一種多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法
【專利摘要】一種多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法，包括特征參量樣本數(shù)據(jù)庫的建立與多放電源下模式識別。數(shù)據(jù)庫的建立步驟為：(1)建立模擬變壓器典型缺陷的實(shí)驗(yàn)室模型，測量各缺陷模型的局部放電信息；(2)根據(jù)測量的局部放電信息，計(jì)算局部放電模式識別特征參量，構(gòu)建特征參量樣本數(shù)據(jù)庫。多放電源下的模式識別步驟為：(a)測量待識別局部放電信息，計(jì)算脈沖電流波形的1階等效時(shí)長T1、1階等效頻寬F1及信號變化率sv，繪制T1-F1、T1-sv、F1-sv二維譜圖；(b)選取T1-F1、T1-sv、F1-sv譜圖中分離性最佳的一種，然后采用指定各局部放電點(diǎn)區(qū)域橢圓輪廓的方法提取單一放電源的局部放電信息；(c)計(jì)算模式識別特征參量，通過與特征參量樣本數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)據(jù)對比識別局部放電類型。
【專利說明】—種多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明屬于電力設(shè)備絕緣狀態(tài)評估【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，絕緣劣化是造成變壓器故障的主要原因，因此對變壓器的絕緣狀況進(jìn)行有效評估，進(jìn)而在故障前期及早發(fā)現(xiàn)缺陷，并合理安排檢修，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。國內(nèi)外電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)均表明，絕緣故障早期的主要表現(xiàn)形式是局部放電，它既是引起絕緣劣化的主要原因，又是表征絕緣狀況的特征量。因此國內(nèi)外普遍將局部放電檢測作為診斷設(shè)備絕緣狀況的重要有效手段。
[0003]盡管變壓器內(nèi)可能發(fā)生局部放電的部位眾多，但根據(jù)不同的放電機(jī)理，可將缺陷歸結(jié)為尖端缺陷、固/液沿面缺陷及固體絕緣內(nèi)部氣隙缺陷缺陷三種類型。由于不同類型放電的放電量及發(fā)生的位置不同，其造成的危害也不相同，因此準(zhǔn)確識別放電缺陷的類型對準(zhǔn)確判斷絕緣狀況意義重大。目前許多學(xué)者針對單一放電源的模式識別做了大量工作，并獲得了較好的結(jié)果，但是由于變壓器內(nèi)部可能同時(shí)存在多個(gè)放電源，多個(gè)放電源的PRPD譜圖疊加在一起，提取的特征參量具有多個(gè)放電源的特征，分類器往往不能給出準(zhǔn)確的識別結(jié)果。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的目的在于解決統(tǒng)計(jì)參量難以用于存在多放電源情況時(shí)的模式識別的問題，提供了一種多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法。
[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]一種多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法，包括特征參量樣本數(shù)據(jù)庫的建立與多放電源下模式識別兩部分；其中，
[0007]特征參量樣本數(shù)據(jù)庫的建立，包括如下步驟:
[0008](I)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建立模擬變壓器尖端、固/液沿面及固體絕緣內(nèi)部氣隙的典型缺陷模型，采用寬頻帶局部放電測量裝置測量三個(gè)典型缺陷模型在不同外施電壓及施加電壓時(shí)間下的局部放電信息，測量的局部放電信息包括局部放電脈沖電流波形、放電相位、視在放電量、放電時(shí)間，并繪制局部放電的PRPD譜圖、平均放電量-相位巧?&)譜圖、放點(diǎn)重復(fù)率-相位譜圖漢,.(P)、放電重復(fù)率-放電量譜圖H(q)；
[0009](2)根據(jù)局部放電的PRPD譜圖計(jì)算得到放電起始相位、放電熄滅相位、相位寬度、放電重復(fù)率、放電量平均值、放電量標(biāo)準(zhǔn)差、相位重心；分別計(jì)算平均放電量-相位和,化)
譜圖、放電重復(fù)率-相位譜圖MO)的正負(fù)半軸的偏斜度、陸峭度、峰點(diǎn)數(shù)、放電量不對稱度、相關(guān)系數(shù)；計(jì)算放電重復(fù)率-放電量譜圖H(q)的正負(fù)放電量的偏斜度、陡峭度、威布爾形狀參數(shù)、威布爾尺度參數(shù)；將上述參量作為模式識別特征參量，通過多次實(shí)驗(yàn)與參量計(jì)算形成表征三種缺陷類型的樣本數(shù)據(jù)庫；
[0010]多放電源下模式識別，包括以下步驟:
[0011](a)測量待識別放電源的局部放電放電信息，包括局部放電脈沖電流波形、放電相位、視在放電量、放電時(shí)間，計(jì)算局部放電脈沖電流波形的I階等效時(shí)長T1U階等效頻寬F1及信號變化率sv，將1\、sv兩兩組合繪制T1-F1' T1-Sv及F1-Sv三組二維譜圖；
[0012](b)觀察局部放電點(diǎn)在T1-Fp T1-Sv及F1-Sv三組二維譜圖中的分布，若局部放電點(diǎn)由多個(gè)放電源產(chǎn)生，且每個(gè)區(qū)域局部放電點(diǎn)由同一放電源產(chǎn)生，調(diào)至步驟(C);若局部放電點(diǎn)由單一放電源產(chǎn)生，直接跳到步驟(d)進(jìn)行放電類型識別；
[0013](c)若局部放電點(diǎn)在!^-^、1\-^及匕-^譜圖中呈現(xiàn)多區(qū)域分布，假定為C個(gè)區(qū)域，從T1-FpT1-Sv及F1-Sv三組譜圖選取區(qū)域內(nèi)集中、區(qū)域間分離性最佳的一組，為不失一般性假定分離性最佳的譜圖為S1-S2譜圖；在S1-S2譜圖中指定C個(gè)區(qū)域局部放電點(diǎn)的橢圓輪廓，依次判斷各局部放電點(diǎn)位于哪個(gè)橢圓輪廓內(nèi)，得到包含于各個(gè)橢圓輪廓內(nèi)的局部放電點(diǎn)，進(jìn)一步從測量的混合局部放電信息中提取出C個(gè)單一放電源的局部放電信息，該局部放電信息與上述步驟(a)中相同；通過上述步驟，可以實(shí)現(xiàn)局部放電信息的多源放電分離；
[0014](d)根據(jù)步驟(C)中提取得到的單一放電源的局部放電信息，繪制局部放電的
PRPD譜圖、平均放電量-相位Hqn{ P )譜圖、放點(diǎn)重復(fù)率-相位譜圖丑?(9>)、放電重復(fù)率-放電量譜圖H(q)，計(jì)算前述模式識別特征參量，通過與特征參量樣本數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)據(jù)對比識別局部放電類型。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，局部放電點(diǎn)在T1-FpT1-Sv及F1-Sv譜圖中呈現(xiàn)多區(qū)域分布，其中，多區(qū)域分布表明缺陷內(nèi)包含多個(gè)放電源，每一個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)由單一放電源產(chǎn)生的局部放電點(diǎn)。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，在S1-SJf圖中指定各區(qū)域局部放電點(diǎn)的橢圓輪廓中，編制指定橢圓輪廓界面，在界面上繪制S1-S2譜圖，進(jìn)一步根據(jù)局部放電點(diǎn)在譜圖中的多區(qū)域性分布，在S1-S2譜圖上指定包圍各區(qū)域局部放電點(diǎn)的橢圓輪廓。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，指定各區(qū)域局部放電點(diǎn)的橢圓輪廓，是點(diǎn)選橢圓的長軸兩個(gè)端點(diǎn)與短軸一個(gè)端點(diǎn)。
[0018]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，從測量的混合局部放電信息中提取出C個(gè)單一放電源的局部放電信息，得到包含于各個(gè)橢圓輪廓內(nèi)的局部放電點(diǎn)后，根據(jù)局部放電脈沖電流波形、放電相位、視在放電量、放電時(shí)間數(shù)據(jù)與SpS2數(shù)據(jù)的順序?qū)?yīng)關(guān)系，提取出第I到C個(gè)放電源的上述局部放電信息。
[0019]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，計(jì)算局部放電脈沖電流波形s(t)的I階等效時(shí)長T1U階等效頻寬F1及信號變化率sv，1\、F1及sv的計(jì)算方法為:
[0020]Tx =^a-1,⑴
IN
[0021 ] tO = W 丨，.、丨1( ' kw|(2)
λ」岣)丨-1
[0022]^ = ,,|Σ1^-./ο|.1^./；)|(3)
Dr(X)I
[0023]/o =f, ■ \Fni)\(4)
H(/)l w
[0024]AfV], XK'+i)-s(0|(5)
[0025]式中:s⑴表示局部放電脈沖電流波形s (t)的第i個(gè)采樣點(diǎn)山為對應(yīng)的采樣時(shí)刻山為時(shí)間重心；N為總的采樣點(diǎn)數(shù)目；FT(fi)表示s(t)傅里葉變換得到的頻譜，fi為傅里葉變換后的第i個(gè)頻率點(diǎn)；FS為采樣頻率；&為頻率重心；對于一次局部放電測量,計(jì)算后的1\、F1及sv分別構(gòu)成一組列向量，假定共測量到M次局部放電脈沖電流波形，則！\、F1及sv的維數(shù)為M*l。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的有益效果:
[0027]1、包含信息量高:多源放電分離中采用！\、F1, sv三個(gè)特征參量，較以往采用二階等效時(shí)長、二階等效頻寬兩個(gè)特征參量包含的局部放電波形信息量更高，分離效果更優(yōu)；
[0028]2、分離算法簡單:采用的“指定各區(qū)域局部放電點(diǎn)橢圓輪廓的多源放電分離方法”，根據(jù)用戶指定的橢圓長軸、短軸端點(diǎn)坐標(biāo)，只需判斷局部放電點(diǎn)是否位于橢圓內(nèi)即可，計(jì)算方法簡單易于實(shí)現(xiàn)；且克服了模糊C均值等聚類方法在各類樣本數(shù)相差較大時(shí)錯(cuò)誤聚類的缺點(diǎn)。
[0029]綜上所述，本發(fā)明采用“指定各區(qū)域局部放電點(diǎn)橢圓輪廓的多源放電分離方法”，通過對T1-Fp T1-SV, F1-Sv譜圖的多區(qū)域劃分，實(shí)現(xiàn)多放電源放電信息的分離，進(jìn)而識別出混合放電源中單一放電源的放電類型，T1、F1、sv包含了放電電流脈沖的主要信息，且計(jì)算量小、計(jì)算簡便，所采用的多源放電分離方法直觀有效。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0030]圖1為本發(fā)明多放電源情況下變壓器局部放電類型識別流程圖。
[0031]圖2為本發(fā)明指定各區(qū)域橢圓輪廓流程圖。
[0032]圖3為本發(fā)明指定各區(qū)域橢圓輪廓方法用于T1-F1 二維譜圖示意圖。
[0033]圖4為本發(fā)明變電站現(xiàn)場測量變壓器局部放電多源放電分離前后的PRPD譜圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明一種多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法，包括特征參量樣本數(shù)據(jù)庫的建立與多放電源下模式識別兩部分。
[0036]1、特征參量樣本數(shù)據(jù)庫的建立，包括以下步驟:
[0037](I)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建立模擬變壓器尖端、固/液沿面及固體絕緣內(nèi)部氣隙的典型缺陷模型，將耦合電容、測量阻抗串聯(lián)支路與缺陷模型并聯(lián)，采用脈沖電流法測量局部放電信息。采用寬頻帶局部放電測量裝置測量三個(gè)典型缺陷模型在不同外施電壓及施加電壓時(shí)間下的局部放電信息，測量的局部放電信息包括局部放電脈沖電流波形、放電相位、視在放電量、放電時(shí)間，并存儲上述局部放電信息。
[0038]作為一種實(shí)施例，測量帶寬為40MHz，可以獲得局部放電脈沖電流波形在40MHz以下的信息。
[0039]作為一種實(shí)施例，上述測量的局部放電脈沖電流波形存儲到矩陣W中，W的每一行對應(yīng)一次局部放電的脈沖電流采樣點(diǎn)，若測到M次局部放電，放電波形包含N個(gè)采樣點(diǎn)，則W為M*N的矩陣；放電相位、視在放電量存儲到矩陣P中，若測到M次局部放電，則P的維度為M*2，第一列為放電相位，第二列為視在放電量；放電時(shí)間存儲到矩陣T中，若測到M次局部放電，則T的維度為M*l。
[0040](2)根據(jù)上述測量的放電相位、視在放電量信息，繪制局部放電的PRro譜圖。然后將O~360°工頻相位劃分為180個(gè)相位窗，統(tǒng)計(jì)各個(gè)相位窗內(nèi)的平均放電量、放點(diǎn)重復(fù)率，獲得平均放電量-相位譜圖Hq,,(φ)、放點(diǎn)重復(fù)率-相位譜圖Ηη(φ).,將放電量O~最大放電量劃分為60個(gè)放電量窗，統(tǒng)計(jì)各放電量窗內(nèi)的放點(diǎn)重復(fù)率，獲得放電重復(fù)率-放電量譜圖H(q)；
[0041](3)根據(jù)局部放電的PRro譜圖計(jì)算得到正負(fù)放電的放電起始相位、放電熄滅相位、相位寬度、放電重復(fù)率、放電量平均值、放電量標(biāo)準(zhǔn)差、相位重心；分別計(jì)算平均放電量-相位/?爐y譜圖、放點(diǎn)重復(fù)率-相位譜圖/aw的正負(fù)半軸的偏斜度、陡峭度、峰點(diǎn)數(shù)、放電量不對稱度、相關(guān)系數(shù)；計(jì)算放電重復(fù)率-放電量譜圖H(q)的正負(fù)放電量的偏斜度、陡峭度、威布爾形狀參數(shù)、威布爾尺度參數(shù)；將上述參量作為模式識別特征參量，通過多次實(shí)驗(yàn)與參量計(jì)算形成表征三種缺陷類型的樣本數(shù)據(jù)庫；
[0042]作為一種實(shí)施例，針對上述三種缺陷，每種缺陷選取50次局部放電實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)，則共有3*50 = 150個(gè)樣本用于構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，針對每個(gè)樣本計(jì)算了 38個(gè)模式識別特征參量，則樣本數(shù)據(jù)庫為150*39的矩陣DB，矩陣的每一行對應(yīng)一個(gè)樣本，每一列對應(yīng)一個(gè)特征參量，最后一列為表征缺陷類型的標(biāo)示，例如可取尖端缺陷、固/液沿面缺陷及固體絕緣內(nèi)部氣隙缺陷的標(biāo)示分別為1、2、3。
[0043]2、多放電源下模式識別包括以下步驟:
[0044](a)局部放電信息測量:測量待識別放電源的局部放電放電信息，包括局部放電脈沖電流波形、放電相位、視在放電量、放電時(shí)間。
[0045](b)計(jì)算測量到的每個(gè)局部放電脈沖電流波形s(t)的I階等效時(shí)長T1U階等效頻寬F1及信號變化率sv，1\、F1及sv的計(jì)算方法為:
【權(quán)利要求】
1.一種多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法，其特征在于，包括特征參量樣本數(shù)據(jù)庫的建立與多放電源下模式識別兩部分；其中， 特征參量樣本數(shù)據(jù)庫的建立，包括如下步驟: (1)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建立模擬變壓器尖端、固/液沿面及固體絕緣內(nèi)部氣隙的典型缺陷模型，采用寬頻帶局部放電測量裝置測量三個(gè)典型缺陷模型在不同外施電壓及施加電壓時(shí)間下的局部放電信息，測量的局部放電信息包括局部放電脈沖電流波形、放電相位、視在放電量、放電時(shí)間，并繪制局部放電的PRPD譜圖、平均放電量-相位譜圖、放點(diǎn)重復(fù)率-相位譜圖爐)、放電重復(fù)率-放電量譜圖H (q)； (2)根據(jù)局部放電的PRH)譜圖計(jì)算得到放電起始相位、放電熄滅相位、相位寬度、放電重復(fù)率、放電量平均值、放電量標(biāo)準(zhǔn)差、相位重心；分別計(jì)算平均放電量-相位巧w(爐)譜圖、放電重復(fù)率-相位譜圖私(^)的正負(fù)半軸的偏斜度、陡峭度、峰點(diǎn)數(shù)、放電量不對稱度、相關(guān)系數(shù)；計(jì)算放電重復(fù)率-放電量譜圖H(q)的正負(fù)放電量的偏斜度、陡峭度、威布爾形狀參數(shù)、威布爾尺度參數(shù)；將上述參量作為模式識別特征參量，通過多次實(shí)驗(yàn)與參量計(jì)算形成表征三種缺陷類型的樣本數(shù)據(jù)庫； 多放電源下模式識別，包括以下步驟: (a)測量待識別放電源的局部放電放電信息，包括局部放電脈沖電流波形、放電相位、視在放電量、放電時(shí)間，計(jì)算局部放電脈沖電流波形的I階等效時(shí)長T1U階等效頻寬F1及信號變化率sv，將1\、Fp Sv兩兩組合繪制T1-F1J^sv及F「sv三組二維譜圖； (b)觀察局部放電點(diǎn)在T1-FpT1-Sv及F1-Sv三組二維譜圖中的分布，若局部放電點(diǎn)由多個(gè)放電源產(chǎn)生，且每個(gè)區(qū)域局部放電點(diǎn)由同一放電源產(chǎn)生，調(diào)至步驟(c);若局部放電點(diǎn)由單一放電源產(chǎn)生，直接跳到步驟(d)進(jìn)行放電類型識別； (c)若局部放電點(diǎn)在T1-F1J1-Sv及F1-Sv譜圖中呈現(xiàn)多區(qū)域分布，假定為C個(gè)區(qū)域，從T1-FpT1-Sv及F1-Sv三組譜圖選取區(qū)域內(nèi)集中、區(qū)域間分離性最佳的一組，為不失一般性假定分離性最佳的譜圖SS1-S2譜圖；在S1-S2譜圖中指定C個(gè)區(qū)域局部放電點(diǎn)的橢圓輪廓，依次判斷各局部放電點(diǎn)位于哪個(gè)橢圓輪廓內(nèi)，得到包含于各個(gè)橢圓輪廓內(nèi)的局部放電點(diǎn)，進(jìn)一步從測量的混合局部放電信息中提取出C個(gè)單一放電源的局部放電信息，該局部放電信息與上述步驟(a)中相同；通過上述步驟，可以實(shí)現(xiàn)局部放電信息的多源放電分離； (d)根據(jù)步驟(c)中提取得到的單一放電源的局部放電信息，繪制局部放電的PRH)譜圖、平均放電量-相位巧“供)譜圖、放點(diǎn)重復(fù)率-相位譜圖丑?(^)、放電重復(fù)率-放電量譜圖H(q)，計(jì)算前述模式識別特征參量，通過與特征參量樣本數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)據(jù)對比識別局部放電類型。
2.如權(quán)利要求1所述的多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法，其特征在于，局部放電點(diǎn)在T1-Fp T1-Sv及F1-Sv譜圖中呈現(xiàn)多區(qū)域分布，其中，多區(qū)域分布表明缺陷內(nèi)包含多個(gè)放電源，每一個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)由單一放電源產(chǎn)生的局部放電點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法，其特征在于，在S1-SJf圖中指定各區(qū)域局部放電點(diǎn)的橢圓輪廓中，編制指定橢圓輪廓界面，在界面上繪制31-&譜圖，進(jìn)一步根據(jù)局部放電點(diǎn)在譜圖中的多區(qū)域性分布，在S1-S2譜圖上指定包圍各區(qū)域局部放電點(diǎn)的橢圓輪廓。
4.如權(quán)利要求3所述的多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法，其特征在于，指定各區(qū)域局部放電點(diǎn)的橢圓輪廓，是點(diǎn)選橢圓的長軸兩個(gè)端點(diǎn)與短軸一個(gè)端點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的，多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法，其特征在于，從測量的混合局部放電信息中提取出C個(gè)單一放電源的局部放電信息,得到包含于各個(gè)橢圓輪廓內(nèi)的局部放電點(diǎn)后，根據(jù)局部放電脈沖電流波形、放電相位、視在放電量、放電時(shí)間數(shù)據(jù)與SpS2數(shù)據(jù)的順序?qū)?yīng)關(guān)系，提取出第I到C個(gè)放電源的上述局部放電信息。
6.如權(quán)利要求1所述的多放電源情況下變壓器局部放電類型識別方法，其特征在于，計(jì)算局部放電脈沖電流波形s (t)的I階等效時(shí)長T1U階等效頻寬F1及信號變化率sv，T1,F1及sv的計(jì)算方法為: ^=^Λ-ΣΚ.-^|.Ν(I)
Σ,=ιΚ;)| - 刺(2)



(3) Jo = ——γΣ f, ■ \FT1.0\(4) sv^..VA1, ZK/+i)-s(/)l(5) 式中:s(i)表示局部放電脈沖電流波形S (t)的第i個(gè)采樣點(diǎn)；ti為對應(yīng)的采樣時(shí)刻；h為時(shí)間重心；N為總的采樣點(diǎn)數(shù)目；FT(fi)表示s(t)傅里葉變換得到的頻譜，4為傅里葉變換后的第i個(gè)頻率點(diǎn)；FS為采樣頻率；&為頻率重心；對于一次局部放電測量，計(jì)算后的VF1及sv分別構(gòu)成一組列向量，假定共測量到M次局部放電脈沖電流波形，則VF1及sv的維數(shù)為M*l。
【文檔編號】G01R31/12GK104198899SQ201410379545
【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, 朱明曉, 張冠軍, 李元, 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