能够确定局部放电是源自外部或内部的局部放电检测装置及其相关方法

摘要

本发明涉及用于检测来自带电电气设备的局部放电的检测装置，该检测装置包括安装在所述带电电气设备(T)上的检测部件(Pc)，以检测出现的至少一个局部放电，其中，所述检测装置还包括适合于确定所述局部放电出现在所述带电电气设备的内部还是外部的附加装置(D1、D2、S)。本发明可应用于电力变压器的工厂测试。

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测来自带电电气设备的局部放电的装置。本发明的装置 适合于确定所检测到的局部放电相对于带电电气设备是位于内部还是外部。

本发明还涉及一种用于检测来自带电电气设备的局部放电的方法，该方法 适合于确定所检测到的局部放电相对于该带电电气设备是位于内部还是外部。

背景技术

在电力变压器的工厂检验测试期间测量的局部放电是使得可以确保变压 器正确操作的指标。取决于进行测试的变压器的环境条件，该测量可能很大程 度上受到外部放电源的干扰从而受到歪曲。在标准IEC 60270(2000)附录G 第9页中描述了这些环境条件。

要解决的技术问题在于使得能够确定带电变压器上测量到的局部放电是 来自该变压器的外部的源还是该变压器自身。因为外部干扰更难以控制，所以 该问题在现场测试期间更急迫。

存在各种用于标识局部放电的来源的方法。

例如，通过使用超声检测器或通过使用紫外相机可以标识外部局部放电。 对于超声检测器，问题之一在于：超声检测器对除了由局部放电引起的噪声之 外的外部噪声也敏感。结果，通过使用超声源检测局部放电不可靠。关于超紫 外相机，问题之一在于：这样的相机使得仅可以定位电晕类型的局部放电，即 由于电离空气引起的放电。它们无法检测具有其它来源的局部放电，例如由于 电子元件开关引起的局部放电。此外，这些超紫外相机所需的设备十分昂贵， 这是另一缺点。

还已知通过置于电气设备内的甚高频(UHF)天线可以检测该电气设备内 部的局部放电。题为“Partial-Discharge Measuring Device”的专利文献US 5 804  972公开了一种用于检测电气设备内部的局部放电的设备。该设备使用安装于 电气设备内的UHF天线。专利文献US 6 323 655和FR 2 851 852还公开了通过 UHF天线检测内部局部放电。

专利文献US 5 804 972、US 6 323 655和FR 2 851 852中所描述的关于局 部放电检测的问题在于：在特定情况下，即使局部放电不是内部放电，而是外 部放电，也可能检测到该局部放电。该情况应用于例如在电部件的电切换或整 流(电机控制、在电机的电刷或可变变压器处接触不良)期间出现的十分高强 度的外部放电。

本发明的目的在于提供不具有该缺点的局部放电检测装置和局部放电检 测方法。

发明内容

为此，本发明提供一种用于检测来自带电电气设备箱的局部放电的检测装 置，该检测装置包括检测部件，该检测部件与所述带电电气设备箱接触且适于 检测相对于所述箱在内部或外部出现的局部放电，所述检测装置的特征在于包 括：

第一UHF测量系统，其包括完全或部分地插入所述箱中的第一UHF传感 器，且每当相对于所述箱在内部或外部出现局部放电时传递UHF信号；

第二UHF测量系统，其与所述第一UHF测量系统基本上相同，且包括距 所述箱一段距离的第二UHF传感器，并且每当相对于所述箱出现外部局部放电 时传递UHF信号；以及

获取系统，其包括：

-获取部件，用于在频带中获取由所述第一UHF测量系统传递的背景噪 声BF1和由所述第二UHF测量系统传递的背景噪声BF2；

-搜索部件，用于每当所述检测部件检测到任何局部放电时，寻找由所述 第一UHF测量系统传递的第一UHF信号中和由所述第二UHF测量系统传递的 第二UHF信号中的陡峭前沿；

-确定部件，用于如果在所述第一UHF信号和/或所述第二UHF信号中检 测到陡峭前沿，则确定所述第一UHF信号的最大幅度和所述第二UHF信号的 最大幅度；

-确定部件，用于在所述频带中确定关于所述第一UHF信号的第一信噪 比R1和关于所述第二UHF信号的第二信噪比R2；

-比较器部件，用于比较所述信噪比R1和R2；以及

-计算部件，适于根据比较步骤传递的结果，判断所检测的局部放电相对 于所述箱是在内部还是外部。

为此，本发明还提供一种用于检测来自带电电气设备箱的局部放电的检 测方法，该方法包括：通过与所述电气设备接触的检测部件检测相对于所述箱 在内部或外部出现局部放电的检测步骤，所述方法的特征在于包括：

在频带中获取由包括完全或部分地插入所述箱中的第一UHF传感器的第 一UHF测量系统传递的背景噪声BF1的获取步骤；

在频带中获取由第二UHF测量系统传递的背景噪声BF2的获取步骤，该 第二UHF测量系统与所述第一测量系统基本上相同且包括距所述箱一段距离 的传感器；

每当相对于所述箱在内部或外部出现局部放电时，使用所述第一测量系统 测量UHF信号的测量步骤；

每当相对于所述箱在外部出现局部放电时，使用所述第二测量系统测量 UHF信号的测量步骤；以及

获取步骤，其包括：

-每当所述测量部件检测到任何局部放电时，寻找由所述第一测量系统传 递的第-UHF信号中和由所述第二测量系统传递的第二UHF信号中的陡峭前 沿的搜索步骤；

-如果在所述第一UHF信号和/或所述第二UHF信号中检测到陡峭前沿， 则确定所述第一UHF信号的最大幅度和所述第二UHF信号的最大幅度的确定 步骤；

-在所述频带中确定关于所述第一UHF信号的第一信噪比R1和关于所述 第二UHF信号的第二信噪比R2的确定步骤；

-比较所述信噪比R1和R2的比较步骤；以及

-用于根据所述比较步骤的结果判断检测到的局部放电相对于所述箱是 在内部还是在外部的计算步骤。

在本发明的附加特征中，适合于判断所检测到的局部放电相对于所述带电 电气设备是在内部还是外部的所述计算部件包括比较器部件，该比较部件用于 比较检测到所述第一UHF信号的第一时刻与检测到所述第二UHF信号的第二 时刻，如果当比率R1/R2基本上落在范围1.3至0.7中时所述第一时刻基本上 等于所述第二时刻，则检测到的任何局部放电被看作是在所述带电电气设备的 外部。术语“所述第一时刻基本上等于所述第二时刻”应理解为表示间隔5纳 秒(ns)或更少的两个时刻。

例如，所述获取系统是计算机(微计算机、微处理器等)或示波器。

本发明的方法有利地适合于安全且可靠地确定所检测到的局部放电是源 自内部还是外部。

UHF检测器所检测的频带例如是频带200MHz至1000MHz。

附图说明

根据参照附图进行的对优选实施例的描述，容易理解本发明的其它特征和 优点，在附图中：

图1示出本发明第一变型中的局部放电检测装置的第一实施例；

图2示出本发明第一变型中的局部放电检测装置的第二实施例；

图3是本发明第一变型中的局部放电检测方法的流程图；

图4示出本发明第二变型中的局部放电检测装置；

图5是本发明第二变型中的局部放电检测方法的流程图；

图6A-图6C示出通过本发明第一变型中的方法获得的测量曲线，用于检 测装置内部的局部放电；以及

图7A-图7C以及图8A-图8B示出通过本发明第一变型中的方法获得的测 量曲线，用于检测装置外部的局部放电。

在所有附图中，相同标号表示相同元件。

具体实施方式

图1示出本发明第一变型中的局部放电检测装置的第一实施例。带电电气 设备例如为接收电压+V的变压器箱T。

该装置包括获取系统S和三个局部放电测量系统。第一测量系统包括套管 电容抽头Pc和与该电容抽头串联的第一信号整形电路1。第一测量系统构成符 合标准IEC 60270的局部放电测量部件。通过本身已知的方式，套管电容抽头 Pc在变压器T的套管R处抽取局部放电信号，对电容抽头抽取的信号进行整 形的电路1传递信号S1，该信号S1被发送到获取系统S。第二测量系统包括 UHF传感器D1、与传感器D1串联的预放大器A1、以及连接缆线k1、k2，缆 线k1将传感器D1连接到预放大器A1，缆线k2将预放大器A1连接到获取系 统S。例如，传感器D1工作在频带[200兆赫兹(MHz)至1000MHz]中。例 如，传感器D1在法国专利文献No.2 851 852中已有描述，即，由置于变压器 T的放泄阀门中(即，插入变压器箱的壁中)的介电谐振器分隔的两个电极所 形成的天线。预放大器A1放大由传感器D1传递的信号，并且由预放大器A1 传递的信号被发送到获取系统S。第三测量系统包括UHF传感器D2、与传感 器D2串联的预放大器A2、以及连接缆线k3、k4，缆线k3将传感器D2连接 到预放大器A2，缆线k4将预放大器A2连接到获取系统S。第三测量系统与第 二测量系统基本上相同。应用于测量系统的术语“基本上相同”应理解为表示 所讨论的测量系统适合于在相同时间和相同测量条件下、在检测到相同强度的 局部放电后传递基本上相同幅度的两个信号。具体地说，UHF传感器D1和D2 是相同的传感器。第三UHF测量系统放置在距变压器箱一段距离处。

获取系统S包括每当电容抽头Pc检测到任何局部放电时(信号S1发送到 获取系统S)触发对第二测量系统和第三测量系统所传递的测量值进行处理的 电路。例如，获取系统S是示波器。

图2示出本发明第一变型的局部放电检测装置的第二实施例。该装置也包 括获取系统S和三个局部放电测量系统。第一局部放电测量系统包括宽带高频 (例如高达100MHz)的电流钳位表Pa和用于对该钳位表所检测到的信号进行 整形的信号整形电路2。所述第一测量系统构成符合标准IEC 60270的局部放 电测量部件。通过本身已知的方式，钳位表Pa抽取来自变压器的接地回路 (grounding return)(变压器的基准电势)的放电信号，并且对钳位表Pa所传 递的信号进行整形的电路2传递信号S2，该信号S2被发送到获取系统S。其 它两个局部放电测量系统与关于第一实施例所述的测量系统相同。它们以与以 上所述相同的方式定位。获取系统S包括每当钳位表Pa检测到任何局部放电 时(信号S1传送到获取系统S)触发对由第二测量系统和第三测量系统传递的 测量值进行处理的处理器电路。例如，获取系统S是示波器。

图3示出本发明第一变型中的局部放电检测方法的流程图。本发明第一变 型的方法由图1所示的装置或图2所示的装置实现。

该方法包括：对检测装置校准的步骤E1，调整包括符合标准IEC 60270 的测量部件的测量系统的检测阈值的步骤E2，通过获取系统S在给定频带上获 取由包括UHF传感器D1和D2的测量系统传递的背景噪声的步骤E3，通过包 括符合标准IEC 60270的测量部件的测量系统检测局部放电的步骤E4，并且一 旦在步骤E4检测到局部放电，则寻找由包括UHF传感器D1和D2的测量系 统所传递信号中的陡峭前沿的步骤E5，如果在步骤E5中关于由包括传感器D1 和D2的测量系统检测到的信号中的一个和/或另一个检测到陡峭前沿，则确定 由包括UHF传感器D1和D2的测量系统所检测的每一信号的最大幅度的步骤 E6，计算关于传感器D1所检测的UHF信号的第一信噪比R1和关于传感器D2 所检测的UHF信号的第二信噪比R2的步骤E7，比较这两个信噪比R1和R2 的步骤E8，以及根据比较结果判断局部放电是源自内部还是外部的结论的步骤 E9。

在校准步骤E1期间，在带电变压器的套管R处通过本身已知的方式注入 代表符合标准IEC 60270的局部放电的经校准电信号。在步骤E2期间调整检测 阈值包括：通过本身已知的方式限定信号电平，在该信号电平之上的任何局部 放电必须考虑。获取背景噪声的步骤E3包括：通过本身已知的方式测量由具 有处于例如[200MHz至1000MHz]频带中的UHF传感器的测量系统所检测到 的噪声电平。在包括UHF传感器D1的测量系统上和包括UHF传感器D2的测 量系统上分别测量的噪声BF1和噪声BF2被放入获取系统S的存储器中。步骤 E2和E3可以同时或不同时执行。当包括电容抽头Pc或钳位表Pa的测量系统 检测到局部放电(步骤E4)时，启动用于寻找由UHF测量系统传递的信号中 的陡峭前沿的步骤E5。陡峭前沿指示出现局部放电。因此，在步骤E5期间获 得的陡峭前沿确认出现该放电。例如，通过法国专利文献No.2883979(“Procédé  de détection de la position d′un front d′onde dans un signal recu par un détecteur”[检 测器的接收信号中波前沿的位置的检测方法])中描述的方法，通过本身已知的 方式，可寻找陡峭前沿。如果在两个UHF测量系统中均未检测到陡峭前沿，则 认为尚未发出局部放电，并且检测装置回到其等待局部放电的状态。反之，如 果在UHF测量系统中的一个或两个中检测到陡峭前沿，则步骤E6确定由传感 器D1检测到的信号的最大幅度A(UHF1)和由传感器D2检测到的信号的最 大幅度A(UHF2)。然后，步骤E7如下计算信噪比R1和R2：

R1＝A(UHF1)/BF1；以及

R2＝A(UHF2)/BF2。

如果对应的UHF测量系统尚未检测到任何局部放电，则信噪比R1或R2 取值为1。

在计算量值R1和R2的步骤E7之后是比较量值R1和R2的步骤E8。可 出新多种情况，类似以下三种可能性：

R1＞＞R2；

R2＞＞R1；

R1≈R2(R1≈R2不仅与信噪比R1和R2基本上相等的情况对应，而且还 与它们的比R1/R2落在预先定义的范围(例如1.3＞R1/R2＞0.7)中的情况对 应)。

判断步骤E9在比较步骤E8之后。在R1＞＞R2的情况下，即，诊断为装 置内部的漏电(故障)，而在R2＞＞R1的情况下，诊断为外部漏电(故障)。在 R1和R2彼此差别不是很大的情况下(例如1.3＞R1/R2＞0.7)，执行附加计算 以比较UHF测量系统检测到所述信号的时刻。如果传感器D1和D2检测到所 述信号的时刻T1和T2几乎相同，则诊断为变压器外部的漏电。否则，未诊断 出局部放电，并且检测装置回到其等待局部放电的状态。应用于检测时刻的术 语“几乎相同”应理解为表示间隔例如5纳秒(ns)或更少的两个时刻。步骤 E5-E9由获取系统S实现。

图4示出本发明第二变型中的局部放电检测装置。

在本发明第二变型中，局部放电检测装置仅包括两个UHF测量系统和获 取系统S。局部放电不再由本发明第一变型中应用的符合标准IEC 60270的测 量部件之一来检测，而是由具有安装在变压器上的传感器D1的UHF测量系统 检测。在该变型中，检测方法包括：校准检测装置的步骤E10；调整UHF测量 系统的检测阈值的步骤E11；在给定频率范围上获取由测量系统UHF传递的背 景噪声的步骤E12；通过包括传感器D1的UHF测量系统检测局部放电的步骤 E13；以及一旦在步骤E13期间检测到局部放电，寻找两个UHF测量系统所传 递信号中的陡峭前沿的步骤E14；如果在步骤E14中关于由包括传感器D1和 D2的测量系统检测到的信号中的一个和/或另一个检测到陡峭前沿，则确定由 UHF测量系统检测到的信号中的每一个的最大幅度的步骤E15；计算关于传感 器D1所检测UHF信号的第一信噪比R1和关于传感器D2所检测UHF信号的 第二信噪比R2的步骤E16；比较这两个信噪比R1和R2的步骤E17；以及根 据比较结果确定局部放电是源自内部还是外部的结论的步骤E18。在该变型中， 由安装在变压器上的UHF传感器D1所传递的局部放电检测信号触发寻找陡峭 前沿的步骤E14。

举例而言，图6A-图6C示出通过本发明第一变型的方法获得的以伏特每 微秒(V/μs)为单位的测量曲线，用于检测带电电气设备内部的局部放电。曲 线6A表示由电容抽头Pc测量的信号，而图6B和图6C分别表示由UHF传感 器D1测量的信号和由UHF传感器D2测量的信号(没有信号)。在此情况下， 仅传感器D1检测到局部放电，从而指示所述局部放电是源自内部。

举例而言，图7A-图7C以及图8A-图8B示出通过使用本发明第一变型的 方法获得的测量曲线，用于检测带电电气设备外部的局部放电。图7A-图7C 的曲线是以V/μs为单位，图8A-图8B的曲线以V/ns为单位。

图7A示出由电气设备上安装的电容抽头Pc测量的信号，而图7B和图7C 分别示出由UHF传感器D2测量的信号和由UHF传感器D1测量的信号(没有 信号)。在此情况下，仅UHF传感器D2检测到局部放电，从而指示所述局部 放电是源自外部。

图8A和图8B示出UHF传感器D1和D2同时测量的信号。在此情况下， 这两个UHF传感器测量基本上同时检测到的基本上相同幅度的信号。术语“基 本上同时检测到的信号”应理解为表示其相应的检测时刻T1和T2间隔例如5 纳秒或更少的信号。计算信噪比R1和R2时因此产生基本上相等的值。然后比 较信号的检测时刻T1和T2，由于这些时刻几乎同时的特性，推导出局部放电 是源自外部。