CN102331542B - 变电站局部放电信号在线监测和定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站局部放电信号在线监测和定位方法，其不同于现有的局部放电监测方法只能针对一个电力设备进行监测，而是用于对变电站内的全部电力设备的局部放电信号进行在线监测和定位，该方法包括下列步骤：(1)在变电站的空间区域内的中心位置附近设置一天线阵列，采用该天线阵列接收变电站内的电磁波信号；(2)采集各天线接收到的电磁波信号；(3)将采集到的各电磁波信号进行滤波后，与一标准局部放电信号波形进行比对，若经过滤波后的电磁波信号与标准局部放电信号波形相近或相同，则认为该变电站内有局部放电源；(4)利用不同的两个天线接收到的局部放电信号的时间差对局部放电源进行定位。

Description

变电站局部放电信号在线监测和定位方法

技术领域

本发明涉及一种电信号监测和定位方法，尤其涉及一种用于对变电站的绝缘故障进行监测和定位的方法。

背景技术

绝缘故障是电力设备在运行中的主要故障之一，电力设备发生绝缘故障前，一般都会有一个逐渐发展的局部放电过程，并最终导致绝缘击穿。如果在这个过程能够对运行设备进行局部放电监测和诊断，及时发现局部放电信号，提前对缺陷进行处理，就能有效避免绝缘击穿故障的发生。此外，对局部放电位置的定位，也有助于制定更有针对性的检修处理方案，减少停电时间，提高检修效率。

因此，目前国内外很多科研工作者都对电力设备的局部放电的监测及定位进行了研究。其主要思路在于对单个变电站设备，例如GIS(Gas InsulatedSwitchgear，气体绝缘组合电器设备)、变压器、容性设备等设备的局部放电进行检测，并依据采集到的声信号和电信号进行定位。然而这种监测和定位方法存在以下缺陷：

1.变电站中的任何高压电力设备均可能会发生局部放电故障，要想对全站的一次电气设备实施监测，就需要在每一个设备上都安装局部放电监测装置，这需要耗费大量的时间、财力进行设备采购和安装；

2.各个监测系统的测试原理、试验项目、检测精度等均不尽相同，大量试验数据的处理和分析将直接影响变电站人员的工作效率；

3.众多监测装置的维护和管理也需耗费大量的时间和人力。

发明内容

本发明的目的是提供一种变电站局部放电信号在线监测和定位方法，该方法不同于现有的用于绝缘故障判断的局部放电监测方法只能针对一个电力设备进行监测，其可以实现对于整个变电站内的全部电力设备进行监测，并对发生了局部放电的电力设备实现定位，从而旨在大大节省设备配置成本和人力成本，提高检修效率，尽可能地减少停电时间。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种变电站局部放电信号在线监测和定位方法，其不同于现有的局部放电监测方法只能针对一个电力设备进行监测，而是用于对变电站内的全部电力设备的局部放电信号进行在线监测和定位，该方法包括下列步骤：

(1)在变电站的空间区域内的中心位置附近设置一天线阵列，采用该天线阵列接收变电站内的电磁波信号，所述天线阵列包括N个天线，N＝1，2，3……m，n；m、n均为自然数；

(2)采集各天线接收到的电磁波信号；

(3)将采集到的各电磁波信号进行滤波后，与一标准局部放电信号波形进行比对，若经过滤波后的电磁波信号与标准局部放电信号波形相近或相同，则认为该变电站内有局部放电源，该局部放电源发出一局部放电信号；

(4)对所述局部放电源进行定位：通过比对各电磁波信号的波形，获得不同的两个天线接收到的局部放电信号的时间差T_mn，以建立局部放电源定位方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{cT}}_{12}=g_1-g_2\\ {\mathrm{cT}}_{13}=g_1-g_3\\ {\mathrm{cT}}_{14}=g_1-g_4\\ ......\\ {\mathrm{cT}}_{\mathrm{mn}}=g_m-g_n\end{array}\right.$

式中，c为电磁波传播速度；g₁，g₂，g₃，g₄...g_m，g_n分别表示第一个天线，第二个天线，第三个天线，第四个天线，…第m个天线，第n个天线到局部放电源的距离， $g_n=\sqrt{{(X_S-X_n)}^2+{(Y_S-Y_n)}^2+{(Z_S-Z_n)}^2},$ (X_n，Y_n，Z_n)为第n个天线的空间坐标；T₁₂，T₁₃，T₁₄...T_mn分别表示第一个天线与第二个天线、第一个天线与第三个天线、第一个天线与第四个天线、…第m个天线与第n个天线接收到同一局部放电信号的时间差。

上述方程联立，即可得到局部放电源的空间坐标(X_S，Y_S，Z_S)：

即采用多次联立方程求解坐标，得到若干组解(X_S1，Y_S1，Z_S1)，(X_S2，Y_S2，Z_S2)…(X_Sn，Y_Sn，Z_Sn)，剔除偏差加大的坐标值，将剩余的坐标值取平均值，就得到局部放电源的坐标，计算方程组如下：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_S=(X_{S1}+X_{S2}+X_{S3}+...X_{\mathrm{Sn}})/n\\ Y_S=(Y_{S1}+Y_{S2}+Y_{S3}+...Y_{\mathrm{Sn}})/n\\ Z_S=(Z_{S1}+Z_{S2}+Z_{S3}+...Z_{\mathrm{Sn}})/n\end{array}\right.$

上述方程的解法属于公知的数学方法，本技术方案在此不再赘述。

为了保证监测结果的准确性，所述步骤(2)中采集各天线接收到的电磁波信号后，将各电磁波信号中的监测频段范围外的周期性干扰信号滤除。所述周期性干扰信号包括电力系统载波通信及高频保护通信干扰信号，无线电干扰信号和卫星通信干扰信号。

所述步骤(3)中的滤波包括滤除手机干扰信号，短距离通信干扰信号，整流开关设备闭合和开断时发出的脉冲信号，没有规则的随机性信号以及白噪声。

所述步骤(1)中的各天线为宽带全向天线，其频率范围为0.2GHz-1.5GHz。

本发明由于采用了以上技术方案，使得其能够实现对一个变电站内的全部电力设备进行监测，即可侦知该变电站区域内有电力设备局部放电，并迅速准确地对局部放电源进行定位，进而便于对该电力设备迅速进行检修，大大缩短了停电时间。

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本发明所述的变电站局部放电信号在线监测和定位方法做进一步说明。

图1为本发明所述的变电站局部放电信号在线监测和定位方法的实施原理示意图。

图2显示了各个天线接收到的电磁波信号波形图。

图3为本发明所述的变电站局部放电信号在线监测和定位方法在一个实施例中的流程图。

具体实施方式

如图1所示，假设局部放电源的空间坐标为(X_S，Y_S，Z_S)，天线阵列中的各天线也具有各自的空间坐标，天线阵列中的各个天线1#，2#，3#，4#……m#，n#均能接收到该局部放电源发出的信号，高速数据采集系统采集各个天线接收到的信号(如图2所示)后通过各个独立的数据传输通道传输给数据分析及处理系统，数据分析及处理系统对这些信号进行滤波等处理后，一旦发现有局部放电信号，便立刻对局部放电源进行定位。

如图3所示，在本实施例中，采用下述步骤对变电站局部放电信号进行在线监测和定位：

(1)在变电站的空间区域内的中心位置附近设置一天线阵列，采用该天线阵列接收变电站内的电磁波信号，天线阵列包括N个超高频宽带全向天线天线(频率范围为0.2GHz-1.5GHz)，N＝1，2，3……m，n；m、n均为自然数(如图1所示)；

(2)具有多个通道的高速数据采集单元(带宽1GHz，采样速率3GSa/s)对各天线接收的电磁波信号进行采集；

(3)采用低噪声放大器(频率范围0.5GHz-1.5GHz，增益30dB)对采集的各电磁波信号进行放大，然后采用带通滤波器(0.5GHz-1.5GHz)硬件滤除包括电力系统载波通信及高频保护通信干扰信号，无线电干扰信号和卫星通信干扰信号在内的干扰信号；

(4)采用数字滤波系统进一步去除各电磁波信号中的手机干扰信号，短距离通信干扰信号，整流开关设备闭合和开断时发出的脉冲信号，没有规则的随机性信号和白噪声；

(5)将经过硬件滤波和数字滤波后的各电磁波信号分别与标准局部放电信号波形进行比对：若经过滤波后的电磁波信号与标准局部放电信号波形相近或相同，则认为该变电站内有局部放电源，该局部放电源发出一局部放电信号，进行步骤(6)；若与标准局部放电信号波形差异较大，则继续进行监测；

(6)对局部放电源进行定位(同时参见图1)：通过比对各电磁波信号的波形，获得不同的两个天线接收到的局部放电信号的时间差T_mn(T₁₂，T₁₃，

T₁₂＝|T₂-T₁|

T₁₃＝|T₃-T₁|

T₁₄＝|T₄-T₁|

T₂₃＝|T₃-T₂|

T₂₄＝|T₄-T₂|

T₃₄＝|T₄-T₃|

T_mn＝|T_m-T_n|

T₁₄...T_mn分别表示1#天线与2#天线、1#天线与3#天线、1#天线与4#天线、…m#天线与n#天线接收到同一局部放电信号的时间差)：

建立局部放电源定位方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{cT}}_{12}=g_1-g_2\\ {\mathrm{cT}}_{13}=g_1-g_3\\ {\mathrm{cT}}_{14}=g_1-g_4\\ ......\\ {\mathrm{cT}}_{\mathrm{mn}}=g_m-g_n\end{array}\right.$

式中，c为电磁波传播速度；g₁，g₂，g₃，g₄...g_m，g_n分别表示1#天线(X₁，Y₁，Z₁)，2#天线(X₂，Y₂，Z₂)，3#天线(X₃，Y₃，Z₃)，4#天线(X₄，Y₄，Z₄)，…m#天线(X_m，Y_m，Z_m)，n#天线(X_S，Y_S，Z_S)到局部放电源(X_S，Y_S，Z_S)的距离， $g_n=\sqrt{{(X_S-X_n)}^2+{(Y_S-Y_n)}^2+{(Z_S-Z_n)}^2};$ T₁₂，T₁₃，T₁₄...T_mn分别表示第一个天线与第二个天线、第一个天线与第三个天线、第一个天线与第四个天线、…第m个天线与第n个天线接收到同一局部放电信号的时间差；

采用多次联立方程求解坐标，得到若干组解(X_S1，Y_S1，Z_S1)，(X_S2，Y_S2，Z_S2)…(X_Sn，Y_Sn，Z_Sn)，剔除偏差加大的坐标值，将剩余的坐标值取平均值，就得到局部放电源的坐标(X_S，Y_S，Z_S)，计算方程组如下：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_S=(X_{S1}+X_{S2}+X_{S3}+...X_{\mathrm{Sn}})/n\\ Y_S=(Y_{S1}+Y_{S2}+Y_{S3}+...Y_{\mathrm{Sn}})/n\\ Z_S=(Z_{S1}+Z_{S2}+Z_{S3}+...Z_{\mathrm{Sn}})/n\end{array}\right.$

确定了局部放电源的坐标(X_S，Y_S，Z_S)即完成了对局部放电源的定位。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种变电站局部放电信号在线监测和定位方法，其用于对变电站内的全部电力设备的局部放电信号进行在线监测和定位，其特征在于，包括下列步骤： 

（1）在变电站的空间区域内的中心位置附近设置一天线阵列，采用该天线阵列接收变电站内的电磁波信号，所述天线阵列包括N个天线，N=1,2,3……m,n； 

（2）采集各天线接收到的电磁波信号； 

（3）将采集到的各电磁波信号进行滤波后，与一标准局部放电信号波形进行比对，若经过滤波后的电磁波信号与标准局部放电信号波形相近或相同，则认为该变电站内有局部放电源，该局部放电源发出一局部放电信号； 

（4）对局部放电源进行定位：通过比对各电磁波信号的波形，获得不同的两个天线接收到的局部放电信号的时间差T_mn，以建立局部放电源定位方程组，得到局部放电源的空间坐标（X_S,Y_S,Z_S）： 

式中，c为电磁波传播速度；g₁，g₂，g₃，g₄…g_m，g_n分别表示第一个天线，第二个天线，第三个天线，第四个天线，…第m个天线，第n个天线到局部放电源的距离，

（X_n,Y_n,Z_n）为第n个天线的空间坐标；T₁₂，T₁₃，T₁₄…T_mn分别表示第一个天线与第二个天线、第一个天线与第三个天线、第一个天线与第四个天线、…第m个天线与第n个天线接收到同一局部放电信号的时间差。 

2.如权利要求1所述的变电站局部放电信号在线监测和定位方法，其特征在于，所述步骤（2）中采集各天线接收到的电磁波信号后，将各电磁波信号中的监测频段范围外的周期性干扰信号滤除。 

3.如权利要求1或2所述的变电站局部放电信号在线监测和定位方法，其特征在于，所述步骤（3）中的滤波包括滤除手机干扰信号，短距离通信干扰信号，整流开关设备闭合和开断时发出的脉冲信号，没有规则的随机性信号以及白噪声。 

4.如权利要求1所述的变电站局部放电信号在线监测和定位方法，其特征在于，所述步骤（1）中的各天线为宽带全向天线，其频率范围为0.2GHz-1.5GHz。

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