基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法，該診斷方法包括提取脈沖序列特征建立指紋庫和放電類型與發(fā)展過程判斷過程；具體包括：首先在典型缺陷條件下采集局部放電信號，并進(jìn)行信號預(yù)處理；然后進(jìn)行脈沖序列特征提取，特征量分析利用三類譜圖，包括Δu譜圖、Δt頻率分布圖、Δu/Δt譜圖；對三類譜圖進(jìn)行9種特征參量的提取，并建立放電指紋庫；最后利用最小歐式距離尋找指紋庫中與待診數(shù)據(jù)相似度最高的放電類型與放電發(fā)展階段作為診斷結(jié)論。該方法充分利用放電信息，考慮了前次放電產(chǎn)生的空間電荷、表面電荷對后續(xù)放電的影響，且算法實(shí)現(xiàn)過程簡單、識別率高，適用于電力設(shè)備中局部放電類型和發(fā)展過程的診斷以及放電危害性評估。
【專利說明】基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及高電壓與絕緣【技術(shù)領(lǐng)域】中的局部放電檢測技術(shù)，具體涉及一種基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在電力設(shè)備運(yùn)行過程中，其絕緣在電、熱、機(jī)械以及環(huán)境等因素的共同作用下會逐漸劣化，引起絕緣系統(tǒng)的機(jī)械強(qiáng)度或絕緣性能下降。而在電老化方面則通常認(rèn)為是由局部放電引起的。國內(nèi)外研究均表明，局部放電能夠有效地反映變壓器、套管等大型設(shè)備內(nèi)部絕緣的故障，尤其對早期故障的發(fā)現(xiàn)比介損測量、油中色譜分析等方法要有效得多。因此，對由缺陷引發(fā)的局部放電進(jìn)行檢測，掌握表征絕緣缺陷由放電產(chǎn)生到擊穿過程的劣化信息特征，無疑對設(shè)備絕緣老化狀態(tài)的診斷和評估具有重要的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]在對已有的局部放電檢測技術(shù)和模式識別方法進(jìn)行系統(tǒng)研究后發(fā)現(xiàn)，包括一些商業(yè)化的測量和智能分析設(shè)備，大部分基于局部放電相位分布譜圖PRPD (Phase ResolvedPartial Discharge)方法，由于其包含豐富的放電相位(識)_幅值(q)_次數(shù)(η)等組合信息，已在電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域得到廣泛的推廣和應(yīng)用。研究者通常對PRPD譜圖提取隨機(jī)性數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征算子作為放電的指紋特征，在實(shí)驗(yàn)室的絕緣故障識別與診斷研究工作中取得了較好效果。但在根據(jù)測量結(jié)果評估放電的發(fā)展程度、設(shè)備絕緣狀態(tài)(剩余壽命)等研究難點(diǎn)時，還存在二個關(guān)鍵問題:(I)基于局部放電PRH)譜圖描述了不同放電類型相位分布特征，但沒有考慮放電時間序列，即沒有考慮連續(xù)放電之間的相互作用、空間電荷效應(yīng)等；(2)同一缺陷下在放電從起始直至擊穿過程中未能提取有效的特征參量對放電發(fā)展程度進(jìn)行表征。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明目的在于彌補(bǔ)基于局部放電PRPD譜圖檢測、統(tǒng)計算子的不足，提供一種基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法，包括以下步驟:
[0007]I)信號采集:通過傳感器捕獲電力設(shè)備中所發(fā)出的局部放電信號，經(jīng)過放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號，并連續(xù)采集發(fā)送至信號預(yù)處理模塊，其中，對局部放電信號采集的信息包括:外施電壓幅值、頻率，每一放電脈沖的相位-幅值信息以及局部放電脈沖之間的時序關(guān)系；
[0008]2)信號預(yù)處理:采用等效時頻圖對步驟I)中的每一放電脈沖的相位-幅值信息以及局部放電脈沖之間的時序關(guān)系分離出僅包含局部放電源的信息；
[0009]3)脈沖序列特征提取:包括激勵連續(xù)局部放電脈沖所需的外施電壓差A(yù)u譜圖、放電間隔At的頻率分布圖以及產(chǎn)生連續(xù)的局部放電脈沖所需的電位梯度Au/At圖；
[0010]4)基于脈沖序列特征量建立放電指紋庫:對放電形成的Au譜圖、Λ t頻率分布圖和Au/At譜圖上的簇叢進(jìn)行9種特征參量的提取與統(tǒng)計并建立放電指紋庫；對實(shí)驗(yàn)室中尖端放電、沿面放電和氣隙放電三種典型缺陷下的不同發(fā)展階段下300組以上樣本進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立放電特征指紋庫；其中，9種特征參量包括已知缺陷模型下放電的Au譜圖中的放電簇叢數(shù)目、位置、相對密度和放電發(fā)展軌跡，Au/At譜圖中的放電簇叢數(shù)目、位置、相對密度以及放電發(fā)展軌跡，以及的頻率分布圖中的放電間隔特征值；
[0011]5)放電類型與發(fā)展階段診斷:在對放電進(jìn)行診斷時，對未知放電依據(jù)以上步驟2)和步驟3)提取特征參量，利用最小歐式距離法尋找與依據(jù)步驟4)得到的放電指紋庫中與待診數(shù)據(jù)相似度最高的放電類型與放電發(fā)展階段，以相似度最高的放電類型與放電發(fā)展階段為待診數(shù)據(jù)的放電類型和放電發(fā)展階段。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于,步驟I)中，通過高頻電流傳感器或稱合電容傳感器采集局部放電信號中的每一放電脈沖的相位-幅值信息以及局放脈沖之間的時序關(guān)系。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，步驟2)中，采用等效時頻圖對步驟I)中的每一放電脈沖的相位-幅值信息以及局部放電脈沖之間的時序關(guān)系分離出僅包含局部放電源的信息，具體包括以下步驟:
[0014]①獲取待測電力設(shè)備每次局部放電電流脈沖的波形；
[0015]②特征提取:計算電流脈沖的等效時長T與等效頻寬F，并繪制等效時頻圖；其計算步驟如下:
[0016](a)對電流脈沖波形歸一化處理，依據(jù)公式如下:
【權(quán)利要求】
1.基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)信號采集:通過傳感器捕獲電力設(shè)備中所發(fā)出的局部放電信號，經(jīng)過放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號，并連續(xù)采集發(fā)送至信號預(yù)處理模塊，其中，對局部放電信號采集的信息包括:外施電壓幅值、頻率，每一放電脈沖的相位-幅值信息以及局部放電脈沖之間的時序關(guān)系; 2)信號預(yù)處理:采用等效時頻圖對步驟I)中的每一放電脈沖的相位-幅值信息以及局部放電脈沖之間的時序關(guān)系分離出僅包含局部放電源的信息； 3)脈沖序列特征提取:包括激勵連續(xù)局部放電脈沖所需的外施電壓差A(yù)u譜圖、放電間隔At的頻率分布圖以及產(chǎn)生連續(xù)的局部放電脈沖所需的電位梯度Au/At圖； 4)基于脈沖序列特征量建立放電指紋庫:對放電形成的Au譜圖、At頻率分布圖和Au/At譜圖上的簇叢進(jìn)行9種特征參量的提取與統(tǒng)計并建立放電指紋庫；對實(shí)驗(yàn)室中尖端放電、沿面放電和氣隙放電三種典型缺陷下的不同發(fā)展階段下300組以上樣本進(jìn)行統(tǒng)計分析，建立放電特征指紋庫；其中，9種特征參量包括已知缺陷模型下放電的Au譜圖中的放電簇叢數(shù)目、位置、相對密度和放電發(fā)展軌跡，Au/At譜圖中的放電簇叢數(shù)目、位置、相對密度以及放電發(fā)展軌跡，以及的頻率分布圖中的放電間隔特征值； 5)放電類型與發(fā)展階段診斷:在對放電進(jìn)行診斷時，對未知放電依據(jù)以上步驟2)和步驟3)提取特征參量，利用最小歐式距離法尋找與依據(jù)步驟4)得到的放電指紋庫中與待診數(shù)據(jù)相似度最高的放電類型與放電發(fā)展階段，以相似度最高的放電類型與放電發(fā)展階段為待診數(shù)據(jù)的放電類型和放電發(fā)展階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法，其特征在于，步驟I)中，通過高頻電流傳感器或耦合電容傳感器采集局部放電信號中的每一放電脈沖的相位-幅值信息以及局放脈沖之間的時序關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法，其特征在于，步驟2)中，采用等效時頻圖對步驟I)中的每一放電脈沖的相位-幅值信息以及局部放電脈沖之間的時序關(guān)系分離出僅包含局部放電源的信息，具體包括以下步驟: ①獲取待測電力設(shè)備每次局部放電電流脈沖的波形； ②特征提取:計算電流脈沖的等效時長T與等效頻寬F，并繪制等效時頻圖；其計算步驟如下: (a)對電流脈沖波形歸一化處理，依據(jù)公式如下:
式中:s(t)為采集的電流脈沖波形屯)是s(t)的歸一化值，t為時間，T為采樣時長； (b)計算局部放電脈沖的時間重心，依據(jù)公式如下:
式中:印)是公式(I)計算得到的電流脈沖波形歸一化值； (C)計算局部放電脈沖的等效時長，依據(jù)公式如下:
式中A為公式(2)計算得到的時間重心:、⑴是公式(I)計算得到的電流脈沖波形歸一化值； (d)計算局部放電脈沖的等效頻寬，依據(jù)公式如下:
式中4/)力wo的傅里葉變換頻譜，f表示頻率； ③將每個局放電流脈沖計算得到的等效時長τ與等效頻寬F，使用聚類方法對局部放電電流脈沖的波形進(jìn)行聚類分析，將90%以上的白噪聲、窄帶噪聲濾除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法，其特征在于，步驟3)中，①Au譜圖的建立過程為:提取每一放電脈沖產(chǎn)生時對應(yīng)的外施電壓瞬時值IV對時序相鄰的u進(jìn)行做差，并繪制譜圖，譜圖縱坐標(biāo):Λ un = un+1_un，譜圖橫坐標(biāo):Aulri = Un-Ulri,!!為局部放電電流脈沖樣本數(shù)；由橫縱坐標(biāo)表達(dá)式可以知道，橫縱坐標(biāo)的范圍在-2至2之間； ②放電間隔At的頻率分布圖的建立過程為:計算相鄰放電發(fā)生的時間間隔Atn=tn+1_tn，并將時間間隔范圍分成30等分，統(tǒng)計落入每一等分中放電的頻率，畫出At頻率分布圖； ③Au/At譜圖的建立過程為:依據(jù)步驟①和②計算繪制Au/At譜圖，譜圖縱坐標(biāo):Δ un/ Atn= (un+1-un) / (tn+1-tn),橫坐標(biāo):Δ Ulri/ Δ tn_! = (Un-Ulri) / (W1),對于頻率為50Hz的工頻電壓，橫縱坐標(biāo)的范圍在-6至6之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法，其特征在于，步驟4)中，At的頻率分布圖中的放電間隔特征值A(chǔ)t。的計算公式為:
式中:N和Iii分別表不放電總數(shù)和分布于第i個窗上的放電數(shù)，Ati表不第i個窗對應(yīng)的時間間隔值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖序列分析的局部放電發(fā)展過程診斷方法，其特征在于，步驟5)中，采用歐氏距離di(l表示待診數(shù)據(jù)與放電指紋庫中第i組數(shù)據(jù)的距離，其計算公式如下:
式中:aik和a(lk分別表示放電指紋庫和待診數(shù)據(jù)第k個特征指標(biāo)的值，這里m表示特征參量的個數(shù)，即m = 9 ; 逐一計算di(l,令d = min(diCI),這樣在放電指紋庫找到了與待診數(shù)據(jù)相似度最高的放點(diǎn)數(shù)據(jù)，并以該放電數(shù)據(jù)的放電類型與放電發(fā)展階段作為待診數(shù)據(jù)的診斷結(jié)論。
【文檔編號】G01R31/12GK104198898SQ201410379544
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】穆海寶, 李元, 朱明曉, 魏艷慧, 鄧軍波, 張冠軍, 張偉政, 李智敏 申請人:西安交通大學(xué), 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司鄭州供電公司