CN113406454B - 适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法 - Google Patents

适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113406454B
CN113406454B CN202110740816.8A CN202110740816A CN113406454B CN 113406454 B CN113406454 B CN 113406454B CN 202110740816 A CN202110740816 A CN 202110740816A CN 113406454 B CN113406454 B CN 113406454B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
module
conditioning
sub
electrically connected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110740816.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113406454A (zh
Inventor
李鹏飞
金艳涛
彭信杰
刘逸凡
代克杰
王艳辉
王化冰
刘学良
王志峰
薛堂满
景洋洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pingdingshan University
Original Assignee
Pingdingshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pingdingshan University filed Critical Pingdingshan University
Priority to CN202110740816.8A priority Critical patent/CN113406454B/zh
Publication of CN113406454A publication Critical patent/CN113406454A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113406454B publication Critical patent/CN113406454B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)

Abstract

本发明公开了适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法，巡检系统包括依次连接的信号处理模块、信号切换模块、信号采集模块、通信模块和上位机，信号处理模块电性连接有工频信号调理模块和特高频信号调理模块，工频信号调理模块电性连接有工频感应传感器，特高频信号调理模块电性连接有特高频传感器A和特高频传感器B，特高频信号调理模块与信号切换模块、信号采集模块均电性连接。巡检系统结构简单，巡检系统根据巡检方法使用，不仅能实现局部放电源的定位，还能对PRPD/PRPS图谱进行分析，提升了敞开式变电站现场检测效率，增加了系统的实用性。

Description

适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法
技术领域
本发明涉及电气设备局部放电检测技术领域，具体为适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法。
背景技术
当前针对变电站全站电气设备的状态检测分为两种：停电检测和带电检测。其中带电检测技术在检测过程中不影响变电站的整体运行，近些年来带电检测技术得到全面的应用。变电站全站电气设备的局部放电检测是带电检测内容中的重要组成部分。敞开式变电站内设备类型和数量众多，因设备之间的绝缘主要为空气，通常的局部放电带电检测设备主要基于特高频法进行检测。特高频法的局部放电检测设备主要有两类，分别为基于图谱分析类局部放电检测设备和局部放电源定位设备。
基于图谱的检测设备其原理为获得局部放电的PRPD(相位分辩的局部放电)/PRPS(相位分辩的脉冲序列)图谱，通过图谱进行局部放电类型的分析和诊断，此种类型的检测设备主要设备有美国Doble公司的PDS100型特高频局部放电巡检仪及其系列产品和上海格鲁布科技有限公司的PD74i型局部放电检测仪。此类设备通常为手持式设备，适合一个人操作，仪器架构包括硬件和软件两个部分，硬件部分包括一个特高频传感器、信号调理和采集电路，软件部分实现信号的分析和结果呈现。信号调理电路实现信号的放大、滤波和检波功能，检波之后的信号持续时间拉长，可以有效减小信号采集电路的采样频率，降低系统的复杂度。但是在应用方面，在敞开式变电站内检测时，需要对每一台设备进行逐一检测，存在效率低下的问题，且因设备密集而导致无法精准检测到发生局部放电的设备。
在敞开式变电站进行局部放电源定位的设备通常采用全向型特高频天线组建天线阵列，利用检测到的阵列特高频信号基于TDOA算法进行局部放电源的定位，此种类型的检测设备以上海格鲁布科技有限公司的PDtect4特高频局部放电检测定位系统为代表。因需要使用四支天线进行局部放电源的定位，通常使用汽车负载天线阵列在变电站内检测，通常需要至少两个人协同操作。这类系统的架构也包括硬件和软件两个部分。硬件部分包括四支特高频传感器、信号调理电路、信号采集装置、天线阵列支撑结构，软件部分基于TDOA算法或其它算法实现信号源的定位。信号调理电路实现信号的滤波和放大，信号采集模块具备四路高速采集功能，实现四路特高频信号的同步采集。相对于基于图谱的检测设备，定位设备的对信号采集模块的要求更高，通常要求信号采集装置的采样率达到几个吉赫兹甚至更高。因此，局部放电定位设备因采样率过高无法直接实现图谱检测的功能。同时，敞开式变电站内使用的车载式局部放电检测装置因车辆尺寸过大，无法深入设备密集区域进行检测，限制了在变电站内的检测范围，同时设备内部发生的局部放电溢出至外部空间的特高频信号十分微弱，因车载式检测装置不能近距离检测而无法检测到有效的信号，导致系统的检测灵敏度降低。
综上分析，图谱分析类局部放电检测设备信号采样率低，为实现信号连续采集，在信号调理阶段对信号的时域波形进行调理，使之失真，在敞开式变电站内检测存在效率低下的问题，且无法获得真实的时域信号。局部放电定位设备必须使用车载的方式在敞开式变电站内检测，存在检测范围受限灵敏度低下，无法直接获得PRPD/PRPS图谱的问题。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法，巡检系统结构简单，巡检系统根据巡检方法使用，不仅能实现局部放电源的定位，还能对PRPD/PRPS图谱进行分析，提升了敞开式变电站现场检测效率，增加了系统的实用性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统，包括依次连接的信号处理模块、信号切换模块、信号采集模块、通信模块和上位机，信号处理模块电性连接有工频信号调理模块和特高频信号调理模块，工频信号调理模块电性连接有工频感应传感器，特高频信号调理模块电性连接有特高频传感器A和特高频传感器B，特高频信号调理模块与信号切换模块、信号采集模块均电性连接。
作为上述所述适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统的进一步优化：所述特高频信号调理模块包括依次电性连接的第一信号放大子模块、信号衰减子模块、第二信号放大子模块和信号检波子模块，所述特高频传感器A和所述特高频传感器B均与第一信号放大子模块电性连接，所述信号采集模块和所述信号切换模块均与第二信号放大子模块电性连接，所述信号处理模块与信号衰减子模块、信号检波子模块均电性连接。
作为上述所述适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统的进一步优化：所述信号处理模块包括第一AD采集子模块、第二AD采集子模块和指令接收子模块，第一AD采集子模块与所述工频信号调理模块电性连接，第一AD采集子模块依次连接有过零点提取子模块和锯齿波输出子模块，锯齿波输出子模块与所述信号切换模块电性连接，第二AD采集子模块与所述信号检波子模块电性连接，第二AD采集子模块依次连接有信号幅值计算子模块和衰减控制判断子模块，衰减控制判断子模块与所述信号衰减子模块、所述通信模块均电性连接，指令接收子模块与所述通信模块电性连接，指令接收子模块电性连接有信号切换控制子模块，信号切换控制子模块与所述信号切换模块电性连接。
适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法，基于上述所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统，敞开式变电站内设置有局部放电源和天线阵列，天线阵列包括两支天线，巡检方法包括以下步骤：
S1、特高频传感器A和特高频传感器B采集特高频电磁波信号得到第一信号和第二信号，将第一信号和第二信号输送至特高频信号调理模块，工频感应传感器采集工频信号，将工频信号输送至工频信号调理模块；
S2、特高频信号调理模块对第一信号和第二信号进行调理得到第一调理信号xA(n)、第二调理信号xB(n)和检波信号，工频信号调理模块对工频信号进行调理得到工频方波；
S3、将第一调理信号xA(n)、第二调理信号xB(n)分别发送至信号采集模块和信号切换模块，将检波信号和工频方波发送至信号处理模块；
S4、信号处理模块根据检波信号调整特高频信号调理模块，并处理工频方波得到锯齿波信号g(n)，将锯齿波信号g(n)发送至信号采集模块；
S5、设置上位机的检测模式，若为定位模式则执行S6至S9，若为图谱分析模式则执行S10至S13；
S6、信号采集模块采集第二调理信号xB(n)并将第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)发送至上位机；
S7、对第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)进行插值处理，得到第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)；
S8、计算第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)的时间差Δt；
S9、根据时间差Δt计算局部放电源相对于天线阵列的方位角θ，判断局部放电源相对于天线阵列的位置；
S10、信号采集模块采集锯齿波信号g(n)并将第一调理信号xA(n)和锯齿波信号g(n)发送至上位机；
S11、计算第一调理信号xA(n)对应的工频相位
Figure GDA0004264368460000041
S12、计算第一调理信号xA(n)中有效信号的脉冲信号功率Y；
S13、上位机根据工频相位
Figure GDA0004264368460000042
和脉冲信号功率Y进行图谱显示。
作为上述所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法的进一步优化：S4的具体步骤为：
S401、第二AD采集模块检测检波信号，信号幅值计算子模块计算检波信号幅值；S402、检波信号幅值小于预设的幅值阈值时，控制衰减控制判断子模块向信号衰减子模块发送指令，降低信号衰减子模块的衰减倍数；
S403、第一AD采集模块采集工频方波，过零点提取子模块获取工频方波上升沿的过零点位置；
S404、以过零点位置作为起始点，锯齿波输出子模块生成并向信号切换模块输出锯齿波信号g(n)，锯齿波信号g(n)的信号幅值为U。
作为上述所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法的进一步优化：S7的具体方法为：上位机接收到第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)，用三次样条插值方法对第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)进行插值，得到第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)。
作为上述所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法的进一步优化：S8的具体步骤为：
S801、计算第一插值信号sA(n)的最小累积能量Emin(n)得到最小累积能量曲线，获得最小累积能量曲线最小值对应的采样点序数χ：
Figure GDA0004264368460000043
Figure GDA0004264368460000044
其中，N为第一调理信号xA(n)的总点数，E(n)为第一调理信号xA(n)的能量累积曲线，n为第一调理信号xA(n)的序数，s2(q)为sA 2(n)，q为计算能量累积曲线过程中计数用序数，EN为能量累积曲线E(n)的最大值；
S802、依据信号采样率，以χ’作为第一插值信号sA(n)的截取起始点，以χ’+40或χ’+80作为截取长度，获取首波段sA’(n)，其中，χ’＝χ-4或者χ’＝χ-9；S803、对sA’(n)进行平滑滤波，得到第一滤波信号sA”(n)；
S804、基于sA”(n)最大值设置信号阈值，统计sA”(n)的波峰和波谷的位置，搜索波峰和波谷之间的过零点，以第一个过零点和第三个过零点对应的时刻tcro1和tcro3作为首波的截取位置，在第一插值信号sA(n)中截取首波，在截取首波的前后依次补0，获得与sA(n)等长的信号，即为第一插值信号sA(n)的首波swh_A(n)；S805、重复S801至S804，获得第二插值信号sB(n)的首波swh_B(n)；
S806、根据swh_A(n)和swh_B(n)，利用互相关算法进行时延估计，获得第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)的时间差Δt。
作为上述所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法的进一步优化：S9的具体方法为：计算局部放电源相对于天线阵列的方位角θ：
Figure GDA0004264368460000051
其中，c为电磁波传播速度，L为两支天线的距离。
作为上述所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法的进一步优化：S11的具体方法为：第一调理信号xA(n)对应的工频相位
Figure GDA0004264368460000052
Figure GDA0004264368460000053
其中，N为xA(n)的总点数，n为xA(n)中离散点的序数，U为锯齿波信号g(n)的信号幅值。
作为上述所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法的进一步优化：S12的具体步骤为：
S1201、计算第一调理信号xA(n)的最小累积能量，得到xA(n)的最小累积能量曲线；
S1202、提取第一调理信号xA(n)的起始点位置xbeg_loc；
S1203、对第一调理信号xA(n)进行希尔伯特变换，获得第一调理信号xA(n)的包络xA_Env(n)；S1204、提取包络xA_Env(n)的xbeg_loc处的包络幅值xbeg_amp，以包络幅值xbeg_amp为包络阈值，提取包络xA_Env(n)下降沿处对应的终止点位置xend_loc；S1205、截取第一调理信号xA(n)中包络幅值xbeg_amp和终止点位置xend_loc之间的信号段xA_seg(m)，信号段xA_seg(m)为有效信号；
S1206、计算有效信号xA_seg(m)的脉冲信号功率Y：
Figure GDA0004264368460000061
其中，M为xA_seg(m)的总点数，m为xA_seg(m)中离散点的序数。
有益效果是：本发明提出了适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法，巡检系统结构简单，巡检系统根据巡检方法使用，不仅能实现局部放电源的定位，还能对PRPD/PRPS图谱进行分析，提升了敞开式变电站现场检测效率，增加了系统的实用性。
附图说明
图1是巡检系统结构框图；
图2是特高频调理模块结构框图；
图3是特高频调理模块电路原理图；
图4是工频信号调理模块电路原理图；
图5是信号处理模块结构框图；
图6是信号切换模块电路图；
图7是工频信号变换过程示意图。
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做出创造性劳动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。
请参阅图1至图7，适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统，包括依次连接的信号处理模块、信号切换模块、信号采集模块、通信模块和上位机，信号处理模块电性连接有工频信号调理模块和特高频信号调理模块，工频信号调理模块电性连接有工频感应传感器，特高频信号调理模块电性连接有特高频传感器A和特高频传感器B，特高频信号调理模块与信号切换模块、信号采集模块均电性连接。
工作原理：敞开式变电站内设置有局部放电源和天线阵列。上位机的检测模式有两种，分别是定位模式和图谱分析模式，定位模式利用特高频传感器A和特高频传感器B检测的特高频电磁波信号得到局部放电源相对于天线阵列的定位，图谱分析模式下利用特高频传感器A检测的局部放电信号和工频感应传感器检测的工频信号进行图谱绘制。特高频传感器A和特高频传感器B采集特高频电磁波信号得到第一信号和第二信号，将第一信号和第二信号发送至特高频信号调理模块进行调理得到第一调理信号和第二调理信号，第一调理信号发送至信号采集模块，第二调理信号发送至信号切换模块；工频感应传感器采集并向工频信号调理模块发送工频信号，工频信号经工频信号调理模块调理后发送至信号处理模块进行处理，得到锯齿波信号；在上位机设置检测模式后，上位机通过通信模块向信号处理模块发送检测模式指令，信号处理模块根据指令控制信号切换模块向信号采集模块发送信号，若是定位模式，则信号切换模块将第二调理信号发送至信号采集模块，信号采集模块将第一调理信号和第二调理信号发送至上位机，上位机对第一调理信号和第二调理信号进行处理，得到局部放电源相对于天线阵列的定位，若是图谱分析模式，则信号切换模块将锯齿波信号发送至信号采集模块，信号采集模块将第一调理信号和锯齿波信号发送至上位机，上位机对第一调理信号和锯齿波信号进行处理，得到PRPD/PRPS图谱。
上位机实现数据分析与人机交互功能，可采用笔记本电脑、智能手机、平板电脑实现。信号采集模块应至少具备两个同步高速采集通道，采样率达到5GS/s以上，模拟带宽达到1GHz以上，因此采用PICO6404E型示波器作为信号采集模块，示波器可将模拟信号转换为数字信号。通信模块可以使用有线通信或者无线通信模式，有线通信使用具有两路USB接口的USB集线器作为通信模块，信号处理模块和信号采集模块各使用一路USB接口，集线器输出USB接口与上位机连接；无线通信模式使用USB转wifi模块，可以采用打印服务器。
所述特高频信号调理模块包括依次电性连接的第一信号放大子模块、信号衰减子模块、第二信号放大子模块和信号检波子模块，所述特高频传感器A和所述特高频传感器B均与第一信号放大子模块电性连接，所述信号采集模块和所述信号切换模块均与第二信号放大子模块电性连接，所述信号处理模块与信号衰减子模块、信号检波子模块均电性连接。
特高频传感器A和特高频传感器B用于接收局部放电源产生的特高频电磁波信号，特高频传感器A和特高频传感器B的检测频带覆盖400MHz-1.5GHz。第一信号和第二信号经过放大、衰减、放大三级调理，最后一级放大后，得到第一调理信号和第二调理信号，将第一调理信号直接发送至信号采集模块，第二调理信号一部分发送至信号切换模块，另一部分输出值信号检波子模块得到检波信号，将检波信号发送至信号处理模块。
所述信号处理模块包括第一AD采集子模块、第二AD采集子模块和指令接收子模块，第一AD采集子模块与所述工频信号调理模块电性连接，第一AD采集子模块依次连接有过零点提取子模块和锯齿波输出子模块，锯齿波输出子模块与所述信号切换模块电性连接，第二AD采集子模块与所述信号检波子模块电性连接，第二AD采集子模块依次连接有信号幅值计算子模块和衰减控制判断子模块，衰减控制判断子模块与所述信号衰减子模块、所述通信模块均电性连接，指令接收子模块与所述通信模块电性连接，指令接收子模块电性连接有信号切换控制子模块，信号切换控制子模块与所述信号切换模块电性连接。
信号处理模块可以采用STM32系列的单片机。第一AD采集子模块和第二AD采集子模块的采样率需达到100kS/s以上，锯齿波输出子模块具有DA输出功能。工频信号经过工频调理模块的调理得到工频方波，第一AD采集子模块采集工频方波，过零点提取子模块获取工频方波的过零点位置，锯齿波输出子模块根据过零点位置生成并向信号切换模块输出锯齿波信号；第二AD采集子模块采集检波信号，信号幅值计算子模块计算检波信号的幅值，衰减控制判断子模块根据幅值对信号衰减子模块的衰减信息进行判断，若幅值较小，则向信号衰减子模块发送指令，减小衰减倍数，增大特高频信号调理模块的放大倍数。指令接收子模块与通信模块电性连接，上位机通过通信模块向指令接收子模块发送检测模式指令，指令接收子模块将检测模式指令发送至信号切换控制子模块，信号切换控制子模块控制信号切换模块向信号采集模块发送第二调理信号或锯齿波信号。
适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法，基于上述所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统，敞开式变电站内设置有局部放电源和天线阵列，天线阵列包括两支天线，巡检方法包括以下步骤：
S1、特高频传感器A和特高频传感器B采集特高频电磁波信号得到第一信号和第二信号，将第一信号和第二信号输送至特高频信号调理模块，工频感应传感器采集工频信号，将工频信号输送至工频信号调理模块。
S2、特高频信号调理模块对第一信号和第二信号进行调理得到第一调理信号xA(n)、第二调理信号xB(n)和检波信号，工频信号调理模块对工频信号进行调理得到工频方波。
第一信号和第二信号均经过第一信号放大子模块、信号衰减子模块和第二信号放大子模块，第一信号经过第一级放大、衰减和第二级放大得到第一调理信号xA(n)，第二信号经过第一级放大、衰减和第二级放大后，一部分生成第二调理信号xB(n)，另一部分进入信号检波子模块得到检波信号。工频信号调理模块对工频信号进行滤波和放大，放大倍数设置为10000倍，直接将工频信号放大至饱和失真，得到工频方波。
S3、将第一调理信号xA(n)、第二调理信号xB(n)分别发送至信号采集模块和信号切换模块，将检波信号和工频方波发送至信号处理模块。
S4、信号处理模块根据检波信号调整特高频信号调理模块，并处理工频方波得到锯齿波信号g(n)，将锯齿波信号g(n)发送至信号采集模块。
S4的具体步骤为：
S401、第二AD采集模块检测检波信号，信号幅值计算子模块计算检波信号幅值。
S402、检波信号幅值小于预设的幅值阈值时，控制衰减控制判断子模块向信号衰减子模块发送指令，降低信号衰减子模块的衰减倍数。
第二信号经过特高频信号调理模块调理后得到第二调理信号和检波信号，将检波信号发送至第二AD采集模块，信号幅值计算子模块计算检波信号幅值，当衰减控制判断子模块检测到检波信号幅值小于幅值阈值时，控制衰减控制判断子模块向信号衰减子模块发送指令，即发送衰减控制系数，降低信号衰减子模块的衰减倍数，增大特高频信号调理模块的放大倍数。
S403、第一AD采集模块采集工频方波，过零点提取子模块获取工频方波上升沿的过零点位置。
S404、以过零点位置作为起始点，锯齿波输出子模块生成并向信号切换模块输出锯齿波信号g(n)，锯齿波信号g(n)的信号幅值为U。
图7中，第一行为工频信号的波形，第二行为工频方波的波形，第三行为锯齿波信号的波形，锯齿波信号的频率与工频信号的频率相同，信号幅值U为固定值。
S5、设置上位机的检测模式，若为定位模式则执行S6至S9，若为图谱分析模式则执行S10至S13。
信号采集模块采用PICO6404E型虚拟示波器，其采样率为10GS/s，信号采集模块能将模拟信号转换为数字信号，即信号采集模块发送至上位机的信号均为数字信号。
S6、信号采集模块采集第二调理信号xB(n)并将第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)发送至上位机。
S7、对第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)进行插值处理，得到第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)。
S7的具体方法为：上位机接收到第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)，用三次样条插值方法对第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)进行插值，得到第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)。
设定插值点数为3，插值后的采样率等效为40GS/s。
S8、计算第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)的时间差Δt。
S8的具体步骤为：
S801、计算第一插值信号sA(n)的最小累积能量Emin(n)得到最小累积能量曲线，获得最小累积能量曲线最小值对应的采样点序数χ：
Figure GDA0004264368460000101
Figure GDA0004264368460000102
其中，N为第一调理信号xA(n)的总点数，E(n)为第一调理信号xA(n)的能量累积曲线，n为第一调理信号xA(n)的序数，s2(q)为sA 2(n)，q为计算能量累积曲线过程中计数用序数，EN为能量累积曲线E(n)的最大值。
S802、依据信号采样率，以χ’作为第一插值信号sA(n)的截取起始点，以χ’+40或χ’+80作为截取长度，获取首波段sA’(n)，其中，χ’＝χ-4或者χ’＝χ-9。
S803、对sA’(n)进行平滑滤波，得到第一滤波信号sA”(n)。
S804、基于sA”(n)最大值设置信号阈值，统计sA”(n)的波峰和波谷的位置，搜索波峰和波谷之间的过零点，以第一个过零点和第三个过零点对应的时刻tcro1和tcro3作为首波的截取位置，在第一插值信号sA(n)中截取首波，在截取首波的前后依次补0，获得与sA(n)等长的信号，即为第一插值信号sA(n)的首波swh_A(n)。
S804中，将sA”(n)最大值的20％作为信号阈值。
S805、重复S801至S804，获得第二插值信号sB(n)的首波swh_B(n)。
S806、根据swh_A(n)和swh_B(n)，利用互相关算法进行时延估计，获得第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)的时间差Δt。
S9、根据时间差Δt计算局部放电源相对于天线阵列的方位角θ，判断局部放电源相对于天线阵列的位置。
S9的具体方法为：计算局部放电源相对于天线阵列的方位角θ：
Figure GDA0004264368460000111
其中，c为电磁波传播速度，这里取c＝3*108m/s，L为两支天线的距离。
多次变换检测位置，重复S1至S9，得到多个方位角，依据方位角判断局部放电源相对于天线阵列的位置。
S10、信号采集模块采集锯齿波信号g(n)并将第一调理信号xA(n)和锯齿波信号g(n)发送至上位机。
S11、计算第一调理信号xA(n)对应的工频相位
Figure GDA0004264368460000112
S11的具体方法为：第一调理信号xA(n)对应的工频相位
Figure GDA0004264368460000113
Figure GDA0004264368460000114
其中，N为xA(n)的总点数，n为xA(n)中离散点的序数，U为锯齿波信号g(n)的信号幅值。
S12、计算第一调理信号xA(n)中有效信号的脉冲信号功率Y。
首先对第一调理信号xA(n)进行幅值还原，通过控制衰减控制判断子模块发送的衰减控制系数和特高频信号调理模块的放大倍数对第一调理信号xA(n)进行幅值还原，然后计算有效信号的脉冲信号功率Y。
S12的具体步骤为：
S1201、计算第一调理信号xA(n)的最小累积能量，得到xA(n)的最小累积能量曲线。
S1202、提取第一调理信号xA(n)的起始点位置xbeg_loc。
S1203、对第一调理信号xA(n)进行希尔伯特变换，获得第一调理信号xA(n)的包络xA_Env(n)。
S1204、提取包络xA_Env(n)的xbeg_loc处的包络幅值xbeg_amp，以包络幅值xbeg_amp为包络阈值，提取包络xA_Env(n)下降沿处对应的终止点位置xend_loc。
S1205、截取第一调理信号xA(n)中包络幅值xbeg_amp和终止点位置xend_loc之间的信号段xA_seg(m)，信号段xA_seg(m)为有效信号。这里提取到的有效信号即第一调理信号xA(n)中的脉冲信号。
S1206、计算有效信号xA_seg(m)的脉冲信号功率Y：
Figure GDA0004264368460000121
其中，M为xA_seg(m)的总点数，m为xA_seg(m)中离散点的序数。
S13、上位机根据工频相位
Figure GDA0004264368460000122
和脉冲信号功率Y进行图谱显示。
显示的图谱为PRPD/PRPS图谱，之后将第一调理信号xA(n)和锯齿波信号g(n)进行后台存储，建立与PRPD图谱中各个脉冲信号的索引关系，通过图谱中脉冲信号的选择，实现对应局部放电原始特高频电磁波信号的呈现和后续分析。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法，基于一种适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统，系统包括依次连接的信号处理模块、信号切换模块、信号采集模块、通信模块和上位机，信号处理模块电性连接有工频信号调理模块和特高频信号调理模块，工频信号调理模块电性连接有工频感应传感器，特高频信号调理模块电性连接有特高频传感器A和特高频传感器B，特高频信号调理模块与信号切换模块、信号采集模块均电性连接，所述特高频信号调理模块包括依次电性连接的第一信号放大子模块、信号衰减子模块、第二信号放大子模块和信号检波子模块，所述特高频传感器A和所述特高频传感器B均与第一信号放大子模块电性连接，所述信号采集模块和所述信号切换模块均与第二信号放大子模块电性连接，所述信号处理模块与信号衰减子模块、信号检波子模块均电性连接，所述信号处理模块包括第一AD采集子模块、第二AD采集子模块和指令接收子模块，第一AD采集子模块与所述工频信号调理模块电性连接，第一AD采集子模块依次连接有过零点提取子模块和锯齿波输出子模块，锯齿波输出子模块与所述信号切换模块电性连接，第二AD采集子模块与所述信号检波子模块电性连接，第二AD采集子模块依次连接有信号幅值计算子模块和衰减控制判断子模块，衰减控制判断子模块与所述信号衰减子模块、所述通信模块均电性连接，指令接收子模块与所述通信模块电性连接，指令接收子模块电性连接有信号切换控制子模块，信号切换控制子模块与所述信号切换模块电性连接，敞开式变电站内设置有局部放电源和天线阵列，天线阵列包括两支天线，其特征在于：巡检方法包括以下步骤：
S1、特高频传感器A和特高频传感器B采集特高频电磁波信号得到第一信号和第二信号，将第一信号和第二信号输送至特高频信号调理模块，工频感应传感器采集工频信号，将工频信号输送至工频信号调理模块；
S2、特高频信号调理模块对第一信号和第二信号进行调理得到第一调理信号xA(n)、第二调理信号xB(n)和检波信号，工频信号调理模块对工频信号进行调理得到工频方波；
S3、将第一调理信号xA(n)、第二调理信号xB(n)分别发送至信号采集模块和信号切换模块，将检波信号和工频方波发送至信号处理模块；
S4、信号处理模块根据检波信号调整特高频信号调理模块，并处理工频方波得到锯齿波信号g(n)，将锯齿波信号g(n)发送至信号采集模块；
S4的具体步骤为：
S401、第二AD采集模块检测检波信号，信号幅值计算子模块计算检波信号幅值；
S402、检波信号幅值小于预设的幅值阈值时，控制衰减控制判断子模块向信号衰减子模块发送指令，降低信号衰减子模块的衰减倍数；
S403、第一AD采集模块采集工频方波，过零点提取子模块获取工频方波上升沿的过零点位置；
S404、以过零点位置作为起始点，锯齿波输出子模块生成并向信号切换模块输出锯齿波信号g(n)，锯齿波信号g(n)的信号幅值为U；
S5、设置上位机的检测模式，若为定位模式则执行S6至S9，若为图谱分析模式则执行S10至S13；
S6、信号采集模块采集第二调理信号xB(n)并将第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)发送至上位机；
S7、对第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)进行插值处理，得到第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)；S7的具体方法为：上位机接收到第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)，用三次样条插值方法对第一调理信号xA(n)和第二调理信号xB(n)进行插值，得到第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)；
S8、计算第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)的时间差Δt；
S8的具体步骤为：
S801、计算第一插值信号sA(n)的最小累积能量Emin(n)得到最小累积能量曲线，获得最小累积能量曲线最小值对应的采样点序数χ：
Figure FDA0004248252330000021
Figure FDA0004248252330000022
其中，N为第一调理信号xA(n)的总点数，E(n)为第一调理信号xA(n)的能量累积曲线，n为第一调理信号xA(n)的序数，s2(q)为sA 2(n)，q为计算能量累积曲线过程中计数用序数，EN为能量累积曲线E(n)的最大值；
S802、依据信号采样率，以χ’作为第一插值信号sA(n)的截取起始点，以χ’+40或χ’+80作为截取长度，获取首波段sA’(n)，其中，χ’＝χ-4或者χ’＝χ-9；
S803、对sA’(n)进行平滑滤波，得到第一滤波信号sA”(n)；
S804、基于sA”(n)最大值设置信号阈值，统计sA”(n)的波峰和波谷的位置，搜索波峰和波谷之间的过零点，以第一个过零点和第三个过零点对应的时刻tcro1和tcro3作为首波的截取位置，在第一插值信号sA(n)中截取首波，在截取首波的前后依次补0，获得与sA(n)等长的信号，即为第一插值信号sA(n)的首波swh_A(n)；
S805、重复S801至S804，获得第二插值信号sB(n)的首波swh_B(n)；
S806、根据swh_A(n)和swh_B(n)，利用互相关算法进行时延估计，获得第一插值信号sA(n)和第二插值信号sB(n)的时间差Δt；
S9、根据时间差Δt计算局部放电源相对于天线阵列的方位角θ，判断局部放电源相对于天线阵列的位置；
S10、信号采集模块采集锯齿波信号g(n)并将第一调理信号xA(n)和锯齿波信号g(n)发送至上位机；
S11、计算第一调理信号xA(n)对应的工频相位
Figure FDA0004248252330000031
S12、计算第一调理信号xA(n)中有效信号的脉冲信号功率Y；
S13、上位机根据工频相位
Figure FDA0004248252330000035
和脉冲信号功率Y进行图谱显示。
2.如权利要求1所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法，其特征在于：S9的具体方法为：计算局部放电源相对于天线阵列的方位角θ：
Figure FDA0004248252330000032
其中，c为电磁波传播速度，L为两支天线的距离。
3.如权利要求2所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法，其特征在于：S11的具体方法为：第一调理信号xA(n)对应的工频相位
Figure FDA0004248252330000033
Figure FDA0004248252330000034
其中，N为xA(n)的总点数，n为xA(n)中离散点的序数，U为锯齿波信号g(n)的信号幅值。
4.如权利要求3所述的适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检方法，其特征在于：S12的具体步骤为：
S1201、计算第一调理信号xA(n)的最小累积能量，得到xA(n)的最小累积能量曲线；
S1202、提取第一调理信号xA(n)的起始点位置xbeg_loc；
S1203、对第一调理信号xA(n)进行希尔伯特变换，获得第一调理信号xA(n)的包络xA_Env(n)；S1204、提取包络xA_Env(n)的xbeg_loc处的包络幅值xbeg_amp，以包络幅值xbeg_amp为包络阈值，提取包络xA_Env(n)下降沿处对应的终止点位置xend_loc；
S1205、截取第一调理信号xA(n)中包络幅值xbeg_amp和终止点位置xend_loc之间的信号段xA_seg(m)，信号段xA_seg(m)为有效信号；
S1206、计算有效信号xA_seg(m)的脉冲信号功率Y：
Figure FDA0004248252330000041
其中，M为xA_seg(m)的总点数，m为xA_seg(m)中离散点的序数。
CN202110740816.8A 2021-06-30 2021-06-30 适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法 Active CN113406454B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110740816.8A CN113406454B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110740816.8A CN113406454B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113406454A CN113406454A (zh) 2021-09-17
CN113406454B true CN113406454B (zh) 2023-07-07

Family

ID=77680633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110740816.8A Active CN113406454B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113406454B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114325250B (zh) * 2021-11-16 2024-02-27 国网天津市电力公司电力科学研究院 集成定位检测与图谱检测功能的局部放电检测装置及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103605062A (zh) * 2013-12-06 2014-02-26 青岛华电高压电气有限公司 局部放电信号触发相位同步时钟源
CN105467287A (zh) * 2016-01-08 2016-04-06 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 基于特高频检测技术的gis局部放电自动定位装置
CN109828187A (zh) * 2018-11-19 2019-05-31 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种定位变电设备局部放电故障的时间差提取分析方法
CN110927538A (zh) * 2019-11-28 2020-03-27 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 一种变压器套管局部放电监测系统及方法
CN111351585A (zh) * 2019-12-10 2020-06-30 西南技术物理研究所 一种使用锯齿波调相的相位测量方法
CN212229083U (zh) * 2020-03-28 2020-12-25 平顶山天安煤业股份有限公司 一种敞开式高压电气设备局部放电综合检测装置
CN112180223A (zh) * 2020-09-17 2021-01-05 国网山东省电力公司电力科学研究院 实现局部放电特高频信号图谱诊断和故障定位的方法
CN112731081A (zh) * 2020-12-25 2021-04-30 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种用于获取局部放电相位的方法和装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1394479B1 (it) * 2009-05-29 2012-07-05 Techimp Technologies S A Ora Techimp Technologies S R L Strumento e procedimento di rilevazione di scariche elettriche parziali in un apparato elettrico.
ES2723430B8 (es) * 2018-02-20 2020-12-29 Fundacion Para El Fomento De La Innovacion Ind Método para la evaluación y calificación de las características funcionales de instrumentos de medida y diagnóstico de descargas parciales e instalación para generar series de pulsos de referencia de descargas parciales

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103605062A (zh) * 2013-12-06 2014-02-26 青岛华电高压电气有限公司 局部放电信号触发相位同步时钟源
CN105467287A (zh) * 2016-01-08 2016-04-06 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 基于特高频检测技术的gis局部放电自动定位装置
CN109828187A (zh) * 2018-11-19 2019-05-31 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种定位变电设备局部放电故障的时间差提取分析方法
CN110927538A (zh) * 2019-11-28 2020-03-27 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 一种变压器套管局部放电监测系统及方法
CN111351585A (zh) * 2019-12-10 2020-06-30 西南技术物理研究所 一种使用锯齿波调相的相位测量方法
CN212229083U (zh) * 2020-03-28 2020-12-25 平顶山天安煤业股份有限公司 一种敞开式高压电气设备局部放电综合检测装置
CN112180223A (zh) * 2020-09-17 2021-01-05 国网山东省电力公司电力科学研究院 实现局部放电特高频信号图谱诊断和故障定位的方法
CN112731081A (zh) * 2020-12-25 2021-04-30 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种用于获取局部放电相位的方法和装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周求宽 等.电力设备带电检测技术及应用.暨南大学出版社,2017,(第1版),197. *
徐贵 等.电网设备局部放电带电检测技术综合应用及案例分析.内蒙古科学技术出版社,2020,(第1版),169-171. *
邱昌容 等.电工设备局部放电及其测试技术.机械工业出版社,1994,(第1版),141-143. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113406454A (zh) 2021-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108414966B (zh) 一种基于时间调制的宽带线性调频信号测向系统及方法
CN110031729B (zh) 局部放电信号源的检测方法、系统及数据融合分析单元
CN103596637B (zh) 天线故障的检测方法与装置
CN113406454B (zh) 适用于敞开式变电站的局部放电带电巡检系统及方法
US8121222B2 (en) Systems and methods for construction of time-frequency surfaces and detection of signals
CN106556783A (zh) 一种变电站内基于特高频相控阵原理的局部放电测向方法
CN203838296U (zh) 一种基于局部放电空间定位系统的多路信号峰值采集装置
CN103969559A (zh) 一种变电站电力设备局部放电空间定位方法及系统
CN104283625A (zh) 基于谐波混频的超外差式谐波检测装置
CN103823164A (zh) 一种特高频无接触式局部放电定位检测装置和定位算法
CN105227197B (zh) 一种x波段快速锁频接收方法
EP3968054A1 (en) Radar system
CN109975770B (zh) 时间频率重叠多分量线性调频信号的分离方法及装置
WO2023029390A1 (zh) 一种毫米波雷达手势检测识别方法
CN102508307B (zh) 毫米波成像扫描检测系统及其检测方法
CN111443347B (zh) 一种便携式单手持穿墙雷达目标检测装置及目标检测方法
CN104569764A (zh) 一种用于组合电器沿面放电的带电检测系统及其方法
CN104678364A (zh) 基于fpga的s波段被动雷达截获接收装置及其信号处理方法
CN201955435U (zh) Gis局放巡检uhf传感器
CN202815212U (zh) 一种磁控管雷达频率跟踪装置
CN103376391A (zh) 一种变电站全站设备局放探测系统及方法
CN111983567A (zh) 一种基于数字滤波的雷达信号微特征分析系统
CN103902133A (zh) 电磁触控接收装置和方法
CN104345298B (zh) 匹配相关积分降采样包络检波方法及系统
CN103472376B (zh) 变压器局部放电特高频定位分析器及其定位分析方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant