CN112698162A - 一种变压器与其附属套管的局部放电定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器与其附属套管的局部放电定位方法。首先将16个超声波传感器布置安装于变压器及其三根附属套管上，并获取超声波信号；然后分析采集的超声波波形并获得特征参数，包括峰值、上升时间、上升斜率、能量表征参数；随后进行局部放电源位置的初步判断，初步判断出局部放电源位于变压器或者附属套管中；最后通过初步判断的不同结果选取不同的超声波传感器坐标、超声波传播速度以及到达时间差来建立并求解时差方程组，得到局部放电源的位置坐标。该方法有效的提升了变压器及其附属套管局部放电的定位精度。

Description

一种变压器与其附属套管的局部放电定位方法

技术领域

本发明属于供电设备在线监测技术领域，具体涉及一种变压器与其附属套管的局部放电定位方法。

背景技术

变压器是供电系统中至关重要的设备，其安全运行意义重大。大量资料表明，导致变压器故障的主要原因是其绝缘性能的劣化。局部放电是变压器与其附属套管绝缘劣化的主要原因也是主要征兆之一，所以对其进行精确定位具有重要的意义。变压器与其附属套管内部发生局部放电时都会产生超声波信号，因此可以通过检测超声波信号对变压器与其附属套管的局部放电进行检测与定位。

由于变压器结构复杂，附属套管作为变压器的一部分，常规方法难以区分超声波信号的来源区域是位于变压器箱体还是附属套管内。目前对变压器局部放电定位的方法往往忽略了附属套管对定位结果的影响，认为局部放电源都位于变压器箱体内部，进而导致局部放电的定位误差较大。因此，急需一种变压器与其附属套管的局部放电定位方法，能够区分局部放电的来源区域，从而实现进一步的准确定位，减小局部放电的定位误差。

发明内容

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种变压器与其附属套管的局部放电定位方法，包括如下步骤：

第一步：超声波传感器的布置

在变压器箱体安装四个超声波传感器，分别位于垂直于地面的四个油箱壁面的中心位置，记为1号、2号、3号、4号超声波传感器；

记变压器的三根附属套管分别为附属套管A、附属套管B、附属套管C，在附属套管A的法兰、上瓷套从下至上的第三个伞裙处、油枕、将军帽处分别安装5号、6号、7号、8号超声波传感器，在附属套管B的法兰、上瓷套从下至上的第三个伞裙处、油枕、将军帽处分别安装9号、10号、11号、12号超声波传感器，在附属套管C的法兰、上瓷套从下至上的第三个伞裙处、油枕、将军帽处分别安装13号、14号、15号、16号超声波传感器，共计安装16个超声波传感器，依次记为超声波传感器N₁、N₂、N₃、N₄、N₅、N₆、N₇、N₈、N₉、N₁₀、N₁₁、N₁₂、N₁₃、N₁₄、N₁₅、N₁₆；

设超声波传感器的坐标为(x_i，y_i，z_i)，i＝1，2，…，16，为所述超声波传感器的编号，局部放电源的坐标为(x_p，y_p，z_p)；

第二步：获取特征参数

获取16个超声波传感器接收到的超声波信号s_i，其中i＝1，2，…，16，为所述超声波传感器的编号；

利用互相关法获取超声波信号s₂、s₃、s₄与超声波信号s₁的到达时间差，记为t_2-1，t_3-1，t_4-1，获取超声波信号s₆、s₇、s₈与超声波信号s₅的到达时间差，记为t_6-5，t_7-5，t_8-5，获取超声波信号s₁₀、s₁₁、s₁₂与超声波信号s₉的到达时间差，记为t_10-9，t_11-9，t_12-9，获取超声波信号s₁₄、s₁₅、s₁₆与超声波信号s₁₃的到达时间差，记为t_14-13，t_15-13，t_16-13；

获取所述16个超声波信号s_i的波形特征参数，包括：峰值B_pi，单位为mV；上升时间T_pi，单位为s；上升斜率K_pi；能量表征参数E_pi；

上升时间T_pi为：

T_pi＝t_pi-t_ai

其中，t_pi为超声波信号s_i的峰值B_pi对应时刻，t_ai为超声波信号s_i到达i号传感器的到达时刻；

上升斜率K_pi为：

其中，其中L(t)为t时刻的超声波信号s_i的幅值；

能量表征参数E_pi为：

第三步：局部放电源位置的初步判断

定义参数λ如下：

λ＝max(B_p5,B_p6,B_p7,B_p8,B_p9,B_p10,B_p11,B_p12,B_p13,B_p14,B_p15,B_p16)

若λ∈(B_p5,B_p6,B_p7,B_p8)，则记附属套管A为附属套管M；若λ∈(B_p9,B_p10,B_p11,B_p12)，则记附属套管B为附属套管M；若λ∈(B_p13,B_p14,B_p15,B_p16)，则记附属套管C为附属套管M；

记附属套管M上四个超声波传感器的坐标为(x_M1，y_M1，z_M1)，(x_M2，y_M2，z_M2)，(x_M3，y_M3，z_M3)，(x_M4，y_M4，z_M4)；

记附属套管M上超声波传感器对应的超声波信号的特征参数依次为：上升时间T_Mpj、上升斜率K_Mpj、能量表征参数E_Mpj，j＝1，2，3，4；

若附属套管A为附属套管M，则T_Mp1＝T_p5，T_Mp2＝T_p6，T_Mp3＝T_p7，T_Mp4＝T_p8；K_Mp1＝K_p5，K_Mp2＝K_p6，K_Mp3＝K_p7，K_Mp4＝K_p8；E_Mp1＝E_p5，E_Mp2＝E_p6，E_Mp3＝E_p7，E_Mp4＝E_p8；

若附属套管B为附属套管M，则T_Mp1＝T_p9，T_Mp2＝T_p10，T_Mp3＝T_p11，T_Mp4＝T_p12；K_Mp1＝K_p9，K_Mp2＝K_p10，K_Mp3＝K_p11，K_Mp4＝K_p12；E_Mp1＝E_p9，E_Mp2＝E_p10，E_Mp3＝E_p11，E_Mp4＝E_p12；

若附属套管C为附属套管M，则T_Mp1＝T_p13，T_Mp2＝T_p14，T_Mp3＝T_p15，T_Mp4＝T_p16；K_Mp1＝K_p13，K_Mp2＝K_p14，K_Mp3＝K_p15，K_Mp4＝K_p16；E_Mp1＝E_p13，E_Mp2＝E_p14，E_Mp3＝E_p15，E_Mp4＝T_p16

局部放电源位置的初步判断因子μ如下：

若0<μ≤0.4，则局部放电源位于附属套管M内，μ>0.4，则局部放电源位于变压器箱体内；

第四步：由初步判断结果建立方程组

若由第三步初步判断局部放电源位于变压器箱体内，则建立如下方程组：

其中，v_T表示超声波在变压器箱体内的传播速度，单位为m/s；

若由第三步初步判断局部放电源位于附属套管M内，则建立如下方程组：

其中，v_b表示超声波在附属套管内的传播速度，，单位为m/s，由第三步，若将附属套管A标记为附属套管M，则Δt₁＝t_6-5，Δt₂＝t_7-5，Δt₃＝t_8-5，若将附属套管B标记为附属套管M，则Δt₁＝t_10-9，Δt₂＝t_11-9，Δt₃＝t_12-9，若将附属套管C标记为附属套管M，则Δt₁＝t_14-13，Δt₂＝t_15-13，Δt₃＝t_16-13；

第五步：求解对应方程组确定局部放电的位置

根据第四步的对于不同情况的描述，利用牛顿迭代法求解对应所述方程组，获得(x_p,y_p,z_p)的值。

本发明的优点在于：

本发明提供一种变压器与其附属套管的局部放电定位方法，根据本发明公开的方法，通过获取的超声波信号波形特征参数可以先进行局部放电源位置的初步判断，判断出局部放电源位于变压器或者附属套管中，从而根据初步判断的不同情况选取不同的超声波传感器坐标、超声波传播速度以及到达时间差来建立并求解时差方程组，得到局部放电源的位置坐标。该方法能够降低因忽略变压器的附属套管结构导致建立错误的时差方程进而造成的定位误差，实现变压器与其附属套管局部放电的精准定位。

附图说明

图1为一种变压器与附属套管的局部放电定位方法的流程图。

图2为超声波传感器的布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施流程作进一步详述：

第一步：超声波传感器的布置

在变压器箱体安装四个超声波传感器，分别位于垂直于地面的四个油箱壁面的中心位置，记为1号、2号、3号、4号超声波传感器；

记变压器的三根附属套管分别为附属套管A、附属套管B、附属套管C，在附属套管A的法兰、上瓷套从下至上的第三个伞裙处、油枕、将军帽处分别安装5号、6号、7号、8号超声波传感器，在附属套管B的法兰、上瓷套从下至上的第三个伞裙处、油枕、将军帽处分别安装9号、10号、11号、12号超声波传感器，在附属套管C的法兰、上瓷套从下至上的第三个伞裙处、油枕、将军帽处分别安装13号、14号、15号、16号超声波传感器，共计安装16个超声波传感器，依次记为超声波传感器N₁、N₂、N₃、N₄、N₅、N₆、N₇、N₈、N₉、N₁₀、N₁₁、N₁₂、N₁₃、N₁₄、N₁₅、N₁₆；

设超声波传感器的坐标为(x_i，y_i，z_i)，i＝1，2，…，16，为所述超声波传感器的编号，局部放电源的坐标为(x_p，y_p，z_p)；

第二步：获取特征参数

获取16个超声波传感器接收到的超声波信号s_i，其中i＝1，2，…，16，为所述超声波传感器的编号；

利用互相关法获取超声波信号s₂、s₃、s₄与超声波信号s₁的到达时间差，记为t_2-1，t_3-1，t_4-1，获取超声波信号s₆、s₇、s₈与超声波信号s₅的到达时间差，记为t_6-5，t_7-5，t_8-5，获取超声波信号s₁₀、s₁₁、s₁₂与超声波信号s₉的到达时间差，记为t_10-9，t_11-9，t_12-9，获取超声波信号s₁₄、s₁₅、s₁₆与超声波信号s₁₃的到达时间差，记为t_14-13，t_15-13，t_16-13；

获取所述16个超声波信号s_i的波形特征参数，包括：峰值B_pi，单位为mV；上升时间T_pi，单位为s；上升斜率K_pi；能量表征参数E_pi；

上升时间T_pi为：

T_pi＝t_pi-t_ai

其中，t_pi为超声波信号s_i的峰值B_pi对应时刻，t_ai为超声波信号s_i到达i号传感器的到达时刻；

上升斜率K_pi为：

其中，其中L(t)为t时刻的超声波信号s_i的幅值；

能量表征参数E_pi为：

第三步：局部放电源位置的初步判断

定义参数λ如下：

λ＝max(B_p5,B_p6,B_p7,B_p8,B_p9,B_p10,B_p11,B_p12,B_p13,B_p14,B_p15,B_p16)

若λ∈(B_p5,B_p6,B_p7,B_p8)，则记附属套管A为附属套管M；若λ∈(B_p9,B_p10,B_p11,B_p12)，则记附属套管B为附属套管M；若λ∈(B_p13,B_p14,B_p15,B_p16)，则记附属套管C为附属套管M；

记附属套管M上四个超声波传感器的坐标为(x_M1，y_M1，z_M1)，(x_M2，y_M2，z_M2)，(x_M3，y_M3，z_M3)，(x_M4，y_M4，z_M4)；

记附属套管M上超声波传感器对应的超声波信号的特征参数依次为：上升时间T_Mpj、上升斜率K_Mpj、能量表征参数E_Mpj，j＝1，2，3，4；

若附属套管A为附属套管M，则T_Mp1＝T_p5，T_Mp2＝T_p6，T_Mp3＝T_p7，T_Mp4＝T_p8；K_Mp1＝K_p5，K_Mp2＝K_p6，K_Mp3＝K_p7，K_Mp4＝K_p8；E_Mp1＝E_p5，E_Mp2＝E_p6，E_Mp3＝E_p7，E_Mp4＝E_p8；

若附属套管B为附属套管M，则T_Mp1＝T_p9，T_Mp2＝T_p10，T_Mp3＝T_p11，T_Mp4＝T_p12；K_Mp1＝K_p9，K_Mp2＝K_p10，K_Mp3＝K_p11，K_Mp4＝K_p12；E_Mp1＝E_p9，E_Mp2＝E_p10，E_Mp3＝E_p11，E_Mp4＝E_p12；

若附属套管C为附属套管M，则T_Mp1＝T_p13，T_Mp2＝T_p14，T_Mp3＝T_p15，T_Mp4＝T_p16；K_Mp1＝K_p13，K_Mp2＝K_p14，K_Mp3＝K_p15，K_Mp4＝K_p16；E_Mp1＝E_p13，E_Mp2＝E_p14，E_Mp3＝E_p15，E_Mp4＝T_p16

局部放电源位置的初步判断因子μ如下：

若0<μ≤0.4，则局部放电源位于附属套管M内，μ>0.4，则局部放电源位于变压器箱体内；

第四步：由初步判断结果建立方程组

若由第三步初步判断局部放电源位于变压器箱体内，则建立如下方程组：

其中，v_T表示超声波在变压器箱体内的传播速度，单位为m/s；

若由第三步初步判断局部放电源位于附属套管M内，则建立如下方程组：

其中，v_b表示超声波在附属套管内的传播速度，，单位为m/s，由第三步，若将附属套管A标记为附属套管M，则Δt₁＝t_6-5，Δt₂＝t_7-5，Δt₃＝t_8-5，若将附属套管B标记为附属套管M，则Δt₁＝t_10-9，Δt₂＝t_11-9，Δt₃＝t_12-9，若将附属套管C标记为附属套管M，则Δt₁＝t_14-13，Δt₂＝t_15-13，Δt₃＝t_16-13；

第五步：求解对应方程组确定局部放电的位置

根据第四步的对于不同情况的描述，利用牛顿迭代法求解对应所述方程组，获得(x_p,y_p,z_p)的值。

Claims (1)

1.一种变压器与其附属套管的局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：超声波传感器的布置

在变压器箱体安装四个超声波传感器，分别位于垂直于地面的四个油箱壁面的中心位置，记为1号、2号、3号、4号超声波传感器；

记变压器的三根附属套管分别为附属套管A、附属套管B、附属套管C，在附属套管A的法兰、上瓷套从下至上的第三个伞裙处、油枕、将军帽处分别安装5号、6号、7号、8号超声波传感器，在附属套管B的法兰、上瓷套从下至上的第三个伞裙处、油枕、将军帽处分别安装9号、10号、11号、12号超声波传感器，在附属套管C的法兰、上瓷套从下至上的第三个伞裙处、油枕、将军帽处分别安装13号、14号、15号、16号超声波传感器，共计安装16个超声波传感器，依次记为超声波传感器N₁、N₂、N₃、N₄、N₅、N₆、N₇、N₈、N₉、N₁₀、N₁₁、N₁₂、N₁₃、N₁₄、N₁₅、N₁₆；

设超声波传感器的坐标为(x_i，y_i，z_i)，i＝1，2，…，16，为所述超声波传感器的编号，局部放电源的坐标为(x_p，y_p，z_p)；

第二步：获取特征参数

获取16个超声波传感器接收到的超声波信号s_i，其中i＝1，2，…，16，为所述超声波传感器的编号；

利用互相关法获取超声波信号s₂、s₃、s₄与超声波信号s₁的到达时间差，记为t_2-1，t_3-1，t_4-1，获取超声波信号s₆、s₇、s₈与超声波信号s₅的到达时间差，记为t_6-5，t_7-5，t_8-5，获取超声波信号s₁₀、s₁₁、s₁₂与超声波信号s₉的到达时间差，记为t_10-9，t_11-9，t_12-9，获取超声波信号s₁₄、s₁₅、s₁₆与超声波信号s₁₃的到达时间差，记为t_14-13，t_15-13，t_16-13；

获取所述16个超声波信号s_i的波形特征参数，包括：峰值B_pi，单位为mV；上升时间T_pi，单位为s；上升斜率K_pi；能量表征参数E_pi；

上升时间T_pi为：

T_pi＝t_pi-t_ai

其中，t_pi为超声波信号s_i的峰值B_pi对应时刻，t_ai为超声波信号s_i到达i号传感器的到达时刻；

上升斜率K_pi为：

其中，其中L(t)为t时刻的超声波信号s_i的幅值；

能量表征参数E_pi为：

第三步：局部放电源位置的初步判断

定义参数λ如下：

λ＝max(B_p5,B_p6,B_p7,B_p8,B_p9,B_p10,B_p11,B_p12,B_p13,B_p14,B_p15,B_p16)

若λ∈(B_p5,B_p6,B_p7,B_p8)，则记附属套管A为附属套管M；若λ∈(B_p9,B_p10,B_p11,B_p12)，则记附属套管B为附属套管M；若λ∈(B_p13,B_p14,B_p15,B_p16)，则记附属套管C为附属套管M；

记附属套管M上四个超声波传感器的坐标为(x_M1，y_M1，z_M1)，(x_M2，y_M2，z_M2)，(x_M3，y_M3，z_M3)，(x_M4，y_M4，z_M4)；

记附属套管M上超声波传感器对应的超声波信号的特征参数依次为：上升时间T_Mpj、上升斜率K_Mpj、能量表征参数E_Mpj，j＝1，2，3，4；

若附属套管A为附属套管M，则T_Mp1＝T_p5，T_Mp2＝T_p6，T_Mp3＝T_p7，T_Mp4＝T_p8；K_Mp1＝K_p5，K_Mp2＝K_p6，K_Mp3＝K_p7，K_Mp4＝K_p8；E_Mp1＝E_p5，E_Mp2＝E_p6，E_Mp3＝E_p7，E_Mp4＝E_p8；

若附属套管B为附属套管M，则T_Mp1＝T_p9，T_Mp2＝T_p10，T_Mp3＝T_p11，T_Mp4＝T_p12；K_Mp1＝K_p9，K_Mp2＝K_p10，K_Mp3＝K_p11，K_Mp4＝K_p12；E_Mp1＝E_p9，E_Mp2＝E_p10，E_Mp3＝E_p11，E_Mp4＝E_p12；

若附属套管C为附属套管M，则T_Mp1＝T_p13，T_Mp2＝T_p14，T_Mp3＝T_p15，T_Mp4＝T_p16；K_Mp1＝K_p13，K_Mp2＝K_p14，K_Mp3＝K_p15，K_Mp4＝K_p16；E_Mp1＝E_p13，E_Mp2＝E_p14，E_Mp3＝E_p15，E_Mp4＝T_p16

局部放电源位置的初步判断因子μ如下：

若0<μ≤0.4，则局部放电源位于附属套管M内，μ>0.4，则局部放电源位于变压器箱体内；

第四步：由初步判断结果建立方程组

若由第三步初步判断局部放电源位于变压器箱体内，则建立如下方程组：

其中，v_T表示超声波在变压器箱体内的传播速度，单位为m/s；

若由第三步初步判断局部放电源位于附属套管M内，则建立如下方程组：

其中，v_b表示超声波在附属套管内的传播速度，单位为m/s，由第三步，若将附属套管A标记为附属套管M，则Δt₁＝t_6-5，Δt₂＝t_7-5，Δt₃＝t_8-5，若将附属套管B标记为附属套管M，则Δt₁＝t_10-9，Δt₂＝t_11-9，Δt₃＝t_12-9，若将附属套管C标记为附属套管M，则Δt₁＝t_14-13，Δt₂＝t_15-13，Δt₃＝t_16-13；

第五步：求解对应方程组确定局部放电的位置

根据第四步的对于不同情况的描述，利用牛顿迭代法求解对应所述方程组，获得(x_p,y_p,z_p)的值。

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