CN112505500A - 基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法，属于局部放电检测技术领域。该方法首先对单次局部放电超高频电磁波信号进行波形采样并提取相关特征；其次对采样的局放波形进行特征分析，建立超高频检测局放量的计算模型，获取单次局放量的相对数值；然后统计检测时间窗口内局部放电的发生次数和检测时间窗口内局部放电量的平均值；再综合局部放电平均值与局部放电频次的统计数值，采用加权归一化方式分析获取局部放电严重程度的评估数值；最后根据局部放电严重程度的评估数值，判定严重等级。本发明能够真实、可靠反映设备局部放电的实际状况，以达到指导高压电力设备局部放电带电检测运维的预知性状态检修的目的。

Description

基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法

技术领域

本发明属于局部放电检测技术领域，涉及一种局部放电严重程度评估方法，具体涉及一种基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法。

背景技术

高压电力设备在长期运行中必然存在由于电、热、化学因素导致绝缘缺陷，电气绝缘强度降低，出现局部放电现象，甚至发生突发性绝缘击穿。由于高压电力设备的运行安全隐患是一个由渐变到质变的过程，只有对其局部放情况进行定期带电检测，并进行严重程度的评估，才能够真实、可靠反映设备的实际运行情况。

对于局部放电的严重程度进行评估是一个涉及多目标决策的问题，需要考虑不同特征参数之间关联，提取局放特征参数进行分析评估。虽然目前基于超声和暂态地电压检测方式的局放严重程度评估方法相对比较成熟。然而由于超声波和暂态低电压检测手段在着路径依赖、衰减大、抗干扰能力差的问题，超高频检测技术因其灵敏度高、抗干扰强的优势开始在电力设备的局放检测中得到越来越多的应用，它是通过对局部放电瞬态脉所产生的电磁波信号进行捕获和特征提取，来分析判断局放的相关信息。由于该电磁波信号的瞬态性、频带范围宽、动态范围大等特点，对其信号波形进行提取后，如何合理分析评估局部放电的严重程度一直以来是一个难点。

为此，迫切需要寻求合适的基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法，使其能够较好地反映局部放电的严重特征，并进行特征的量化评估，从而能够真实、可靠反映设备局部放电的实际状况，以达到指导高压电力设备局部放电带电检测运维的预知性状态检修的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法，能够较好地反映局部放电的严重特征，并进行特征的量化评估，从而能够真实、可靠反映设备局部放电的实际状况，以达到指导高压电力设备局部放电带电检测运维的预知性状态检修的目的，评估计算方法简单、有效。

一种基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法，包括如下步骤：

步骤1，对单次局部放电超高频电磁波信号进行波形采样并提取相关特征；

步骤2，对采样的局放波形进行特征分析，建立超高频检测局放量的计算模型，获取单次局放量的相对数值；

步骤3，统计检测时间窗口内局部放电的发生次数(也即频次)；

步骤4，统计检测时间窗口内局部放电量的平均值；

步骤5，综合局部放电平均值与局部放电频次的统计数值，采用加权归一化方式分析获取局部放电严重程度的评估数值；

步骤6，根据局部放电严重程度的评估数值，判定严重等级。

进一步地，所述步骤1中提取的相关特征为局放脉冲信号的包络波形特征，并获得该包络波形各采样点的幅值，记为：

A＝(A₁,A₂,A₃,…,A_n)

其中，A_i为包络波形上第i个采样点的幅值，系统采样率已知，设采样时间间隔为Δt，也即相邻两个采样点的时间为Δt。

进一步地，所述步骤2中获取单次局放量的相对数值的过程如下：

(1)通过计算相邻两个采样点间隔Δt内的局放幅值包络所围面积，作为改时间窗口内局放量数值；

S_i＝A_i·Δt (1)

(2)按照时间序列依次累加局放采样波形所有时间窗口内的局放量数值，该次的局放总量；

其中，E^j表示该次(第j次局部放电发生事件)的局放总量；m表示该次局部放电信号波形中采样点数，也即该次局放采样波形的时间窗口总数；

(3)按照对数关系获取单次完整的局放量相对数值。

其中，

表示该次(第j次局部放电发生事件)的局放量相对数值。

进一步地，所述步骤3中局部放电的发生次数记为N_PD。

进一步地，所述步骤4中检测时间窗口内局部放电量

的平均值表达式为：

进一步地，所述步骤5获取局部放电严重程度的评估数值的过程如下：

(1)为检测时间窗口内局部放电量的平均值及局放频次这两个物理量分配严重程度影响权重因子，分别是α和β；

(2)将局部放电严重程度与局部放电的频次及局部放电量平均值相关联，对局部放电量的平均值及局放频次进行加权乘积运算，得到表征局放严重程度的分析量值，记为：

其中，D为表征局放严重程度分析量值；

(3)对表征局放严重程度分析量值进行归一化处理，得到局部放电严重程度的评估数值，记为：

其中，Deg_PD为部放电严重程度的评估数值；η为归一化因子。

有益效果：

1、本发明针对超高频检测方式下高压电设备局部放电严重程度评估难题，建立了超高频检测局放量的计算模型，实现了基于加权归一统计的局放严重程度评估方法，，通过综合统计局部放电量与局放频次来评估获取局部放电严重程度的评估数值，从而判定严重等级。

2、本发明可有效解决超高频局部放电严重程度评估的难题，通过对局放波形特征的综合统计来量化评估局部放电的严重特征，从而能够真实、可靠反映设备局部放电的实际状况，以达到指导高压电力设备局部放电带电检测运维的预知性状态检修的目的。

附图说明

图1为本发明设计方法的步骤流程图；

图2为本实例局放包络波形的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法。针对超高频检测方式下高压电设备局部放电严重程度评估难题，建立了超高频检测局放量的计算模型，实现了基于加权归一统计的局放严重程度评估方法，通过综合统计局部放电量与局放频次来评估获取局部放电严重程度的评估数值，最终判定严重等级，从而真实、可靠反映设备局部放电的实际状况，以达到指导高压电力设备局部放电带电检测运维的预知性状态检修的目的。

本发明流程如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤一：对单次局部放电超高频电磁波信号进行波形采样，提取到局放脉冲信号的包络波形特征，并获得该包络波形各采样点的幅值，记为：

A＝(A₁,A₂,A₃,…,A_n)

其中，A_i为包络波形上第i个采样点的幅值。系统采样率已知，设采样时间间隔为Δt，也即相邻两个采样点的时间为Δt。

步骤二：对采样的局放波形进行特征分析，建立超高频检测局放量的计算模型，以此获取单次局放量的相对数值。

(1)通过计算相邻两个采样点间隔Δt内的局放幅值包络所围面积，作为改时间窗口内局放量数值；

S_i＝A_i·Δt (1)

(2)按照时间序列依次累加局放采样波形所有时间窗口内的局放量数值，该次的局放总量。

其中，E^j表示该次(第j次局部放电发生事件)的局放总量；m表示该次局部放电信号波形中采样点数，也即该次局放采样波形的时间窗口总数。

(3)按照对数关系获取单次完整的局放量相对数值。

其中，

表示该次(第j次局部放电发生事件)的局放量相对数值。

步骤三：统计检测时间窗口内局部放电的发生次数(也即频次)，记为N_PD。

步骤四：统计检测时间窗口内局部放电量的平均值。

对检测时间窗口(固定时间段，如：10分钟/1小时)捕获得到的各个单次局部放电量数值，进行算术平均获得局放量的平均值，如下：

其中，

表示检测时间窗口内局部放电量的平均值。

步骤五：综合局部放电平均值与局部放电频次的统计数值，采用加权归一化方式分析获取局部放电严重程度的评估数值。

(1)为检测时间窗口内局部放电量的平均值及局放频次这两个物理量分配严重程度影响权重因子，分别是α和β；

(2)将局部放电严重程度与局部放电的频次及局部放电量平均值相关联，对局部放电量的平均值及局放频次进行加权乘积运算，得到表征局放严重程度的分析量值，记为：

其中，D为表征局放严重程度分析量值。

(3)对表征局放严重程度分析量值进行归一化处理，得到局部放电严重程度的评估数值，记为：

其中，Deg_PD为部放电严重程度的评估数值；η为归一化因子。

步骤六：根据局部放电严重程度的评估数值，按照正常、轻微、严重三个量级划分判定局放严重等级PD_Level。

其中，表示正常、轻微、严重的三个局放严重程度阈值分别为A，B，C。

下面以某变电站35kV高压开关柜采用超高频局放检测手段实测获取的局放数据做局放严重程度评估实例说明：

某变电站的高压开关室检测局部放电时，发现35kV#1电容器组开关柜周边有人耳可辨的轻微放电声响，使用超声波法去检测局放时，发现局放量值超过其安全阈值2倍。为此，采用超高频检测手段捕获局部放电的瞬态电磁波信号，在所设定的检测窗口时间内供检测到了N_PD＝5次局放事件。

每次局放事件产生的脉冲电磁波信号经采样获取得到对应的包络波形。针对该包络波形，按照时间序列依次累加局放采样波形所有时间窗口内的局放量数值。依据式(2)，(3)算得五次局放事件检测到的局放量相对数值分别为68、70、67、71、68。然后依据式(4)得到局部放电量的平均值为：

接下来，将局部放电严重程度与局部放电的频次及局部放电量平均值相关联，对局部放电量的平均值及局放频次分配严重程度影响权重因子α＝0.4和β＝0.6，设定归一化参数η＝1；于是依据式(5)，(6)得到表征局放严重程度的评估量值为：

最后，依据所判定的局放严重等级PD_Level划分标准

判定该开关柜的局放严重程度等级为轻微。通过停电来查找故障点，发现导线上的固定螺栓松动，导致发生局部放电时螺栓会震动现象，特别大电流通过时，形成悬浮电位，造成局部放电，该故障属于安装不当而引起悬浮放电，若长时间带故障运行，对开关柜内设备将会造成不可预估的损害，同时也证明了基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法的有效性和可行性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对单次局部放电超高频电磁波信号进行波形采样并提取相关特征；

步骤2，对采样的局放波形进行特征分析，建立超高频检测局放量的计算模型，获取单次局放量的相对数值；

步骤3，统计检测时间窗口内局部放电的发生次数；

步骤4，统计检测时间窗口内局部放电量的平均值；

步骤5，综合局部放电平均值与局部放电频次的统计数值，采用加权归一化方式分析获取局部放电严重程度的评估数值；

步骤6，根据局部放电严重程度的评估数值，判定严重等级。

2.如权利要求1所述的基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法，其特征在于，所述步骤1中提取的相关特征为局放脉冲信号的包络波形特征，并获得该包络波形各采样点的幅值，记为：

A＝(A₁,A₂,A₃,…,A_n)

其中，A_i为包络波形上第i个采样点的幅值，系统采样率已知，设采样时间间隔为Δt，也即相邻两个采样点的时间为Δt。

3.如权利要求2所述的基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法，其特征在于，所述步骤2中获取单次局放量的相对数值的过程如下：

(1)通过计算相邻两个采样点间隔Δt内的局放幅值包络所围面积，作为改时间窗口内局放量数值；

S_i＝A_i·Δt (1)

(2)按照时间序列依次累加局放采样波形所有时间窗口内的局放量数值，该次的局放总量；

其中，E^j表示该次(第j次局部放电发生事件)的局放总量；m表示该次局部放电信号波形中采样点数，也即该次局放采样波形的时间窗口总数；

(3)按照对数关系获取单次完整的局放量相对数值。

其中，

表示第j次局部放电发生事件的局放量相对数值。

4.如权利要求3所述的基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法，其特征在于，所述步骤3中局部放电的发生次数记为N_PD。

5.如权利要求4所述的基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法，其特征在于，所述步骤4中检测时间窗口内局部放电量

的平均值表达式为：

6.如权利要求5所述的基于超高频检测方式的局部放电严重程度评估方法，其特征在于，所述步骤5获取局部放电严重程度的评估数值的过程如下：

(1)为检测时间窗口内局部放电量的平均值及局放频次这两个物理量分配严重程度影响权重因子，分别是α和β；

(2)将局部放电严重程度与局部放电的频次及局部放电量平均值相关联，对局部放电量的平均值及局放频次进行加权乘积运算，得到表征局放严重程度的分析量值，记为：

其中，D为表征局放严重程度分析量值；

(3)对表征局放严重程度分析量值进行归一化处理，得到局部放电严重程度的评估数值，记为：

其中，Deg_PD为部放电严重程度的评估数值；η为归一化因子。

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