CN110673000A - 一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法及装置，测量同一间隔内若干个同相电流互感器接地铜排高频电流信号，对测量的高频电流信号两两组合，进行差分处理；对差分处理后的高频电流数字序列进行小波去噪处理，采用波形比对分析方法，从小波处理后的高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用差分处理前局部放电信号的极性、差分处理造成的局部放电信号幅值变化识别缺陷电流互感器；测量相同间隔内同相任一台电流互感器接地铜排工频接地电流信号，利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型。本发明能够实现运行中电流互感器内部放电性缺陷的检测，解决了传统方法需改造互感器末屏结构、抗干扰能力差、影响互感器运行安全等缺陷，具有操作简便、效率高等特点。

Description

一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法及装置，属于高电压技术领域。

背景技术

油浸式电流互感器结构简单、制造成本低、电气性能好等优点，在电网中广泛应用。但是，从油浸式电流互感器运行情况来看，一旦故障未及时发现并处理，大概率着火爆炸，不仅造成本身损毁，还损坏变电站其他邻近设备，给电网运行的安全性，可靠性带来巨大威胁。对于油浸式电流互感器，主要检查手段包括巡视检查、带电检测、停电试验三种，检查项目主要包括油位观察、温度分布测量、带电相对介损/电容量测量、停电电容量/介损测量等。这些检查项目存在一定的时间间隔，无法对电流互感器状态实时监测，而且对于早期缺陷难以反映。而且，相对介损/电容量需要改造互感器末屏结构，对末屏接地线加装电流传感器，存在抗干扰能力差、影响互感器运行安全等问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法及装置。

本发明的技术方案为：一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法，包括步骤：

步骤1，测量同一间隔内若干个同相电流互感器接地铜排高频电流信号，对测量的高频电流信号两两组合，进行差分处理；

步骤2，对差分处理后的高频电流数字序列进行小波去噪处理，采用波形比对分析方法，从小波处理后的高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用差分前局部放电的极性、差分前后局部放电脉冲的幅值变化识别缺陷电流互感器；

步骤3，测量相同间隔内同相任一台电流互感器接地铜排工频接地电流信号，利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型。

进一步的，电流互感器接地铜排高频电流信号采用穿芯式高频电流传感器进行测量。

进一步的，所述小波去噪处理中的小波基函数选取db4。

进一步的，所述采用波形比对分析方法，从小波处理后的高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用差分前局部放电的极性、差分前后局部放电脉冲的幅值变化识别缺陷电流互感器，具体为：

建立若干个典型局部放电波形；

采用动态滑动窗口的方法，窗口中数据为N，将小波去噪后C_n ²个高频电流数据序列窗口内的数据，分别与若干个典型局部放电波形进行Pearson相关系数P(x,y)计算，分析相似性：

其中，n为同相电流互感器的个数，局部放电波形采样点的个数为N，i＝1,2,…N，j＝1,2…,N；x_i、x_j分别表示经小波去噪处理后的高频电流序列窗口中第i、j个数据值；y_i、y_j分别表示典型局部放电波形采样点中第i、j个数据值；

若有P(x,y)>0.3或P(x,y)<-0.3，则判断小波去噪处理后的窗口中的数据为局部放电信号，筛选出具有局部放电信号高频电流数字序列，分析具有局部放电信号的差分处理后高频电流数字序列以及对应的差分处理前高频电流数字序列，局部放电信号对应的窗口内，局部放电信号极性相反、差分处理使高频电流信号幅值增加的序列对应的电流互感器为缺陷电流互感器。

进一步的，所述建立若干个典型局部放电波形，具体为：

建立单指数衰减、双指数衰减、单指数衰减振荡、双指数衰减振荡表征的四种典型局部放电波形，用函数f(t)表示：

单指数衰减形式的局部放电对应函数：f₁(t)＝Ae^-t/τ

双指数衰减形式的局部放电对应函数：f₂(t)＝A(e^-1.3t/τ-e^-2.2t/τ)

单指数衰减振荡形式的局部放电对应函数：f₃(t)＝Ae^-t/τsin(f_c×2πt)

双指数衰减振荡形式的局部放电对应函数：

f₄(t)＝A(e^-1.3t/τ-e^-2.2t/τ)sin(f_c×2πt)

式中，A为信号幅值；τ为衰减系数；f_c为振荡频率；t为时间。

进一步的，电流互感器接地电流信号采用穿芯式接地电流传感器进行测量。

进一步的，所述利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型，具体为：

将接地电流信号相位滞后90°作为电压信号相位信息，建立局部放电脉冲信号与电压信号相位之间的关系；若正负半周内局部放电相似，局部放电脉冲信号在第一、二、三、四象限均有出现，判断为气泡放电；若局部放电脉冲信号主要集中在电压峰值处，判断为尖端放电；若局部放电脉冲信号在正负任一半周出现大而稀、另一半周小而密的情况，判断为沿面放电。

一种油浸式电流互感器局部放电在线监测装置，其特征在于：包括：

测量及差分处理模块，用于测量同一间隔内若干个同相电流互感器接地铜排高频电流信号，对测量的高频电流信号两两组合，进行差分处理；

识别缺陷电流互感器模块，用于对差分处理后的高频电流数字序列进行小波去噪处理，采用波形比对分析方法，从小波处理后的高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用局部放电脉冲极性、幅值变化识别缺陷电流互感器；

放电类型分析模块，用于测量相同间隔内同相任一台电流互感器接地铜排工频接地电流信号，利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型。

进一步的，所述采用波形比对分析方法，从小波处理后的高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用局部放电脉冲极性、幅值变化识别缺陷电流互感器，具体为：

建立若干个典型局部放电波形；

采用动态滑动窗口的方法，窗口中数据为N，将小波去噪后C_n ²个高频电流数据序列窗口内的数据，分别与若干个典型局部放电波形进行Pearson相关系数P(x,y)计算，分析相似性：

其中，n为同相电流互感器的个数，局部放电波形采样点的个数为N，i＝1,2,…N，j＝1,2…,N；x_i、x_j分别表示经小波去噪处理后的高频电流序列窗口中第i、j个数据值；y_i、y_j分别表示典型局部放电波形采样点中第i、j个数据值；

若有P(x,y)>0.3或P(x,y)<-0.3，则判断小波去噪处理后的窗口中的数据为局部放电信号，筛选出具有局部放电信号的高频电流数字序列，分析具有局部放电信号的差分处理后高频电流数字序列以及对应的差分处理前高频电流数字序列，局部放电信号对应的窗口内，局部放电脉冲极性相反、差分处理使高频电流信号幅值增加的序列对应的电流互感器为缺陷电流互感器。

进一步的，所述利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型，具体为：

将接地电流信号相位滞后90°作为电压信号相位信息，建立局部放电脉冲信号与电压信号相位之间的关系；若正负半周内局部放电相似，局部放电脉冲信号在第一、二、三、四象限均有出现，判断为气泡放电；若局部放电脉冲信号主要集中在电压峰值处，判断为尖端放电；若局部放电脉冲信号在正负任一半周出现大而稀、另一半周小而密的情况，判断为沿面放电。

本发明所达到的有益效果：

本发明为油浸式电流互感器运行状态监测提供了一种手段，通过在接地铜排处加装高频电流传感器，并从中提取有效信息对电流互感器内部放电缺陷进行识别；

本发明能够实现运行中电流互感器内部放电性缺陷的检测，解决了传统方法需改造互感器末屏结构、抗干扰能力差、影响互感器运行安全等缺陷，具有操作简便、效率高等特点。

本发明能够显著提高电流互感器缺陷检测灵敏度及时效性，具有巨大的社会经济效益。

附图说明：

图1是油浸式电流互感器局部放电在线监测示意图；

图2是高频电流差分信号小波去噪流程示意图；

图3是气泡放电典型图谱；

图4是尖端放电典型图谱；

图5是沿面放电典型图谱。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法，包括以下步骤：

步骤1，测量同一间隔内n个同相电流互感器接地铜排高频电流信号，对测量的n个高频电流信号两两组合，进行差分处理，降低背景干扰；

电流互感器接地铜排高频电流信号采用穿芯式高频电流传感器进行测量；

在同间隔、同相电流互感器接地铜排处加装穿芯式高频电流传感器，测量高频电流，测量信号频率100k～30MHz。

假设测量n台(n≥3)电流互感器接地铜排高频电流信号，按照两两组合方式，对高频电流信号进行差分处理，得到C_n ²高频电流数字序列。

步骤2，对差分处理后的C_n ²个高频电流数字序列，进行小波去噪处理得到小波去燥后的C_n ²个高频电流数字序列；采用波形比对分析方法，从小波处理后的C_n ²个高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用局部放电脉冲幅值变化识别缺陷电流互感器；

本发明中，小波基函数选取db4，分解级数选4，小波分解数如图2所示，其中，信号S＝a1+d1＝a2+d2+d1＝……＝a4+d4+d3+d2+d1，D1、D2、D3、D4分别为第一、二、三、四层分解得到的高频信号，A1为对信号S分解得到的低频信号，A2为对A1信号分解得到的低频信号，A3为对A2信号分解得到的低频信号，A4为对A3信号分解得到的低频信号。

建立单指数衰减、双指数衰减、单指数衰减振荡、双指数衰减振荡表征的四种典型局部放电波形，用函数f(t)表示。

单指数衰减形式的局部放电对应函数：f₁(t)＝Ae^-t/τ

双指数衰减形式的局部放电对应函数：f₂(t)＝A(e^-1.3t/τ-e^-2.2t/τ)

单指数衰减振荡形式的局部放电对应函数：f₃(t)＝Ae^-t/τsin(f_c×2πt)

双指数衰减振荡形式的局部放电对应函数：f₄(t)＝A(e^-1.3t/τ-e^-2.2t/τ)sin(f_c×2πt)

式中，A为信号幅值，设置为0.5mV；τ为衰减系数，设置为0.1μs；f_c为振荡频率，设置为1MHz；t为时间，取t＝0-0.7μs之间的典型局部放电波形信号。采用动态滑动窗口的方法，窗口中数据为N，窗口每次滑动N/2个数据。将小波去噪后C_n ²个高频电流数据序列窗口内的数据，分别与4种典型局部放电波形进行Pearson相关系数P(x,y)计算，分析相似性：

其中，检测频率100MHz，局部放电波形采样点的个数也为上文的窗口数据N，例如设置为70个，i＝1,2,…N，j＝1,2…,N；x_i、x_j分别表示经小波去噪处理后的高频电流序列窗口中第i、j个数据值；y_i、y_j分别表示典型局部放电波形采样点中第i、j个数据值。

若Pearson相关系数P(x,y)>0.3或P(x,y)<-0.3，判断小波去噪处理后的窗口中的数据为局部放电信号，筛选出具有局部放电信号的高频电流数字序列，分析具有局部放电信号的数字序列以及对应的差分处理前高频电流数字序列，局部放电信号对应的窗口内，局部放电极性相反、差分处理使高频电流信号幅值增加的序列对应的电流互感器为缺陷电流互感器。例如筛选出了6个数字序列，利用这个数字序列对应的差分处理前的4个数字序列，这四个序列中局部放电脉冲幅值分别为0.1mV、0.2mV、0.3mV、-0.3mV，差分处理能使信号增加的序列对应的电流互感器为缺陷电流互感器，也就是-0.3mV对应的电流互感器。

步骤3，测量相同间隔内任一台电流互感器接地铜排工频接地电流信号，利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型。

电流互感器接地电流信号采用穿芯式接地电流传感器进行测量。

在相同间隔内同相任意1台电流互感器的接地铜排处加装穿芯式接地电流互感器，测量工频接地电流信号。

将接地电流信号相位滞后90°作为电压信号相位信息，建立局部放电脉冲信号与电压信号相位之间的关系。若正负半周内局部放电相似，局部放电脉冲信号在第一、二、三、四象限均有出现，判断为气泡放电；若局部放电脉冲信号主要集中在电压峰值处，判断为尖端放电；若局部放电脉冲信号在正负任一半周出现大而稀、另一半周小而密的情况，判断为沿面放电。

本发明的油浸式电流互感器局部放电在线监测方法，为油浸式电流互感器运行状态监测提供了一种手段，通过在接地铜排处加装高频电流传感器，并从中提取有效信息对电流互感器内部放电缺陷进行识别。本发明的油浸式电流互感器局部放电在线监测方法首次实现运行中电流互感器内部放电性缺陷的检测，解决了传统方法需改造互感器末屏结构、抗干扰能力差、影响互感器运行安全等缺陷，具有操作简便、效率高等特点。本发明能够显著提高电流互感器缺陷检测灵敏度及时效性，具有巨大的社会经济效益。

实施例2：

一种油浸式电流互感器局部放电在线监测装置，包括：

测量及差分处理模块，用于测量同一间隔内n个同相电流互感器接地铜排高频电流信号，对测量的n个高频电流信号两两组合，进行差分处理，降低背景干扰；

识别缺陷电流互感器模块，用于对差分处理后的C_n ²个高频电流数字序列，进行小波去噪处理得到小波去燥后的C_n ²个高频电流数字序列；采用波形比对分析方法，从小波处理后的C_n ²个高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用局部放电脉冲极性识别缺陷电流互感器；

放电类型分析模块，用于测量相同间隔内同相任一台电流互感器接地铜排工频接地电流信号，利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型。

采用波形比对分析方法，从小波处理后的高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用局部放电脉冲极性识别缺陷电流互感器，具体为：

建立若干个典型局部放电波形；

采用动态滑动窗口的方法，窗口中数据为N，将小波去噪后C_n ²个高频电流数据序列窗口内的数据，分别与若干个典型局部放电波形进行Pearson相关系数P(x,y)计算，分析相似性：

其中，n为同相电流互感器的个数，局部放电波形采样点的个数为N，i＝1,2,…N，j＝1,2…,N；x_i、x_j分别表示经小波去噪处理后的高频电流序列窗口中第i、j个数据值；y_i、y_j分别表示典型局部放电波形采样点中第i、j个数据值；

若有P(x,y)>0.3或P(x,y)<-0.3，则判断小波去噪处理后的窗口中的数据为局部放电信号，筛选出具有局部放电信号的高频电流数字序列，分析具有局部放电信号的差分处理后高频电流数字序列以及对应的差分处理前高频电流数字序列，局部放电信号对应的窗口内，局部放电信号极性相反、差分处理使高频电流信号幅值增加的序列对应的电流互感器为缺陷电流互感器。

利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型，具体为：

将接地电流信号相位滞后90°作为电压信号相位信息，建立局部放电脉冲信号与电压信号相位之间的关系；若正负半周内局部放电相似，局部放电脉冲信号在第一、二、三、四象限均有出现，判断为气泡放电；若局部放电脉冲信号主要集中在电压峰值处，判断为尖端放电；若局部放电脉冲信号在正负任一半周出现大而稀、另一半周小而密的情况，判断为沿面放电。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法，其特征在于：包括步骤：

步骤1，测量同一间隔内若干个同相电流互感器接地铜排高频电流信号，对测量的高频电流信号两两组合，进行差分处理；

步骤2，对差分处理后的高频电流数字序列进行小波去噪处理，采用波形比对分析方法，从小波处理后的高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用差分前局部放电的极性、差分前后局部放电脉冲的幅值变化识别缺陷电流互感器；

步骤3，测量相同间隔内同相任一台电流互感器接地铜排工频接地电流信号，利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型。

2.根据权利要求1所述的一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法，其特征在于：电流互感器接地铜排高频电流信号采用穿芯式高频电流传感器进行测量。

3.根据权利要求1所述的一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法，其特征在于：所述小波去噪处理中的小波基函数选取db4。

4.根据权利要求1所述的一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法，其特征在于：所述采用波形比对分析方法，从小波处理后的高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用差分前局部放电的极性、差分前后局部放电脉冲的幅值变化识别缺陷电流互感器，具体为：

建立若干个典型局部放电波形；

采用动态滑动窗口的方法，窗口中数据为N，将小波去噪后C_n ²个高频电流数据序列窗口内的数据，分别与若干个典型局部放电波形进行Pearson相关系数P(x,y)计算，分析相似性：

其中，n为同相电流互感器的个数，局部放电波形采样点的个数为N，i＝1,2,…N，j＝1,2…,N；x_i、x_j分别表示经小波去噪处理后的高频电流序列窗口中第i、j个数据值；y_i、y_j分别表示典型局部放电波形采样点中第i、j个数据值；

若有P(x,y)>0.3或P(x,y)<-0.3，则判断小波去噪处理后的窗口中的数据为局部放电信号，筛选出具有局部放电信号高频电流数字序列，分析具有局部放电信号的差分处理后高频电流数字序列以及对应的差分处理前高频电流数字序列，局部放电信号对应的窗口内，局部放电信号极性相反、差分处理使高频电流信号幅值增加的序列对应的电流互感器为缺陷电流互感器。

5.根据权利要求4所述的一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法，其特征在于：所述建立若干个典型局部放电波形，具体为：

建立单指数衰减、双指数衰减、单指数衰减振荡、双指数衰减振荡表征的四种典型局部放电波形，用函数f(t)表示：

单指数衰减形式的局部放电对应函数：f₁(t)＝Ae^-t/τ

双指数衰减形式的局部放电对应函数：f₂(t)＝A(e^-1.3t/τ-e^-2.2t/τ)

单指数衰减振荡形式的局部放电对应函数：f₃(t)＝Ae^-t/τsin(f_c×2πt)

双指数衰减振荡形式的局部放电对应函数：f₄(t)＝A(e^-1.3t/τ-e^-2.2t/τ)sin(f_c×2πt)

式中，A为信号幅值；τ为衰减系数；f_c为振荡频率；t为时间。

6.根据权利要求1所述的一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法，其特征在于：电流互感器接地电流信号采用穿芯式接地电流传感器进行测量。

7.根据权利要求1所述的一种油浸式电流互感器局部放电在线监测方法，其特征在于：所述利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型，具体为：

将接地电流信号相位滞后90°作为电压信号相位信息，建立局部放电脉冲信号与电压信号相位之间的关系；若正负半周内局部放电相似，局部放电脉冲信号在第一、二、三、四象限均有出现，判断为气泡放电；若局部放电脉冲信号主要集中在电压峰值处，判断为尖端放电；若局部放电脉冲信号在正负任一半周出现大而稀、另一半周小而密的情况，判断为沿面放电。

8.一种油浸式电流互感器局部放电在线监测装置，其特征在于：包括：

测量及差分处理模块，用于测量同一间隔内若干个同相电流互感器接地铜排高频电流信号，对测量的高频电流信号两两组合，进行差分处理；

识别缺陷电流互感器模块，用于对差分处理后的高频电流数字序列进行小波去噪处理，采用波形比对分析方法，从小波处理后的高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用局部放电脉冲极性、幅值变化识别缺陷电流互感器；

放电类型分析模块，用于测量相同间隔内同相任一台电流互感器接地铜排工频接地电流信号，利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型。

9.根据权利要求8所述的一种油浸式电流互感器局部放电在线监测装置，其特征在于：所述采用波形比对分析方法，从小波处理后的高频电流数字序列中提取局部放电脉冲信号，并利用局部放电脉冲极性、幅值变化识别缺陷电流互感器，具体为：

建立若干个典型局部放电波形；

采用动态滑动窗口的方法，窗口中数据为N，将小波去噪后C_n ²个高频电流数据序列窗口内的数据，分别与若干个典型局部放电波形进行Pearson相关系数P(x,y)计算，分析相似性：

其中，n为同相电流互感器的个数，局部放电波形采样点的个数为N，i＝1,2,…N，j＝1,2…,N；x_i、x_j分别表示经小波去噪处理后的高频电流序列窗口中第i、j个数据值；y_i、y_j分别表示典型局部放电波形采样点中第i、j个数据值；

若有P(x,y)>0.3或P(x,y)<-0.3，则判断小波去噪处理后的窗口中的数据为局部放电信号，筛选出具有局部放电信号的高频电流数字序列，分析具有局部放电信号的差分处理后高频电流数字序列以及对应的差分处理前高频电流数字序列，局部放电信号对应的窗口内，局部放电脉冲极性相反、差分处理使高频电流信号幅值增加的序列对应的电流互感器为缺陷电流互感器。

10.根据权利要求8所述的一种油浸式电流互感器局部放电在线监测装置，其特征在于：所述利用局部放电信号与接地电流信号之间的相位特征分析放电类型，具体为：

将接地电流信号相位滞后90°作为电压信号相位信息，建立局部放电脉冲信号与电压信号相位之间的关系；若正负半周内局部放电相似，局部放电脉冲信号在第一、二、三、四象限均有出现，判断为气泡放电；若局部放电脉冲信号主要集中在电压峰值处，判断为尖端放电；若局部放电脉冲信号在正负任一半周出现大而稀、另一半周小而密的情况，判断为沿面放电。

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