CN114994587B - 一种局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价方法 - Google Patents

一种局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高压电气设备局部放电检测技术领域，涉及一种局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价方法，搭建抗干扰性能量化评价系统，发送放电信号的条件下采集PRPD图谱A，发送放电信号和噪声信号的条件下采集PRPD图谱B，计算PRPD图谱A与PRPD图谱B之间的图谱辨识距离Q，根据图谱辨识距离Q大小量化评价抗干扰性能。本发明通过图谱辨识距离对待测局部放电检测仪器的抗干扰性能进行量化评价，可以更客观、公正地进行局部放电检测仪器的入网检测的评价工作。

Description

一种局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价方法
技术领域
本发明涉及高压电气设备局部放电检测技术领域，特别涉及一种局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价方法。
背景技术
局部放电检测是高压电气设备重要和有效的绝缘状态评估方法，在电气设备绝缘状态的诊断和评估中得到了大量的研究和应用。但变电站现场存在着复杂的电磁干扰，比如高压端的母线电晕放电、通讯窄带干扰、电机设备的热噪干扰、电源中的整流脉冲干扰等，因此抗干扰性能是局部放电检测仪器能否在现场有效应用的关键性能指标。
应用于局部放电检测的仪器在现场抗干扰方面都采取了一定的针对性措施，比如窄带巴特沃斯滤波器、小波降噪、波形时频特征聚类降噪等，但缺乏相应的校核和评价方法，尤其是量化的评价方法。
目前针对各个厂家的局部放电检测仪器的抗干扰性能评价主要通过观察检测仪器降噪前后检测图谱的变化来人为评价，该评价方法首先要求评价人员熟悉被测仪器的用户界面设计和图谱布局，要求被测厂家有人驻场辅助，检测结果容易受到被测厂家驻场人员的干扰和引导；其次人为评价没有客观的指标参数，检测人员只能根据现场测试结果的主观感受进行评分、评价，导致评价结果缺失一定的客观依据。目前对局部放电检测仪器的抗干扰性能评价还处于定性评价阶段，缺乏准确的量化评价方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价方法，为入网检测的局部放电检测仪器抗干扰性能提供一种合理的量化评价方法。
本发明通过下述技术方案来实现，一种局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价方法，搭建抗干扰性能量化评价系统，所述抗干扰性能量化评价系统包括控制主机、信号源、传感器、噪声天线、GTEM小室，控制主机连接信号源，信号源通过射频电缆分布连接噪声天线和GTEM小室，传感器安装在GTEM小室上，待测的局部放电检测仪器通过射频电缆连接传感器；量化评价步骤如下：
步骤一、发送放电信号的条件下采集PRPD图谱A：控制主机控制信号源只发送放电信号到GTEM小室，待测的局部放电检测仪器通过传感器检测GTEM小室的电磁波信号，生成PRPD图谱A，并将生成的PRPD图谱A发送到控制主机；
步骤二、发送放电信号和噪声信号的条件下采集PRPD图谱B：控制主机控制信号源发送放电信号到GTEM小室，并同时辐射噪声信号到周围空间，待测的局部放电检测仪器通过传感器检测GTEM小室的电磁波信号和周围空间的噪声信号，生成PRPD图谱B，并将生成的PRPD图谱B发送到控制主机；
步骤三、计算PRPD图谱A与PRPD图谱B之间的图谱辨识距离Q，根据图谱辨识距离Q大小量化评价抗干扰性能：控制主机通过图谱辨识距离Q的计算，得到PRPD图谱A与PRPD图谱B之间的图谱辨识距离Q，并以图谱辨识距离Q进行局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价。
进一步地，图谱辨识距离Q计算过程如下：
S1、计算PRPD图谱的灰度值的平均值，记为PRPD ave ，判断PRPD图谱的每一个灰度值与PRPD ave 之间的大小关系，若灰度值≥PRPD ave ，记当前灰度值为1，反之记为0。将转换后的PRPD记为PRPD图谱的哈希（hash）值，即PRPD hash ；
S2、假定要比较的PRPD图谱A与PRPD图谱B的哈希值分别记为PRPD hashA和PRPD hashB，比较两者相同位置的元素是否相等，即是否同为1或者同为0，记两者相同位置元素值不同的个数为图谱辨识距离Q，以为灰度图分格为10×10=100格，图谱辨识距离Q介于0和100之间；
S3、图谱辨识距离Q介于0和100之间；图谱辨识距离Q越小，代表两张图谱元素分布规律越相近。
进一步优选，步骤S2中，图谱辨识距离Q按下式计算：
Figure 101973DEST_PATH_IMAGE001
式中，PRPD hashAij为PRPD图谱A的第i放电相位区间第j个视在放电幅值区间所在格子的哈希值；PRPD hashBij为PRPD图谱B的第i放电相位区间第j个视在放电幅值区间所在格子的哈希值。
本发明的有益效果是：控制主机控制信号源输出放电信号和噪声信号，待测仪器通过传感器可检测到控制主机输出的放电信号和噪声信号，并将检测所得的PRPD图谱传递给控制主机，控制主机通过计算仅有放电信号情况下的PRPD图谱和放电与噪声信号并存情况下的PRPD图谱的图谱辨识距离，并通过图谱辨识距离对待测局部放电检测仪器的抗干扰性能进行量化评价。为电网公司提供了一个准确的量化评价方法，可以更客观、公正地进行局部放电检测仪器的入网检测的评价工作。
附图说明
图1是抗干扰性能量化评价系统架构图。
图2是本发明的流程图。
图中：100-控制主机、200-信号源、300-传感器、400-噪声天线、500-GTEM小室、600-局部放电检测仪器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步详细阐明本发明。
一种局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价方法，搭建图1所示的抗干扰性能量化评价系统，抗干扰性能量化评价系统包括控制主机100、信号源200、传感器300、噪声天线400、GTEM小室500，控制主机100连接信号源200，信号源200通过射频电缆分布连接噪声天线400和GTEM小室500，传感器300安装在GTEM小室500上，待测的局部放电检测仪器600通过射频电缆连接传感器300；控制主机100用于流程控制；信号源200用于输出放电信号及干扰信号，射频电缆用于传输特高频电磁波信号，噪声天线400用于向空间辐射噪声信号，GTEM小室500用于提供特高频电磁波的传播空间。信号源200采用Keysight M8190A；传感器300可采用频带在300M～1500M的射频天线；噪声天线400可采用频带在150M～600M的射频天线；GTEM小室500采用3ctest GTEM500。如图2所示，量化评价步骤如下：
步骤一、发送放电信号的条件下采集PRPD图谱A：控制主机100控制信号源200只发送放电信号到GTEM小室500，待测的局部放电检测仪器600通过传感器300检测GTEM小室500的电磁波信号，生成PRPD图谱A，并将生成的PRPD图谱A发送到控制主机100。
PRPD（Phase Resolved Partial Discharge）图谱是目前广泛应用于局部放电检测领域的特征图谱，已经被行业内大多数检测仪器所采用。本发明中采用PRPD图谱作为评价对象的数据图谱。PRPD图谱构造方法：
1）首先将放电相位
Figure 281282DEST_PATH_IMAGE002
划分为
Figure 290826DEST_PATH_IMAGE003
个放电相位区间，将视在放电幅值V划分成
Figure 871980DEST_PATH_IMAGE004
个 视在放电幅值区间，因而
Figure 899758DEST_PATH_IMAGE005
平面被划分成
Figure 363100DEST_PATH_IMAGE006
个格子。
2）依次统计各格子内的放电重复频率，第i放电相位区间第j个视在放电幅值区间所在格子的放电重复频率记为n ij。
3）各格子的最大放电重复频率n max ，以n max 为基准，对n ij 进行归一化处理，得到m ij 。算式如式（1）。
Figure 379598DEST_PATH_IMAGE007
4）图像灰度处理。放电重复频率的不同反映在PRPD图谱是图像的颜色不同，可以 将放电重复频率与图像颜色建立线性映射关系后，然后根据格子的放电重复频率的最小值 和最大值分别对应于最小灰度级和最大灰度级的原则，就可以构造出局部放电灰度图像。 考虑灰度图的计算机实现方法，取
Figure 815258DEST_PATH_IMAGE008
=10，N q =10，即将
Figure 259009DEST_PATH_IMAGE009
平面划分为10×10=100个小格，即 灰度图的分辨率为1/100。
步骤二、发送放电信号和噪声信号的条件下采集PRPD图谱B：控制主机100控制信号源200发送放电信号到GTEM小室500，并同时辐射噪声信号到周围空间，待测的局部放电检测仪器600通过传感器300检测GTEM小室500的电磁波信号和周围空间的噪声信号，生成PRPD图谱B，并将生成的PRPD图谱B发送到控制主机100。
步骤三、计算PRPD图谱A与PRPD图谱B之间的图谱辨识距离Q，根据图谱辨识距离Q大小量化评价抗干扰性能：控制主机100通过图谱辨识距离Q的计算，得到PRPD图谱A与PRPD图谱B之间的图谱辨识距离Q，并以图谱辨识距离Q进行局部放电检测仪器600抗干扰性能量化评价。图谱辨识距离Q越小，说明在有干扰源注入的情况下，局部放电检测仪器600对PRPD图谱的检测失真度比较小，两张PRPD图谱元素分布规律越相近，代表局部放电检测仪器600的抗干扰性能越好。反之亦然。
1）计算PRPD图谱的灰度值的平均值，记为PRPD ave ，判断PRPD图谱的每一个灰度值与PRPD ave 之间的大小关系，若灰度值≥PRPD ave ，记当前灰度值为1，反之记为0。将转换后的PRPD记为PRPD的哈希（hash）值，即PRPD hash 。
2）假定要比较的PRPD图谱A与PRPD图谱B的hash值分别记为PRPD hashA和PRPD hashB，比较两者相同位置的元素是否相等，即是否同为1或者同为0，记两者相同位置元素值不同的个数为图谱辨识距离Q，以为灰度图分格为10×10=100格，图谱辨识距离Q介于0和100之间。
用数学算式可表示为：
Figure 147331DEST_PATH_IMAGE010
式中，PRPD hashAij为PRPD图谱A的第i放电相位区间第j个视在放电幅值区间所在格子的哈希值；PRPD hashBij为PRPD图谱B的第i放电相位区间第j个视在放电幅值区间所在格子的哈希值。
3）图谱辨识距离Q介于0和100之间。图谱辨识距离Q越小，代表两张图谱元素分布规律越相近。图谱辨识距离Q为0-10，高度相近，抗干扰性能优；图谱辨识距离Q为11-30 基本相近，抗干扰性能良好；图谱辨识距离Q为31-60 一般相近，抗干扰性能中等；图谱辨识距离Q为61-100 不相近，抗干扰性能较差。

Claims (2)

1.一种局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价方法，搭建抗干扰性能量化评价系统，所述抗干扰性能量化评价系统包括控制主机、信号源、传感器、噪声天线、GTEM小室，控制主机连接信号源，信号源通过射频电缆分布连接噪声天线和GTEM小室，传感器安装在GTEM小室上，待测的局部放电检测仪器通过射频电缆连接传感器；其特征在于，量化评价步骤如下：
步骤一、发送放电信号的条件下采集PRPD图谱A：控制主机控制信号源只发送放电信号到GTEM小室，待测的局部放电检测仪器通过传感器检测GTEM小室的电磁波信号，生成PRPD图谱A，并将生成的PRPD图谱A发送到控制主机；
步骤二、发送放电信号和噪声信号的条件下采集PRPD图谱B：控制主机控制信号源发送放电信号到GTEM小室，并同时辐射噪声信号到周围空间，待测的局部放电检测仪器通过传感器检测GTEM小室的电磁波信号和周围空间的噪声信号，生成PRPD图谱B，并将生成的PRPD图谱B发送到控制主机；
步骤三、计算PRPD图谱A与PRPD图谱B之间的图谱辨识距离Q，根据图谱辨识距离Q大小量化评价抗干扰性能：控制主机通过图谱辨识距离Q的计算，得到PRPD图谱A与PRPD图谱B之间的图谱辨识距离Q，并以图谱辨识距离Q进行局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价；
图谱辨识距离Q计算过程如下：
S1、计算PRPD图谱的灰度值的平均值，记为PRPD ave ，判断PRPD图谱的每一个灰度值与PRPD ave 之间的大小关系，若灰度值≥PRPD ave ，记当前灰度值为1，反之记为0；将转换后的PRPD记为PRPD图谱的哈希值，即PRPD hash ；
S2、假定要比较的PRPD图谱A与PRPD图谱B的哈希值分别记为PRPD hashA和PRPD hashB，比较两者相同位置的元素是否相等，即是否同为1或者同为0，记两者相同位置元素值不同的个数为图谱辨识距离Q，灰度图分格为10×10=100格，图谱辨识距离Q介于0和100之间，图谱辨识距离Q按下式计算：
Figure 858975DEST_PATH_IMAGE001
式中，PRPD hashAij为PRPD图谱A的第i放电相位区间第j个视在放电幅值区间所在格子的哈希值；PRPD hashBij为PRPD图谱B的第i放电相位区间第j个视在放电幅值区间所在格子的哈希值；
S3、图谱辨识距离Q越小，代表两张图谱元素分布规律越相近。
2.根据权利要求1所述的一种局部放电检测仪器抗干扰性能量化评价方法，其特征在于，PRPD图谱构造方法为：
首先将放电相位φ划分为
Figure 307274DEST_PATH_IMAGE002
个放电相位区间，将视在放电幅值V划分成N q 个视在放电 幅值区间，因而V-
Figure 821431DEST_PATH_IMAGE003
平面被划分成
Figure 747799DEST_PATH_IMAGE004
×N q 个格子；
依次统计各格子内的放电重复频率，第i放电相位区间第j个视在放电幅值区间所在格子的放电重复频率记为n ij ；
各格子的最大放电重复频率n max ，以n max 为基准，对n ij 进行归一化处理，得到m ij ，算式如式（1）：
Figure 93330DEST_PATH_IMAGE005
图像灰度处理：放电重复频率的不同反映在PRPD图谱是图像的颜色不同，将放电重复频率与图像颜色建立线性映射关系后，然后根据格子的放电重复频率的最小值和最大值分别对应于最小灰度级和最大灰度级的原则，构造出局部放电灰度图像。
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