變電站局部放電信號(hào)檢測(cè)和定位系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種信號(hào)檢測(cè)和定位的系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種對(duì)局部放電信號(hào)進(jìn) 行檢測(cè)和定位的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 絕緣故障是電力設(shè)備在運(yùn)行中最主要的可能故障之一，電力設(shè)備發(fā)生絕緣故障 前，一般都會(huì)有一個(gè)逐漸發(fā)展的局部放電過程，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。如果在這個(gè)過程能夠?qū)?運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行局部放電監(jiān)測(cè)和診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部放電信號(hào)，提前對(duì)缺陷進(jìn)行處理，就能有 效避免絕緣擊穿故障的發(fā)生。同時(shí)，對(duì)局部放電位置的定位，有助于制定更有針對(duì)性的檢修 處理方案，減少停電時(shí)間，提高檢修效率。
[0003] 局部放電可通過超聲波、電氣參數(shù)常量和特高頻電磁波等多種方法檢測(cè)。這些方 法都可用來做局放定位。特高頻（UHF)電磁波法是局部放電檢測(cè)的一種新方法，該方法通 過特高頻天線傳感器接收電力設(shè)備內(nèi)局部放電過程所輻射的電磁波中的特高頻段（300~ 3000MHz)信號(hào)來檢測(cè)局部放電。特高頻電磁波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)為：檢測(cè)頻段較高，可以有效地 避開常規(guī)局部放電測(cè)量中的電暈、開關(guān)操作等多種電氣干擾；檢測(cè)頻帶寬，所以其檢測(cè)靈敏 度很高，且電磁波在空氣中的傳播速度近似光速，可以用來計(jì)算局放的放電位置。
[0004] 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的對(duì)電力設(shè)備的局部放電進(jìn)行檢測(cè)及定位的方法基本都是針對(duì)單個(gè) 變電站設(shè)備（GIS、變壓器、容性設(shè)備等）的局部放電進(jìn)行檢測(cè)，并依據(jù)采集到的聲信號(hào)和電 信號(hào)進(jìn)行定位。這種監(jiān)測(cè)思路存在以下缺陷：變電站中的任何高壓電力設(shè)備均可能會(huì)發(fā)生 局部放電故障，要想對(duì)全站的一次電氣設(shè)備實(shí)施監(jiān)測(cè)，就需要在每一個(gè)設(shè)備上都安裝局部 放電監(jiān)測(cè)裝置，這需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，財(cái)力進(jìn)行設(shè)備采購，安裝；測(cè)試時(shí)需攜帶多套不同 類型儀器，操作不便；眾多監(jiān)測(cè)裝置的維護(hù)和管理也需耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力。這種監(jiān)測(cè)形 式難以適應(yīng)今后智能變電站遠(yuǎn)程管理及少人值守。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種變電站局部放電信號(hào)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，其能夠?qū)ψ冸?站全站范圍內(nèi)的設(shè)備實(shí)施局部放電信號(hào)檢測(cè)和定位。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種變電站局部放電信號(hào)檢測(cè)和定位方法，該方法同 樣具有上述功能。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種變電站局部放電信號(hào)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，用 于檢測(cè)變電站設(shè)備放電點(diǎn)產(chǎn)生的局部放電所激發(fā)的特高頻電磁波，并對(duì)所述放電點(diǎn)進(jìn)行定 位，其包括：
[0008] 四個(gè)特高頻全向天線接收放大模塊，其中每個(gè)特高頻全向天線接收放大模塊均包 括特高頻全向天線和與其連接的前置寬帶放大器，其中所述特高頻全向天線接收所述局部 放電激發(fā)的特高頻電磁波，并由所述前置寬帶放大器對(duì)其進(jìn)行放大和濾波后輸出四路信 號(hào)；
[0009] 具有至少四路輸入的超高速數(shù)據(jù)采集單元，其四路輸入與所述四個(gè)特高頻全向天 線接收放大模塊的前置寬帶放大器的輸出分別對(duì)應(yīng)連接，以分別采集所述四路信號(hào)，并將 該四路信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的四路數(shù)據(jù)輸出；
[0010] 數(shù)據(jù)處理和分析單元，其與所述超高速數(shù)據(jù)采集單元連接，接收其輸出的四路數(shù) 據(jù)并對(duì)該四路數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，包括步驟：
[0011] (1)對(duì)所述四路數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到所述局部放電激發(fā)的特高頻電磁波到 達(dá)所述四個(gè)特高頻全向天線接收放大模塊的特高頻全向天線的四個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的四個(gè)起始 時(shí)刻 dtl、dt2、dt3 和 dt4 ;
[0012] (2)建立三維空間坐標(biāo)系，設(shè)所述四個(gè)特高頻全向天線接收放大模塊的特高頻全 向天線的坐標(biāo)分別為已知的（X 1, Y1, Z1)、（x2, y2, z2)、（x3, y3, Z3)和（x4, y4, Z4)，放電點(diǎn)坐標(biāo) 為（X，y, z)，放電點(diǎn)到所述四個(gè)特高頻全向天線接收放大模塊的特高頻全向天線的距離分 別為山、d2、(13和d 4，基于所述四個(gè)起始時(shí)刻dtl、dt2、dt3和dt4列出關(guān)于所述放電點(diǎn)坐標(biāo) (X，y, z)的方程組：
[0013] (I2-Cl1 = V Δ T 2
[0014] (I3-Cl1 = V Δ T 3
[0015] Cl4-Cl1=VAT4
[0016] 其中，Δ T2= dt2_dtl，Δ T3= dt3_dtl，Δ T4= dt4_dtl ;
i = 1，2, 3, 4 ;電磁波傳播速度 v = 3. 0 X 108m/s ;
[0017] (3)對(duì)所述方程組進(jìn)行求解，得到所述放電點(diǎn)坐標(biāo)（X，y，z)的值，以對(duì)所述放電點(diǎn) 進(jìn)行定位。
[0018] 本發(fā)明所述的變電站局部放電信號(hào)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，基于所述四個(gè)特高頻全向天 線接收放大模塊的特高頻全向天線形成的天線矩陣，可對(duì)變電站全站范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行局 部放電所激發(fā)的特高頻電磁波的檢測(cè)，并對(duì)產(chǎn)生所述局部放電所激發(fā)的特高頻電磁波的放 電點(diǎn)進(jìn)行定位。其中，四個(gè)特高頻全向天線接收放大模塊的特高頻全向天線用于接收所述 特高頻電磁波，由于所述特高頻電磁波從所述放電點(diǎn)到達(dá)所述四個(gè)特高頻全向天線接收放 大模塊的特高頻全向天線的四個(gè)時(shí)刻之間具有時(shí)間差，而所述四個(gè)特高頻全向天線接收放 大模塊的特高頻全向天線的位置已知，因此可基于所述時(shí)間差對(duì)放電點(diǎn)的位置進(jìn)行列方程 求解，以對(duì)所述放電點(diǎn)進(jìn)行定位。
[0019] 本發(fā)明所述的變電站局部放電信號(hào)檢測(cè)和定位系統(tǒng)，改變以往對(duì)單個(gè)設(shè)備安裝在 線監(jiān)測(cè)裝置的常規(guī)做法，用一套檢測(cè)和定位系統(tǒng)對(duì)變電站全站范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行局部放電 信號(hào)的檢測(cè)，獲取整個(gè)變電站站域的局部放電信息，成本低，效率高，有助于巡檢變電站設(shè) 備時(shí)提前發(fā)現(xiàn)缺陷，減少停電事故的發(fā)生，從而提高變電站的智能化水平。
[0020] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的變電站局部放電信號(hào)檢測(cè)和定位系統(tǒng)中，所述步驟（1) 中，所述四個(gè)起始時(shí)刻dtl、dt2、dt3和dt4分別對(duì)應(yīng)由所述四路數(shù)據(jù)得到的四條累積能量 曲線的拐點(diǎn)，所述累積能量曲線由公式
得到，其中Uk為由所述數(shù)據(jù)還原得到的 信號(hào)波形上第k個(gè)點(diǎn)的電壓值，j為信號(hào)波形記錄的點(diǎn)數(shù)。
[0021] 上述方案中，所述步驟（1)的原理是，當(dāng)局部放電發(fā)生時(shí)，放電點(diǎn)將輻射出一個(gè)脈 沖，該脈沖的幅值遠(yuǎn)大于背景噪聲，經(jīng)過能量積累，所述脈沖將在能量積累曲線上形成一個(gè) 拐點(diǎn)，該拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻即為所述起始時(shí)刻。
[0022] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述或上述的變電站局部放電信號(hào)檢測(cè)和定位系統(tǒng)中，所述 步驟（3)的求解方法采用逐層網(wǎng)格搜索法：
[0023] 將所述方程組寫成向量P(X) = O的形式，其中X = (X，y，ζ)τ，則
[0025] 首先進(jìn)行第一層搜索：
[0026] 在放電點(diǎn)坐標(biāo)
內(nèi)以D1為間隔 搜索IP(X)II的最小值，得到該最小值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo) (Xsi，y~si，Zs]_)，
[0027] 然后進(jìn)行第二層搜索：
[0028] 在
內(nèi)以D2為間隔 搜索|p(x) Il的最小值，得到該最小值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo) (Xs2，y"s2，Zs2);
[0029] 上述步驟中，
為放電點(diǎn)坐標(biāo)所 屬區(qū)域最大范圍，D2決定放電點(diǎn)坐標(biāo)定位精度，（X s2, ys2, zs2)為最終求解得到的放電點(diǎn)坐標(biāo) (x,y,z)的值。
[0030] 上述方案中，所述步驟（3)所要求解的方程組是非線性方程組。
[0031] 通常非線性方程組可用牛頓法進(jìn)行求解，其原理是：
[0032] 設(shè)上迓
[0033] 設(shè)Xk= (X k，yk，zk)τ為方程組的一個(gè)近似解，則