CN113820540B - 一种局部放电脉冲工频相位获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种局部放电脉冲工频相位获取方法及装置，根据高压电力设备运行电压与市电电压的相位差固定的特点，直接获取局部放电监测仪内的市电电压，并将工频同步信号处理为方波信号，然后输入局部放电监测仪触发采集通道控制信号采集，进而结合相位差获取局部放电脉冲工频相位，避免了当前通过在高压电力设备加装传感器获取工频同步电压信号引起的潜在安全风险，也无须额外配置工频信号采集卡或采集通道，在提高监测安全性的同时降低建设成本，提供了一种安全经济有效的局部放电脉冲工频相位获取手段，可以有效促进局部放电测量在高压电力设备中的推广应用。

Description

一种局部放电脉冲工频相位获取方法及装置

技术领域

本发明属于电力设备状态监测领域，特别是涉及一种局部放电脉冲工频相位获取方法及装置。

背景技术

发电机、变压器、GIS等高压电力设备是电力系统的关键设备，其安全稳定运行对电力系统至关重要。

绝缘故障是高压电力设备的主要故障类型，局部放电是绝缘故障的征兆和原因，因此，局部放电监测成为了当前主要的绝缘状态评估和绝缘故障诊断手段之一。

由于不同的绝缘缺陷产生的局部放电类型不同，表现出不同的局部放电相位分布模式（Phase Resolved Partial Discharge，PRPD），PRPD在局部放电监测中应用广泛，因此，放电脉冲工频相位成为局部放电诊断分析不可或缺的关键参数。

当前普遍采用加装传感器对高压电力设备电压进行降压处理，通过同步采集的方式获取工频同步信号，进而计算获取局部放电工频相位。其不足之处是需要在额外加装工频传感器，在增加建设的成本的同时影响高压设备运行安全，而且需要额外配置一个工频信号采集通道，因此局部放电监测仪建设成本较高，不利于推广应用。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，同时考虑到高压电力设备运行电压与市电电压的相位差固定的特点，本发明提供一种局部放电脉冲工频相位获取方法，以实现局部放电工频相位的安全经济获取。

为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：

一种局部放电脉冲工频相位获取方法，其特征在于：所述局部放电脉冲工频相位获取方法包括如下步骤：

S1、获取高压电力设备运行电压信号与局部放电监测仪内的市电电压信号V _f 的相位差φ _m ；

S2、获取局部放电监测仪内的市电电压信号V _f ；

S3、对市电电压信号V _f 进行处理得到方波信号V _s ；

S4、利用方波信号V _s 上升沿触发局部放电监测仪启动采集；

S5、对采集的局部放电信号S _n 去噪后提取局部放电脉冲P _N ；

S6、结合相位差φ _m 计算局部放电脉冲P _N 的工频相位φ _N 。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：步骤S1中，通过主接线图内接线形式和变压器绕组联结组别计算获取相位差φ _m ，或者通过电容分压器和示波器在线试验测量获取相位差φ _m 。

作为本发明的优选技术方案：步骤S2中，利用工频电压互感器获取市电电压信号V _f 。

作为本发明的优选技术方案：步骤S3中，对市电电压信号V _f 的处理包括低通滤波和过零比较，输出方波信号V _s ；

如果低通滤波后市电电压信号上升沿过零，过零比较输出为高电平；

如果低通滤波后市电电压信号下降沿过零，过零比较输出为低电平。

作为本发明的优选技术方案：步骤S5包括如下步骤：

S51、对局部放电信号S _n 进行小波分解得到小波系数和尺度系数；

S52、利用经典阈值对小波系数进行阈值处理；

S53、利用阈值处理后的小波系数和尺度系数重构得到去噪信号；

S54、从去噪信号中提取局部放电脉冲P _N 。

作为本发明的优选技术方案：步骤S6包括如下步骤：

S61、获取局部放电脉冲P _N 绝对值最大值位置L _N ；

S63、以局部放电信号S _n 起点为工频参考零相位，计算得到L _N 对应工频参考相位φ _l ；

S63、对工频参考相位φ _l 进行相位修正，得到局部放电脉冲P _N 的工频相位φ _N ，修正公式如下：

φ _N =φ _l +φ _m

式中：φ _N 为局部放电脉冲P _N 的工频相位，φ _l 为工频参考相位，φ _m 为高压电力设备运行电压信号与局部放电监测仪内的市电电压信号的相位差。

本发明还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种局部放电脉冲工频相位获取装置。

为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：

一种局部放电脉冲工频相位获取装置，其特征在于：所述局部放电脉冲工频相位获取装置包括工频电压互感器和工频信号调理器，

所述工频信号调理器由低通滤波器和过零比较器串联而成，

所述工频电压互感器的输入端接局部放电监测仪内的市电电源，所述工频电压互感器的输出端接工频信号调理器，

所述工频信号调理器的输出端接局部放电监测仪触发采集通道。

本发明提供一种局部放电脉冲工频相位获取方法及装置，具有如下有益效果：

本发明根据高压电力设备运行电压与市电电压的相位差固定的特点，直接获取局部放电监测仪内的市电电压，并将工频同步信号处理为方波信号，然后输入局部放电监测仪触发采集通道控制信号采集，进而结合相位差获取局部放电脉冲工频相位，避免了当前通过加装传感器在高压电力设备获取工频同步电压引起的潜在安全风险，也无须额外配置工频信号采集卡或采集通道，在提高监测安全性的同时降低建设成本，提供了一种安全经济有效的局部放电脉冲工频相位获取手段，可以有效促进局部放电测量在高压电力设备中的推广应用。

本发明适用于发电机、变压器、GIS等高压电力设备局部放电监测，避免了从一次设备直接获取工频信号的难题，也避免了传统局部放电监测仪所需的工频采集模块或采集通道，降低了局部放电工频相位获取装置的结构复杂度和成本。

附图说明

图1为发电机局部放电监测系统示意图。

图2为本发明所提供的局部放电脉冲工频相位获取方法的流程示意图。

图3为开展局部放电监测的发电机的主接线拓扑图。

图4为高压电力设备运行电压信号与局部放电监测仪内的市电电压信号相位差试验测量示意图。

图5为市电电压信号经工频信号调理器处理前后信号波形。

图6为本发明所提供的局部放电脉冲工频相位获取装置的结构示意图。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。

图1为发电机局部放电监测系统示意图。如图1所示，在发电机三相离相出口母线上分别安装一支高压耦合电容器传感局部放电信号，局部放电监测仪同步采集3路传感信号。

图2为本发明所提供的局部放电脉冲工频相位获取方法的流程示意图。如图2所示，一种局部放电脉冲工频相位获取方法，包括如下步骤：

S1、获取高压电力设备运行电压信号与局部放电监测仪内的市电电压信号的相位差φ _m ；

S2、获取局部放电监测仪内的市电电压信号V _f ；

S3、对市电电压信号V _f 进行处理得到方波信号V _s ；

S4、利用方波信号V _s 上升沿触发局部放电监测仪启动采集；

S5、对采集的局部放电信号S _n 去噪后提取局部放电脉冲P _N ；

S6、结合相位差φ _m 计算局部放电脉冲P _N 的工频相位φ _N 。

图3为主接线拓扑图，是开展局部放电监测的发电机所在电站的主接线图的一部分。步骤S1中，相位差φ _m 可以直接由主接线图的接线形式和变压器绕组联结组别计算获取。图中标号为1的发电机a为开展局部放电监测的对象，发电机a额定电压为20 kV；标号为2的变压器为水电站主变压器；标号为3的变压器b为厂用高压变压器，厂用高压变压器的额定电压为20 kV/10.5 kV，绕组联结组别为Yd11；标号为4和5的变压器为动力变压器，动力变压器的额定电压为10 kV/400 V，绕组联结组别为Dyn11。局部放电监测仪的电源为取至动力变压器低压侧400 V厂用电动力柜A相。因此，可以计算得到发电机a的A相运行电压相比局部放电监测仪的电源电压相位超前60°，B相运行电压相位滞后局部放电监测仪的电源电压60°，C相运行电压相位超前局部放电监测仪的电源电压180°，即相位差φ _{m, A} =60°、φ _{m, B} =-60°、φ _{m, C} =180°。

图4为高压电力设备运行电压信号与局部放电监测仪内的市电电压信号相位差试验测量示意图。如图4所示，步骤S1中，相位差φ _m 也可通过电容分压器和示波器在线试验测量获取，测量得到的发电机a的A相运行电压相位超前局部放电监测仪的电源电压60°，B相运行电压相位滞后局部放电监测仪的电源电压60°，C相运行电压相位超前局部放电监测仪的电源电压180°，即相位差φ _{m, A} =60°、φ _{m, B} =-60°、φ _{m, C} =180°。

步骤S2中，可以利用工频电压互感器获取市电电压信号V _f 。

步骤S3中，对市电电压信号V _f 的处理包括低通滤波和过零比较，输出方波信号V _s ；

图5为市电电压信号经工频信号调理器处理前后信号波形。如图5所示，1为市电电压信号V _f ，2为过零比较输出的方波信号；如果低通滤波后市电电压信号上升沿过零，过零比较输出为高电平；如果低通滤波后市电电压信号下降沿过零，过零比较输出为低电平。

步骤S5具体包括如下步骤：

S51、采用db4母小波，对三支传感器输出的局部放电信号S _{n, A} 、S _{n, B} 和S _{n, C} 分别进行4层小波分解得到各自小波系数和尺度系数；

S52、利用经典阈值对所有小波系数进行软阈值处理；

S53、利用阈值处理后的小波系数和尺度系数重构得到三个去噪信号；

S54、从三个去噪信号中分别提取各相局部放电脉冲P _{N, A} 、P _{N, B} 和P _{N, C} 。

步骤S6具体包括如下步骤：

S61、分别获取三相局部放电脉冲P _{N, A} 、P _{N, B} 和P _{N, C} 的绝对值最大值位置L _{N, A} 、L _{N, B} 和L _{N, C} ；

S62、以局部放电信号S _{n, A} 起点为工频参考零相位，计算得到L _{N, A} 、L _{N, B} 和L _{N, C} 对应工频参考相位φ _{l, A} 、φ _{l, B} 和φ _{l, C} ；

S63、对工频参考相位φ _{l, A} 、φ _{l, B} 和φ _{l, C} 进行相位修正，得到局部放电脉冲P _{N, A} 、P _{N, B} 和P _{N, C} 的工频相位φ _{N, A} 、φ _{N, B} 和φ _{N, C} ，修正公式如下：

。

图6为本发明所提供的局部放电脉冲工频相位获取装置的结构示意图。如图6所示，一种局部放电脉冲工频相位获取装置，包括工频电压互感器和工频信号调理器，工频信号调理器由低通滤波器和过零比较器串联而成，工频电压互感器输入端接局部放电监测仪内的市电电源，工频电压互感器输出端接工频信号调理器，工频信号调理器输出接局部放电监测仪触发采集通道。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种局部放电脉冲工频相位获取方法，其特征在于：所述局部放电脉冲工频相位获取方法包括如下步骤：

S1、获取高压电力设备运行电压信号与局部放电监测仪内的市电电压信号V _f 的相位差φ _m ；

S2、获取局部放电监测仪内的市电电压信号V _f ；

S3、对市电电压信号V _f 进行处理得到方波信号V _s ；

S4、利用方波信号V _s 上升沿触发局部放电监测仪启动采集；

S5、对采集的局部放电信号S _n 去噪后提取局部放电脉冲P _N ；

S6、结合相位差φ _m 计算局部放电脉冲P _N 的工频相位φ _N ；

局部放电监测仪内的市电电源接电压互感器输入端；

电压互感器输出端接工频信号调理器；

工频信号调理器由低通滤波器和过零比较器串联而成；

工频信号调理器的输出端接局部放电监测仪触发采集通道。

2.根据权利要求1所述的局部放电脉冲工频相位获取方法，其特征在于：步骤S1中，通过主接线图内接线形式和变压器绕组联结组别计算获取相位差φ _m ，或者通过电容分压器和示波器在线试验测量获取相位差φ _m 。

3.根据权利要求1所述的局部放电脉冲工频相位获取方法，其特征在于：步骤S2中，利用工频电压互感器获取市电电压信号V _f 。

4.根据权利要求1所述的局部放电脉冲工频相位获取方法，其特征在于：步骤S3中，对市电电压信号V _f 的处理包括低通滤波和过零比较，输出方波信号V _s ；

如果低通滤波后市电电压信号上升沿过零，过零比较输出为高电平；

如果低通滤波后市电电压信号下降沿过零，过零比较输出为低电平。

5.根据权利要求1所述的局部放电脉冲工频相位获取方法，其特征在于：步骤S5包括如下步骤：

S51、对局部放电信号S _n 进行小波分解得到小波系数和尺度系数；

S52、利用经典阈值对小波系数进行阈值处理；

S53、利用阈值处理后的小波系数和尺度系数重构得到去噪信号；

S54、从去噪信号中提取局部放电脉冲P _N 。

6.根据权利要求1所述的局部放电脉冲工频相位获取方法，其特征在于：步骤S6包括如下步骤：

S61、获取局部放电脉冲P _N 绝对值最大值位置L _N ；

S62、以局部放电信号S _n 起点为工频参考零相位，计算得到L _N 对应工频参考相位φ _l ；

S63、对工频参考相位φ _l 进行相位修正，得到局部放电脉冲P _N 的工频相位φ _N ，修正公式如下：

φ _N =φ _l +φ _m

式中：φ _N 为局部放电脉冲P _N 的工频相位，φ _l 为工频参考相位，φ _m 为高压电力设备运行电压信号与局部放电监测仪内的市电电压信号的相位差。

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