利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法
【專利摘要】一種利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法。其包括制作四根全向射頻天線、建立局部放電定位系統(tǒng)、確定射頻電磁波信號的起始點、平滑濾波處理、利用時延計算放電點位置等步驟。本發(fā)明的變電站全站局部放電定位方法是改變以往對單個設(shè)備進(jìn)行檢測的常規(guī)做法，利用一套定位裝置對全站的設(shè)備進(jìn)行局部放電信號的巡檢：首先通過檢測變電站內(nèi)多種類型高壓設(shè)備故障發(fā)生前所產(chǎn)生的異常局部放電信號，初步定位放電源后，再進(jìn)一步分析判斷局部放電信號的發(fā)展趨勢，預(yù)測設(shè)備的絕緣惡化程度。經(jīng)實驗室及現(xiàn)場測試表明，對10m范圍內(nèi)的局部放電源定位結(jié)果誤差在20cm以內(nèi)，因此能夠滿足變電站全站局部放電定位精度的要求。
【專利說明】利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)高電壓與絕緣【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]局部放電是在一定電壓的作用下，絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部的氣隙、油膜或?qū)w的邊緣發(fā)生非貫穿性的放電現(xiàn)象。射頻(RF)法檢測局部放電是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)，通過安置RF傳感器檢測局部放電激發(fā)的電磁波射頻部分。其基本原理是:油和SF6氣體中局部放電總是在很小的范圍內(nèi)發(fā)生，因此具有極快擊穿時間的特征，上升沿很陡。這種具有快速上升時沿的局部放電脈沖含有從直流到超過IGHz的頻率成分。電力系統(tǒng)中的架空線等處的電暈放電與電力設(shè)備內(nèi)局部放電特性不同:空氣中電暈放電脈沖持續(xù)時間較長、波頭上升時間也較長，其信號能量頻率一般在200MHz以下。另外局部放電測試中的其他高頻干擾如:調(diào)頻信號、電視信號、移動通信信號、航空器通信信號等除移動通信信號在800M或1800M外，大都在300M范圍以內(nèi)。因此，當(dāng)電力設(shè)備內(nèi)發(fā)生局部放電時，通過檢測其發(fā)出的電磁波中的射頻段(300?3000MHz)信號來檢測局部放電，可以盡量避開常規(guī)電氣測試方法中難以避開的電暈及其它周期性干擾信號，提高局部放電檢測的信噪比。但目前尚缺少這樣的變電站全站局部放電定位方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法包括按順序執(zhí)行的下列步驟:
[0005]步驟一、制作四根全向射頻天線:全向射頻天線作為全向射頻傳感器，用于接收局部放電源輻射的射頻電磁波信號，以實現(xiàn)局部放電檢測；
[0006]步驟二、建立局部放電定位系統(tǒng):建立包含四根全向射頻天線、四個放大器和一個帶存儲功能的高速示波器在內(nèi)的局部放電定位系統(tǒng)，并通過四根全向射頻天線實時采集局部放電源輻射的射頻電磁波信號；
[0007]步驟三、確定射頻電磁波信號的起始點:根據(jù)射頻電磁波信號的波形利用能量積累函數(shù)確定各路射頻電磁波信號的放電起始時刻；
[0008]步驟四、平滑濾波處理:對上述能量積累函數(shù)進(jìn)行平滑濾波處理，以得到能量積累函數(shù)的“拐點”位置；
[0009]步驟五、利用時延計算放電點位置:利用四路射頻電磁波信號的放電起始時刻和相對于全向射頻天線的位置關(guān)系，確定出放電點位置。
[0010]在步驟一中，所述的全向射頻天線為一種橢圓形微帶天線，正面導(dǎo)體薄片為橢圓金屬貼片，背面接地板為半橢圓金屬貼片和圓盤接地極，介質(zhì)基底采用聚四氟乙烯。[0011]在步驟二中，所述的局部放電定位系統(tǒng)包括四根全向射頻天線、四個放大器和一個帶存儲功能的高速示波器；其中四根全向射頻天線設(shè)置在變電站局部放電監(jiān)測區(qū)域的中心位置處，形成天線陣列，每個全向射頻天線連接一個放大器，四個放大器同時與高速示波器相連。
[0012]在步驟二中，所述的局部放電定位系統(tǒng)的建立過程如下:
[0013](2.1)在變電站局部放電監(jiān)測區(qū)域的中心位置處安裝四根全向射頻天線組成天線陣列，并建立三維坐標(biāo)系，依次計算各全向射頻天線的空間坐標(biāo)，設(shè)η號全向射頻天線的三維坐標(biāo)為(Xn，Yn, Zn);全向射頻天線的頻率范圍為0.3GHz-6GHz ；
[0014](2.2)將每個全向射頻天線連接一個放大器，放大器用于將全向射頻天線接收的射頻電磁波信號放大，其頻帶范圍為0.3GHz-2GHz，增益..> = 40db ；
[0015](2.3)將高速示波器放置于天線陣列中心位置，并與多個放大器相連，以觸發(fā)方式同步采集放大器輸出的射頻電磁波信號:高速示波器的帶寬大于2GHz，采樣速率應(yīng)大于10GSa/s。
[0016]在步驟三中，所述的確定各路射頻電磁波信號的放電起始時刻的方法是利用能量積累函數(shù)；
[0017]能量積累函數(shù)X的計算公式為
【權(quán)利要求】
1.一種利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法，其特征在于:其包括按順序執(zhí)行的下列步驟: 步驟一、制作四根全向射頻天線:全向射頻天線(I)作為全向射頻傳感器，用于接收局部放電源輻射的射頻電磁波信號，以實現(xiàn)局部放電檢測； 步驟二、建立局部放電定位系統(tǒng):建立包含四根全向射頻天線(I)、四個放大器(2)和一個帶存儲功能的高速示波器(3)在內(nèi)的局部放電定位系統(tǒng)，并通過四根全向射頻天線(1)實時采集局部放電源輻射的射頻電磁波信號； 步驟三、確定射頻電磁波信號的起始點:根據(jù)射頻電磁波信號的波形利用能量積累函數(shù)確定各路射頻電磁波信號的放電起始時刻； 步驟四、平滑濾波處理:對上述能量積累函數(shù)進(jìn)行平滑濾波處理，以得到能量積累函數(shù)的“拐點”位置； 步驟五、利用時延計算放電點位置:利用四路射頻電磁波信號的放電起始時刻和相對于全向射頻天線(I)的位置關(guān)系，確定出放電點位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法，其特征在于:在步驟一中，所述的全向射頻天線(I)為一種橢圓形微帶天線，正面導(dǎo)體薄片為橢圓金屬貼片，背面接地板為半橢圓金屬貼片和圓盤接地極，介質(zhì)基底采用聚四氟乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法，其特征在于:在步驟二中，所述的局部放電定位系統(tǒng)包括四根全向射頻天線(I)、四個放大器(2)和一個帶存儲功能的高速示波器(3);其中四根全向射頻天線(I)設(shè)置在變電站局部放電監(jiān)測區(qū)域的中心位置處，形成天線陣列，每個全向射頻天線(I)連接一個放大器(2)，四個放大器(2)同時與高速示波器(3)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法，其特征在于:在步驟二中，所述的局部放電定位系統(tǒng)的建立過程如下: 2.1)在變電站局部放電監(jiān)測區(qū)域的中心位置處安裝四根全向射頻天線(I)組成天線陣列，并建立三維坐標(biāo)系，依次計算各全向射頻天線(I)的空間坐標(biāo)，設(shè)η號全向射頻天線(I)的三維坐標(biāo)為(Xn, Yn, Zn);全向射頻天線(I)的頻率范圍為0.3GHz-6GHz ; 2.2)將每個全向射頻天線(I)連接一個放大器(2)，放大器(2)用于將全向射頻天線(I)接收的射頻電磁波信號放大，其頻帶范圍為0.3GHz-2GHz，增益..> = 40db ； 2.3)將高速示波器(3)放置于天線陣列中心位置，并與多個放大器(2)相連，以觸發(fā)方式同步采集放大器(2)輸出的射頻電磁波信號:高速示波器(3)的帶寬大于2GHz，采樣速率應(yīng)大于10GSa/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法，其特征在于:在步驟三中，所述的確定各路射頻電磁波信號的放電起始時刻的方法是利用能量積累函數(shù)； 能量積累函數(shù)X的計算公式為辱=其中Hi為射頻電磁波信號波形上第k個點的電壓值為每路射頻電磁波信號波形記錄的點數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法，其特征在于:所述的對能量積累函數(shù)進(jìn)行平滑濾波處理的方法是:使用滑動平均濾波器和指數(shù)加權(quán)濾波器對能量積累函數(shù)進(jìn)行平滑處理；假設(shè)em[n]為原能量積累函數(shù)，Smem[η]為平滑處理以后的能量積累函數(shù)，M階滑動平均濾波器和指數(shù)加權(quán)濾波器的公式如下，其中加權(quán)系數(shù)為α (O < α < 1)):
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用示波器檢測射頻信號的變電站全站局部放電定位方法，其特征在于:在步驟五中，所述的利用時延計算放電點位置的方法為: 拐點對應(yīng)的時刻認(rèn)為是射頻電磁波信號的起始時刻，因此該信號到達(dá)的時間差為:
Δ T2 = dt2_dtl
Δ T3 = dt3_dtl
Δ T4 = dt4_dtl 假設(shè)四根全向射頻天線I的空間位置坐標(biāo)分別為(Xl，Y1, Z1)、(x2, y2, Z2)、(x3, y3，Z3)和(X4，y4，Z4)，放電點位置為(X，1，Z)，放電點到四根全向射頻天線I的距離分別為屯、d2、d3、d4，建立基于時間差的非線性方程組:
(I2-Cl1 = νΔΤ2
(I3-Cl1 = νΔΤ3
(I4-Cl1 = V Δ T4 其中
【文檔編號】G01R31/12GK103983903SQ201410205506
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】殷軍, 郭浩, 劉玄 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司