CN114252743A - 变压器局部放电模式识别系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种变压器局部放电模式识别系统，包括局部放电传感器组件、聚四氟乙烯绝缘罩以及局部放电识别装置，局部放电传感器组件的外部设置有聚四氟乙烯绝缘罩，且局部放电传感器组件设置于变压器内部，局部放电识别装置设置于变压器外部，局部放电传感器组件连接局部放电识别装置；局部放电传感器组件用于采集变压器的局部放电信号，并传输至局部放电识别装置；局部放电识别装置用于根据局部放电信号判断是否发生局部放电以及局部放电类型，本申请的识别系统既通过多源局部放电信号保证较高的检测灵敏度，也通过设置绝缘层做到不影响变压器内部的原有电场分布，不会降低设备电气绝缘强度。

Description

变压器局部放电模式识别系统

技术领域

本申请涉及局部放电识别技术领域，特别是涉及一种变压器局部放电模式识别系统。

背景技术

局部放电现象是指电气设备绝缘在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电故障，局部放电模式识别即对该局部放电现象的类型进行判定，诊断放电故障的严重程度，为维护电力系统安全稳定运行提供有力指导。由于电力系统中的电磁环境复杂，局部放电信号采集天线在复杂工况环境中，局部放电模式识别能力和抗干扰能力受到不小挑战。

目前，变压器局部放电带电检测仪器众多，其接收信号的天线按照与变压器的安装方式可以划分为内置式和外置式。外置天线式局部放电带电检测仪器进行检测时，因离信号源距离较远且易遭受周围环境中电磁波信号干扰，对局部放电的识别准确率较低，在变压器已逐渐少有采用。内置天线式局部放电带电检测仪器将检测天线集成于变压器内部，具有较高的检测灵敏度，但同时其天线也可能影响高压设备内部原有电场分布，降低设备电气绝缘强度。

发明内容

基于此，有必要针对现有局部放电带电检测仪器的内置式天线绝缘性、抗干扰性以及信号传输有效性弱的问题，提供一种变压器局部放电模式识别系统。

一种变压器局部放电模式识别系统，包括局部放电传感器组件、聚四氟乙烯绝缘罩以及局部放电识别装置，所述局部放电传感器组件的外部设置有所述聚四氟乙烯绝缘罩，且所述局部放电传感器组件设置于变压器内部，所述局部放电识别装置设置于所述变压器外部，所述局部放电传感器组件连接所述局部放电识别装置；

所述局部放电传感器组件用于采集所述变压器的局部放电信号，并传输至所述局部放电识别装置；

所述局部放电识别装置用于根据所述局部放电信号判断是否发生局部放电以及局部放电类型。

在其中一个实施例中，所述局部放电传感器组件包括特高频电磁波模块以及超声波模块，所述高频电磁波模块与所述超声波模块的外部均设置有所述聚四氟乙烯绝缘罩，且所述高频电磁波模块与所述超声波模块均设置于所述变压器内部，所述高频电磁波模块与所述超声波模块均连接所述局部放电识别装置；

所述特高频电磁波模块用于采集所述变压器内部的特高频电磁波信号，并转换成第一局部放电信号，再将所述第一局部放电信号发送至所述局部放电识别装置；

所述超声波模块用于采集所述变压器内部的超声波信号，并转换成第二局部放电信号，再将所述第二局部放电信号发送至所述局部放电识别装置。

在其中一个实施例中，所述特高频电磁波模块包括UHF传感器以及信号调理电路，所述UHF传感器连接所述信号调理电路，所述信号调理电路连接所述局部放电识别装置。

在其中一个实施例中，所述超声波模块包括AE传感器以及前置滤波放大电路，所述AE传感器连接所述前置滤波放大电路，所述前置滤波放大电路连接所述局部放电识别装置。

在其中一个实施例中，所述局部放电识别装置包括信号采集模块以及信号处理模块，所述信号采集模块连接所述信号调理电路、所述前置滤波放大电路以及所述信号处理模块；

所述信号采集模块用于获取所述第一局部放电信号与所述第二局部放电信号；所述信号处理模块用于根据所述第一局部放电信号与所述第二局部放电信号判断是否发生局部放电以及所述局部放电类型。

在其中一个实施例中，所述局部放电识别装置还包括模数转换模块，所述信号采集模块通过所述模数转换模块连接所述信号处理模块。

在其中一个实施例中，所述局部放电识别装置还包括辅助测量模块，所述辅助测量模块连接所述变压器以及所述信号信号处理模块。

在其中一个实施例中，所述局部放电识别装置还包括通讯模块，所述信号处理模块通过所述通讯模块连接主站数据中心服务器。

在其中一个实施例中，所述局部放电识别装置还包括显示模块，所述显示模块连接所述信号处理模块。

在其中一个实施例中，所述局部放电识别装置还包括电源模块，所述电源模块连接所述信号处理模块。

上述变压器局部放电模式识别系统，对内置于变压器的局部放电传感器组件的外部设置一层聚四氟乙烯绝缘罩，使得局部放电传感器组件与变压器内部的器件实现电气隔离，同时局部放电传感器组件也将采集的多种局部放电信号，传输至局部放电识别装置判断得到的是否发生局部放电以及局部放电类型，既通过多源局部放电信号保证较高的检测灵敏度，也通过设置绝缘层做到不影响变压器内部的原有电场分布，不会降低设备电气绝缘强度。

附图说明

图1为一实施例中变压器局部放电模式识别系统的系统框图；

图2为另一实施例中变压器局部放电模式识别系统的系统框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

局部放电模式识别是采用计算的方法根据局部放电信号样本的特征对局部放电故障类型进行判别，它是对电力设备的局部放电程度进行诊断的基础。由于电力设备例如变压器等，所处的电磁环境复杂，局部放电信号采集天线在复杂工况环境中，模式识别能力和抗干扰能力均受到不小挑战。据统计，目前采用的针对变压器等设备的局放检测系统，90％以上的报警属于误报。因此，针对上述情况，有必要针对如何提高变压器局部放电故障检测准确性展开研究。

目前，针对变压器的局部放电带电检测仪器众多，一般是监测变压器中的GIS(GasInsulation Switchgear,气体绝缘组合电器)的局部放电情况，根据其接收信号的天线安装位置可以划分为内置式和外置式。可以理解，内置式即接收信号的天线设置于变压器内部的GIS中，外置式即接收信号的天线设置于变压器外部。其中，外置天线式局部放电检测仪器进行检测时，因离变压器产生局部放电的信号源距离较远且易遭受周围环境中电磁波信号干扰，对局部放电的识别准确率较低，因此逐渐不被采用。内置天线式局部放电检测仪器将其检测天线集成于变压器内部，具有较高的检测灵敏度，但同时其检测天线也可能影响变压器内部原有电场分布，降低变压器的电气绝缘强度。目前，也有很多研究团队和设备公司开发了各种内置式局放信号采集天线，但是大多数内置式采集天线不具有绝缘性好、信号传输能力强、抗干扰等性能，应用受到限制。

随着材料科学的不断进步，近些年来依赖新型绝缘材料优越的电性能，新型材料应用于电气领域屡见不鲜，因此，应用新型材料优良的化学稳定性实现一种绝缘性、信号传输、抗干扰能力强的内置天线式局部放电检测仪器具有重要意义。

另外，根据局部放电带电检测仪器判断时获得信号的来源，主要可以划分为电测法和非电测法两大类。其中，电测法主要是利用传感器天线采集局部放电时产生的电磁波信号，可根据电磁波的频段不同分为高频法、特高频法以及甚高频法等。非电测法可根据采集的信号不同包括超声波检测法、光检测法和化学检测法。但上述基于单源信号进行识别的方式准确率还是有较大的局限性。

因此，针对上述问题，在一个实施例中，如图1所示，本申请提出一种变压器局部放电模式识别系统，包括局部放电传感器组件110、聚四氟乙烯绝缘罩120以及局部放电识别装置130，局部放电传感器组件110的外部设置有聚四氟乙烯绝缘罩120，且局部放电传感器组件110设置于变压器内部，局部放电识别装置130设置于变压器外部，局部放电传感器组件110连接局部放电识别装置130；局部放电传感器组件110用于采集变压器的局部放电信号，并传输至局部放电识别装置130；局部放电识别装置130用于根据局部放电信号判断是否发生局部放电以及局部放电类型。

其中，局部放电传感器组件110为集成有多种局部放电信号采集来源的传感器组件，也是采集局部放电信号的天线。具体地，局部放电传感器组件110可包括通过检测局部放电所激发的高频电磁波、特高频电磁波得到局部放电信号的HFCT(High FrequencyCurrent Transformer,高频电流互感器)传感器、UHF(Ultra-high Frequency,特高频)传感器；还可包括通过检测局部放电所产生的超声波信号得到局部放电信号的AE传感器；还可以包括通过检测局部放电所产生的光辐射得到局部放电信号的光测设备。

具体地，局部放电传感器组件110设置于变压器内部，可根据局部放电检测的具体需求以及变压器的具体结构，设置于变压器的操作手孔或放油阀内，还可以直接与变压器绝缘油接触设置。在将局部放电传感器组件110内置于变压器时，其外部设置有聚四氟乙烯绝缘罩120，聚四氟乙烯绝缘罩120可以将局部放电传感器组件110与变压器内部器件绝缘隔离，达到不影响变压器内部原有电场分布以及降低变压器的电气绝缘强度的目的。可以理解，聚四氟乙烯绝缘罩120采用新型材料聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene,PTFE)制成，是一种以四氟乙烯作为单体聚合制得的高分子聚合物，耐高温、耐腐蚀，具有优良的电绝缘性、耐老化，采用聚四氟乙烯制作局部放电传感器组件110的绝缘层，能大大增加局部放电检测的绝缘性能。

进一步地，局部放电识别装置130设置于变压器外部，其设置位置可根据安全以及电气隔离等因素设定，并不唯一，可设置于变压器外壳，也可以设置于距离变压器靠近的一个位置，尽可能的保证信号采集与信号传输的功能良好，这也能提高局部放电检测的准确性。

更进一步地，局部放电识别装置130通过同轴电缆接收局部放电传感器组件110采集得到的局部放电信号，并根据上述局部放电信号判断是否发生局部放电以及局部放电类型。其中，判断是否发生局部放电以及局部放电类型的方式并不唯一，例如可以采用大量局部放电样本训练的神经网络模型方法对局部放电信号进行判断，也可以是通过统计特征、分形特征、Weibull特征以及小波特征等特征提取后结合分类算法对局部放电信号进行判断，还可以是本领域技术人员认可的其他判断手段，不作此限定。其中，局部放电类型包括尖端放电、悬浮放电、气隙放电、颗粒放电等常见的高压导体局放类型。另外，在局部放电传感器组件110发送多个局部放电信号时，局部放电识别装置130可对多种信号进行选择性采集，并实现多种信号的比对研究，综合准确判断是否发生局部放电以及局部放电类型。

此外，局部放电识别装置130还可以连接变压器测量其电压信号与时间信息，用于计算局部放电发生时间。局部放电识别装置130还可以实现将采集得到的局部放电信号，以及判断得到的是否发生局部放电以及局部放电类型，采用显示模块进行显示，并且通过通讯模块传输至主站数据中心服务器，用于在实际发生局部放电故障时，及时报警进行维护处理。

上述变压器局部放电模式识别系统，对内置于变压器的局部放电传感器组件的外部设置一层聚四氟乙烯绝缘罩，使得局部放电传感器组件与变压器内部的器件实现电气隔离，同时局部放电传感器组件也将采集的多种局部放电信号，传输至局部放电识别装置判断得到的是否发生局部放电以及局部放电类型，既通过多源局部放电信号保证较高的检测灵敏度，也通过设置绝缘层做到不影响变压器内部的原有电场分布，不会降低设备电气绝缘强度。

在一个实施例中，局部放电传感器组件110包括特高频电磁波模块以及超声波模块，高频电磁波模块与超声波模块的外部均设置有聚四氟乙烯绝缘罩120，且高频电磁波模块与超声波模块均设置于变压器内部，高频电磁波模块与超声波模块均连接局部放电识别装置130；特高频电磁波模块用于采集变压器内部的特高频电磁波信号，并转换成第一局部放电信号，再将第一局部放电信号发送至局部放电识别装置130；超声波模块用于采集变压器内部的超声波信号，并转换成第二局部放电信号，再将第二局部放电信号发送至局部放电识别装置130。

其中，特高频电磁波模块以及超声波模块的外部均设置有聚四氟乙烯绝缘罩120，可以是特高频电磁波模块与超声波模块设置于同一个聚四氟乙烯绝缘罩120内，也可以是特高频电磁波模块与超声波模块分别设置于两个聚四氟乙烯绝缘罩120内。以下均以特高频电磁波模块与超声波模块设置于同一个聚四氟乙烯绝缘罩120内为例进行解释说明。

特高频电磁波模块用于采集变压器内部的特高频电磁波信号，并转换成第一局部放电信号，再将第一局部放电信号发送至局部放电识别装置130。在一个实施例中，如图2所示，特高频电磁波模块包括UHF传感器111以及信号调理电路112，UHF传感器111连接信号调理电路112，信号调理电路连接局部放电识别装置130。具体地，UHF传感器111为局部放电过程中产生的陡脉冲电流激发的特高频电磁波信号的采集天线，其可采集波长范围为1m～1dm，频率为300～3000MHz的无线电波。UHF传感器111采集特高频电磁波信号并转换为第一局部放电信号，再经过信号调理电路112进行调理后传输至局部放电识别装置130进行局部放电情况判断。

超声波模块用于采集变压器内部的超声波信号，并转换成第二局部放电信号，再将第二局部放电信号发送至局部放电识别装置130。在一个实施例中，如图2所示，超声波模块包括AE传感器113以及前置滤波放大电路114，AE传感器113连接前置滤波放大电路114，前置滤波放大电路114连接局部放电识别装置130。具体地，AE传感器113采用压电式传感器，为了避开铁心的磁噪声和变压器的机械振动噪声，选用的频率范围为70到150KHz的AE传感器113。AE传感器113采集局部放电所产生的超声波信号并转换为第二局部放电信号，再经过前置滤波放大电路114进行滤波放大后传输至局部放电识别装置130进行局部放电情况判断。

在一个实施例中，UHF传感器111与AE传感器113均采用新型材料聚四氟乙烯作为加工材料。具体地，所采用的UHF传感器111与AE传感器113作为信号采集天线均为贴片式，其基底均采用新型材料聚四氟乙烯加工而成，以增加局部放电传感器组件110的绝缘性以及抗干扰能力。

在一个实施例中，如图2所示，局部放电识别装置130包括信号采集模块131以及信号处理模块132，信号采集模块131连接信号调理电路112、前置滤波放大电路114以及信号处理模块132；信号采集模块131用于获取第一局部放电信号与第二局部放电信号；信号处理模块132用于根据第一局部放电信号与第二局部放电信号判断是否发生局部放电以及局部放电类型。

具体地，信号采集模块131为多路同步超高速采集卡，通过同轴电缆连接信号调理电路112与前置滤波放大电路114获取第一局部放电信号与第二局部放电信号。信号采集模块131还可对超高速采集卡上接入的多路局部放电信号进行选择性采集，实现多种局部放电信号的比对研究，综合准确判断是否发生局部放电以及局部放电类型。然后，在实际应用时，可以根据不同的局部放电类型选择不同的局部放电信号来源，保证识别准确率。在其他实施例中，特高频电磁波模块与超声波模块中的UHF传感器111与AE传感器113的数量为两个以上，可采集两个以上的第一局部放电信号与第二局部放电信号，则信号采集模块131的采集通道数可根据UHF传感器111与AE传感器113的数量进行扩展，不作此限定。

进一步地，信号处理模块132可以是单个控制器，也可以是控制芯片结合外围电路组成。信号处理模块132上运行有根据第一局部放电信号与第二局部放电信号判断是否发生局部放电以及局部放电类型的算法。具体地，算法可以采用大量局部放电样本训练的神经网络模型，也可以是统计特征、分形特征、Weibull特征以及小波特征等特征提取后结合分类算法。信号处理模块132先根据第一局部放电信号与第二局部放电信号判断是否发生局部放电，然后判别局部放电类型，包括尖端放电、悬浮放电、气隙放电、颗粒放电等常见的高压导体局放类型。

在一个实施例中，局部放电识别装置还包括模数转换模块133，信号采集模块131通过模数转换模块133连接信号处理模块132。具体地，信号采集模块131从局部放电传感器组件110得到的第一局部放电信号与第二局部放电信号均为模拟信号，均需通过模数转换模块133转换为信号处理模块132能处理的数字信号。

在一个实施例中，局部放电识别装置还包括辅助测量模块134，辅助测量模块134连接变压器以及信号信号处理模块133。具体地，辅助测量模块134用于连接变压器采集其电压信号以及时间信息，并输出给信号处理模块133。使得信号处理模块133可以根据电压信号作为辅助信号判断局部放电情况，时间信息用于确定局部放电的时间。其中，获取的方式可以是辅助测量模块134连接变压器的输出端的电压互感器获取，还可以是在变压器的输出端加装电压采集装置获取，不作此限定，只要能进行电压采集即可。

在一个实施例中，局部放电识别装置还包括通讯模块135，信号处理模块132通过通讯模块135连接主站数据中心服务器。具体地，通讯模块135用于将信号处理模块132获得的局部放电信号以及判断得到的局部放电情况传输至主站数据中心服务器，用于在实际发生局部放电故障时，及时报警进行维护处理。其中，通讯模块135可以是有线或无线传输。当采用有线传输时，可以采用光纤或电缆；当采用无线传输时，可以是GPRS模块、3G模块、4G模块、LoRa模块、蓝牙模块以及WIFI模块等，不作此限定。

在一个实施例中，局部放电识别装置还包括显示模块136，显示模块136连接信号处理模块132。具体地，显示模块136用于显示变压器内部的局部放电情况，其中，包括第一局部放电信号和第二局部放电信号的接收情况、是否有局部放电产生以及判定的局部放电类型。

在一个实施例中，局部放电识别装置还包括电源模块137，电源模块137连接信号处理模块132。具体地，电源模块137用于给信号处理模块132进行供电，可以是采用外接的蓄电池，还可以是通过稳压装置连接变压器上获取供电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种变压器局部放电模式识别系统，其特征在于，包括局部放电传感器组件、聚四氟乙烯绝缘罩以及局部放电识别装置，所述局部放电传感器组件的外部设置有所述聚四氟乙烯绝缘罩，且所述局部放电传感器组件设置于变压器内部，所述局部放电识别装置设置于所述变压器外部，所述局部放电传感器组件连接所述局部放电识别装置；

所述局部放电传感器组件用于采集所述变压器的局部放电信号，并传输至所述局部放电识别装置；

所述局部放电识别装置用于根据所述局部放电信号判断是否发生局部放电以及局部放电类型。

2.根据权利要求1所述的变压器局部放电模式识别系统，其特征在于，所述局部放电传感器组件包括特高频电磁波模块以及超声波模块，所述高频电磁波模块与所述超声波模块的外部均设置有所述聚四氟乙烯绝缘罩，且所述高频电磁波模块与所述超声波模块均设置于所述变压器内部，所述高频电磁波模块与所述超声波模块均连接所述局部放电识别装置；

所述特高频电磁波模块用于采集所述变压器内部的特高频电磁波信号，并转换成第一局部放电信号，再将所述第一局部放电信号发送至所述局部放电识别装置；

所述超声波模块用于采集所述变压器内部的超声波信号，并转换成第二局部放电信号，再将所述第二局部放电信号发送至所述局部放电识别装置。

3.根据权利要求2所述的变压器局部放电模式识别系统，其特征在于，所述特高频电磁波模块包括UHF传感器以及信号调理电路，所述UHF传感器连接所述信号调理电路，所述信号调理电路连接所述局部放电识别装置。

4.根据权利要求3所述的变压器局部放电模式识别系统，其特征在于，所述超声波模块包括AE传感器以及前置滤波放大电路，所述AE传感器连接所述前置滤波放大电路，所述前置滤波放大电路连接所述局部放电识别装置。

5.根据权利要求4所述的变压器局部放电模式识别系统，其特征在于，所述局部放电识别装置包括信号采集模块以及信号处理模块，所述信号采集模块连接所述信号调理电路、所述前置滤波放大电路以及所述信号处理模块；

所述信号采集模块用于获取所述第一局部放电信号与所述第二局部放电信号；所述信号处理模块用于根据所述第一局部放电信号与所述第二局部放电信号判断是否发生局部放电以及所述局部放电类型。

6.根据权利要求5所述的变压器局部放电模式识别系统，其特征在于，所述局部放电识别装置还包括模数转换模块，所述信号采集模块通过所述模数转换模块连接所述信号处理模块。

7.根据权利要求5所述的变压器局部放电模式识别系统，其特征在于，所述局部放电识别装置还包括辅助测量模块，所述辅助测量模块连接所述变压器以及所述信号信号处理模块。

8.根据权利要求5所述的变压器局部放电模式识别系统，其特征在于，所述局部放电识别装置还包括通讯模块，所述信号处理模块通过所述通讯模块连接主站数据中心服务器。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的变压器局部放电模式识别系统，其特征在于，所述局部放电识别装置还包括显示模块，所述显示模块连接所述信号处理模块。

10.根据权利要求1-8中任意一项所述的变压器局部放电模式识别系统，其特征在于，所述局部放电识别装置还包括电源模块，所述电源模块连接所述信号处理模块。

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