局部放電源的定位方法和局部放電源的定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種局部放電源的定位方法和局部放電源的定位系統(tǒng)。該局部放電源的定位方法包括：在待測設(shè)備的相對面設(shè)置兩個同樣的UHF傳感器獲取特高頻局部放電信號；沿兩個同樣的UHF傳感器的連線移動兩個同樣的UHF傳感器中的一個或兩個，同時通過分別與兩個同樣的UHF傳感器連接的示波器輸出獲取到的特高頻局部放電信號；當(dāng)兩個同樣的UHF傳感器獲取到的特高頻局部放電信號的信號波形重合時，確定待測設(shè)備中局部放電源到兩個同樣的UHF傳感器當(dāng)前所在的第一位置點和第二位置點的距離相等。利用本發(fā)明的方案，定位過程中不需要獲取測量特高頻局部放電信號的時差，也不受信號傳播路徑及信號折反射等因素導(dǎo)致的干擾信號的影響，操作簡便靈活，定位精確。
【專利說明】局部放電源的定位方法和局部放電源的定位系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高電壓及絕緣領(lǐng)域，具體而言，涉及一種局部放電源的定位方法和局部放電源的定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會對電力需求的不斷增大，電力產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，大型輸電網(wǎng)絡(luò)的安全運行成為電力行業(yè)關(guān)注的重大問題，而輸變電設(shè)備的健康狀態(tài)則是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。研究表明，輸變電設(shè)備以絕緣故障為多，而絕緣故障的先兆往往表現(xiàn)為局部放電。一般認(rèn)為，電力設(shè)備中的局部放電是設(shè)備隱患的重要表征形式，局部放電不但會嚴(yán)重影響電場分布，導(dǎo)致電場畸變，而且會使絕緣材料腐蝕，最終引發(fā)絕緣擊穿，導(dǎo)致設(shè)備故障。
[0003]特高頻、超聲波、紅外、紫外等帶電檢測技術(shù)和在線監(jiān)測技術(shù)在電力設(shè)備檢測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并取得了較為顯著的成效。在上述多種狀態(tài)檢測技術(shù)當(dāng)中，特高頻局部放電檢測UHF (Ultra High Frequency)技術(shù)的特點在于:檢測頻段較高,可以有效地避開常規(guī)局部放電測量中的電暈、開關(guān)操作等多種電氣干擾；檢測頻帶寬，檢測靈敏度很高；可識別故障類型和進(jìn)行定位；此外，與其他方法不同，特高頻法測得的波形更加符合實際的放電波形，可以較全面的研究局部放電的本質(zhì)特征。特高頻檢測技術(shù)的特點使其在局部放電檢測領(lǐng)域具有其他方法無法比擬的優(yōu)點，因而在近年來在局部放電檢測領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。特高頻局部放電檢測方法的主要檢測對象包括:電力變壓器、斷路器、氣體絕緣開關(guān)GIS (Gas Insulated Switchgear)、開關(guān)柜、高壓電纜等。
[0004]特高頻法檢測電力設(shè)備中的局部放電是20世紀(jì)80年代初期由英國中央電力局(Central Electricity Generating Board-CEGB)提出的，該方法由 Scottish Power 于1986年應(yīng)用于英國的Torness電站420kV GIS設(shè)備的檢測。Torness電站的多年運行經(jīng)驗驗證了該方法的可行性，使特高頻法得到了行業(yè)的認(rèn)可，并成為近20年以來GIS絕緣檢測的研究熱點之一。其中以英國Strathclyde大學(xué)、日本Nagoya大學(xué)、德國Stuttgart大學(xué)、荷蘭Delft大學(xué)、韓國Hanyang University大學(xué)的研究工作最為突出。除大學(xué)和研究所以外，一些大型電力設(shè)備制造公司，如英國的Rolls Royce Ltd.、DMS,德國的SiemensAG,瑞士的 ABB,法國的 ALST0MT&D 和日本的 Mitsubish1、Toshiba、Tokyo Electric PowerCompany>AE Power Systems Corporation,韓國的Power System Diagnosis Tech、HY0SUNGCorporation,澳大利亞的Powerlink Queensland Ltd.等公司也參與了特高頻法的研究和推廣，加速了該技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。我國的超高頻檢測技術(shù)起步較晚，一些大學(xué)和研究所于20世紀(jì)90年代初期才開始對特高頻法進(jìn)行研究，目前也取得了一定的進(jìn)展。如西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、重慶大學(xué)、華北電力大學(xué)、上海交通大學(xué)等。
[0005]在特高頻局部放電檢測技術(shù)的實際應(yīng)用當(dāng)中，放電源的定位是關(guān)鍵問題之一。這是因為放電源的準(zhǔn)確定位不僅可以找到電力設(shè)備缺陷或隱患的準(zhǔn)確位置，而且能夠通過有效識別放電源的位置，進(jìn)而判斷該放電是外部干擾還是設(shè)備內(nèi)部放電。因此，基于特高頻局部放電檢測技術(shù)的放電源準(zhǔn)確定位方法十分重要。目前，基于特高頻的局部放電定位方法有信號幅度比較法、信號先后比較法、時間差計算法和特高頻傳感器陣列法等。以下對常見的幾種基于特高頻的局部放電定位方法進(jìn)行介紹:
[0006]一、信號幅度比較法。信號幅度比較法是利用特高頻電磁波信號在傳播過程中的衰減特點，把傳感器分別放在的各個盤式絕緣子處，比較各處所測到的信號的大小，信號幅值大，則意味著距離局部放電源近信號幅值小，則傳感器距離局部放電源遠(yuǎn)，信號最大的盤式絕緣子的位置即為靠近放電源的位置。信號幅度比較法定位對傳感器的性能要求比較高，傳感器的增益需要相等，而且要求信號具有明顯的衰減特征，因此只能用于信號的粗略定位。
[0007]二、信號先后比較法。傳感器從多個盤式絕緣子處接收的放電信號的幅值，有時無明顯差別，很難從信號的幅值上確定局部放電的位置。這時可以根據(jù)傳感器接收信號的先后確定局部放電的位置。具體方法是把傳感器A、B分開放置，如果總是A傳感器的信號先于B傳感器，則表明放電源在A傳感器的附近，移動B傳感器向A靠近，觀察A、B傳感器信號到達(dá)的先后，可以確定局部放電的大致位置。
[0008]以上信號幅度比較法、信號先后比較法受到信號傳播與衰減路徑等因素的影響，只能用于放電源的粗略定位，定位精度差。另外，以上兩種方法無法實現(xiàn)放電源的三維定位，信號傳播路徑的復(fù)雜性以及信號折反射等因素也會導(dǎo)致該方法的定位精度較差。
[0009]三、時間差計算法。時間差計算法可以精確的測量兩個傳感器接收到信號的時間差，根據(jù)電磁波的傳播速度，計算放電源的位置。電磁波在氣室中傳播，對于不同的傳感器而言，接收到局部放電信號的時間不一樣，利用傳感器之間的距離和信號到達(dá)傳感器的時間差可以確定局部放電的位置。
[0010]2003年，L.Yang和M.D.Judd提出了基于最短光程原理采用特高頻法對變壓器局部放電進(jìn)行定位的思想。他們在屏蔽室內(nèi)通過長方體、圓柱體等簡單幾何形體的金屬障礙物驗證了最短光程原理的正確性，試驗誤差僅為數(shù)厘米。Judd還用時域有限差分方法仿真了存在導(dǎo)電圓柱情況下電磁波繞射傳播過程，從理論角度探索了根據(jù)最短光程原理進(jìn)行局部放電定位的可行性。同時M.D.Judd課題組把特高頻信號能量累積圖的“拐點”作為計算時間差的參考點，根據(jù)三個不同位置的傳感器獲得三組時間差進(jìn)行定位。
[0011]然而，時間差計算法在實際檢測定位過程中的關(guān)鍵問題在于準(zhǔn)確確定兩個特高頻信號的波頭，即如何準(zhǔn)確計算兩者的時間差。在實際檢測過程中很難精確測量信號時差。現(xiàn)場實際測試過程中，所測量的信號往往受到反射、折射等因素的影響，得到的是一個疊加的信號，很難確定兩個信號的波頭，即精確讀取兩個信號的時差，從而給定位方法的實施及定位結(jié)果的準(zhǔn)確性帶來了很大的困難。
[0012]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中實際測量得到的兩個特高頻局部放電信號的波形圖，由圖可見，很難測量兩個信號的準(zhǔn)確時差。另外，該方法也無法實現(xiàn)放電源的三維定位，信號傳播路徑的復(fù)雜性以及信號折反射等因素也會導(dǎo)致該方法的定位精度較差。
[0013]四、基于相控陣?yán)碚摰亩ㄎ环?。該方法是根?jù)相控陣?yán)碚摚捎靡粋€NXN陣元的平面相控陣傳感器作為接收信號用傳感器。NXN個陣元對局部放電源的接收信號的空間相位差可表示成矩陣，對NXN個陣元接收信號的附加陣內(nèi)相位差也可表示成矩陣。改變陣內(nèi)相位矩陣，傳感器傳感器方向圖就按照P=kdsin Θ，a= kdcosOsin<p對應(yīng)的θ、φ方向掃描。同時通過近似連續(xù)改變平面陣的陣內(nèi)水平和垂直相位差，就可以實現(xiàn)空間坐標(biāo)上的電控掃描，獲取空間上的目標(biāo)信息。式中α、β為相鄰陣元的陣內(nèi)相位差，即相位延遲，θ、φ分別為相控陣的仰角和方位角。
[0014]將局部放電看作超高頻和超聲波的發(fā)射源，用檢測超高頻和超聲波信號的相控陣構(gòu)成平面?zhèn)鞲衅?，以接收到的超高頻信號作為時間基準(zhǔn)，進(jìn)而得到同一方向的超聲波傳輸時延，這樣可先計算出局部放電點與傳感器的距離，然后根據(jù)相控陣掃描的方位角和仰角即可得出放電點的空間幾何位置。
[0015]然而，基于相控陣?yán)碚摰亩ㄎ环ㄔ趯嶋H檢測定位過程中的關(guān)鍵問題不僅在于準(zhǔn)確測量兩個特高頻信號的時差，還要準(zhǔn)確測量傳感器的方位角和仰角，以及精準(zhǔn)的計算方法。這種方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)放電源的三維定位，但需要安裝的特高頻傳感器數(shù)量較多，而且對安裝位置及安裝角度的精度要求較高，理論計算方法復(fù)雜，同樣存在精確測量信號時差困難的問題。
[0016]從以上分析可以看出時間差計算法和基于相控陣?yán)碚摱ㄎ环☉?yīng)用于現(xiàn)場檢測是，對傳感器的安裝的精度要求較高，理論計算方法復(fù)雜，現(xiàn)場實施同樣存在較大的局限性。
[0017]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中特高頻局部放電定位方法現(xiàn)場實施中對傳感器安裝精度要求聞的問題，尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明旨在提供一種局部放電源的定位方法和局部放電源的定位系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)場實施中對傳感器安裝精度要求高問題。
[0019]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種局部放電源的定位方法。該局部放電源的定位方法，包括:在待測設(shè)備的相對面設(shè)置兩個同樣的UHF傳感器獲取特高頻局部放電信號；沿兩個同樣的UHF傳感器的連線移動兩個同樣的UHF傳感器中的一個或兩個，同時通過分別與兩個同樣的UHF傳感器連接的示波器輸出獲取到的特高頻局部放電信號；當(dāng)兩個同樣的UHF傳感器獲取到的特高頻局部放電信號的信號波形重合時，確定待測設(shè)備中局部放電源到兩個同樣的UHF傳感器當(dāng)前所在的第一位置點和第二位置點的距離相等。
[0020]進(jìn)一步地，在確定待測設(shè)備中局部放電源到兩個同樣的UHF傳感器當(dāng)前所在的第一位置點和第二位置點的距離相等之后還包括:計算第一位置點和第二位置點的連線的中垂面，將該中垂面作為第一中垂面，待測設(shè)備中局部放電源位于第一中垂面內(nèi)。
[0021]進(jìn)一步地，在將該中垂面作為第一中垂面之后還包括:在第一中垂面內(nèi)設(shè)置兩個同樣的UHF傳感器從待測設(shè)備的兩側(cè)獲取特高頻局部放電信號；沿兩個同樣的UHF傳感器在第一中垂面內(nèi)的連線移動UHF傳感器中的一個或兩個，同時通過分別與UHF傳感器連接的示波器輸出獲取到的特高頻局部放電信號；當(dāng)檢測到兩個同樣的UHF傳感器獲取到的特高頻局部放電信號的信號波形重合時，確定待測設(shè)備中局部放電源在第一中垂面內(nèi)且到兩個同樣的UHF傳感器當(dāng)前所在的第三位置點和第四位置點的距離相等。
[0022]進(jìn)一步地，在確定待測設(shè)備中局部放電源在第一中垂面內(nèi)且到兩個同樣的UHF傳感器當(dāng)前所在的第三位置點和第四位置點的距離相等之后還包括:計算第三位置點和第四位置點的連線的中垂面，將該中垂面作為第二中垂面，確定待測設(shè)備中局部放電源位于第一中垂面和第二中垂面的交線上。[0023]進(jìn)一步地，在確定待測設(shè)備中局部放電源位于第一中垂面和第二中垂面的交線上之后還包括:在交線上設(shè)置兩個同樣的UHF傳感器從待測設(shè)備的兩側(cè)獲取特高頻局部放電信號；沿交線移動兩個同樣的UHF傳感器中的一個或兩個，同時通過分別與UHF傳感器連接的示波器輸出獲取到的特高頻局部放電信號；當(dāng)檢測到兩個同樣的UHF傳感器獲取到的特高頻局部放電信號的信號波形重合時，確定待測設(shè)備中局部放電源位于兩個同樣的UHF傳感器的當(dāng)前位置連線的中點處。
[0024]進(jìn)一步地，在確定待測設(shè)備中局部放電源位于第一中垂面和第二中垂面的交線上之后還包括:在交線上設(shè)置第一 UHF傳感器，記錄第一 UHF傳感器的設(shè)置位置為第五位置點；在距離第五位置點預(yù)定距離的任意位置設(shè)置與第一 UHF傳感器參數(shù)相同的第二 UHF傳感器，記錄第二 UHF傳感器的設(shè)置位置為第六位置點；讀取第一 UHF傳感器和第二 UHF傳感器接收到特高頻局部放電信號的時間差；根據(jù)時間差和預(yù)定距離計算得出局部放電源到第五位置點的距離和局部放電源到第六位置點的距離；
[0025]根據(jù)局部放電源到第五位置點的距離和局部放電源到第六位置點的距離在交線上確定局部放電源。
[0026]進(jìn)一步地，根據(jù)時間差和預(yù)定距離計算得出局部放電源到第五位置點的距離和局部放電源到第六位置點的距離包括:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種局部放電源的定位方法，其特征在于，包括: 在待測設(shè)備的相對面設(shè)置兩個同樣的UHF傳感器獲取特高頻局部放電信號； 沿所述兩個同樣的UHF傳感器的連線移動所述兩個同樣的UHF傳感器中的一個或兩個，同時通過分別與所述兩個同樣的UHF傳感器連接的示波器輸出獲取到的特高頻局部放電信號； 當(dāng)所述兩個同樣的UHF傳感器獲取到的特高頻局部放電信號的信號波形重合時，確定待測設(shè)備中局部放電源到所述兩個同樣的UHF傳感器當(dāng)前所在的第一位置點和第二位置點的距離相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部放電源的定位方法，其特征在于，在確定待測設(shè)備中局部放電源到所述兩個同樣的UHF傳感器當(dāng)前所在的第一位置點和第二位置點的距離相等之后還包括: 計算所述第一位置點和所述第二位置點的連線的中垂面，將該中垂面作為第一中垂面，待測設(shè)備中局部放電源位于所述第一中垂面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的局部放電源的定位方法，其特征在于，在將該中垂面作為第一中垂面之后還包括: 在所述第一中垂面內(nèi)設(shè)置兩個同樣的UHF傳感器從待測設(shè)備的兩側(cè)獲取特高頻局部放電信號； 沿所述兩個同樣的UHF傳感器在所述第一中垂面內(nèi)的連線移動所述UHF傳感器中的一個或兩個，同時通過分別與所述UHF傳感器連接的示波器輸出獲取到的特高頻局部放電信號; 當(dāng)檢測到所述兩個同樣的UHF傳感器獲取到的特高頻局部放電信號的信號波形重合時，確定待測設(shè)備中局部放電源在所述第一中垂面內(nèi)且到所述兩個同樣的UHF傳感器當(dāng)前所在的第三位置點和第四位置點的距離相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部放電源的定位方法，其特征在于，在確定待測設(shè)備中局部放電源在所述第一中垂面內(nèi)且到所述兩個同樣的UHF傳感器當(dāng)前所在的第三位置點和第四位置點的距離相等之后還包括: 計算所述第三位置點和所述第四位置點的連線的中垂面，將該中垂面作為第二中垂面，確定待測設(shè)備中局部放電源位于所述第一中垂面和第二中垂面的交線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的局部放電源的定位方法，其特征在于，在確定待測設(shè)備中局部放電源位于所述第一中垂面和第二中垂面的交線上之后還包括: 在所述交線上設(shè)置兩個同樣的UHF傳感器從待測設(shè)備的兩側(cè)獲取特高頻局部放電信號; 沿所述交線移動所述兩個同樣的UHF傳感器中的一個或兩個，同時通過分別與所述UHF傳感器連接的示波器輸出獲取到的特高頻局部放電信號； 當(dāng)檢測到所述兩個同樣的UHF傳感器獲取到的特高頻局部放電信號的信號波形重合時，確定待測設(shè)備中局部放電源位于所述兩個同樣的UHF傳感器的當(dāng)前位置連線的中點處。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的局部放電源的定位方法，其特征在于，在確定待測設(shè)備中局部放電源位于所述第一中垂面和第二中垂面的交線上之后還包括:在所述交線上設(shè)置第一 UHF傳感器，記錄所述第一 UHF傳感器的設(shè)置位置為第五位置占.在距離所述第五位置點預(yù)定距離的任意位置設(shè)置與所述第一 UHF傳感器參數(shù)相同的第二 UHF傳感器，記錄所述第二 UHF傳感器的設(shè)置位置為第六位置點； 讀取所述第一 UHF傳感器和第二 UHF傳感器接收到特高頻局部放電信號的時間差；根據(jù)所述時間差和所述預(yù)定距離計算得出局部放電源到所述第五位置點的距離和局部放電源到所述第六位置點的距離； 根據(jù)局部放電源到所述第五位置點的距離和局部放電源到所述第六位置點的距離在所述交線上確定局部放電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的局部放電源的定位方法，其特征在于，根據(jù)所述時間差和所述預(yù)定距離計算得出局部放電源到所述第五位置點的距離和局部放電源到所述第六位置點的距離包括: 求解以下方程組計算得出局部放電源到所述第五位置點和所述第六位置點的距離:

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的局部放電源的定位方法，其特征在于，在通過分別與所述UHF傳感器連接的示波器輸出獲取到的特高頻局部放電信號之后還包括: 檢測獲取到的特高頻局部放電信號的強(qiáng)度是否大于預(yù)設(shè)的信號強(qiáng)度； 當(dāng)所述特高頻局部放電信號的強(qiáng)度小于預(yù)設(shè)的信號強(qiáng)度時，在所述UHF傳感器和所述示波器之間分別設(shè)置UHF寬帶信號放大器。
9.一種局部放電源的定位系統(tǒng),其特征在于,包括: 第一 UHF傳感器和第二 UHF傳感器，所述第一 UHF傳感器和第二 UHF傳感器的測量參數(shù)相同，分別用于獲取特高頻局部放電信號； 雙通道示波器，通過等長的射頻同軸電纜分別與所述第一 UHF傳感器和所述第二 UHF傳感器連接，用于輸出所述第一 UHF傳感器和所述第二 UHF傳感器獲取到的特高頻局部放電信號的波形； 計算裝置，用于所述雙通道示波器輸出的所述第一 UHF傳感器和所述第二 UHF傳感器獲取到的特高頻局部放電信號的波形重合時，確定待測設(shè)備中局部放電源到所述第一 UHF傳感器的距離和所述局部放電源到所述第二 UHF傳感器的距離相等。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的局部放電源的定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 第一 UHF寬帶信號放大器，設(shè)置在所述雙通道示波器和所述第一 UHF傳感器之間； 第二 UHF寬帶信號放大器，設(shè)置在所述雙通道示波器和所述第二 UHF傳感器之間。
【文檔編號】G01R31/12GK103913677SQ201310005113
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月7日
【發(fā)明者】段大鵬, 閻春雨, 任志剛, 畢建剛, 齊偉強(qiáng), 郭鑫宇 申請人:國家電網(wǎng)公司, 北京市電力公司, 中國電力科學(xué)研究院