CN1150406C - 绝缘设备诊断系统和局部放电探测方法 - Google Patents

Abstract

一种绝缘设备诊断系统能够以高灵敏度和高精度来判断设备的老化，寿命，缺陷等。在多个特定频率上测量每一个电压相位角的密度，取高电压相位角作为横坐标。从某一时间段中保持所测密度峰值所得到的频谱分布的图形和密度来判断设备的老化，寿命和不正常的种类及程度。根据本发明，可以高灵敏度和高精度地测量局部放电，从而诊断设备的老化，寿命和缺陷程度。

Description

绝缘设备诊断系统和局部放电探测方法

近几年来，由于电力设施安装在远处，或者由于城市供电增长，必须要加强变电站设施。为满足这些需求，诸如气体绝缘断路器或变压器的气体绝缘设备已经得到推广和使用，诸如隔离开关或断路器的变电站设备安装在一个有优良绝缘和灭弧能力的SF6气体的密封容器中，以改善对环境的适应性，并且减少每kVA的安装体积。这类气体绝缘设备的优点是它的紧凑性和它取消了接地箱体外露的充电单元，但是，它的缺点是由于高性能造成维护性诊断的困难，增加了维护和修理工作的时间周期，以及内部不正常时绝缘可靠性明显下降。采用油绝缘的变压器或者采用固体绝缘的电缆由于设备尺寸加大，或者输电距离加大，也会造成类似的问题。

为了改进绝缘设备整体上的绝缘可靠性，在设备的合理设计和制造方面，已经作了常规上的各种努力。作为对供电能力的一种改进，需要确认和监视整个设备的可靠性，并且已经进行了各种研究和调查。

绝缘可靠性下降的一个原因是不均匀电场。特别是用在气体绝缘设备中的SF6气体在均匀电场中显示出特别优良的绝缘特性，但是在不均匀电场下绝缘特性极度下降。干扰气体绝缘设备中电场分布的因素可以是例如高压导体表面的裂缝，或者是在装配或运输过程中金属杂质已经进入内部等缺陷。其它可能的因素是由于装配错误使高压导体不完善接触，或者是例如绝缘垫片中有空隙等缺陷。如果由于这些缺陷，在气体绝缘设备中建立了一个不均匀电场，运行中就可能造成局部放电，导致诸如整个电路破坏的严重情况。有必要在整个电路破坏以前可靠地探测局部放电，以便事先防止此类破坏。从这一背景出发，已经检查了一些用来探测出现在气体绝缘设备和任意绝缘设备中局部放电的方法。

在这些方法中，有一种方法是探测由于局部放电所产生的电磁波，它是在日本专利Laid-Open 107174/1989号中所公开的。依据这一方法，提供一种诊断系统，包括许多元线电频率段分量的输入信号由装在绝缘设备上的天线接收，频谱分析仪在强度上对每一个频率扩展。所以，在分布图形和大小的基础上只探测局部放电存在/不存在。另一种诊断系统是在日本专利Laid-Open 260868/1995号中公开的。在这种系统中，从频谱的分布和强度中判断局部放电存在/不存在，以及缺陷的类型，因此，在用频谱分析仪扩展的强度频谱中，给予诸如电压相位角等周期性参数一个固定频率的强度。

本发明的目的是提供一种绝缘设备诊断系统和局部放电探测方法，它能够在设备不同结构和电路，以及局部放电出现在不同位置情况下精确地探测局部放电。

为了达到上述目的，根据本发明提供的绝缘设备诊断系统包括：装在绝缘设备上的一个天线；一个图形发生器用于接收来自天线的局部放电信号并且产生图形，该图形通过同步元素在多个分析频率下与时间同步；神经计算机或指纹印记方法操作单元用于操作由图形发生器产生的图形；和一个判断单元用于从操作单元的操作结果，诊断出设备的不正常程度，老化或者寿命。此外，为了规定被探测的特定频率，也测量探测信号的频率分量的分布。此外，如果绝缘设备是气体绝缘断路器，从装在气体绝缘断路器不同位置上的多个天线来的局部放电信号同步地单独测量，从相同频率之间图形的频谱图形或从强度比率便可以确定局部放电的位置。

此外，根据本发明提供的局部放电探测方法包括的步骤有：从输入端输入局部放电信号；产生图形，该图形通过同步元素在多个分析频率下与时间同步；以及从所产生的图形和强度来诊断设备的不正常程度，老化或寿命。

进一步提供的局部放电探测方法包括的步骤有：从输入端输入局部放电信号；确定强度，其中，用FFT或者频谱分析仪将局部放电信号中每一个频率扩展，选择出具有高强度的多个特定频率，探测局部放电信号中每一频率的强度，选择出强度超过预先规定值的多个特定频率，或者从多个特定频率中选出具有最高强度的频率；产生图形，该图形通过同步元素在多个分析频率下与时间同步；和处理至少一个图形，或者将该图形显示在屏幕上，来探测局部放电。

进一步提供的局部放电探测方法包括的步骤有：从输入端输入局部放电信号；准备探测数据，该探测数据通过周期性元素而在多个分析频率下与时间同步；准备采样数据，通过从不同频率的图形中差分平均数据，或者从相应的图形中差分已知数据，或者通过差分由装在不同地点的天线所探测到的图形在相同频率之间的强度来进行；和从所准备的采样数据的强度或图形来诊断设备的不正常程度，老化或寿命。

此外，通过神经或指纹印记方法处理图形，可以诊断设备的不正常程度或类型，老化或寿命。

图1为示出本发明的一个实施例的绝缘设备诊断系统结构的图；

图2为示出图1所示绝缘设备诊断系统的一种修正结构的图；

图3为示出图1所示绝缘设备诊断系统一种修正结构的图；

图4为示出图1所示绝缘设备诊断系统一种修正结构的图；

图5为示出本发明的另一个实施例的绝缘设备诊断系统结构的图；

图6为示出图5所示绝缘设备诊断系统一种修正结构的图；

图7为示出本发明的另一个实施例的绝缘设备诊断系统结构的图；

图8为示出图7所示绝缘设备诊断系统一种修正结构的图；

图9为示出本发明的另一个实施例的绝缘设备诊断系统结构的图；

图10为示出本发明的另一个实施例的绝缘设备诊断系统结构的图；

图11为说明测量原理的图；

图12为示出图10所示绝缘设备诊断系统一种修正结构的图；

图13为示出本发明的另一个实施例的绝缘设备诊断系统结构的图；

图14为示出本发明的另一个实施例的绝缘设备诊断系统结构的图；

图15为示出图14所示绝缘设备诊断系统一种修正结构的图；

图16为示出由于导电杂质引起局部放电实例的图；

图17为示出当垫片断裂和分离时局部放电频谱实例的图；

图18为测量设备中电磁波时噪音电平图；

图19为相对于电压相角和缺陷类型的分布强度图。

如图1所示，本实施例的绝缘设备诊断系统结构包括：一个天线1，用于接收局部放电所产生的电磁波，它安装在诸如气体绝缘设备，变压器或电缆等绝缘设备中；一个放大器2，用于接收和放大来自天线1的信号；周期性元素信号发生器4，用于产生同步元素信号；多个频谱分析仪3，用于接收周期性元素信号发生器4的信号和由放大器2放大的信号，进行特殊频率的频率分析；图形发生器5，通过多个分析频率的同步元素信号产生与时间同步的图形，也就是说，产生的图形具有相对于电压相位角的特殊频率的强度分布；图形比较器6用于比较由图形发生器5所生成的图形；和判断单元7用于在图形比较器6结果的基础上进行判断。这里，频率是固定的不同频率，它们是通过输入诸如到达设备之前的伪脉冲之类信号，和通过对它们的测量而确定的。图形发生器5产生图形，该图形通过同步元素在多个分析频率下与时间同步。

利用这一结构，在操作过程中可以同步地准备具有时间元素的探测数据，通过在每一频率下探测数据的图形与基本数据比较，就可以将局部放电信号从噪声中识别出来。特别是由局部放电所产生的电磁波的频率分布和幅值随电力设备的电路或者局部放电位置而改变。由于电磁波在特殊频率上被比较，噪声和局部放电信号可以被区别开来，因为从图形上可以作比较。此外，从所获得的探测数据的强度上可以估计出达到介电击穿的寿命。

图2所示为图1所示实施例的绝缘设备诊断系统的修正结构。所作的修正是由神经计算机8来处理图形比较部分。这一神经计算机可以通过事先给予其教师数据来高精度地进行对甚至未知图形的判断，并且适于所述诊断。

图3所示为图1所示实施例的绝缘设备诊断系统的一种修正结构。图3所作的修正是用指纹印记方法(以下也称为FP方法)来完成图形比较。如图3所示，该绝缘设备诊断系统装有用于贮存数据库的存储单元10和FP方法操作单元9与存储单元10相联接。在该实例中，另外还在一个天线1上用一个频谱分析仪，如图4所示。按照这一方法，由同步元素信号发生器4的信号和由控制单元11预先设定的时间间隔，通过变化频谱分析仪的固定频率，在多个特殊频率上进行频率分析。用这种方法不能在测量固定频率f1的时间进行频率f2的测量，使得随时间而变化的局部放电中存在有不确定元素。然而，这一方法的优点在于可以减少频谱分析仪的数量，从而提供了经济方面的优越性，并且使测量系统紧凑。

在此例中，FP方法免去了神经计算机所必需的学习，这样便可以使软件易于编制。另外一方面，在判断未知图形的精度方面，FP方法比神经计算机差。

对于如此构造的本发明实施例的绝缘设备诊断系统来说，不仅可以高灵敏地探测设备中缺陷的种类，还可以高精度地掌握局部放电的状况，从而可以高灵敏和高精度地诊断设备的老化程度和种类，以及寿命或不正常。

参考图5和图6将叙述本发明的另一个实施例。图5所示为实施例绝缘设备诊断系统的结构，图6所示为绝缘设备诊断系统的修正结构。

在本实施例中，如图5所示，相对于电压相位角的多个预先确定频率的强度分布和频率分布的频谱分布结合起来探测局部放电。具体地说，周期性元素信号发生器4的信号不仅加到图1所示的频谱分析仪3上，而且也加到频谱分析仪3d上(相应地修改图5)，这样一来，用频谱分析仪3d可以同步地测量频谱分布。利用这种结构，不仅是相对于电压相位角的特殊频率上的强度分布，而且是频谱分布可以同时测量，使该测量方法具有优越性。

图6所示为图5的修正，其中，在每一个天线1上用了一个频谱分析仪3，如同参考图4的叙述，这样一来，由周期性元素信号发生器4的信号和由控制单元11预先设定的时间间隔止，通过变化频谱分析仪3的固定频率和频谱分布来进行频率分析。这一修正也具有类似于图4叙述的那些作用。

参考图7和图8来叙述本发明的另一个实施例。图7说明了数据准备方法，图8所示为本实施例绝缘设备诊断系统的结构。

在本实施例中，如图7所示，在不同的规定频率下从探测的数据准备平均数据和采样数据。正如图7左侧所描述的，更具体说，例如通过频率f1，f2和f3的数据相加和平均来准备平均数据，从频率f2的数据差分平均数据来准备采样数据。

平均数据是相对于不同的规定频率的探测数据的平均强度分布。当噪声只出现在例如频率f3上，有可能使所准备的数据中噪音明显地减少。此外，信号的强度分布也可以被平均，这样一来，便很容易与局部放电的基本数据对照。如果与基本数据图形的对照很困难，可以参考采样数据根据频率来改进，从而改进局部放电诊断精度。

图8中给出一个结构的特定例子，其中，来自天线1的信号输入到放大器2，并经它放大以后送入频谱分析仪3中。同步元素信号发生器4和控制单元11连接到这一频谱分析仪3上。频谱分析仪3的输出连接到平均数据发生器12和差分器14上，它们又与存储单元13相连接。差分器14连接到诸如神经计算机的图形识别单元15上，而图形识别单元15又进而与判断单元7相连接。

在如此构造的绝缘设备诊断系统中，在由控制单元11预先设定的时间间隔上改变频谱分析仪3的设定值，然后将被测信号送入平均数据发生器12中去准备平均数据，使得结果贮存在存储单元13中。接下来，从频谱分析仪3所得到的探测数据中差分平均数据，以准备采样数据。通过将平均数据和采样数据输入到图形识别单元15中，并对它们作处理，来测量局部放电。

参考图9来叙述本发明的另一个实施例。图9所示为本实施例的绝缘设备诊断系统的结构。

本实施例的绝缘设备诊断系统包括：连接到天线1上的放大器2；与放大器2连接的FFT16；连接到FFT16上，并且通过控制单元11连接到频谱分析仪3上的差分器14；连接到频谱分析仪3上的神经计算机的图形识别单元15；和连接到图形识别单元15上的判断单元7。代替神经计算机也可以在图形识别单元15中采用FP方法。在本实施例中，频谱分析仪3和FFT16均被采用，由操作单元选择具有高频谱强度的多个频率，在预先设定的时间间隔上改变频谱分析仪3的设定值来准备探测数据。因此，可以加宽被选频率的范围，在局部放电状况下可以优化被设定的频率，从而可以高灵敏度和高精度探测局部放电。

参考图10到图12叙述本发明的另一个实施例。图10所示为本实施例绝缘设备诊断系统的结构；图11所示为测量原理；图12所示为图10的修正绝缘设备诊断系统的结构。

在本实施例的绝缘设备诊断系统中，如图10所示，提供有多个天线1，多个频谱分析仪3分别地通过多个放大器2与其连接。每一个频谱分析仪3连接到一个周期性元素信号发生器4上，还连接到图形发生器5上，用于准备相应于电压相位角的特定频率的同步强度分布图形。另外，一个操作单元9连接到该图形发生器5上，它又依次连接到判断单元上。

在本实施例中，采用天线1在各个天线1处同步测量，这样一来，不仅作绝缘诊断的部件，而且放电部件均可以定位，以下参考图11叙述。例如，在SF6气体中传播的电磁波根据频率不同衰减是不一样的，如图11所示，通过确定从天线上收集到的同样频率探测数据的比率，便能使局部放电定位。通过采用各频率的探测数据，可以进一步以更高精度使局部放电定位。

图12所示的一个诊断系统中，采用FP方法，但是不对局部放电定位，与图10所示的实施例不同。因此，可以简化系统以抑制系统的成本。

参考图13叙述本发明的另一个实施例。图13为示出本实施例绝缘设备诊断系统的结构的图，所示为应用于气体绝缘断路器的绝缘设备诊断系统。

在本实施例的绝缘设备诊断系统中，如图13所示，安装在气体绝缘断路器上的天线1通过放大器2连接到频谱分析仪3上，在由连接到频谱分析仪3上的控制单元11预先设定的时间间隔止，通过改变频谱分析仪3的固定频率和频谱分布来进行频率分析。由图形发生器5准备相应于电压相位角的特定频率下强度分布图形，并由处理系统16进行处理。此后，处理过的图形输入到分别与贮存数据库的存储单元10a和10b相连接的神经计算机9a和FP方法操作单元9b。由频谱分布发生器5b所作的频谱分布输入到判断单元7a。神经计算机9a，FP方法操作单元9b和判断单元7a的全部输出输入到判断单元7b。

因此，本实施例把由神经计算机9a和FP方法操作单元9b所操作的相应于电压相位角特定频率强度分布图形的结果与由频率谱分布判断的结果结合起来作判断，便可以更高精度进行绝缘诊断。结果使本实施例在特别要求可靠性的主要变电站有效。

参考图14和图15叙述本发明的另一个实施例。图14是示出本实施例绝缘设备诊断系统结构的图，图15所示为绝缘设备诊断系统的修正。

本实施例的绝缘设备诊断系统使特定频率为可变的，虽然它的结构如同图14中所示的实施例。结果，本实施例的优点在于对于各种局部放电可以选择多个更合适的特定频率。在图16的例子中，将周期性元素给到所选择的频率中的一个，在所检测的强度和噪声之间差别最大的频率来准备探测数据，将探测数据显示在屏幕上或者通过处理该检测数据来探测局部放电。利用这种方法，在长时间自动监测局部放电的状态下，能够减少探测数据的数目。其结果是可以减小存储单元的容量，延长维修间隔，并且降低成本。

根据本发明，通过选择多个特定频率来准备探测数据，便有可能以高精度探测由局部放电所产生的电磁波，电磁波随着局部放电种类和位置而有所不同，也可以从各个频率之间频谱图形和强度以高精度判断局部放电的状态。

Claims (8)

1.一种绝缘设备诊断系统，包括：一个天线安装在绝缘设备上；一个图形发生器用于接收来自所述天线的局部放电信号并用于产生图形，该图形通过同步元素在多个分析频率下与时间同步；一个神经计算机或指纹印记方法操作单元，用于操作由所述图形发生器所产生的图形；和判断单元用于从所述操作单元的操作结果来诊断所述设备的不正常程度，老化和寿命。

2.根据权利要求1的绝缘设备诊断系统，其特征在于还测量探测信号频率分量的分布，用于规定被探测的特定频率。

3.一种局部放电探测方法，包括的步骤有：从输入端输入局部放电信号；产生图形，该图形通过同步元素在多个分析频率下与时间同步；以及从所产生的图形或强度来诊断设备的不正常程度，老化或寿命。

4.一种局部放电探测方法，包括的步骤有：从输入端输入局部放电信号，确定强度，其中，用FFT或者频谱分析仪将局部放电信号中每一个频率扩展，选择出具有高强度的多个特定频率，探测所述局部放电信号中每一频率的强度，选择出强度超过预先规定值的多个特定频率，或者从多个特定频率中选出具有最高强度的频率；产生图形，该图形通过同步元素在多个分析频率下与时间同步；和处理至少一个所述图形，或者将该图形显示在屏幕上，来探测局部放电。

5.一种局部放电探测方法，包括的步骤有：从输入端输入局部放电信号；产生图形，该图形通过同步元素在多个分析频率下与时间同步；准备采样数据，通过从不同频率的图形中差分平均数据，或者从相应的图形中差分已知数据，或者通过差分由装在不同位置的天线所探测到的图形在相同频率之间的强度来进行；和从所准备的采样数据的强度或图形来诊断设备的不正常程度、老化或寿命。

6.根据权利要求3或4的一局部放电探测方法，其特征在于通过用神经或指纹印记方法处理所述图形来诊断设备的不正常程度和种类、老化或寿命。

7.根据权利要求1或2的一绝缘设备诊断系统，其特征在于所述绝缘设备是气体绝缘断路器，其中，来自安装在气体绝缘设备不同位置上多个天线的所述局部放电信号是同步测量的，和其中，从频谱图形或者相同频率之间所述图形之间的强度比率来对局部放电定位。

8.一种局部放电探测方法，包括的步骤有：准备探测数据给予周期性元素多个特定频率中的一个；和处理所述探测数据或者在屏幕上显示该数据来探测局部放电。

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