CN115343580A - 一种用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，包括，将TEV传感器安装于接地体上，作为噪声评估装置，用以采集当前测量系统内的背景噪声；将带有压控滤波器的TEV传感器安装于待测对象开关柜上，对待测设备的局部放电检测；通过内置微处理器得到当前噪声的频带分布，并由此确定此次检测的滤波上限与下限频率fH、fL，及背景噪声最大幅值Amax；TEV传感器接收到给出的滤波上限与下限频率后，通过内部微处理器单元，对电压控制单元下发指令，输出电压并使得压控滤波器实现fH至fL频带的带通滤波；本发明可针对性的动态滤波，在提升降噪效果的同时，尽可能的保留了局部放电暂态对地电压的原始信息，提升了局部放电检测的准确性与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及配电网开关柜局部放电监测技术领域，尤其是一种用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法。
背景技术
开关柜作为配电网中不可或缺的设备，其安全稳定运行受到了人们的广泛 关注；开关柜内局部放电的发展演化往往是导致其绝缘失效的主要原因，因此 基于暂态对地电压法(Transient earth voltage,TEV)测量内部局部放电的检测 方法因其具有低成本，非侵入等特点被广泛应用于配电网中设备在线监测。通 过对开关柜的全方位监测，实现了开关柜设备健康状态准确评估，降低了运维 成本，大大减少了由于开关柜故障导致停电的经济损失。
而现有技术应用中开关室、配电室等场所具有较强的电磁干扰，往往会给 局部放电现象的检测带来困难。暂态对地电压法本质上是测量由局部放电产生 的空间电磁波，在设备金属外壳上感应出的电信号，因此该方法受空间电磁波 干扰的影响较大。由于在不同时间段内，空间电磁干扰的集中频段与强度并不 固定，因此常规的硬件滤波电路降噪效果有时不够理想，使得暂态对地电压传 感器在测量局部放电时准确度不足，引起检测/诊断结果失信。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较 佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或 省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略 不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明所要解决的技术问题是常规的硬件滤波电路降噪效果有时不 够理想，使得暂态对地电压传感器在测量局部放电时准确度不足，引起检测/ 诊断结果失信。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于暂态对地电压 法局部放电检测的动态降噪方法，包括，
将TEV传感器安装于接地体上，作为噪声评估装置，用以采集当前测量 系统内的背景噪声；
将带有压控滤波器的TEV传感器安装于待测对象开关柜上，对待测设备 的局部放电检测；
通过内置微处理器得到当前噪声的频带分布，并由此确定此次检测的滤波 上限与下限频率fH、fL，以及背景噪声最大幅值Amax；
TEV传感器接收到给出的滤波上限与下限频率后，通过内部微处理器单元， 对电压控制单元下发指令，输出电压并使得压控滤波器实现fH至fL频带的带 通滤波；
若fH过低或fL过高，则略过压控滤波环节，由TEV传感器完成局部放 电测量后，仅保留幅值大于Amax的暂态对地电压信号数据。
作为本发明所述用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法的一 种优选方案，其中：检测周期开始时，噪声评估装置首先启动，测量得到当前 环境下的背景电磁噪声。
作为本发明所述用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法的一 种优选方案，其中：具有全频率波段信号测量功能的TEV传感器，安装于同 一开关室接地系统的接地体上，作为噪声评估装置。
作为本发明所述用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法的一 种优选方案，其中：所述噪声评估装置不带有滤波器，应可以采集所有频段范 围内的信号，采样率不应低于100MHz；
所述接地体为被测对象同一开关室内连接在同一接地系统上的、本身无局 部放电现象的金属体。
作为本发明所述用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法的一 种优选方案，其中：所述TEV传感器具有两级压控滤波器结构，实现高通滤 波和低通滤波功能；
TEV传感器的截止频率由TEV传感器的微处理器单元进行控制，MPU单 元调整电压管理单元输出的模拟电压信号，从而控制压控滤波器的截止频率
作为本发明所述用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法的一 种优选方案，其中：通过内置微处理器得到当前噪声的频带分布包括，
测量完成后，噪声评估装置将测量信号的时间序列x(n)发送至上位机， 由微处理器单元根据下式进行频谱分析：
将x(n)分解为偶数元素和奇数元素两个序列之和x(n)＝x1(n)+x2(n)，若N 为序列x(n)的元素数量，并进行傅里叶运算分析。
作为本发明所述用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法的一 种优选方案，其中：所述傅里叶运算包括：
其中，
将上述运算进行m次迭代后，得到该信号频谱中的各频率分量；
其中，m＝fs/N，fs为TEV传感器采样率，N时间序列x(n)的长度。
作为本发明所述用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法的一 种优选方案，其中：分析后由处理器单元计算选择本次检测周期内的带通上限 频率fH和下限频率fL。
其中，带通上限频率fH和下限频率fL为信号x(n)频带内最大频率分量 的3dB衰减后的上、下限频率。
作为本发明所述用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法的一 种优选方案，其中：若fH≥FH,FH为fH的取值下限；fL≤FL,FL为fL的取 值上限，则微处理器对电压控制单元下发指令，输出模拟电压，TEV传感器完 成fL以上频带的高通滤波以及fH以下频带的低通滤波，实现fH至fL频率段 的带通滤波功能。
作为本发明所述用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法的一 种优选方案，其中：若fH＜FH或fL＞FL，则传感器MPU控制压控滤波器实 现1-30MHz带通滤波进行信号采集；
在采集完成后去除所有幅值绝对值大于Amax的脉冲数据作为测量结果输 出。
本发明的有益效果：本发明利用一组TEV局部放电传感器，进行实时噪 声录波与频带分析，再同步到各传感器上，实现了具有针对性的动态滤波，在 提升降噪效果的同时，尽可能的保留了局部放电暂态对地电压的原始信息，提 升了局部放电检测的准确性与可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的 一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明提供的一种实施例所述的用于暂态对地电压法局部放电检测 的动态降噪方法中开关柜局放检测系统架构结构示意图；
图2为本发明提供的一种实施例所述的用于暂态对地电压法局部放电检测 的动态降噪方法中地电波耦合传感器示意图；
图3为本发明提供的一种实施例所述的用于暂态对地电压法局部放电检测 的动态降噪方法中滤波器带宽控制流程示意图；
图4为本发明提供的一种实施例所述的用于暂态对地电压法局部放电检测 的动态降噪方法中检测周期开始时的背景噪声频谱示意图；
图5为本发明提供的一种实施例所述的用于暂态对地电压法局部放电检测 的动态降噪方法中滤波处理前后的TEV信号对比图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书 附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例 的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于 说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只 是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、 宽度及深度的三维空间尺寸。
再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至 少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在 一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施 例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1～5，本实施例提供了一种用于暂态对地电压法局部放电检测的动 态降噪方法，其特征在于：包括，将TEV传感器安装于接地体上，作为噪声 评估装置，用以采集当前测量系统内的背景噪声；将带有压控滤波器的TEV 传感器安装于待测对象开关柜上，对待测设备的局部放电检测；通过内置微处 理器得到当前噪声的频带分布，并由此确定此次检测的滤波上限与下限频率fH、 fL，以及背景噪声最大幅值Amax；TEV传感器接收到给出的滤波上限与下限 频率后，通过内部微处理器单元，对电压控制单元下发指令，输出电压并使得 压控滤波器实现fH至fL频带的带通滤波；若fH过低或fL过高，则略过压控 滤波环节，由TEV传感器完成局部放电测量后，仅保留幅值大于Amax的暂 态对地电压信号数据。
具体的，首先将一个噪声评估装置安装于同一开关室接地系统的接地体上， 用以采集当前测量系统内的背景噪声。上述噪声评估装置应具有与其他TEV 局部放电传感器完全相同的结构，但不带有滤波器，应可以采集所有频段范围 内的信号，其采样率不应低于100MHz。上述接地体应为被测对象同一开关室 内连接在同一接地系统上的、本身无局部放电现象的金属体(如铁门、钢制文 件柜、经确认无局部放电发生的开关柜外壳等)。
进一步的，以用手持式局放检测设备把采集探头放在接地体上，或者无线 传感器可以将TEV耦合装置贴合在解体金属体表面。获取的背景噪声即空间 电磁波在接地金属上感应产生的模拟电磁信号。
如果需要传感耦合结构：
地电波信号/噪声耦合装置其基本结构如图2所示。金属电极与开关柜柜 体之间由于存在绝缘漆、空气等电容介质，形成了电容1，局部放电信号或噪 声可通过电容C1耦合到后级阻抗。
将带有压控滤波器的TEV传感器安装于待测对象开关柜上，用以实现对 于待测设备的局部放电检测。上述TEV传感器具有两级压控滤波器结构，分 别实现高通滤波和低通滤波功能，共同实现TEV传感器的带通滤波效果。两 个压控滤波器的截止频率由TEV传感器的微处理器(MPU)单元进行控制， MPU单元调整电压管理单元输出的模拟电压信号，从而控制压控滤波器的截 止频率；控制结构如图3所示.
检测周期开始时，噪声评估装置首先启动，并在其采集周期Tn内，完成 背景噪声的测量。测量完成后，噪声评估装置将测量信号的时间序列x(n)发 送至上位机，由微处理器单元根据下式进行频谱分析：
将x(n)分解为偶数元素和奇数元素两个序列之和x(n)＝x1(n)+x2(n)，若N 为序列x(n)的元素数量，则进行下列运算：
其中，
将上述运算进行m次迭代后，即可得到该信号频谱中的各频率分量。其 中，
m＝fs/N，fs为TEV传感器采样率，N时间序列x(n)的长度。
得到背景噪声的频谱信息以及最大噪声幅值Amax。
在完成上述分析的基础上，由处理器单元计算选择本次检测周期内的带通 上限频率fH和下限频率fL。
其中，带通上限频率fH和下限频率fL为信号x(n)频带内最大频率分量 的3dB衰减后的上、下限频率。
带通上限频率fH、下限频率fL和最大噪声幅值Amax信息通过无线传输 或其他方式，传达至其他TEV传感器，作为其动态选频的依据。
TEV传感器接收到上述通信内容后，通过内部微处理器单元，判断fH、 和fL是否分别位于其限制取值范围内。若是(即fH≥FH,FH为fH的取值下 限；fL≤FL,FL为fL的取值上限)，则微处理器对电压控制单元下发指令， 输出模拟电压，使得压控滤波器1完成fL以上频带的高通滤波效果，压控滤 波器2完成fH以下频带的低通滤波效果，共同实现fH至fL频率段的带通滤 波功能。
若fH＜FH或fL＞FL，则传感器MPU控制压控滤波器实现1-30MHz带通 滤波进行信号采集，在采集完成后去除所有幅值绝对值大于Amax的脉冲数据 作为测量结果输出。
具体的，图1表示开关柜局放检测系统架构图，图中左边四个为正常放置 的开关柜，其中TEV传感器利用磁铁安装于开关柜表面用于柜内局部放电监 测，右侧为接地体和噪声评估装置。接地体与开关柜外壳处于同一接地系统中。
图3表示滤波器带宽控制方法流程示意图。MPU在确定滤波的上限fH与 下限频率fL后，控制电压管理单元输出对应的电压信号，并使得压控滤波器1 完成使得压控滤波器1完成fL以上频带的高通滤波效果，压控滤波器2完成 fH以下频带的低通滤波效果，共同实现fH至fL频率段的带通滤波功能。当 fH或fL超出其取值范围时，则压控滤波器构成1-30MHz带通。
某次检测周期开始时，噪声评估装置录波的背景噪声频谱情况如图4所示。
根据频谱分布情况，选择带通滤波的上下限频率fL与fH分别为13MHz 和22.7MHz。图中FM为TEV信号中心频率，FL至FH频带为TEV信号中心 频带，同时也是fL与fH的极限值。
TEV传感器收到本次选频滤波信息后，调整压控滤波器实现13-22.7MHz 带通滤波，滤波前后的TEV信号波形如图4所示。
由图5可见，经过本发明所述的动态选频滤波后，局部放电信号的信噪比 得到了有效的提升。经计算，本发明所述方法对信号进行滤波降噪后，信噪比 比原有方法提升1.625倍左右。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和 布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅 此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖 教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结 构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使 用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或 元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围 内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺 序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的 执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明 的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他 替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展 至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的 所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于 实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项 目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时 的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所 述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可 以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精 神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，其特征在于：包括，
将TEV传感器安装于接地体上，作为噪声评估装置，用以采集当前测量系统内的背景噪声；
将带有压控滤波器的TEV传感器安装于待测对象开关柜上，对待测设备的局部放电检测；
通过内置微处理器得到当前噪声的频带分布，并由此确定此次检测的滤波上限与下限频率fH、fL，以及背景噪声最大幅值Amax；
TEV传感器接收到给出的滤波上限与下限频率后，通过内部微处理器单元，对电压控制单元下发指令，输出电压并使得压控滤波器实现fH至fL频带的带通滤波；
若fH过低或fL过高，则略过压控滤波环节，由TEV传感器完成局部放电测量后，仅保留幅值大于Amax的暂态对地电压信号数据。
2.根据权利要求1所述的用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，其特征在于：检测周期开始时，噪声评估装置首先启动，测量得到当前环境下的背景电磁噪声。
3.根据权利要求1或2所述的用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，其特征在于：具有全频率波段信号测量功能的TEV传感器，安装于同一开关室接地系统的接地体上，作为噪声评估装置。
4.根据权利要求3所述的用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，其特征在于：所述噪声评估装置不带有滤波器，应可以采集所有频段范围内的信号，采样率不应低于100MHz；
所述接地体为被测对象同一开关室内连接在同一接地系统上的、本身无局部放电现象的金属体。
5.根据权利要求4所述的用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，其特征在于：所述TEV传感器具有两级压控滤波器结构，实现高通滤波和低通滤波功能；
TEV传感器的截止频率由TEV传感器的微处理器单元进行控制，MPU单元调整电压管理单元输出的模拟电压信号，从而控制压控滤波器的截止频率
6.根据权利要求5所述的用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，其特征在于：通过内置微处理器得到当前噪声的频带分布包括，
测量完成后，噪声评估装置将测量信号的时间序列x(n)发送至上位机，由微处理器单元根据下式进行频谱分析：
将x(n)分解为偶数元素和奇数元素两个序列之和x(n)＝x1(n)+x2(n)，若N为序列x(n)的元素数量，并进行傅里叶运算分析。
7.根据权利要求4～6任一所述的用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，其特征在于：所述傅里叶运算包括：
其中，
将上述运算进行m次迭代后，得到该信号频谱中的各频率分量；
其中，m＝fs/N，fs为TEV传感器采样率，N时间序列x(n)的长度。
8.根据权利要求7所述的用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，其特征在于：分析后由处理器单元计算选择本次检测周期内的带通上限频率fH和下限频率fL。
其中，带通上限频率fH和下限频率fL为信号x(n)频带内最大频率分量的3dB衰减后的上、下限频率。
9.根据权利要求8所述的用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，其特征在于：若fH≥FH,FH为fH的取值下限；fL≤FL,FL为fL的取值上限，则微处理器对电压控制单元下发指令，输出模拟电压，TEV传感器完成fL以上频带的高通滤波以及fH以下频带的低通滤波，实现fH至fL频率段的带通滤波功能。
10.根据权利要求8或9所述的用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法，其特征在于：若fH＜FH或fL＞FL，则传感器MPU控制压控滤波器实现1-30MHz带通滤波进行信号采集；
在采集完成后去除所有幅值绝对值大于Amax的脉冲数据作为测量结果输出。
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| CN202210741483.5A CN115343580A (zh) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | 一种用于暂态对地电压法局部放电检测的动态降噪方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN116027161A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-04-28 | 武汉纺织大学 | 电力设备局部放电脉冲信号监测方法、装置、设备及介质 |
| CN116028780B (zh) * | 2023-01-31 | 2023-11-14 | 上海莫克电子技术有限公司 | 局部放电数据的快速滤波降噪方法及其系统 |
| CN118449623A (zh) * | 2024-07-08 | 2024-08-06 | 国网甘肃省电力公司庆阳供电公司 | 一种5g配电无线通信模块及无线通信抗干扰方法 |
-
2022
- 2022-06-27 CN CN202210741483.5A patent/CN115343580A/zh active Pending
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