TWI246596B - A diagnosing and predicting system of power equipment insulation degradation by using ultrasonic wave - Google Patents

Description

124651— . 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是㈣於—種電力設備輯m统，且特 別是有關於-種超音波電力設備故障預知系統及診斷方 法。 【先前技術】 由於現在卫商業的進步，電力用戶對於電力供電的 品質與需求日益增加，故對於提升電力的品質以及電力設 備中所使用之絕緣材料都是必然發展的趨勢。 現在測量電力設備是否產生局部放電，一般都是先 將機器停機後再開始檢查，雖然停機的預防維護可以及早 發現電力設備是否有產生異常狀況，但是因為現在用電戶 的電力需求量愈來愈大，以致於停機檢測的時間相對的也 就增加。為了降低事故的發生，除了要定期的停機檢測外， 也必須定期或不定期的對正在動作的電力設備上做局部放 電之檢測。 對正在動作的電力設備上做局部放電之檢測的方法 之一如圖1所示，圖1繪示一種人工方式檢查局部放電之 非電氣量測法，當電力設備1U產生局部放電時，將會產 生超音波訊號，而超音波訊號會經由介質的傳導而到電力 设備111的表面或外部，再經由超音波偵測器112將接收 到的超音波訊號轉換成電氣訊號，再輸入到耳機113中， 由檢測人員所聽到的聲音狀況來判斷所檢測的電力設備是 否有異常狀況。但是可能因為檢測人員的經驗有所不同， 12465l2LfA〇c/006 有別於上述對正在動作的電 檢測的第二種檢測方式如 波電力設備故障診斷系統方塊圖 二 診斷系統動作流程圖。請J二2 121產生局部放電時，將會產生超音 =矣1?號會經由介質的傳導而到電力設備 的表面或外部，百先如步驟sm，經由超音波侦測 器122將所伽㈣的超音波_㈣成電氣贿，接著如 號作類比數位轉換而成數位訊號，然後如步驟Sl33，由 資料分析系統124將接收到的數位訊號經由資料分析後繪 製出的局部放電三維圖，最後如步驟S134，以局部放電 三維圖供檢測人員判斷被檢測之電力設備是否因故障而產 生局部放電。但局部放電三維圖於檢測人員在觀看時較為 複雜’且有雜訊產生，可能會因為一時的不注意而判斷錯 誤0 步驟S132,經由類比數位轉脑123將所接收的電氣訊 【發明内容】 本發明的目的就是在提供一種局部放電超音波電力 設備故障預知系統，可使電力設備在產生絕緣崩潰之前先 加以防範。 本發明的再一目的就是在提供一種局部放電超音波 I246^4f.doc/006 電力設備故障診斷方法，可使電力設備在產生絕緣崩潰之 前先加以防範。 本發明提供一種局部放電超音波電力設備故障預知 系統’包括：超音波偵測器、類比數位轉換器、資料分析 系統。上述超音波偵測器用來接收被測量電力設備因局部 放電所發出的超音波訊號，並將所接收的超音波訊號轉換 成電氣訊號，類比數位轉換器耦接至超音波偵測器，其用 類比數位轉換方式將電氣訊號轉換成數位訊號，資料分析 系統耦接至類比數位轉換器，用來分析並將所接收到的數 位訊號經由資料分析後可繪製出平均放電量圖、放電型態 圖、以及放電特徵圖三種圖式。其中判斷電力設備是否有 局部放電，可以依據平均放電量圖、放電型態圖、以及放 電特徵圖三者之一來決定即可 從另一觀點來看，本發明提供一種局部放電超音波 電力設備故障診斷方法，用以診斷電力設備是否故障，超 音波電力設備故障診斷方法包括以下步驟：接收電力設備 所輸出的超音波訊號，並將超音波訊號轉換成電氣訊號， 再將電氣訊號作類比數位轉換得到數位訊號，在經由分析 後轉換成數位訊號，最後由數位訊號可分析出平均放電量 圖、放電型態圖、以及放電特徵圖三種圖示。最後依據平 均放電量圖、放電型態圖、以及放電特徵圖三者之一，來 判斷被檢測之電力設備是否因絕緣瑕疵而產生局部放電。 由以上說明可知，本發明之一種超音波電力設備故 障預知系統及診斷方法，判定電力設備是否故障時，已經 1246敬 f.doc/006 不再依賴檢測人員的聽覺或者是較為複雜的三維圖，而b 易於讓檢測人員一眼就可以看出被檢測之電力設備中產生 故障的地方之平均放電量圖、放電型態圖、以及放電特徵 圖。而平均放電量圖的不但可濾除雜訊佳且量化追蹤容 易，放電型態圖則是依特定規則可容易判別放電型態，= 及放電特徵圖依放電的物理現象可容易判別電氣放^與機 械震動，這三圖中的任何一種都可以用來簡單的判斷被檢 測之電力設備是否將因故障而產生局部放電。另外，可= 以電腦設備自動判斷，免除了人為上的疏失。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明 顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下。 【實施方式】 圖2繪示一種超音波電力設備故障診斷系統方塊圖， 圖4繪示一種本發明之超音波電力設備故障診斷系統動作 流程圖。請同時參照圖2與圖4，當電力設備121產生局 部放電時，將會產生超音波訊號，而超音波訊號會經由介 質的傳導而到電力設備121的表面或外部，首先如步驟 S141，經由超音波偵測器122將所偵測到的超音波訊號 轉換成電氣訊號，接著如步驟S142，再經由類比數位轉 換器123將所接收的電氣訊號經由類比數位轉換成數位訊 號，然後如步驟S143，再經由資料分析系統124將接收 到的數位訊號經由資料分析後所繪製出的局部放電之平均 放電量圖、放電型態圖、以及放電特徵圖，最後如步驟 12465傲 丨 twf.doc/006 S144，經由平均放電量圖、放電型態圖、以及放電特徵 圖三圖之一即可判斷出電力設備是否因故障而產生局部放 電0 在本實施例中，是利用類比數位介面卡將超音波債 測器所傳送的電氣訊號轉換成數位訊號以提供資料分析系 統，而資料分析系統係為一個人電腦，個人電腦將接收到 的數位訊號以應用程式將此訊號繪製成平均放電量圖、放 電型態圖、以及放電特徵圖。在此舉出局部放電型態為表 面放電之上述三種圖為例，請參照圖5、圖6以及圖7。 其中，圖5繪示一種局部放電型態為表面放電的平均放電 量圖，圖6繪示一種局部放電型態為表面放電的放電型態 圖’圖7繪示一種局部放電型態為表面放電的放電特徵 圖。此三圖中的任何其中之一圖接可以依照檢測人員的習 慣來選擇判斷出被檢測之電力設備是否將因故障而產生局 部放電。 其中平均放電量圖係為資料分析系統所分析出相位 角（Phase Angle)以及平均局部放電量（partw Discharge) 之座標圖，而決定被檢測之電力設備是否應維修，係取決 於每一次平均放電量圖中平均放電量之變化量是否相差甚 多0 其中放電型態圖係為資料分析系統所分析出相位角 (Phase Angle)以及其平均振幅（Amplitude)大小之半 ®形型態圖’而放電型態圖可判定多數個局部放電型態， 當相位分佈小於第一預定角度時，則判定為接觸不良，當 210twf.d〇c/〇〇6 ，位分佈介於第—預定肖度與第二預定狀之間時，則判 疋，内部放電絲面放電二者之—，t相位分佈介於第二 預定角度與第三預定肖料，關定為電暈，當相位分佈 介於第二預定角度與第四預定肖度之啊，則狀為内部 放電與表聽電二者之_，以及當相位分佈大於第四預定 角度時，則判定為接觸不良。 /、中放電特徵圖係為資料分析系統所分析出相位角 (/hase Angle)以及其平均振幅（Amplitude)大小之圓 形特徵®，而被檢測之電力設備是否應維修，係取決於相 位角上之平均振幅大小的分佈之變化量。 在本較佳實施例中，圖8繪示根據本發明較佳實施 例之-種平均放電量圖、圖9纟會示_本發雜佳實施例 之一種放電型態圖、圖10繪示根據本發明較佳實施例之 一種放電特徵圖。綜合上述之圖8、圖9、圖1〇三圖中之 任一圖皆可判斷目前電力設備的狀況，根據圖中最大振幅 出現在弟一預疋角與第二預定角之間，故由以上所說明的 條件中可以很容易清楚的判斷出被檢測之電力設備的故障 原因之局部放電型態為電暈。 由上述之說明中，本發明之一種超音波電力設備故 障預知系統及診斷方法，將不再依賴檢測人員的聽覺或者 是較為複雜的三維圖，也不再因檢測人員精神狀況不佳及 環境的影響導致判斷錯誤，而是易於讓檢測人員一眼^可 以看出被檢測之電力設備中產生故障的地方之平均放電量 圖、放電型態圖、以及放電特徵圖。而平均放電量圖的不 1246¾ fdoc/〇〇6 但，除雜訊佳且量化追縱料，放f型關則是依特定規 易判別放電㈣’以及放電特徵圖依對稱性容易判別 ，氣放電與機械震動，這三圖中的任何—種都可以用 判斷被檢測之電力設備是否將因絕緣瑕,疵而產生局部

以ΡΡ ί然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 2乾圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 ，範圍當視後附之巾料職_界定者為準。 【圖式簡單說明】 統圖=1繪示為一種習知之超音波電力設備故障診斷系 圖2繪示為一種超音波電力設備故障診斷系統圖示。 圖3繪示為一種習知之超音波電力設備故障診斷 、、九動作流程圖。 圖4繪示為—種本發明之超音波電力設備故障診斷 糸統動作流程圖。

量圖圖5繪不一種局部放電型態為表面放電的平均放電 圖。固6、、、g示種局部放電型態為表面放電的放電型態 圖。圖7繪不一種局部放電型態為表面放電的放電特徵 圖8繪不一種局部放電型態為電暈的平均放電量圖。 11 I24659i,doc/006 圖9繪示一種局部放電型態為電暈的放電型態圖。 圖10繪示一種局部放電型態為電暈的放電特徵圖。 【主要元件符號說明】 111、 121 :被檢測之電力設備 112、 122 :超音波偵測器 113 ··檢測人員 123 :類比數位轉換器 124 :資料分析祕 · 5131、 S141 :偵測超音波訊號並轉換成電氣訊號 5132、 S142 :將電氣訊號轉換成數位訊號 5133 :系統分析並繪出三維圖 5134 :利用三維圖判斷被偵測之電力設備是否產生 局部放電 5143 :系統分析並繪出平均放電量圖、放電型態圖 以及放電特徵圖 5144 :利用三圖之一判斷被偵測之電力設備是否產 籲 生局部放電 12

Claims (1)

1. f.doc/006 十、申請專利範圍： 1·一種超音波電力設備故障預知系統，包括·· 一超音波偵測器，用以接收被測量之一電力設備所 發出的一超音波訊號，並將所接收的該超音波訊號轉換成 一電氣訊號； 一類比數位轉換器，耦接至該超音波偵測器，用以 轉換該電氣訊號而得一數位訊號；以及 一資料分析系統，耦接至該類比數位轉換器，用以 分析並轉換該數位訊號，而得一平均放電量圖、一放電型 態圖、以及一放電特徵圖三者之一； 其中判斷該電力設備是否有局部放電及絕緣瑕疵類 型，可以依據該平均放電量圖、該放電型態圖、以及該放 電特徵圖三者之一決定之。 2·如申請專利範圍第1項所述之超音波電力設備故障 預知系統，其中該平均放電量圖係為該資料分析系統所分 析出相位角（Phase Angle)以及平均局部放電量（paruai Discharge)之座標圖。 3·如申請專利範圍第2項所述之超音波電力設備故障 預知系統，其中決定被檢測之該電力設備是否應維修，係 取決於每一次該平均放電量圖中平均放電量之變化量是否 相差甚多。 4·如申請專利範圍第1項所述之超音波電力設備故障 預知系統’其中該放電型態圖係為該資料分析系統所分析 出相位角（Phase Angle)以及其平均振幅（Amplitude) 13 1246娜 twf.doc/006 大小之半圓形型態圖。 5·如申請專利範圍第4項所述之超音波電力設備故障 預知系統，其中係利用該放電型態圖來判定局部放電型 態； 當相位分佈小於一第一預定角度時，則判定為一接 觸不良； 當相位分佈介於該第一預定角度與一第二預定角度 之間時，則判定為一内部放電與一表面放電二者之一； 當相位分佈介於該第二預定角度與一第三預定角度 時，則判定為一電暈； 當相位分佈介於該第三預定角度與一第四預定角度 之間時’則判定為該内部放電與該表面放電二者之一；以 及 當相位分佈大於該第四預定角度時 觸不良 6.如申請專利範圍第1項所述之超音波電力設備故障 預知系統，其巾該放電特徵_為該㈣分析純所分析 出相位角（Phase Angle)錢其平均振幅（AmpHt 大小之圓形特徵圖。 ^如1專·圍第6項所述之超音波電力設備故障 Ϊ中決定被檢測之該電力設備是否應維修，係 取決於相位角上之平均振幅大小的分佈之變化量。係 8.如申請專利範圍第1項所述 預知系統，其中觸比触職㈣為備峰 1246596 14210twf.doc/006 預知It申第1項所述之超音波電力祕 之 料分析系統係利用個人電腦與筆㈣ r:二申請甘專利範圍第1項所述之超音波電力設備故 =线’ 電妓備為—變壓器、—斷路器、一 比壓态、一比流器、以及一電纜頭以上之任一者。 立η·如申請專利範圍第1項所述之超音波電力設備故

   ρ早預知系統’其應用於測試—魏轉肖處與—碍子表面污 染^一者之^ —。 12·—種超音波電力設備故障診斷方法，用以診斷一 電力设備是否故障，該超音波電力設備故障診斷方法包括 以下步驟： 接收該電力設備所輸出之一超音波訊號，並將該超 音波訊號轉換成一電氣訊號； 將該電氣訊號作類比數位轉換而得一數位訊號；

   分析並轉換該數位訊號，而得一平均放電量圖、一 放電型態圖、以及一放電特徵圖三者之一； 依據該平均放電量圖、該放電型態圖、以及該放電 特徵圖三者之一，來判斷該電力設備是否將因故障而產生 局部放電。 13·如申請專利範圍第12項所述之超音波電力設備故 障診斷方法，其中該平均放電量圖係為分析出相位角 (Phase Angle)以及平均局部放電量（Partial Discharge) 之座標圖。 15 1246娜 丨 twf.doc/006 14.如申請專利範圍第13項所述之超音波電力設備故 障診斷方法’其中決定被檢測之該電力設備是否應維修， 係取決於每一次該平均放電量圖中平均放電量之變化量是 否相差甚多。 15·如申請專利範圍第12項所述之超音波電力設備故 障診斷方法’其中該放電型態圖係為分析出相位角（Phase Angle)以及其平均振幅（Amplitude)大小之半圓形型態 圖。 立从=·如申請專利範圍第15項所述之超音波電力設備故 障診斷方法，其巾係湘該放電㈣圖來狀多數個局部 放電型態： 當相位分佈小於一第一預定角度時，則判定為一接 觸不良； 當相位分佈介於該第一預定角度與一第二預定角度 之間2，則判定為一内部放電與一表面放電二者之一； 當相位分佈介於該第二預定角度與一第三預定角度 時，則判定為一電暈； ，相位分佈介於該第三預定角度與一第四預定角度 之間時，則判定為該内部放電與該表面放電二者之一；以 及 當相位分佈大於該第四預定角度時，則判定為該接 觸不良。 I#、17·如申請專利範圍第12項所述之超音波電力設備故 早珍斷方法，其中該放電特徵圖係為分析出相位肖（Phase Ι24651·_6 Angle)以及其平均振幅（Amplitude)大小之圓形特徵圖。 立从18·如申請專利範圍第17項所述之超音波電力設備故 P早β斷方法’其巾決定被檢測之該電力設備是否應維修， 係取决於相位角上之平均振幅大小的分佈之變化量。 申請專利範圍第12項所述之超音波電力設備故 法，其中該電力設備為一變壓器、一斷路器、-Μ、-比流器、以及一電纜頭以上之任一者。 障冷專利㈣第121 貞所狀超音波電力設備故 染二/’其應用於測試-電纜轉角處與—碍子表面污