K,L)，完成对R_i的编码，否则，转到(5)；

(5)如果d_pmin≥ε，则把子块划为四块，父块也相应划为4块，此时取t＝t+1，子块取块任用表示，对父块的变换相应为按照步骤(3)同样的方法求取 及相应的d_pmin；

(6)重复步骤(4)和步骤(5)，直到所有的大小子块与相适应的父块之间自相似变换误差都小于ε为止。

5.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电检测系统，其特征在于，数据传输DTU模块和现场检测终端之间通过同轴电缆传输数据信号。

6.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电检测系统，其特征在于，数据传输DTU模块和远程检测移动终端之间通过无线传输的方式进行数据信号传输。

7.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电检测系统，其特征在于，脉冲电流传感器为Pearson脉冲电流传感器。

8.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电检测系统，其特征在于，信号调理模块选用CM3508。

9.一种变压器局部放电检测方法，其特征在于，基于权利要求1所述的检测系统，包括以下步骤：

步骤1，通过脉冲电流传感器采集被试变压器的局部放电脉冲信号；

步骤2，通过信号调理模块将步骤1采集的局部放电脉冲信号进行滤波和放大；

步骤3，通过数据传输DTU模块将步骤2处理后得到的数据进行压缩处理，并将压缩获得的数据传输至现场检测终端和远程检测移动终端；

步骤4，通过现场检测终端现场观测波形，完成被试变压器检测；或者，通过远程检测移动终端访问广域网的方式观测波形，完成被试变压器检测。