CN110501621A - 一种新型的站域局部放电定位方法 - Google Patents

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张飞
魏宾
梁博
王鸿
范智隆
黄明亮
王宝乐
常丁戈
花啸昌
张冠军
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Xianyang Electric Co Of Guo Wang Shaanxi Prov Power Co
Xian Jiaotong University
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Xianyang Electric Co Of Guo Wang Shaanxi Prov Power Co
Xian Jiaotong University
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing

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Abstract

本发明提供了一种新型的站域局部放电定位方法，其步骤包括：A、使用双天线阵列接收站域局部放电信号；B、利用累积能量函数法确定天线的波达时刻，计算局放信号到达两天线的时差；C、控制旋转双天线阵列，持续接收局部放电发射的特高频信号；D、获取多个旋转角度下的天线阵列接收到局部放电的信号时差；E、求解方程组获取局部放电信号的波达方向。本发明只需要两个天线即可完成局部放电的定位，降低了硬件复杂度，减轻了采集设备的负担，为实现站域局放检测设备的小型化提供了便利。

Description

一种新型的站域局部放电定位方法
技术领域
本发明属于电力设备监控领域，特别涉及一种新型的站域局部放电定位方法。
背景技术
在高压变压器日益小型化的情况下，其内部绝缘空间愈发紧凑，绝缘材料往往承受着很高的工作场强。而变压器从原材料选择、生产装配，到运输安装等各环节都有可能出现意料之外的问题，从而使内部产生一些隐式的缺陷，比如毛刺尖端、绝缘沿面的损伤，内装部件的松动甚至掉落。另外在变压器的运行过程中，在电、热、机械以及其它环境的综合作用下其油纸绝缘和固体绝缘会逐渐老化劣化，使得绝缘系统的机械强度和绝缘性能逐渐下降。当运行时间不断增加，变压器的绝缘缺陷会发展严重，在大电流过电压等诱因下就会引发绝缘的闪络或者击穿。
局部放电是变压器绝缘产生贯穿性局部放电故障前所产生的局部放电现象，是变压器绝缘故障早期的主要表现形式，是表征绝缘状况的重要特征量。其特点是只产生局部的缺陷局部放电，不会造成整体绝缘的破坏，但长时间作用下，其热、电、光、机械作用会扩大局部缺陷、造成整体绝缘恶化甚至击穿。因此局部放电检测是判断电力设备绝缘状况的有效且重要的手段，高效快捷地检测定位出电力设备局部放电已成为相关科研工作者十分关注的问题。
目前对局部放电的定位主要使用特高频传感器固定地贴在变压器等电力设备的表面，定位方式不灵活，检测成本高，效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的站域局部放电定位方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型的站域局部放电定位方法，包括以下步骤：
步骤1，使用双天线阵列接收站域局部放电特高频信号；
步骤2，利用累积能量函数法确定天线的波达时刻，计算局放信号到达两天线的时差；
步骤3，控制旋转双天线阵列，持续接收局部放电发射的特高频信号；
步骤4，获取多个旋转角度下的天线阵列接收到局部放电的信号时差；
步骤5，求解方程组获取局部放电信号的波达方向。
进一步的，使用双天线阵列能够围绕中心点自由旋转。
进一步的，天线的接收带宽为300MHz到1GHz。
进一步的，局部放电特高频信号为局部放电的特高频波形信号。
进一步的，采集多次局放信号，抛弃异常值，求取均值，确定最终时差。
进一步的，采用步进电机，精确控制双天线阵列每个角度测量后，再次旋转5度后继续测量。
进一步的，获取至少3个旋转角度下的天线阵列接收到局部放电的信号时差。
进一步的，使用最大概率法求取局部放电的来波方向。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明所述的一种新型的站域局部放电定位方法，利用双天线阵列接受局部放电信号，在多个旋转角度下获取天线阵列接收到的局部放电信号时差，从而求解方程组获取局部放电信号的波达方向。实现了双天线的精确定位，减少了天线数量，且易于实现。从而可以高效快捷地检测定位出产生局部放电的电力设备，检测成本低，效率高。
附图说明
图1为本发明所述战域局部放电定位方法的硬件装置示意图。
图2为本发明所述战域局部放电定位方法的流程图
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1和图2，一种新型的站域局部放电定位方法，A、使用双天线阵列接收站域局部放电特高频信号；B、利用累积能量函数法确定天线的波达时刻，计算局放信号到达两天线的时差；C、控制旋转双天线阵列，持续接收局部放电发射的特高频信号；D、获取多个旋转角度下的天线阵列接收到局部放电的信号时差；E、求解方程组获取局部放电信号的波达方向
所述使用双天线阵列接收站域局部放电特高频信号中，所使用双天线阵列可以围绕中心点自由旋转。
所述使用双天线阵列接收站域局部放电特高频信号中，所使用天线的接收带宽为300MHz到1GHz。
所述使用双天线阵列接收站域局部放电特高频信号中，所述局部放电特高频信号为局部放电的特高频波形信号。
本发明所述计算局放信号到达两天线的时差中，所述方法采集多次局放信号，抛弃异常值，求取均值，确定最终时差。
所述控制旋转天线阵列中，采用步进电机，精确控制双天线阵列每个角度测量后，再次旋转5度后继续测量。
所述获取多个旋转角度下的天线阵列接收到局部放电的信号时差中，获取至少3个旋转角度下的天线阵列接收到局部放电的信号时差。
所述求解方程组获取局部放电信号的波达方向中，使用最大概率法求取局部放电的来波方向。
实施例1：
一种新型的站域局部放电定位方法，包括如下步骤
A、使用双天线阵列接收局部放电信号；
B、利用累积能量函数法确定天线的波达时刻，计算局放信号到达两天线的时差；
上述步骤B举例来说，对于接收到的信号波形，累积能量函数定义为：
式中，E(tk)为至tk时刻的累积能量，v(ti)为ti时刻的采样点幅值，N为信号的采样点数目，Em为信号平均功率。极小值对应时刻即为信号波达时刻。两天线的波达时刻相减即得到信号到达两天线的时差。
C、控制旋转双天线阵列，持续接收局部放电发射的特高频信号；
上述步骤C举例来说，对于一处放电源，综合考虑时长和局放次数，在每个天线旋转角度下，测量次数达50次或者测量时长达到1分钟。计算时差，抛去异常值后求取平均值，确定在该角度下的时差t1。
D、获取多个旋转角度下的天线阵列接收到局部放电的信号时差；
上述步骤D举例来说，在一个天线角度定位结束后，利用步进电机精确旋转天线的角度5度，重复步骤C，确定在该角度下的时差t2，。重复该过程，依次选取5个角度，确定时差t3、t4、t5。
E、求解方程组获取局部放电信号的波达方向。
假定局放源的位置矢量为坐标为(x,y)，第i个天线的位置矢量为坐标为(xi,yi)，则天线i与局放源之间的距离为
两天线之间的估计时差为tn(n为不同次数，取值1、2、3、4、5)。视距模型下时差方程为
dij＝Di-Dj＝c(tn+eij)
式中，c为电磁波在空气中的传播速度，即光速；eij为时差误差。分别代入t1、t2、t3、t4、t5，求解上述超定方程组，并最终通过几何关系得到局部放电的来波方向。其几何意义为，对于每一个位置下的时差，可求解出一个抛物面，放电源的位置为多个抛物面的交点。由于多个抛物面交点可能并不一致，选取其概率最大的位置为其最终放电源位置。
本发明作为一种新型的战域局部放电定位方法，可以仅使用两个天线即实现站域局部放电的定位，大大减轻了信号采集设备的压力，为实现检测设备的小型化提供了新的方法。
上述实施例为本发明较佳的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的说明书内容与原理下所作的等效变化和修饰，都包含在本发明的涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种新型的站域局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，使用双天线阵列接收站域局部放电特高频信号；
步骤2，利用累积能量函数法确定天线的波达时刻，计算局放信号到达两天线的时差；
步骤3，控制旋转双天线阵列，持续接收局部放电发射的特高频信号；
步骤4，获取多个旋转角度下的天线阵列接收到局部放电的信号时差；
步骤5，求解方程组获取局部放电信号的波达方向。
2.根据权利要求1所述的一种新型的站域局部放电定位方法，其特征在于，使用双天线阵列能够围绕中心点自由旋转。
3.根据权利要求1所述的一种新型的站域局部放电定位方法，其特征在于，天线的接收带宽为300MHz到1GHz。
4.根据权利要求1所述的一种新型的站域局部放电定位方法，其特征在于，局部放电特高频信号为局部放电的特高频波形信号。
5.根据权利要求1所述的一种新型的站域局部放电定位方法，其特征在于，采集多次局放信号，抛弃异常值，求取均值，确定最终时差。
6.根据权利要求1所述的一种新型的站域局部放电定位方法，其特征在于，采用步进电机，精确控制双天线阵列每个角度测量后，再次旋转5度后继续测量。
7.根据权利要求1所述的一种新型的站域局部放电定位方法，其特征在于，获取至少3个旋转角度下的天线阵列接收到局部放电的信号时差。
8.根据权利要求1所述的一种新型的站域局部放电定位方法，其特征在于，使用最大概率法求取局部放电的来波方向。
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