一种高压电力设备局部放电检测系统及局部放电识别方法

摘要

本发明提供一种高压电力设备局部放电检测系统及局部放电识别方法，局部放电检测系统结构为每支HFCT安装在一根高压电缆接地线上，暂态地电波传感器TEV安装在开关柜外壁上；三支HFCT分别通过一根BNC同轴电缆依次连接一支高通滤波器、一支宽带增益放大器，并连接到数据采集单元的前三个通道；一支TEV通过另一根BNC同轴电缆直接连接到数据采集单元的第四通道；相位信号获取单元安装在高压电缆上，并通过又一根BNC同轴电缆连依次接低通滤波器和数据采集单元的外部触发接口。局部放电识别方法包括对前三个通道的局部放电信号的识别方法和第四个通道的局部放电信号的识别方法。本发明实现对多源头局部放电的同步判断，提高识别的准确度。

说明书

技术领域

本发明涉及到一种高压电力设备局部放电检测系统及局部放电识别方法，属于电力设备局部放电检测技术领域。

背景技术

与传统的架空线相比，电力电缆供电具有不受外界环境影响、节约用地、电气性能良好等优点。随着城市电网的发展，电力电缆的使用率不断提高，电缆运行的可靠性受到电力部门的关注。高压电缆由于其固有的安装复杂性和长期大电流连续运行，再加上外力破坏、水树入侵、设备缺陷、设备缺陷、施工工艺等综合因素的影响，容易造成电缆运行故障。局部放电检测是提高中高压电缆和其他中高压电力设备运行可靠性的有力手段。但是目前的电力设备局部放电检测系统，受到两个关键因素的制约，第一，现场的噪声和干扰信号非常强烈，与局部放电信号混在一起，自动提取难度很大；第二，局部放电可能来自电缆本体、电缆终端接头、电缆中间接头、电缆两端连接的设备，多源头局部放电的区分难度较大。

发明内容

为了解决上述技术问题，提升电力设备局部放电检测的可靠性和判断准确性，本发明提出了一种高压电力设备局部放电检测系统局部放电识别方法。

本发明采取的技术方案如下：

高压电力设备局部放电检测系统，包含一套完备的信号传感与信号采集系统和一套新颖的局部放电识别方法。

一种高压电力设备局部放电检测系统，包括三支高频电流互感器、一支暂态地电波传感器TEV、一支相位信号获取单元、三支高通滤波器、一支低通滤波器、三支宽带增益放大器、数据采集单元，其特征在于：每支HFCT安装在一根高压电缆接地线上，暂态地电波传感器TEV安装在开关柜外壁上；三支HFCT分别通过一根BNC同轴电缆依次连接一支高通滤波器、一支宽带增益放大器，并连接到数据采集单元的前三个通道；一支TEV通过另一根BNC同轴电缆直接连接到数据采集单元的第四通道；相位信号获取单元安装在高压电缆上，并通过又一根BNC同轴电缆连依次接低通滤波器和数据采集单元的外部触发接口。

所述的数据采集单元为LeCroy公司的HDO4000系列、HDO6000系列或HDO8000系列的12位高速数字示波器。

所述的高通滤波器为50Hz的高通滤波器。

高压电力设备局部放电检测系统的局部放电识别方法，包括对前三个通道的局部放电信号的识别和第四个通道的局部放电信号的识别，其特征在于，对前三个通道的局部放电信号的识别方法按以下步骤进行：

步骤1，瞬时脉冲信号提取：分别通过三支HFCT进行原始数据采集，原始数据为HFCT(22)耦合到的信号，以125MS/s为采样率、20ms为采样时间长度、外部触发为数据采集的触发源、相位信号获取单元获取的50Hz正弦信号为触发信号、10次重复采集前三个通道的原始数据；对前三个通道的原始数据进行白噪声评估，通过白噪声水平自动设置瞬时脉冲信号的提取门槛值，保留低于该门槛值的瞬时脉冲信号；

分区边界条件求取：根据电缆类型以及特征参数，特征参数为上升时间、下降时间、脉冲宽度、等效带宽和等效时间长度，构造局部放电信号在电缆中传播的传递函数f(L)＝A₀exp(-αL)，其中L为传播的距离，α为通过对电缆的测试实验得到的衰减系数，A₀为距离为0时的特征参数的测量值，f(L)为传播距离L之后的特征参数的值，并根据电缆长度和电缆中间接头的位置参数，求解电缆终端接头、中间接头、电缆本体以及电缆两端连接设备中局部放电信号的特征参数的上下边界条件；

步骤3，分区域确定局部放电信号位置，分4个不同阶段的层次来判断：

第1个阶段判断，判断是否有来自电缆终端接头的局部放电信号，通过比较瞬时脉冲信号的特征参数是否在电缆终端接头局部放电的上下边界之内，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则保留这些瞬时脉冲信号，将10次原始数据的提取结果叠加，绘制局部放电相位图谱，判断是否具有明显的相位图谱特征，如果无，则进行下一个阶段的判断，如果有，则判断为电缆终端接头的局部放电信号，计算放电量，并将结果写到数据库中；

第2个阶段判断，判断是否有来自电缆中间接头的局部放电信号，通过比较瞬时脉冲信号的特征参数是否在电缆中间接头局部放电的上下边界之内，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则保留这些瞬时脉冲信号，将10次原始数据的提取结果叠加，绘制局部放电相位图谱，判断是否具有明显的相位图谱特征，如果无，则进行下一个阶段的判断，如果有，则判断为电缆中间接头的局部放电信号，计算放电量，并将结果写到数据库中；

第3个阶段判断，判断是否有来自电缆本体的局部放电信号，通过比较瞬时脉冲信号的特征参数是否在电缆本体局部放电的上下边界之内，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则保留这些瞬时脉冲信号，将10次原始数据的提取结果叠加，绘制局部放电相位图谱，判断是否具有明显的相位图谱特征，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则判断为电缆本体的局部放电信号，计算放电量，并将结果写到数据库中；

第4个阶段判断，判断是否有来自电缆两端连接设备中的局部放电信号，通过比较瞬时脉冲信号的特征参数是否在电缆局部放电的上下边界之外，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则保留这些瞬时脉冲信号，将10次原始数据的提取结果叠加，绘制局部放电相位图谱，判断是否具有明显的相位图谱特征，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则判断为电缆两端连接设备的局部放电信号，计算放电量，并将结果写到数据库中。

高压电力设备局部放电检测系统的局部放电识别方法，包括对前三个通道的局部放电信号的识别和第四个通道的局部放电信号的识别；对第四个通道的局部放电信号的识别方法按以下步骤进行：通过TEV进行原始数据采集，原始数据为TEV耦合到的信号，以125MS/s为采样率、20ms为采样时间长度、外部触发为数据采集的触发源、10次重复采集开关柜的原始数据；通过白噪声水平自动设置瞬时脉冲信号的提取门槛值，保留低于该门槛值的瞬时脉冲信号；将10次原始数据的提取结果叠加，绘制局部放电相位图谱，判断是否具有明显的相位图谱特征，如果无，则结束整体识别过程，如果有，则判断为开关柜中的局部放电信号，计算放电量，并将结果写到数据库中。

本发明判断是否具有明显的相位图谱特征的方法采用现有技术，具体描述在文献“基于K-Means聚类算法的自动图谱识别在电缆局部放电在线监测系统中的应用”，作者靖小平、彭小圣等人，《高电压技术》，2012年9月第38卷第9期，第2437页-2446页。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

本发明可通过一套完备的信号传感与信号采集系统和一套新颖的局部放电识别方法，能极大提高电力设备局部放电检测的灵敏度和识别的正确率，具体如下：

(1)通过前三个通道高频电流互感器HFCT的信号检测，能有效耦合高压电缆接地线上的局部放电信号，通过相位信号获取单元获得的50Hz正弦信号，稳定触发信号采集，并通过10次采集叠加，获得更加清楚的局部放电相位图谱。通过50Hz高通滤波器，滤掉工频干扰信号，通过宽带增益放大器实现对微弱局部放电信号的放大。通过12位高速数字示波器的数据采集，实现对原始信号的有效采样。所有这些硬件组合，保证了高速、高精度、高灵敏度、高重复性局部放电原始数据的获取。

(2)根据根据电缆类型以及特征参数，构造局部放电信号在电缆中传播的传递函数，并根据电缆长度、电缆中间接头位置等参数，求解电缆终端接头、中间接头、电缆本体以及电缆两端连接设备中局部放电信号的特征参数的上下边界条件，这些边界条件的求取，将为干扰信号抑制提供很好的前提条件。

(3)根据局部放电信号分区边界条件，分为4个不同阶段判断电缆终端接头、中间接头、电缆本体以及电缆两端连接设备中是否有局部放电信号，将实现对多源头局部放电的同步判断，提高识别的准确度。

附图说明

图1是本发明的硬件系统示意图和传感器安装示意图；

图2是本发明对前三个通道的局部放电识别流程；

图3是本发明对第四个通道的局部放电识别流程。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步阐述，以下实例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

高压电力设备局部放电检测系统，包含一套完备的信号传感与信号采集系统和一套新颖的局部放电识别方法。

如图1所示，一种高压电力设备局部放电检测系统，包括三支高频电流互感器22、一支暂态地电波传感器TEV21、一支相位信号获取单元、三支50Hz高通滤波器25、一支低通滤波器24、三支宽带增益放大器26、数据采集单元11，其特征在于：每支HFCT22安装在一根高压电缆接地线33上，暂态地电波传感器TEV21安装在开关柜12外壁上；三支HFCT22分别通过一根BNC同轴电缆31依次连接一支50Hz高通滤波器25、一支宽带增益放大器26，并连接到数据采集单元11的前三个通道；一支TEV21通过另一根BNC同轴电缆31直接连接到数据采集单元11的第四通道；相位信号获取单元23安装在高压电缆32上，并通过又一根BNC同轴电缆31连依次接低通滤波器24和数据采集单元11的外部触发接口。所述的数据采集单元为LeCroy公司的HDO4000系列的12位高速数字示波器。当然也可以用LeCroy公司的HDO6000系列或HDO8000系列的12位高速数字示波器。

高压电力设备局部放电检测系统的局部放电识别方法，包括对前三个通道的局部放电信号的识别和第四个通道的局部放电信号的识别，如图2所示，对前三个通道的局部放电信号的识别方法按以下步骤进行：

步骤1，瞬时脉冲信号提取：分别通过三支HFCT22进行原始数据采集原始数据为HFCT(22)耦合到的信号，以125MS/s为采样率、20ms为采样时间长度、外部触发为数据采集的触发源、相位信号获取单元获取的50Hz正弦信号为触发信号、10次重复采集前三个通道的原始数据；对前三个通道的原始数据进行白噪声评估，通过白噪声水平自动设置瞬时脉冲信号的提取门槛值，保留低于该门槛值的瞬时脉冲信号；

步骤2，分区边界条件求取：根据电缆类型以及特征参数，特征参数为上升时间、下降时间、脉冲宽度、等效带宽和等效时间长度，构造局部放电信号在电缆中传播的传递函数f(L)＝A₀exp(-αL)，其中L为传播的距离，α为通过对电缆的测试实验得到的衰减系数，A₀为距离为0时的特征参数的测量值，f(L)为传播距离L之后的特征参数的值，并根据电缆长度和电缆中间接头的位置参数，求解电缆终端接头、中间接头、电缆本体以及电缆两端连接设备中局部放电信号的特征参数的上下边界条件；

步骤3，分区域确定局部放电信号位置，分4个不同阶段的层次来判断：

第1个阶段判断，判断是否有来自电缆终端接头的局部放电信号，通过比较瞬时脉冲信号的特征参数是否在电缆终端接头局部放电的上下边界之内，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则保留这些瞬时脉冲信号，将10次原始数据的提取结果叠加，绘制局部放电相位图谱，判断是否具有明显的相位图谱特征，如果无，则进行下一个阶段的判断，如果有，则判断为电缆终端接头的局部放电信号，计算放电量，并将结果写到数据库中；

第2个阶段判断，判断是否有来自电缆中间接头的局部放电信号，通过比较瞬时脉冲信号的特征参数是否在电缆中间接头局部放电的上下边界之内，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则保留这些瞬时脉冲信号，将10次原始数据的提取结果叠加，绘制局部放电相位图谱，判断是否具有明显的相位图谱特征，如果无，则进行下一个阶段的判断，如果有，则判断为电缆中间接头的局部放电信号，计算放电量，并将结果写到数据库中；

第3个阶段判断，判断是否有来自电缆本体的局部放电信号，通过比较瞬时脉冲信号的特征参数是否在电缆本体局部放电的上下边界之内，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则保留这些瞬时脉冲信号，将10次原始数据的提取结果叠加，绘制局部放电相位图谱，判断是否具有明显的相位图谱特征，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则判断为电缆本体的局部放电信号，计算放电量，并将结果写到数据库中；

第4个阶段判断，判断是否有来自电缆两端连接设备中的局部放电信号，通过比较瞬时脉冲信号的特征参数是否在电缆局部放电的上下边界之外，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则保留这些瞬时脉冲信号，将10次原始数据的提取结果叠加，绘制局部放电相位图谱，判断是否具有明显的相位图谱特征，如果无，则进行下一个阶段的判断；如果有，则判断为电缆两端连接设备的局部放电信号，计算放电量，并将结果写到数据库中。

高压电力设备局部放电检测系统的局部放电识别方法，包括对前三个通道的局部放电信号的识别和第四个通道的局部放电信号的识别。如图3所示，对第四个通道的局部放电信号的识别方法按以下步骤进行：通过TEV进行原始数据采集，原始数据为TEV耦合到的信号，以125MS/s为采样率、20ms为采样时间长度、外部触发为数据采集的触发源、10次重复采集开关柜的原始数据；通过白噪声水平自动设置瞬时脉冲信号的提取门槛值，保留低于该门槛值的瞬时脉冲信号；将10次原始数据的提取结果叠加，绘制局部放电相位图谱，判断是否具有明显的相位图谱特征，如果无，则结束整体识别过程，如果有，则判断为开关柜中的局部放电信号，计算放电量，并将结果写到数据库中。

本发明判断是否具有明显的相位图谱特征的方法采用现有技术，具体描述在文献“基于K-Means聚类算法的自动图谱识别在电缆局部放电在线监测系统中的应用”，作者靖小平、彭小圣等人，《高电压技术》，2012年9月第38卷第9期，第2437页-2446页。