CN111175614A - 一种局部放电采集定位方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电气设备局部放电技术领域，具体涉及一种局部放电采集定位方法、装置及系统。该方法首先在电力设备上设置两个以上的采样位置，每个采样位置上均采集一种以上的检测信号；根据所述检测信号，判断是否发生了局部放电：若判断发生了局部放电，则根据局部放电发生时的检测信号对首波信号进行提取；提取首波信号的频域信息，并确定首波信号的频域信息中的最大信号量所对应的频率；在各个采集位置上进行同步采集：以所述频率的X倍为采样频率对应的检测信号进行重采样，以根据重采样的信号定位局部放电位置。本发明以发生局部放电时的首波信号的频域信息中的最大信号量所对应的频率进行重采样，采样精度较高，将使局部放电位置定位较准。

Description

一种局部放电采集定位方法、装置及系统
技术领域
本发明属于电气设备局部放电技术领域，具体涉及一种局部放电采集定位方法、装置及系统
背景技术
随着社会经济的发展和人民生活的日益改善，对电力的依赖程度越来越高。封闭式气体组合电器因其占地小、良好的绝缘性能在电网中得到广泛应用。同时，对电力系统稳定性的要求也越来越高，对于封闭式气体组合电器由于其封闭的结构特点，一旦发生事故后将会很严重，其绝缘情况是否良好关系到电网稳定。
局部放电通常被认为是绝缘事故的前兆，局部放电的出现一般说明该电器存在工艺安装、制造精细、加工、甚至设计方面存在缺陷。因此，尽早发现并及时处理意义重大。
起初，我国电力设备局部放电检测以人工电气巡检为主，随着电力设备数量的增多，依旧使用该方法显然并不现实。现有技术中，可采用不同的信号来进行局部放电的检测。例如，授权公告号为CN106154125B的中国发明专利公开了一种磁启动局部放电无线检测方法与装置，该装置中的前端采集装置能够采集监控点的超声信号、电信号和红外信号，并对采集的多种信息进行综合评判，输出局部放电检测的结果。在判断发生局部放电后，常常需要进行精确定位以确定具体的局部放电位置。若直接依据上述采集的信号，采样精度较低，致使局部放电位置定位不准。
发明内容
本发明提供了一种局部放电采集定位方法、装置及系统，用以解决现有技术中采样精度低致使局部放电位置定位不准的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案和有益效果为：
本发明的一种局部放电采集定位方法，包括如下步骤：
1)在电力设备上设置两个以上的采样位置，每个采样位置上均采集一种以上的检测信号；
2)根据所述检测信号，判断是否发生了局部放电：若判断发生了局部放电，则根据局部放电发生时的检测信号对首波信号进行提取；
3)提取首波信号的频域信息，并确定首波信号的频域信息中的最大信号量所对应的频率；
4)在各个采集位置上进行同步采集：以所述频率的X倍为采样频率对应的检测信号进行重采样，以根据重采样的信号定位局部放电位置；其中，X≥4。
本发明的一种局部放电采集定位装置，包括放电信号采集模块、处理器、通讯模块和供电模块；所述放电信号采集模块用于：在电力设备的采样位置采集一种以上的检测信号；所述处理器用于：根据所述检测信号，判断是否发生了局部放电：若判断发生了局部放电，则根据局部放电发生时的检测信号对首波信号进行提取；提取首波信号的频域信息，并确定首波信号的频域信息中的最大信号量所对应的频率；以所述频率的X倍作为采样频率使放电信号采集模块对对应的检测信号进行重采样，以根据重采样的信号首波峰值时间差定位局部放电位置；所述通讯模块用于：发送固定频率信号给其他局部放电采集装置，以使各个采集位置上进行同步采集，并使其他局部放电采集装置以所述频率的X倍为采样频率对对应的检测信号进行重采样；所述供电模块供电连接所述放电信号采集模块、处理器和通讯模块；其中，X≥4。
本发明的一种局部放电采集定位系统，包括主机和至少一个从机；
所述主机包括主放电信号采集模块、主处理器、主通讯模块和主供电模块；所述主放电信号采集模块用于：在电力设备的采样位置采集一种以上的检测信号；所述主处理器用于：根据所述检测信号，判断是否发生了局部放电：若判断发生了局部放电，则根据局部放电发生时的检测信号对首波信号进行提取；提取首波信号的频域信息，并确定首波信号的频域信息中的最大信号量所对应的频率；以所述频率的X倍作为采样频率使主放电信号采集模块对对应的检测信号进行重采样，以根据重采样的信号定位局部放电位置；所述主通讯模块用于：发送所述频率给从机，以使各个采集位置上进行同步采集，并使从机以所述频率为采样频率对应的检测信号进行重采样；所述主供电模块供电连接所述主放电信号采集模块、主处理器和主通讯模块；
所述从机包括从放电信号采集模块、从处理器、从通讯模块和从供电模块；所述从通讯模块用于：接收主机发送的频率，并发送给从处理器；所述从处理器用于：并以所述频率的X倍作为采样频率使从放电信号采集模块对对应的检测信号进行重采样；所述从放电信号采集模块用于：在电力设备的采样位置采集一种以上的检测信号；所述从供电模块供电连接所述从放电信号采集模块、从处理器和从通讯模块；其中，X≥4；。
其有益效果：本发明在判断发生局部放电时，提取发生局部放电时的检测信号的首部信号，对该首波信号的频域信息进行提取以找到频域信息中的最大信号量所对应的频率，并在各个采集位置上进行同步采集，以该频率的X倍为采样频率对对应的检测信号进行重采样，以根据重采样的信号定位局部放电位置。本发明以发生局部放电时的首波信号的频域信息中的最大信号量所对应的频率的X倍进行重采样，采样精度较高，将使局部放电位置定位较准。
作为方法的进一步改进，为了防止信号干扰提高局部放电检测的准确性，步骤2)中，若各种检测信号均满足对应的局放发生条件，则判断发生局部放电。
作为方法的进一步改进，为了提高局部放电检测的准确性，所述检测信号包括高频电流、特高频电磁波、超声波中的至少两种。
作为装置的进一步改进，为了防止信号干扰提高局部放电检测的准确性，所述处理器还用于：若各种检测信号均满足对应的局放发生条件，则判断发生局部放电。
作为装置的进一步改进，为了提高局部放电检测的准确性，所述放电信号采集模块包括高频电流信号采集单元、特高频电磁波信号采集单元、超声波信号采集单元中的至少两个。
作为装置的进一步改进，为了对采集的信号进行预处理以提高局部放电检测的准确性，该装置还包括信号调理模块，设置在所述放电信号采集模块和所述处理器之间，以对放电信号采集模块采集的信号进行滤波或放大处理。
作为系统的进一步改进，为了防止信号干扰提高局部放电检测的准确性，所述主处理器还用于：若各种检测信号均满足对应的局放发生条件，则判断发生局部放电。
作为系统的进一步改进，为了提高局部放电检测的准确性，所述主放电信号采集模块和从放电信号采集模块包括高频电流信号采集单元、特高频电磁波信号采集单元、超声波信号采集单元中的至少两个。
附图说明
图1是本发明的局部放电采集定位装置的结构图；
图2是本发明的中心可调滤波器的电路图；
图3是本发明的检波器的电路图；
图4是本发明的超声波滤波器的电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。
系统实施例：
该实施案例提供了一种局部放电采集定位系统，该系统包括多个局部放电定位确定装置，以分别对不同的采样位置进行信号的采集与局部放电位置的判断。为了减少干扰，各个采样位置之间保持一定的距离，以确保在发生局部放电(下简称局放)时，所产生的磁场不会对其他采样位置上的局部放电采集定位装置产生干扰与误判。可在允许的情况下适当多布置一些采集位置，以通过不同点检测数据的对比，实现快速粗略定位，为下一步精度定位提供依据。
每个局部放电采集装置的结构如图1所示。为了实现局部放电采集定位方法，定义其中一个局部放电采集装置为主局部放电采集装置(简称主机)，其余的为从局部放电采集装置(简称从机)。各个局部放电采集装置均包括供电模块、放电信号采集模块、信号调理模块、处理器和通讯模块。
由于发生局部放电时伴随着不同频段的特征信号，例如，对于组合电器，其内部局部放电信号的超声波信号主要为谐振频率为40kHz的脉冲信号，局部放电时通常会在接地引线上产生1MHz～30MHz的高频电流信号，同时会以电磁波的形式向外发射300MHz～1500MHz的电磁波信号，故该装置中放电信号采集模块包括高频电流信号采集单元、特高频电磁波信号采集单元和超声波信号采集单元。主机和从机中放电信号采集模块设置在不同的采样位置上。高频电流信号采集单元选用镍芯材料作为磁芯的高频电流传感器设置在组合电器接地引线上，通过罗哥夫斯基线圈耦合原理，进行脉冲电流的测量；特高频电磁波信号采集单元选用特高频传感器，由于组合电器的结构形式为金属屏蔽，故设置在盆式绝缘子处或者玻璃观察窗处进行电磁波信号的测量；超声波信号采集单元采用超声波传感器即可。对于其他的电力设备，由于其结构形式与组合电器不同，可选用不同传感器以实现局部放电信号的测量。该处的放电信号采集模块均采用无线传感器，以实现无线自组网模式，实现与电气设备的物理隔离，不存在安全隐患。
放电信号采集模块将采集的信号经过信号调理模块，发送给处理器，供处理器分析处理。信号调理模块包括超声波滤波器、检波器和中心频率可调滤波器。其中，超声波滤波器是对超声波信号进行30kHz～70kHz放大滤波处理，如图4所示；检波器是对特高频电磁波信号进行频谱搬移工作，起到降频的作用，从而得到低频的特高频电磁波信号，做到幅度和相位信息不丢失，如图3所示；中心频率可调滤波器是通过中心频率可设的2M带宽带通滤波器进行高频局放信号的滤波，如图2所示。
处理器将经过信号调理模块处理过的信号进行区分，对初步判断的非局部放电信号进行剔除，将剔除后的信号存放到存储模块中。处理器可为CPU、ARM、FPGA等处理器。
通讯模块用于实现主机与从机之间的数据交互。这里的通讯模块为无线通讯模块，各个无线通讯模块具有自组网功能，可实现多台设备的网络自连接。若为主机，其设置为信号发射模式，若为从机，其设置为信号接收模式。
该装置中还设置有供电模块，为上述各个模块供电，保证该装置的正常稳定工作。
采用上述局部放电定位确定系统，便可实现一种局部放电采集定位方法，下面具体介绍该方法。
首先，主机通过其高频电流信号采集单元、特高频电磁波信号采集单元和超声波信号采集单元进行高频电流信号、特高频电磁波信号和超声波信号的采集，将采集的检测信号通过信号调理模块进行信号滤波或放大，发送给其处理器。
然后，处理器对采集的这三种信号的首波信号进行特征信息的提取，以得到信号的幅度、相位以及原始波形等信息。分别进行判断，判断是否满足对应的局放发生条件。为了防止信号的干扰、以及误报或者漏报现象，该处理器的处理逻辑为，只有当超声波信号具有50Hz或100Hz相关性，高频电流信号频域显示集中，且信号主要集中在交流电压的峰值附近，特高频信号幅度是背景信号2倍以上，且信号相位信息集中在交流电压的峰值附近才确定发生了局部放电，以进行各个信号的互相验证。这里的局放发生条件，可为信号的时域特征，也可将接收到的时域信号进行时频转换得到的频域特征、图谱特征等。
接着，处理器在判断发生了局部放电时，将提取各类检测信号的首波信号的频域信息，并确定首波信号的频域信息中的最大信号量所对应的频率，并将该频率的4倍以上确定为对应的新的采样频率，每一类检测信号均会有一个新的采样频率。该新的采样频率相比于起初的采样频率得到了提高，例如，特高频电磁波信号采集的频率将会提升至4GHz，高频电流信号采集的频率将会提升至200MHz，超声波信号采集的频率将会提升至20MHz。
此时，主机的处理器通过其通讯模块向各个从机发送同步采样命令，各个从机以收到的第一个方波上升沿(例如可为10ns/2V)作为触发采集命令，在进行参数同步配置后，各个从机均同步以上个步骤得到的新的采样频率进行信号的重新采集，从而根据重采样信号首波峰值时间差定位局部放电位置。在该实施例中，WiFi通信频段选择2.4GHz，即进行同步时的工作频带为2.4GHz，有效避开特高频电磁波局部放电的300MHz～1500MHz频段，避免产生干扰，影响检测效果。
两台从机接收重新采集的时间差为ΔTA1，各系统采集到的局放信号首波作为信号时间点，分别为检测系统脉冲差ΔTA，不同模块的信号传播速率分别为：超声波Va，高频电流Vh，特高频电磁波Vu，根据各从机之间的固定距离为L，实现采集同步功能，根据时域时延的方式进行定位计算功能，系统提供三种定位计算，其中X＝(L-V*(ΔTA-ΔTA1))/2，其中X为检测1#设备到局放发生位置的距离。
综上，该系统综合利用特高频电磁波、超声波、高频电流来进行局部放电的检测，可以相互验证，提升了测量准确性，且采用无线组网模式，抗干扰能力强，对于间歇性放电非常有效，可以进行长时间检测。同时，该系统中的各个局部放电采集定位装置的便携性强，便于现场快速布置。
装置实施例：
该实施例提供了一种局部放电采集定位装置，该装置即为系统实施例中的主机，由于在系统实施例中对该装置进行了详细介绍，这里不再赘述。
方法实施例：
该实施例提供了一种局部放电采集定位方法，在系统实施例中已对该方法进行了详细介绍，这里不再赘述。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种局部放电采集定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在电力设备上设置两个以上的采样位置，每个采样位置上均采集一种以上的检测信号；
2)根据所述检测信号，判断是否发生了局部放电：若判断发生了局部放电，则根据局部放电发生时的检测信号对首波信号进行提取；
3)提取首波信号的频域信息，并确定首波信号的频域信息中的最大信号量所对应的频率；
4)在各个采集位置上进行同步采集：以所述频率的X倍为采样频率对对应的检测信号进行重采样，以根据重采样的信号定位局部放电位置；其中，X≥4。
2.根据权利要求1所述的局部放电采集定位方法，其特征在于，步骤2)中，若各种检测信号均满足对应的局放发生条件，则判断发生局部放电。
3.根据权利要求1或2所述的局部放电采集定位方法，其特征在于，所述检测信号包括高频电流、特高频电磁波、超声波中的至少两种。
4.一种局部放电采集定位装置，其特征在于，包括放电信号采集模块、处理器、通讯模块和供电模块；
所述放电信号采集模块用于：在电力设备的采样位置采集一种以上的检测信号；
所述处理器用于：根据所述检测信号，判断是否发生了局部放电：若判断发生了局部放电，则根据局部放电发生时的检测信号对首波信号进行提取；提取首波信号的频域信息，并确定首波信号的频域信息中的最大信号量所对应的频率；以所述频率的X倍作为采样频率使放电信号采集模块对应的检测信号进行重采样，以根据重采样的信号定位局部放电位置；
所述通讯模块用于：发送固定频率信号给其他局部放电采集装置，以使各个采集位置上进行同步采集，并使其他局部放电采集装置以所述频率的X倍为采样频率对应的检测信号进行重采样；
所述供电模块供电连接所述放电信号采集模块、处理器和通讯模块；
其中，X≥4。
5.根据权利要求4所述的局部放电采集定位装置，其特征在于，所述处理器还用于，若各种检测信号均满足对应的局放发生条件，则判断发生局部放电。
6.根据权利要求4或5所述的局部放电采集定位装置，其特征在于，所述放电信号采集模块包括高频电流信号采集单元、特高频电磁波信号采集单元、超声波信号采集单元中的至少两个。
7.根据权利要求4或5所述的局部放电采集定位装置，其特征在于，该装置还包括信号调理模块，设置在所述放电信号采集模块和所述处理器之间，以对放电信号采集模块采集的信号进行滤波或放大处理。
8.一种局部放电采集定位系统，其特征在于，包括主机和至少一个从机；
所述主机包括主放电信号采集模块、主处理器、主通讯模块和主供电模块；
所述主放电信号采集模块用于：在电力设备的采样位置采集一种以上的检测信号；
所述主处理器用于：根据所述检测信号，判断是否发生了局部放电：若判断发生了局部放电，则根据局部放电发生时的检测信号对首波信号进行提取；提取首波信号的频域信息，并确定首波信号的频域信息中的最大信号量所对应的频率；以所述频率的X倍作为采样频率使主放电信号采集模块对应的检测信号进行重采样，以根据重采样的信号定位局部放电位置；
所述主通讯模块用于：发送固定频率信号给从机，以使各个采集位置上进行同步采集，并使从机以所述频率的X倍为采样频率对对应的检测信号进行重采样；
所述主供电模块供电连接所述主放电信号采集模块、主处理器和主通讯模块；
所述从机包括从放电信号采集模块、从处理器、从通讯模块和从供电模块；
所述从通讯模块用于：接收主机发送的频率，并发送给从处理器；
所述从处理器用于：并以所述频率的X倍作为采样频率使从放电信号采集模块对对应的检测信号进行重采样；
所述从放电信号采集模块用于：在电力设备的采样位置采集一种以上的检测信号；
所述从供电模块供电连接所述从放电信号采集模块、从处理器和从通讯模块；
其中，X≥4。
9.根据权利要求8所述的局部放电采集定位系统，其特征在于，所述主处理器还用于：若各种检测信号均满足对应的局放发生条件，则判断发生局部放电。
10.根据权利要求8或9所述的局部放电采集定位系统，其特征在于，所述主放电信号采集模块和从放电信号采集模块包括高频电流信号采集单元、特高频电磁波信号采集单元、超声波信号采集单元中的至少两个。
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