CZ2021468A3 - Způsob detekce signálu částečného výboje - Google Patents
Způsob detekce signálu částečného výboje Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2021468A3 CZ2021468A3 CZ2021-468A CZ2021468A CZ2021468A3 CZ 2021468 A3 CZ2021468 A3 CZ 2021468A3 CZ 2021468 A CZ2021468 A CZ 2021468A CZ 2021468 A3 CZ2021468 A3 CZ 2021468A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- signal
- time
- partial discharge
- discharge
- estimate
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
- G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
- G01R31/083—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in cables, e.g. underground
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
- G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
- G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
- G01R31/1272—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation of cable, line or wire insulation, e.g. using partial discharge measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Relating To Insulation (AREA)
Abstract
Způsob detekce signálu částečného výboje, zejména způsob detekce signálu částečného výboje z měřeného signálu měřícím zařízením v nejméně jednom místě elektrické sítě, podle kterého je nejprve provedena inicializace proměnných v detekčním zařízení a načtení parametrů Nvar, lag_max, dead_max, následně je nejméně jednou načten měřený širokospektrální analogový signál, který je v digitalizačním prostředku převeden do digitálního signálu, který je dále pásmově filtrován tak, že jsou z něho odstraněny složky, které nesouvisí s projevem částečného výboje, kde jejich frekvence je identifikována jako frekvenční oblast, kde nedochází k typickému širokopásmovému přechodnému vybuzení amplitud vlivem částečných výbojů, přičemž následně je z filtrovaného signálu vypočtena variance filtrovaného signálu, která obsahuje nejméně jednu časovou konstantu filtru tak, že:
Description
Způsob detekce signálu částečného výboje
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu detekce signálu částečného výboje, zejména způsobu detekce signálu částečného výboje z měřeného signálu měřícím zařízením.
Dosavadní stav techniky
Dobrý stav izolace elektrických obvodů je základní podmínkou jejich správné funkce. Izolační stav je ohrožován různými činiteli, například chemickými, elektrotechnickými či výrobní nedokonalostí. Koncový stav životnosti izolace je průraz elektrickým polem a tento průraz je vždy budován částečnými výboji, ať je znehodnocování izolačního stavu vytvářeno jakýmkoliv degradačním mechanismem, například degradace izolace díky nehomogenitám při výrobě izolace, při vzniku takzvaných dutinek.
Při přiblížení elektrického pole se díky polarizaci na jedné straně dutinky nahromadí kladný náboj a na druhé straně se nahromadí záporný náboj. Hodnota těchto malých nábojů se zvyšuje do okamžiku, kdy vzniklý elektrický potenciál překoná izolační barieru, a náboje se vyrovnají. V té chvíli vzniká malý výboj a vzhledem k tomu, že po vyrovnání nábojů dojde k zastavení protékání vyrovnávacího proudu, jsou tyto výboje označeny jako částečné výboje.
Částečné výboje v energetických sítích jsou tedy vysokofrekvenční výboje, které trvají v řádech jednotek až desítek nanosekund a částečně přemosťují izolaci mezi vodiči a které se objevují v okolí vodičů. K částečným výbojům v přenosových sítích obvykle dochází v amplitudě střídavého proudu. Částečné výboje generují vysokofrekvenční elektromagnetické pulsy, které se šíří v elektrizační soustavě na relativně velké vzdálenosti. Částečné výboje se zjišťují ve zvoleném místě elektrické sítě, zpravidla v uzlech, kterými jsou například rozvodny, přičemž cílem je měřit a identifikovat částečný výboj, jeho amplitudu a fázi, a výskyt částečných výbojů z pohledu dalších parametrů a četnosti jejich výskytu dále analyzovat s cílem diagnostikovat kvalitu vedení a případné poruchy.
Z patentového dokumentu US 9390067 B2 je známa metoda detekce částečného výboje, která využívá dvou senzorů, instalovaných na koncích vedení. Měření na obou koncích musí být synchronní, aby bylo možné provést následnou lokalizaci výboje. Jelikož jsou signály měřené na vedeních rušeny šumy, které mohou zcela maskovat vzniklé částečné výboje, je pro detekci výbojů použita metoda Waveletové transformace v kombinaci se statistickým zpracováním. Následně jsou vypočteny parametry výbojů, kterými jsou jeho amplituda, plocha obálky signálu, fáze vzhledem k referenčnímu napětí a dále je určena poloha částečného výboje podél vedení. Velkou nevýhodou této metody je nutnost použití dvou senzorů, které navíc musí být synchronizovány. Další nevýhodou je to, že v patentu popsané využití Waveletové transformace se ukázalo při testování jako méně robustní vůči vyšším úrovním šumů v signálu.
Z dalšího patentového dokumentu US 6809523 B1 je známa další metoda detekce a lokalizace částečných výbojů. Výboje jsou zde analyzovány ve frekvenční a časové oblasti. V tomto dokumentu je uvedeno, že při částečném výboji dojde k vybuzení frekvenčního pásma signálu od 200 kHz do 200 MHz. V závislosti na tom, v jaké části frekvenčního spektra se nachází dominantní amplituda lze rozhodnout o tom, zda k výboji došlo blíže či dále od senzoru. V případě, že je maximální amplituda na nižších frekvencích, došlo k výboji ve větší vzdálenosti než v případě, kdy by maximálním amplituda byla na vyšších frekvencích spektra. Následně je v časové oblasti určena fáze výboje vzhledem k referenčnímu napětí a je provedena lokalizace výboje.
- 1 CZ 2021 - 468 A3
Z patentového dokumentu US 20170336459 AI je znám systém pro detekci a lokalizaci částečných výbojů, který pro analýzu částečných výbojů využívá takzvaná Phase resolving spectra. Také v tomto patentuje zmíněna ta vlastnost výbojů, že výboje, které vzniknou blíže ke snímači, mají maximální amplitudy na vyšších frekvencích spektra, a výboje vzniklé ve větší vzdálenosti, které mají maximální hodnotu spektra na nižších frekvencích.
Z dalšího patentového dokumentu US 8126664 B2 je známa detekce částečných výbojů z alespoň dvou senzorů. Měření na obou místech musí být opět doplněno o synchronizaci, která je dále využita pro lokalizaci výbojů. Diagnostický modul systému využívá charakteristiky výbojů v časové a časo-frekvenční oblasti, přičemž se předpokládá využití klasické krátkodobé Fourierovy transformace, Waveletové transformace nebo Wigner-Villeovy distribuce. Nevýhodou je opět nutnost použití dvou snímačů, které značně komplikuje nejen konstrukci celého systému měření, ale i měření a vyhodnocování samotné.
Hlavní nevýhodou současného stavu techniky je to, že většina metod potřebuje pro své uskutečnění použití více senzorů, což měření značně komplikuje.
Cílem vynálezu je sestavení způsobu detekce signálu částečného výboje z měřeného signálu, který bude přinášet vysoce spolehlivé a přesné výsledky, přičemž zařízení, které bude nutné použít k jeho provozu, bude jednoduché, a proto i levné, což bude umožňovat jeho masové použití.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje a cíle vynálezu naplňuje způsob detekce signálu částečného výboje, zejména způsob detekce signálu částečného výboje z měřeného signálu měřícím zařízením v nejméně jednom místě elektrické sítě, jehož podstata spočívá vtom, že nejprve je provedena inicializace proměnných v detekčním zařízení a načtení parametrů Nvar, lagmax, deadmax, následně je nejméně jednou načten měřený širokospektrální analogový signál, který jev digitalizačním prostředku převeden do digitálního signálu, který je dále pásmově filtrován tak, že jsou z něho odstraněny složky, které nesouvisí s projevem částečného výboje, kde jejich frekvence je identifikována jako frekvenční oblast, kde nedochází k typickému širokopásmovému přechodnému vybuzení amplitud vlivem částečných výbojů, přičemž následně je z filtrovaného signálu vypočtena variance filtrovaného signálu, která obsahuje nejméně jednu časovou konstanta filtru tak, že μ[&] = Λ - μ[/ί - 1] + (1 - λ) - pd/íiř[/í], = Λ - σΞ[/ί - 1] + (1 - Ό - μ Μ) , kde:
λ je faktor zapomínání v rozsahu 0 až 1 s tím, že typická hodnota faktoru se obvykle pohybuje v rozmezí 0,9 až 0,999, přičemž pokud variance filtrovaného signálu překročí stanovený práh, tak je v čase k detekována přítomnost částečného výboje, μ [k] je odhad střední hodnoty filtrovaného signálu v čase k, přičemž jednotkou je jednotka filtrovaného signálu, tedy nej častěji napětí ve voltech, /ΐ[/ί - 1] je ocihaci střední hodnoty filtrovaného signálu v čase k-1, přičemž jednotkou je jednotka filtrovaného signálu, tedy nej častěji napětí ve voltech,
-2CZ 2021 - 468 A3 je hodnota filtrovaného signálu v čase k, přičemž jednotkou je jednotka filtrovaného signálu, tedy nej častěji napětí ve voltech, σ [k] je odhad variance filtrovaného signálu v čase k, přičemž jednotkou je druhá mocnina jednotky filtrovaného signálu, tedy nejčastěji druhá mocnina voltu, a o [k — 1] je odhad variance signálu v čase k-1, přičemž jednotkou je druhá mocnina jednotky filtrovaného signálu, tedy nej častěji druhá mocnina voltu.
Výhodné je, že nejprve dojde k předzpracování signálu vhodně zvoleným filtrem, přičemž v závislosti na charakteru měřeného signálu je zanecháno jen určité frekvenční pásmo. Dále je výhodné, že ve filtrovaném signálu zbyde především informace o částečném výboji. Z filtrovaného signálu se vypočte variance, přičemž parametrem výpočtu je faktor zapomínání. Jsou použity dvě variance, jedna pro detekci částečného výboje a z druhé se následně určuje počátek částečného výboje. Výhodné je vypočítat druhou varianci z nefiltrovaného signálu pro přesné určení počátku výboje.
Výhodné je, když proměnné jsou inicializovány tak, že:
p[l] = 0, σζ[1] = 0, /22[1] = 0, %2[l] = 0, μ3[1] = 0,
Pkrit [1] — θ·
Hlavní výhodou této inicializace je univerzální nastavení počátečních hodnot proměnných, bez nutnosti znalosti aktuálního stavu.
Dále je výhodné, když v případě přítomnosti částečného výboje je dále stanoven počátek Λ 2 částečného výboje tak, že nejprve je stanovena hodnota variance σζ tak, že:
PzK = U Pz[k - 1] + (1 - λ2) pd[Jc], = A2 <?ý[k - 1] + (1 - Á2) (pd[k] - PsM)2, kde:
^2 W je odhad střední hodnoty signálu v čase k, přičemž jednotkou je jednotka měřeného signálu, tedy nej častěji napětí ve voltech, je faktor zapomínání, ^2 je odhad variance (rozptylu) měřeného signálu v čase k, přičemž jednotkou je druhá mocnina jednotky měřeného signálu, tedy nej častěji druhá mocnina voltu,
-3CZ 2021 - 468 A3 L Jje odhad střední hodnoty signálu v čase k-1, přičemž jednotkou je jednotka měřeného signálu, tedy nejčastěji napětí ve voltech,
[k 1] je oc]hac] variance měřeného signálu v čase k-1, přičemž jednotkou je druhá mocnina jednotky měřeného signálu, tedy nejčastěji druhá mocnina voltu, a pd[k] je hQdnQta měřeného signálu v čase k, přičemž jednotkou je jednotka měřeného signálu, tedy nej častěji napětí ve voltech, ^2 a dále je stanoven podíl hodnoty variance 2 v čase k a v čase k-Nvar tak, že:
2 ď2 2[k — Nvar] kde je Nvar volitelný parametr, který udává počet vzorků variance (zpoždění výpočtu) o něž je jmenovatel výše uvedeného zlomku posunutý oproti čitateli, přičemž tedy může nabývat jakékoli celočíselné hodnoty s tím, že typickou hodnotou je 20, a dále je v paměti uložen čas maxima kmax v horizontu kratším než lag max, kde je typicky nastavena hodnota 250, od aktuálního času k, přičemž počátek výboje id beg je stanoven tak, že:
idbeg = k max - Nvar, přičemž jestliže není v následujících deadmax vzorcích určeno nové maximum, je za počátek výboje považován okamžik id beg, přičemž jestliže je v následujících dead max vzorcích nalezeno nové maximum funkceΔσ2 , pak je za počátek výboje považován tento nový okamžik id beg, přičemž v paměti je aktualizován údaj o počátku výboje id beg.
Výhodné je, že pro každý detekovaný částečný výboj je určen zpřesněný okamžik počátku výboje jako okamžik maxima funkce počítané jako podíl variancí dvou po sobě jdoucích klouzavých oken. Výhodou je, že aplikací tohoto postupuje počátek detekovaného částečného výboje maximem výše uvedeného podílu, tedy maximem funkce .
Také je výhodné, když po uplynutí dead max vzorků od okamžiku detekce výboje, kde je typicky nastavena hodnota 50, je hledání počátku výboje ukončeno. Výhoda tohoto přistupuje v tom, že je hledání počátku částečného výboje omezeno na konečný počet dead max vzorků.
Dále je výhodné, když jev případě přítomnosti částečného výboje dále stanoven konec idend částečného výboje tak, že za konec částečného výboje je prohlášen okamžik, ve kterém hodnota kriteriální funkce klesne pod 1,1 násobek hodnoty kriteriální funkce v počátku částečného výboje tak, že:
μ3Μ = T3 /i3[k - 1] + (1 - λ3) pd[k],
P-krit[k] = ž3 /l^Jk - 1] + (1 - Λ3) |pd[k] - μ3[k]|, /UrítM-rnd] < 14 Pkrit [id_beg], kde:
-4CZ 2021 - 468 A3 je odhad střední hodnoty signálu v čase k, přičemž jednotkou je jednotka měřeného signálu, tedy nej častěji napětí ve voltech, ^3je faktor zapomínání, je odhad střední hodnoty signálu v čase k-1, přičemž jednotkou je jednotka měřeného signálu, tedy nejčastěji napětí ve voltech, pd[k]· je hodnota měřeného signálu v čase k, přičemž jednotkou je jednotka měřeného signálu, tedy nej častěji napětí ve voltech, odhad střední hodnoty absolutní hodnoty měřeného signálu bez stejnosměrné složky v čase k, přičemž jednotkou je jednotka měřeného signálu, tedy nej častěji napětí ve voltech, a /Ikrítt* -1] je odhad střední hodnoty absolutní hodnoty měřeného signálu bez stejnosměrné složky v čase k-1, přičemž jednotkou je jednotka měřeného signálu, tedy nej častěji napětí ve voltech.
Výhodné je, že konec částečného výboje se počítá z rekurzivně počítané sumy absolutní hodnoty signálu a porovnává se její hodnota na začátku a konci částečného výboje. Další výhodou tohoto postupu je rychlost a jednoduchost implementace tohoto postupu v měřicím a vyhodnocovacím zařízení.
Výhodné také je, když v případě přítomnosti částečného výboje je dále stanoven celkový náboj Q tak, že:
id_end
Q = a·— V |pď[i]| fs 5 i=id_beg kde:
Q je celkový stanovený náboj, přičemž jednotkou je Coulomb, a je kalibrační koeficient přepočtu plochy signálu na náboj, přičemž jednotkou je ť ’, fs je vzorkovací frekvence, přičemž jednotkou je Hz, a i je index výpočtu sumy od vzorku id beg až do vzorku id end.
Výhodou určení celkového náboje Q je možnost určit velikost výboje a kategorizovat tak částečný výboj dle jeho velikosti.
Výhodné je, když je v případě přítomnosti částečného výboje dále stanovena fáze v základní harmonické sinusoidě napětí v elektrizační síti tak, že:
z. , ,r x 360
Ψ — [idbeg/ Is ~ Iq) γ 5 kde:
- 5 CZ 2021 - 468 A3 φ je počáteční fáze napětí v síti v okamžiku vzniku částečného výboje, přičemž jednotkou je stupeň, to je absolutní čas začátku aktuální periody napětí, idbeg je identifikovaný počátek výboje, fs je vzorkovací frekvence, přičemž jednotkou je Hz, a
T je doba trvání poslední celé periody, přičemž jednotkou je sekunda, přičemž jako perioda střídavého napětí je použita doba trvání T poslední celé periody a to je časem začátku aktuální periody napětí.
Hlavní výhodou způsobu detekce signálu částečného výboje, podle vynálezu, je to, že navrhovaný způsob umožňuje detekovat větší množství výbojů (resp. téměř všechny) než porovnávané metody, což je velmi významné z pohledu určování degradace izolačních vlastností vedení. Díky tomu je možné jednoduše a levně zjistit stav izolace měřeného objektu. Tento způsob online detekce částečných výbojů v elektrických sítích je založen na pokročilém zpracování signálu měřeném nejčastěji měřicím transformátorem v nejméně jednom místě elektrizační soustavy. Určení časových okamžiků, kdy klouzavý odhad variance překračuje zvolený práh, znamená detekci částečných výbojů. Následně se repetitivně opakuje proces načtení nové hodnoty měřeného signálu, výpočet filtrované hodnoty signálu, rekurzivní výpočet dvou klouzavých variancí s různými časovými konstantami, rekurzivní výpočet klouzavé sumy využívané při určení konce výboje a konečně výpočet parametrů částečných výbojů v případě jeho detekce. Volitelnost koeficientů filtru umožňuje zejména přepínání mezi filtrem typu PP a DP a dále vhodné nastavení parametrů filtru. Způsob detekce využívá sady předdefinovaných filtrů, z nichž se pro danou instalaci vybere ten, který bude nejvíce potlačovat nežádoucí šum při současném zachování projevů hledaných částečných výbojů. Způsob detekce signálu částečného výboje, podle vynálezu, je přímo zaměřen na detekci nestacionarit v měřeném signálu, tedy na změny typu „burst“, na které je velmi citlivý. V porovnání s často používanou metodou DWT, tak není výsledná detekce rušená falešně identifikovanými částečnými výboji.
Objasnění výkresů
Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém obr. 1 znázorňuje grafický průběh časového průběhu částečného výboje podle prvního příkladu provedení, obr. 2 znázorňuje amplitudový spektrogram signálu částečného výboje podle prvního příkladu provedení, obr. 3 znázorňuje časový průběh variance signálu včetně vyznačeného prahu detekce částečných výbojů podle prvního příkladu provedení, obr. 4 znázorňuje časový vývoj signálu částečného výboje spolu s vyznačením počátku (kolečko) a konce (čtverec) částečného výboje podle prvního příkladu provedení, obr. 5 znázorňuje PDPR (Partial Discharge Phase Resolved) diagram podle prvního příkladu provedení, obr. 6 znázorňuje graficky časový průběh částečného výboje podle druhého příkladu provedení, obr. 7 znázorňuje amplitudový spektrogram signálu částečného výboje podle druhého příkladu provedení, obr. 8 znázorňuje časový průběh variance signálu včetně vyznačeného prahu detekce částečných výbojů podle druhého příkladu provedení, obr. 9 znázorňuje časový vývoj signálu částečného výboje spolu s vyznačením počátku (kolečko) a konce (čtverec) částečného výboje podle druhého příkladu provedení, a obr. 10 znázorňuje PDPR diagram podle druhého příkladu proveden.
- 6 CZ 2021 - 468 A3
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Způsob detekce signálu částečného výboje z měřeného signálu je prováděn měřícím zařízením uspořádaném v jednom místě elektrické sítě.
Nejprve je provedena inicializace proměnných v detekčním zařízení, kterým je počítač, a načtení parametrů Nvar = 20, lag max = 250, dead max = 50, následně je nejméně jednou načten měřený širokospektrální analogový signál, který jev digitalizačním prostředku převeden do digitálního signálu (obr. 1), který je dále pásmově filtrován pásmovou propustí s rozsahem od 400 kHz do 1,5 MHz tak, že jsou z něho odstraněny složky, které nesouvisí s projevem částečného výboje, kde jejich frekvence je identifikována jako frekvenční oblast od 0 do 400 kHz a frekvence vyšší než 1,5 MHz, kde nedochází k typickému širokopásmovému přechodnému vybuzení amplitud vlivem částečných výbojů (obr.2), přičemž následně je z filtrovaného signálu vypočtena variance filtrovaného signálu (obr.3), která obsahuje právě jeden faktor zapomínání tak, že (i[k] = Λ p[k - 1] + (1 - A)
[Ř] = A - 1] + (1 - A) (pdfut[Ř] - /i[k]) , kde je:
λ = 0,9667 faktor zapomínání, přičemž pokud variance filtrovaného signálu překročí stanovený práh 15000, tak je v čase k detekována přítomnost částečného výboje,
O odhad střední hodnoty filtrovaného signálu v čase k (V), - odhad střední hodnoty filtrovaného signálu v čase k-1 (V), }loc|no1:a filtrovaného signálu v čase k (V),
[k] odhad variance (rozptylu) filtrovaného signálu v čase k ve druhé mocnině voltu (V2), a éř2 [k - 1] ocpiac| variance (rozptylu) signálu v čase k-1 ve druhé mocnině voltu (V2).
Dále jsou proměnné inicializovány tak, že:
-7 CZ 2021 - 468 A3 μ[1] = Ο, ď2[l] = O,
Α2[ι] = ο, σ2 Ξ[1] = 0, μ3[1] =0,
Pkrit [1] — θ·
Dále jev případě přítomnosti částečného výboje stanoven počátek částečného výboje tak, že „2 nejprve je stanovena hodnota variance a? tak, že:
μζΜ = λ2 ' Řztk - H + (1 - -½) pd[k], &l[k] = Λ2 a^ík - 1] + (1 - λΞ) (pd[k] - μ2Μ)2, kde je:
íú M odhad střední hodnoty signálu v čase k (V), λ2 = 0,167 faktor zapomínání, ^2 odhad variance (rozptylu) měřeného signálu v čase k ve druhé mocnině voltu (V2), fetk - 1] odhad střední hodnoty signálu v čase k-1 (V), % - odhad variance (rozptylu) měřeného signálu v čase k-1 ve druhé mocnině voltu (V2), a pd\k] hodnota měřeného signálu v čase k (V), a dále je stanoven podíl hodnoty variance 2 v čase k a v čase k-Nvar tak, že:
Λ-2ΓΜ ] ďýÚ-Wrar] kde je Nvar = 20 parametr, který udává počet vzorků variance (zpoždění výpočtu) o něž je jmenovatel výše uvedeného zlomku posunutý oproti čitateli a dále je v paměti uložen čas maxima kmax v horizontu kratším než lag max = 250 (počet časových vzorků signálu) od aktuálního času k, přičemž počátek výboje id beg je stanoven tak, že:
idbeg = k max - Nvar, přičemž jestliže není v následujících dead_max=50 vzorcích určeno nové maximum, je za počátek výboje považován okamžik id beg, přičemž jestliže je v následujících dead max vzorcích
-8CZ 2021 - 468 A3 nalezeno nové maximum funkce ^2 ’, pak je za počátek výboje považován tento nový okamžik idbeg, přičemž v paměti je aktualizován údaj o počátku výboje idbeg.
Po uplynutí dead_max=50 (počet časových vzorků signálu) vzorků od okamžiku detekce výboje je hledání počátku výboje ukončeno.
V případě přítomnosti částečného výboje je dále stanoven konec id end částečného výboje tak, že za konec částečného výboje je prohlášen okamžik (obr. 4), ve kterém hodnota kriteriální funkce klesne pod 1,1 násobek hodnoty kriteriální funkce v počátku částečného výboje tak, že:
ZG[k] = λ3 - 1] + (1-λ3) -pd[k], Fkrít[k] — A3 — 1] + (1 — A3) |pd [k] — μ3 [k] |, kde je:
[k] odhad střední hodnoty signálu v čase k (V), /3 faktor zapomínání,
[k — 1] ocihad střední hodnoty signálu v čase k-1 (V), pd\k] hodnota měřeného signálu v čase k (V) odhad střední hodnoty absolutní hodnoty měřeného signálu bez stejnosměrné složky v čase k (V), a fikritlk 1] odhad střední hodnoty absolutní hodnoty měřeného signálu bez stejnosměrné složky v čase k-1 (V).
V případě přítomnosti částečného výboje je dále stanoven celkový náboj Q tak, že:
id_end
Q = a·— V lpd[i]l si=id_beg kde je:
Q celkový stanovený náboj (C),
A- s a = 4900 kalibrační koeficient přepočtu plochy signálu na náboj, který má jednotku f = 60 MHz vzorkovací frekvence, a i je index výpočtu sumy od vzorku id beg až do vzorku id end.
-9CZ 2021 - 468 A3
V případě přítomnosti částečného výboje je dále stanovena fáze v základní harmonické sinusoidě napětí v elektrizační síti (obr.5) tak, že:
/. , , r x 360
Ψ [id-beg/A — toj J. ;
kde je:
φ počáteční fáze napětí v síti v okamžiku vzniku částečného výboje (°), ta absolutní čas začátku aktuální periody napětí (s), id beg identifikovaný počátek výboje, f - vzorkovací frekvence (Hz), a
T - doba trvání poslední celé periody (s), přičemž jako perioda střídavého napětí je použita doba trvání T poslední celé periody a to je časem začátku aktuální periody napětí.
Příklad 2
Způsob detekce signálu částečného výboje z měřeného signálu je prováděn měřícím zařízením uspořádaném v jednom místě elektrické sítě.
Nejprve je provedena inicializace proměnných v detekčním zařízení, kterým je speciální přístroj pro detekci, a načtení parametrů Nvar = 20, lag max = 250, dead max = 50, následně je nejméně jednou načten měřený širokospektrální analogový signál, který je v digitalizačním prostředku převeden do digitálního signálu (obr.6), který je dále pásmově filtrován pásmovou propustí s rozsahem od 2 MHz do 5 MHz tak, že jsou z něho odstraněny složky, které nesouvisí s projevem částečného výboje, kde jejich frekvence je identifikována jako frekvenční oblast od 0 do 2 MHz a frekvence vyšší než 5 MHz, kde nedochází k typickému širokopásmovému přechodnému vybuzení amplitud vlivem částečných výbojů (obr.7), přičemž následně je z filtrovaného signálu vypočtena variance filtrovaného signálu (obr.8), která obsahuje nejméně jednu časovou konstantu filtru tak, že
AM = λ /1 [k - 1] + (1 - A) p<i/ťířM, ff2[k] = 1 d2[k - 1] + (1 - A) [pd/ťíř[k] — /1 [k]) , kde je:
λ = 0,9667 faktor zapomínání, přičemž pokud variance filtrovaného signálu překročí stanovený práh 2000, tak je v čase k detekována přítomnost částečného výboje, odhad střední hodnoty filtrovaného signálu v čase k (V), /1 [k — 1] ocpiac| střední hodnoty filtrovaného signálu v čase k-1 (V), hodnota filtrovaného signálu v čase k (V),
- 10CZ 2021 - 468 A3 odhad variance (rozptylu) filtrovaného signálu v čase k ve druhé mocnině voltu (V2), a d2[k — 1] odhad variance (rozptylu) signálu v čase k-1 ve druhé mocnině voltu (V2).
Dále jsou proměnné inicializovány tak, že:
μ[1]=0, σ2[1] = 0, μ2[1]=0, σ2 2[1] = 0, μ3[1]=0, ftkrit [1] — θ·
V případě přítomnosti částečného výboje je dále stanoven počátek částečného výboje tak, že nejprve je stanovena hodnota variance °2 tak, že:
Pz[k] = A2 /l2[k - 1] + (1 - A2) pd[k],
[k] = λ2 8l[k - 1] + (1 - A2) (pd[k] - μ2Μ)2, kde je:
^2 M odhad střední hodnoty signálu v čase k (V), λ = 0,9167 faktor zapomínání,
[k] odhad variance (rozptylu) měřeného signálu v čase k ve druhé mocnině voltu (V2),
M2 [k - 1] odhad střední hodnoty signálu v čase k-1 (V), σ7 [k 1] 0£|hac| varjance (rozptylu) měřeného signálu v čase k-1 ve druhé mocnině voltu (V2), /«/[k] hodnota měřeného signálu v čase k ve voltech, λ2 a dále je stanoven podíl hodnoty variance 2 v čase k a v čase k-Nvar tak, že:
2Í J kde je Nvar = 20 parametr, který udává počet vzorků variance (zpoždění výpočtu) o něž je jmenovatel výše uvedeného zlomku posunutý oproti čitateli a dále je v paměti uložen čas maxima
- 11 CZ 2021 - 468 A3 kmax v horizontu kratším než lag_max=250 (počet časových vzorků signálu) od aktuálního času k, přičemž počátek výboje id beg je stanoven tak, že:
idbeg = k max - Nvar, přičemž jestliže není v následujících dead_max=50 vzorcích určeno nové maximum, je za počátek výboje považován okamžik id beg, přičemž jestliže je v následujících dead max vzorcích nalezeno nové maximum fůnkce ’ pak je za počátek výboje považován tento nový okamžik id beg, přičemž v paměti je aktualizován údaj o počátku výboje id beg.
Po uplynutí dead_max=50 (počet časových vzorků signálu) vzorků od okamžiku detekce výboje je hledání počátku výboje ukončeno.
V případě přítomnosti částečného výboje je dále stanoven konec id end částečného výboje tak, že za konec částečného výboje je prohlášen okamžik (obr.9), ve kterém hodnota kriteriální fůnkce klesne pod 1,1 násobek hodnoty kriteriální fůnkce v počátku částečného výboje tak, že:
μ3Κ = a3 A3[k - i] + (i - ^3) pd fikrit[k] - figrttlk - 1] + (1 - Λ3) |pd[k] - p3[k]|, Akrit[iA_enrf] < 1,1 Pkritlid_beg], kde je:
A3 [k] odhad střední hodnoty signálu v čase k (V), λ3 faktor zapomínání,
A3 [k 1] odhad střední hodnoty signálu v čase k-1 (V), pd[kjhodnota měřeného signálu v čase k (V),
Akrítfk] odhad střední hodnoty absolutní hodnoty měřeného signálu bez stejnosměrné složky v čase k (V), — 1] odhad střední hodnoty absolutní hodnoty měřeného signálu bez stejnosměrné složky v čase k-1 (V).
V případě přítomnosti částečného výboje je dále stanoven celkový náboj Q tak, že:
id_end
Q=a·— V IpdUll 5 í=id_beg kde je:
Q celkový stanovený náboj (C), a = 4500 kalibrační koeficient přepočtu plochy signálu na náboj, který
- 12 CZ 2021 - 468 A3 má jednotku 7 ’ f = 60 MHz vzorkovací frekvence, a i je index výpočtu sumy od vzorku id beg až do vzorku idend.
V případě přítomnosti částečného výboje je dále stanovena fáze v základní harmonické sinusoidě napětí v elektrizační síti (obr. 10) tak, že:
/. , . c x 3ÉO φ — fs — Íq) , kde je:
φ počáteční fáze napětí v síti v okamžiku vzniku částečného výboje (°), to absolutní čas začátku aktuální periody napětí (s), id beg identifikovaný počátek výboje, fs - vzorkovací frekvence (Hz), a
T - doba trvání poslední celé periody (s).
přičemž jako perioda střídavého napětí je použita doba trvání T poslední celé periody a to je časem začátku aktuální periody napětí.
Průmyslová využitelnost
Způsob detekce signálu částečného výboje, podle vynálezu, lze zejména využít k detekci signálu částečného výboje v běžných průmyslových aplikacích, zejména na vedeních elektrického proudu.
Claims (7)
1. Způsob detekce signálu částečného výboje, zejména způsob detekce signálu částečného výboje z měřeného signálu měřícím zařízením v nejméně jednom místě elektrické sítě, vyznačující se tím, že nejprve je provedena inicializace proměnných v detekčním zařízení a načtení parametrů Nvar, lag max, dead max, následně je nejméně jednou načten měřený širokospektrální analogový signál, který je v digitalizačním prostředku převeden do digitálního signálu, který je dále pásmově filtrován tak, že jsou z něho odstraněny složky, které nesouvisí s projevem částečného výboje, kde jejich frekvence je identifikována jako frekvenční oblast, kde nedochází k typickému širokopásmovému přechodnému vybuzení amplitud vlivem částečných výbojů, přičemž následně je z filtrovaného signálu vypočtena variance filtrovaného signálu, která obsahuje nejméně jednu časovou konstantu filtru tak, že p[k] = 2-p[k - 1] + (1 -2) -ρ^,Μ σ-Μ = λ σ- [t - J] + (J - 2) (pd/ÉifM kde:
λ je faktor zapomínání v rozsahu 0 až 1, přičemž pokud variance filtrovaného signálu překročí stanovený práh, tak je v čase k detekována přítomnost částečného výboje,
PM je odhad střední hodnoty filtrovaného signálu v čase k, p[k 2] je odhad střední hodnoty filtrovaného signálu v čase k-1, je hodnota filtrovaného signálu v čase k,
M je odhad variance filtrovaného signálu v čase k, a & [k -d je odhad variance signálu v čase k-1.
- 14CZ 2021 - 468 A3
2. Způsob detekce signálu částečného výboje podle nároku 1, vyznačující se tím, že proměnné jsou inicializovány tak, že:
= o,
PaíU = 0, ^[l] = 0,
Pa EU = 0, = o.
3. Způsob detekce signálu částečného výboje podle některého z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že v případě přítomnosti částečného výboje je dále stanoven počátek částečného výboje tak, že A 1 nejprve je stanovena hodnota variance tak, že:
PzM = 22-p2[k-i] + (i-22>pdM,
[k] = Á2 [k - 1] + (1 - Λ2) (pd[k] - μ2Μ)2, kde:
£2 M je odhad střední hodnoty signálu v čase k,
- 15CZ 2021 - 468 A3
2 je faktor zapomínání,
L«J je odhad variance (rozptylu) měřeného signálu v čase k,
Λϊ Ιλ 1J je odhad střední hodnoty signálu v čase k-1, σ; |k - 1J je odhad variance měřeného signálu v čase k-1, a je hodnota měřeného signálu v čase k, a dále je stanoven podíl hodnoty variance 'At v čase k a v čase k-Nvar tak, že: kde je Nvar volitelný parametr, který udává počet vzorků variance, o něž je jmenovatel výše uvedeného zlomku posunutý oproti čitateli, a dále je v paměti uložen čas maxima kmax v horizontu kratším než lag max od aktuálního času k, přičemž počátek výboje id beg je stanoven tak, že: idbeg = kmax - Nvar, přičemž jestliže není v následujících deadmax vzorcích určeno nové maximum, je za počátek výboje považován okamžik id beg, a jestliže jev následujících dead max vzorcích nalezeno nové maximum fůnkce , pak je za počátek výboje považován tento nový okamžik id beg, a v paměti je aktualizován údaj o počátku výboje id beg.
4. Způsob detekce signálu částečného výboje podle nároku 2, vyznačující se tím, že po uplynutí dead max vzorků od okamžiku detekce výboje je hledání počátku výboje ukončeno.
5. Způsob detekce signálu částečného výboje podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že v případě přítomnosti částečného výboje je dále stanoven konec id end částečného výboje tak, že za konec částečného výboje je prohlášen okamžik, ve kterém hodnota kriteriální fůnkce klesne pod 1,1 násobek hodnoty kriteriální fůnkce v počátku částečného výboje tak, že:
- 16CZ 2021 - 468 A3
PjM = λ3-folk- J]+ (J — 2,) pd[fc],
PkrirM = Á J + (J -2^)- Ip^M - Λ,ΜΙ, /^[icLejiti] < 1,1 ^kril.[id_beg\ kde:
/ΰ [^1 je odhad střední hodnoty signálu v čase k, ^3 je faktor zapomínání,
Pa |Ř — 1] je odhad střední hodnoty signálu v čase k-1, pd [l·] je hodnota měřeného signálu v čase k, £ krt r M je odhad střední hodnoty absolutní hodnoty měřeného signálu bez stejnosměrné složky v čase k, a
J]je odhad střední hodnoty absolutní hodnoty měřeného signálu bez stejnosměrné složky v čase k-1.
6. Způsob detekce signálu částečného výboje podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že v případě přítomnosti částečného výboje je dále stanoven celkový náboj Q tak, že:
tíi_s?:ri $ = a-y y lpti[i]l 3 i = ici_beg
- 17CZ 2021 - 468 A3 kde:
Q je celkový stanovený náboj, °jc kalibrační koeficient přepočtu plochy signálu na náboj,
A je vzorkovací frekvence, a i1 je index výpočtu sumy od vzorku id beg až do vzorku id end.
7. Způsob detekce signálu částečného výboje podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že v případě přítomnosti částečného výboje je dále stanovena fáze v základní harmonické sinusoidě napětí v elektrizační síti tak, že:
V = (idbeg/f3-t0)^ kde:
V je počáteční fáze napětí v síti v okamžiku vzniku částečného výboje, ^0 je absolutní čas začátku aktuální periody napětí, id_beg je identifikovaný počátek výboje,
A je vzorkovací frekvence, a
T je doba trvání poslední celé periody.
- 18CZ 2021 - 468 A3 přičemž jako perioda střídavého napětí je použita doba trvání poslední celé periody a je časem začátku aktuální periody napětí.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-468A CZ309708B6 (cs) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | Způsob detekce signálu částečného výboje |
| CN202280066680.XA CN118043686A (zh) | 2021-10-07 | 2022-09-23 | 检测局部放电信号的方法 |
| EP22793101.1A EP4413384B1 (en) | 2022-09-23 | A method of detecting a partial discharge signal | |
| PCT/CZ2022/000039 WO2023056995A1 (en) | 2021-10-07 | 2022-09-23 | A method of detecting a partial discharge signal |
| US18/699,074 US20240410930A1 (en) | 2021-10-07 | 2022-09-23 | A method of detecting a partial discharge signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-468A CZ309708B6 (cs) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | Způsob detekce signálu částečného výboje |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2021468A3 true CZ2021468A3 (cs) | 2023-04-19 |
| CZ309708B6 CZ309708B6 (cs) | 2023-08-09 |
Family
ID=83903204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2021-468A CZ309708B6 (cs) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | Způsob detekce signálu částečného výboje |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240410930A1 (cs) |
| CN (1) | CN118043686A (cs) |
| CZ (1) | CZ309708B6 (cs) |
| WO (1) | WO2023056995A1 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118425711B (zh) * | 2024-07-04 | 2024-10-29 | 国网上海市电力公司 | 一种clcc换流器局部放电演变分析方法及系统 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1396358B1 (it) * | 2009-10-30 | 2012-11-19 | Techimp Technologies S A Ora Techimp Technologies S R L | Dispositivo e procedimento per rilevare ed elaborare segnali relativi a scariche elettriche parziali. |
| ES2379831A1 (es) * | 2010-05-26 | 2012-05-04 | Universidad Politécnica de Madrid | PROCEDIMIENTO DE MONITORIZACIÓN CONTINUA Y DIAGNÓSTICO DE FUENTES DE DESCARGAS PARCIALES (DPs) EN CABLES DE ALTA TENSIÓN DURANTE SU CONEXIÓN Y FUNCIONAMIENTO EN LA RED, Y SISTEMA FÍSICO PARA LA PUESTA EN PRÁCTICA DEL PROCEDIMIENTO. |
| FR2996312B1 (fr) * | 2012-10-02 | 2014-10-24 | Alstom Technology Ltd | Procede de detection de front d'onde de signal recu par un capteur |
| FR3002644B1 (fr) * | 2013-02-22 | 2015-03-27 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif de detection d'arc electrique dans une installation photovoltaique |
| EP4097493A1 (en) * | 2020-01-29 | 2022-12-07 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Partial discharge localization using time reversal: application to power transformers and gas-insulated substations |
-
2021
- 2021-10-07 CZ CZ2021-468A patent/CZ309708B6/cs unknown
-
2022
- 2022-09-23 CN CN202280066680.XA patent/CN118043686A/zh active Pending
- 2022-09-23 US US18/699,074 patent/US20240410930A1/en active Pending
- 2022-09-23 WO PCT/CZ2022/000039 patent/WO2023056995A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN118043686A (zh) | 2024-05-14 |
| EP4413384A1 (en) | 2024-08-14 |
| CZ309708B6 (cs) | 2023-08-09 |
| US20240410930A1 (en) | 2024-12-12 |
| WO2023056995A1 (en) | 2023-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2012289811B2 (en) | Method and device for detecting a deterioration in the state of an insulation in an operating electric machine | |
| CN104090214B (zh) | 一种电缆故障检测及老化分析方法 | |
| US20140303913A1 (en) | Broken rotor bar detection based on current signature analysis of an electric machine | |
| RU2700368C1 (ru) | Способ определения технического состояния цифрового трансформатора по параметрам частичных разрядов в изоляции | |
| KR20180047135A (ko) | 반사파 처리 장치 | |
| US11287464B2 (en) | Partial discharge measurement system | |
| CZ2021468A3 (cs) | Způsob detekce signálu částečného výboje | |
| Chen et al. | Energy estimation of partial discharge pulse signals based on noise parameters | |
| Chai et al. | Application of wide area power system measurement for digital authentication | |
| US10107861B1 (en) | Method and apparatus to detect faults in rotary machines | |
| US12416658B2 (en) | State analysis of an electrical operating resource | |
| Elben et al. | Modern noise rejection methods and their applicability in partial discharge measurements on HVDC cables | |
| EP4413384B1 (en) | A method of detecting a partial discharge signal | |
| Bhure et al. | Partial discharge detection in medium voltage stators using an antenna | |
| CA2556498A1 (en) | Testing loop impedance in an rccb electrical test circuit | |
| JP2003240815A (ja) | 電力ケーブルの劣化診断における誘導ノイズの除去方法および電力ケーブルの試験装置 | |
| Piccin et al. | Partial discharge analysis and monitoring in HVDC gas insulated substations | |
| CZ202120A3 (cs) | Způsob extrakce signálu a zařízení k jeho provádění | |
| Suryavanshi et al. | Wavelet transform coherence for magnitude and phase spectrum prediction from high frequency transient signals: Partial discharge in transformers | |
| Badicu et al. | Return of experience from continuous PD monitoring of rotating machines | |
| KR102870861B1 (ko) | 단일 클램프를 이용한 유효 누설전류 측정장치 및 방법 | |
| Jayakrishnan et al. | Application of modified wavelet packet transform for de-noising during partial discharge measurement on power cables | |
| Blackburn et al. | On-line partial discharge monitoring for assessment of power cable insulation | |
| Mohammadirad et al. | Evaluating the Improvement of Partial Discharge Localization Accuracy Using Frequency Response Assurance Criterion | |
| RU2700369C1 (ru) | Устройство контроля технического состояния цифрового трансформатора по параметрам частичных разрядов в изоляции |