CN113406445A - 一种变压器局部放电多维数据在线检测方法 - Google Patents

一种变压器局部放电多维数据在线检测方法 Download PDF

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Abstract

一种变压器局部放电多维数据在线检测方法，对布置于变压器外部的超高频传感器、内部的高频传感器以及超声传感器的波形进行信号预处理，得到脉冲的最大幅值、相位以及时间戳信息；对N个周期高频数据脉冲最大幅值序列中每个点附近±t1的超高频数据进行标记，并对满足第一预设条件的高频数据进行剔除，得到一次提纯高频最大幅值、相位、时间戳信息；对一次提纯高频数据之后0‑t2时间内的超声信号进行标记，并对满足第二预设条件的高频数据进行剔除，得到二次提纯最大幅值、相位、时间戳信息，并统计数据序列长度；进行PRPD及PRPS图谱绘制，计算高频数据序列长度与第一步中高频数据长度比值；对PRPD及PRPS图谱进行特征提取及模式识别，确定是否具有放电特点。

Description

一种变压器局部放电多维数据在线检测方法
技术领域
本发明涉及一种电力监测诊断领域，尤其涉及一种变压器局部放电多维数据在线检测方法。
背景技术
电力系统的稳定可靠运行事关国计民生，一旦发生大面积停电事故，工业生产制造、人民生活、公共安全都将处于瘫痪状态，因此，保证电力系统可靠、安全的运行是维护社会稳定的基本保证。
变压器的局部放电是引起电力设备绝缘劣化的重要原因。长期的局部放电会引起绝缘介质的物理、化学性能等发生改变，并最终形成绝缘击穿，造成电力设备故障。因此，对变压器的局部放电现象进行监测诊断极为重要。
目前对变压器局部放电的常用监测方法主要包括超高频信号检测法、高频信号检测法、超声信号检测法等，由于高频和超高频信号频带较高，在线采集时难以同时保存大量的数据，也即无法得到准确的波形信息，目前这种多维数据联合分析的方式主要适用于点检、巡检的场景，但由于点检或定期巡检具有无法及时发现故障、存在检测盲区等问题，难以做到变压器的全生命周期监测。单一的分析方式如高频、超声等又存在易被电磁脉冲干扰及现场振动等因素干扰的问题，因此，实现变压器局部放电放多维数据在线检测具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种集成超高频、高频、超声信号的变压器局部放电多维数据在线检测方法，可以有效去除外部放电干扰、内部电磁噪声干扰、现场振动干扰，大幅提高局部放电信号的检测准确率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术解决方案是：
一种变压器局部放电多维数据在线检测方法，其特征在于：
第一步，对布置于变压器外部的超高频传感器、布置于变压器内部的高频传感器以及超声传感器的波形进行信号预处理，得到脉冲的最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳信息，其中所述最大幅值对应时间戳信息精确到us；
第二步，对N个周期高频数据所述脉冲最大幅值序列中每个点附近±t1的超高频数据进行标记，并对满足第一预设条件的高频数据进行剔除，得到一次提纯高频最大幅值、相位、时间戳信息；
第三步，对所述一次提纯高频数据之后0-t2时间内的超声信号进行标记，并对满足第二预设条件的高频数据进行剔除，得到二次提纯最大幅值、相位、时间戳信息，并统计此时数据序列长度；
第四步，进行PRPD及PRPS图谱绘制，计算第三步中所述高频数据序列长度与第一步中所述高频数据长度比值；
第五步，对PRPD及PRPS图谱进行特征提取及模式识别，确定是否具有放电特点。
优选的，该变压器局部放电多维数据在线检测方法，其中：
第一步中，对所述超高频传感器、所述高频传感器以及所述超声传感器的原始波形进行N个周期的脉冲最大幅值提取，获得信号脉冲的最大幅值序列信息
Figure BDA0002991370830000021
Figure BDA0002991370830000022
其中
Figure BDA0002991370830000023
Figure BDA0002991370830000024
Nuh为超高频脉冲点最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳、超高频脉冲点数目，
Figure BDA0002991370830000025
Nh为高频脉冲点最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳、高频脉冲点数目，
Figure BDA0002991370830000026
Nus为超声脉冲点最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳、超声脉冲点数目；
第二步中，以高频最大幅值所对应时间戳为参考，对满足
Figure BDA0002991370830000027
的脉冲点进行剔除，得到一次提纯后的高频序列
Figure BDA0002991370830000028
其中
Figure BDA0002991370830000029
Figure BDA00029913708300000210
为超高频最大幅值对应时间戳，
Figure BDA00029913708300000211
为高频最大幅值对应时间戳，并计算干扰脉冲占比
Figure BDA0002991370830000031
第三步中，对一次提纯后的高频序列与由所述超声脉冲点构成的超声脉冲序列进行时延一致性统计，时延一致性条件为
Figure BDA0002991370830000032
且
Figure BDA0002991370830000033
t∈[0，t2]，
Figure BDA0002991370830000034
为超声最大幅值对应时间戳，统计不同时延t下满足条件的高频序列长度，得到二次提纯的数量最多的高频脉冲序列
Figure BDA0002991370830000035
对应时延t、数目
Figure BDA0002991370830000036
计算满足条件的脉冲数占比
Figure BDA0002991370830000037
第四步中，对第二步中的一次提纯高频脉冲点
Figure BDA0002991370830000038
以及第三步中二次提纯高频脉冲点
Figure BDA0002991370830000039
进行PRPD图谱、PRPS图谱绘制；
第五步中，结合P1、P2数值、二次提纯PRPD图谱特征进行局部放电情况在线分析及模式识别。
优选的，该变压器局部放电多维数据在线检测方法，其中：所述第二步中的t1，理论上小于1us，考虑到实际情况下一个工频周期(20ms)内脉冲数有限，脉冲间隔相对稀疏，设置t1为2us，大小可调。
优选的，该变压器局部放电多维数据在线检测方法，其中：所述第三步中，考虑到超声信号传播速度相对电磁波较慢，结合其在空气中传播速度及现场实际传感器布置位置，可设置t2为1-3ms，且为提高效率，可以适当增加时延步进。
优选的，该变压器局部放电多维数据在线检测方法，其中：所述第五步中，能够根据P1、P2数值评估外部电晕干扰、内部放电发生的概率，当P1＞0.5时，说明高频传感器检测到的脉冲中超过一半是由外部放电干扰造成，当P2＞0.5时，说明通过声电联合分析判断一定存在内部放电，通过计算PRPD图谱的正负周期偏斜度、峭度、放电不对称因数、互相关因子特征，并与局部放电故障库进行匹配，能够实现更精确的放电类型甄别。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过一次提纯高频脉冲点祛除外部放电干扰，通过高频提纯脉冲点与超声脉冲时延一致性分析，可进一步祛除电磁噪声对高频及现场振动对超声的干扰，实现真正意义的多维在线检测，最大限度减少错报、漏报现象，并可根据不同超声的稳定时延，确定局部放电位置。
2.本发明的局部放电多维分析算法融入了现场带电检测的自由和灵活度，并可实现24h不间断监测，可对变压器局部放电实现全生命周期监测诊断。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明实施例的高频原始PRPD图谱；
图3是本发明实施例的超高频原始PRPD图谱；
图4是本发明实施例的超声1原始PRPD图谱；
图5是本发明实施例的超声2原始PRPD图谱；
图6是本发明实施例的一次提纯PRPD图谱；
图7是本发明实施例基于超声1的二次提纯PRPD图谱；
图8是本发明实施例基于超声2的二次提纯PRPD图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例，参照图1，变压器局部放电多维数据在线检测方法，包括以下步骤：
第一步，对超高频、高频、超声原始波形进行5个工频周期的脉冲最大幅值提取，获得信号脉冲的最大幅值序列信息
Figure BDA0002991370830000041
Figure BDA0002991370830000042
Figure BDA0002991370830000051
Figure BDA0002991370830000052
其中
Figure BDA0002991370830000053
为超高频脉冲点最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳，
Figure BDA0002991370830000054
为高频脉冲点最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳，
Figure BDA0002991370830000055
为超声1脉冲点最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳，
Figure BDA0002991370830000056
为超声2脉冲点最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳；
第二步，以高频最大幅值所对应时间戳为参考，对满足
Figure BDA0002991370830000057
的脉冲点进行剔除，得到一次提纯后的高频序列
Figure BDA0002991370830000058
其中{i5＝1，2，…，580}，并计算干扰脉冲占比P1＝0.17；
第三步，对一次提纯后的高频序列与超声1脉冲序列进行时延一致性统计，得到二次提纯的数量最多的脉冲序列
Figure BDA0002991370830000059
时延500us、数目75，时延一致性条件为
Figure BDA00029913708300000510
且
Figure BDA00029913708300000511
t∈[0，3000]，计算最大时延一致性脉冲数占比P2＝0.13，对一次提纯后的高频序列与超声2脉冲序列进行时延一致性统计，得到二次提纯的数量最多的脉冲序列
Figure BDA00029913708300000512
时延870us、数目72，时延一致性条件为
Figure BDA00029913708300000513
且
Figure BDA00029913708300000514
t∈[0，3000]，计算最大时延一致性脉冲数占比P3＝0.12；
第四步，对第二步和第三步中的一次提纯高频脉冲点
Figure BDA00029913708300000515
二次提纯高频脉冲点
Figure BDA00029913708300000516
二次提纯高频脉冲点
Figure BDA00029913708300000517
进行PRPD图谱绘制；
第五步，结合P1、P2、P3数值及PRPD图谱特征进行局部放电情况在线分析及模式识别，分析认为存在外界放电干扰，由于P2≈P3，且提纯PRPD谱图具有相当数量放电脉冲，说明超声1和超声2中存在一定数目的同源放电脉冲，且最终提纯PRPD谱图具有明显的180°对称分布特点，说明存在内部放电，放电源距离超声1约0.17m，距离超声2约0.30m。
参照图2，原始高频PRPD图谱中夹杂着外部放电脉冲干扰(从相位[50°,100°]，[270°,320°]可以粗略看出，但此时无法确认是否为干扰)，同时存在大量的随机噪声。
参照图3，原始超高频PRPD图谱疑似存在外部放电脉冲信号，并对高频PRPD图谱造成干扰。
参照图4，原始超声1的PRPD图谱被现场振动干扰淹没。
参照图5，原始超声2的PRPD图谱被现场振动干扰淹没。
参照图6，高频一次提纯PRPD图谱祛除了外部电磁脉冲干扰。
参照图7，基于超声1的高频二次提纯PRPD去除了随机电磁脉冲干扰，PRPD图谱具有明显放电特征，此时容易根据提纯图谱特征自动判断存在内部放电，且可靠性较高。
参照图8，基于超声2的高频二次提纯PRPD去除了随机电磁脉冲干扰，PRPD图谱具有明显放电特征，且与基于超声1的PRPD图谱具有较好的同步性，此时容易根据提纯图谱特征自动判断存在内部放电，且可靠性较高。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种变压器局部放电多维数据在线检测方法，其特征在于：
第一步，对布置于变压器外部的超高频传感器、布置于变压器内部的高频传感器以及超声传感器的波形进行信号预处理，得到脉冲的最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳信息，其中所述最大幅值对应时间戳信息精确到us；
第二步，对N个周期高频数据所述脉冲最大幅值序列中每个点附近±t1的超高频数据进行标记，并对满足第一预设条件的高频数据进行剔除，得到一次提纯高频最大幅值、相位、时间戳信息；
第三步，对所述一次提纯高频数据之后0-t2时间内的超声信号进行标记，并对满足第二预设条件的高频数据进行剔除，得到二次提纯最大幅值、相位、时间戳信息，并统计此时数据序列长度；
第四步，进行PRPD及PRPS图谱绘制，计算第三步中所述高频数据序列长度与第一步中所述高频数据长度比值；
第五步，对PRPD及PRPS图谱进行特征提取及模式识别，确定是否具有放电特点。
第一步中，对所述超高频传感器、所述高频传感器以及所述超声传感器的原始波形进行N个周期的脉冲最大幅值提取，获得信号脉冲的最大幅值序列信息
Figure FDA0002991370820000011
{i1＝1，2，…，Nuh}，{i2＝1，2，…，Nh}，{i3＝1，2，…，Nus}，其中
Figure FDA0002991370820000012
Figure FDA0002991370820000013
Nuh为超高频脉冲点最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳、超高频脉冲点数目，
Figure FDA0002991370820000014
Nh为高频脉冲点最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳、高频脉冲点数目，
Figure FDA0002991370820000015
Nus为超声脉冲点最大幅值、最大幅值对应相位、最大幅值对应时间戳、超声脉冲点数目；
第二步中，以高频最大幅值序列所对应时间戳为参考，对满足
Figure FDA0002991370820000016
的脉冲点进行剔除，得到一次提纯后的高频序列
Figure FDA0002991370820000021
其中
Figure FDA0002991370820000022
Figure FDA0002991370820000023
为超高频最大幅值对应时间戳，
Figure FDA0002991370820000024
为高频最大幅值对应时间戳，并计算干扰脉冲占比
Figure FDA0002991370820000025
第三步中，对一次提纯后的高频序列与由所述超声脉冲点构成的超声脉冲序列进行时延一致性统计，时延一致性条件为
Figure FDA0002991370820000026
且
Figure FDA0002991370820000027
Figure FDA0002991370820000028
为超声最大幅值对应时间戳，统计不同时延t下满足条件的高频序列长度，得到二次提纯的数量最多的高频脉冲序列
Figure FDA0002991370820000029
对应时延t、数目
Figure FDA00029913708200000210
计算满足条件的脉冲数占比
Figure FDA00029913708200000211
第四步中，对第二步中的一次提纯高频脉冲点
Figure FDA00029913708200000212
以及第三步中二次提纯高频脉冲点
Figure FDA00029913708200000213
进行PRPD图谱、PRPS图谱绘制；
第五步中，结合P1、P2数值、二次提纯PRPD图谱特征进行局部放电情况在线分析及模式识别。
2.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电多维数据在线检测方法，其特征在于：所述第二步中，t1设置为2us，大小可调。
3.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电多维数据在线检测方法，其特征在于：所述第三步中，t2设置为1-3ms。
4.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电多维数据在线检测方法，其特征在于：所述第五步中，能够根据P1、P2数值评估外部电晕干扰、内部放电发生的概率，当P1＞0.5时，说明高频传感器检测到的脉冲中超过一半是由外部放电干扰造成，当P2＞0.5时，说明通过声电联合分析判断一定存在内部放电，通过计算PRPD图谱的正负周期偏斜度、峭度、放电不对称因数、互相关因子特征，并与局部放电故障库进行匹配，能够实现更精确的放电类型甄别。
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CN116207708B (zh) * 2023-04-28 2023-07-21 华北电力科学研究院有限责任公司 变压器故障防御方法及装置

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