專利名稱：電力電容器在線檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種電力電容器在線檢測方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，社會用電量迅速增長，電力系統(tǒng)的規(guī)模和輸送容量也迅速增長，對電力系統(tǒng)可靠運行的要求也越來越高。電力電容器在電力系統(tǒng)中的作用主要是補償電力系統(tǒng)感性負(fù)荷的無功功率，提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，降低線路損耗，其運行的可靠性直接關(guān)系電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。但是由于運行中受到過電壓、過電流、溫度、諧波等影響，因此絕緣介質(zhì)的強度會逐漸下降，明顯表現(xiàn)為局部放電的起始電壓降低，最后導(dǎo)致絕緣擊穿。實際故障的統(tǒng)計分析表明，絕緣故障是影響電力電容器正常運行的主要原因，而局部放電是造成絕緣故障的根本原因和初始征兆。因此，對電力電容器局部放電進(jìn)行 有效在線檢測，對電力電容器的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。伴隨著電力電容器絕緣局部放電的發(fā)生，放電電荷的轉(zhuǎn)移將在放電回路中形成脈沖電流信號，并產(chǎn)生寬頻電磁輻射信號，以及光和熱輻射，針對這些現(xiàn)象對應(yīng)產(chǎn)生了以脈沖電流法、超高頻檢測法等為代表的電測法和以超聲波檢測法、光檢測法等為代表的非電測量法。目前常用的檢測高壓電力電容器內(nèi)部局部放電信號的方法主要是超聲檢測法和脈沖電流法。超聲波檢測法由于電力電容器內(nèi)部是非常緊密的油浸紙、浸潰薄膜、以及浸潰紙和薄膜的組合結(jié)構(gòu)，使局部放電產(chǎn)生的聲波傳播受到影響，而且在安裝使用以及定量上也存在困難，因此目前在線檢測電力電容器局部放電信號仍然以脈沖電流法為主。傳統(tǒng)脈沖電流法檢測電力電容器局部放電信號時，由于試品的電容量大，現(xiàn)場干擾信號復(fù)雜多變，靈敏度大大降低，因此脈沖電流法的關(guān)鍵問題在于傳感器的選擇以及消噪方法的選擇。目前傳統(tǒng)的脈沖電流法檢測局部放電信號時基本上采用基于傅里葉變換的數(shù)字濾波法或者硬件濾波法來濾波。這些方法在一定程度上雖然能抑制干擾信號，但是原始的局部放電信號的能量損失比較大，且當(dāng)出現(xiàn)新干擾或者干擾的中心頻率發(fā)生變化時，原有的參數(shù)設(shè)置就會失效。小波變換雖然可以較好地提取局部放電信號，但該方法會使消噪后的信號損失部分能量，會使信號有所失真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種安裝方便、抗干擾能力強、靈敏度高的電力電容器在線檢測方法及裝置。為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下方案實現(xiàn)的一種電力電容器在線檢測方法，包括如下步驟( I)通過套接在電力電容器低壓套管接地線上的電流傳感器采集電力電容器局部放電信號；(2)采集到的電力電容器局部放電信號經(jīng)過信號調(diào)理后送至數(shù)據(jù)采集處理單元；(3)數(shù)據(jù)采集處理單元對調(diào)理后的電力電容器局部放電信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采樣；
(4)數(shù)據(jù)采集處理單元根據(jù)電力電容器局部放電信號波形特點對采集到的含有噪聲的電力電容器局部放電信號X (t)進(jìn)行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)，篩選各個本證模態(tài)函數(shù)(IMF)分量 Ci ；(5)選擇扁平結(jié)構(gòu)元素g對各分解尺度下的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)交替混合濾波，得到新的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci’ ；(6)先采用3σ粗差準(zhǔn)則檢測新的本證模態(tài)函數(shù)分量c/，求出隨機噪聲的均方值σ i，得到σ i后取閾值\為3 σ ,;后利用硬閾值規(guī)則對新的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci'進(jìn)行閾值判別，得到閾值處理后的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci";(7)由閾值處理后的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci"重構(gòu)，得到消噪之后的電力電容器局部放電信號；(8)消噪之后的電力電容器局部放電信號送入計算機中進(jìn)行數(shù)字信號進(jìn)行統(tǒng)計分析及處理，獲取電力電容器在線工作狀況。由于步驟(4)中IMF分量需滿足的條件主要有在整個數(shù)據(jù)序列中極值點的數(shù)量與過零點的數(shù)量必須相等，或最多相差不能多于一個；在任意時間點上信號的局部極大值和局部極小值定義的包絡(luò)平均值為零。EMD分解的過程就是提取IMF的過程。因此，上述步驟(4)中EMD分解的過程為(4. I)確定原始局部放電信號X (t)的所有極大值點和極小值點；(4. 2)采用樣條函數(shù)求出X (t)的上下包絡(luò)線，并計算上下包絡(luò)線的均值m (t)；(4. 3)作差 h (t) =x (t)_m (t)；(4. 4)判斷h (t)是否滿足篩選終止條件meanlX^t) ] < ε，其中mean[I^k(t)]表示hi,k(t)的均值曲線，ε為一個預(yù)設(shè)的足夠小的數(shù)值，若滿足上述篩選條件則轉(zhuǎn)(4. 5)，否則將h (t)作為新的輸入信號轉(zhuǎn)至(4. I);(4.5)令。=11 (t), c 為一個 IMF 分量,作差 r = x (t)_c;(4. 6)判斷r是否滿足終止條件為一個常量或一個單調(diào)的函數(shù)，若滿足上述終止條件則EMD分解過程結(jié)束，不能提取的為殘留量，若不滿足則將r作為新的輸入信號轉(zhuǎn)至(4. I)；對于總階數(shù)為η的時間序列，EMD分解之后的信號可表示為
權(quán)利要求
1.電力電容器在線檢測方法，其特征是包括如下步驟 (1)通過套接在電力電容器低壓套管接地線上的電流傳感器采集電力電容器局部放電信號; (2)采集到的電力電容器局部放電信號經(jīng)過信號調(diào)理后送至數(shù)據(jù)采集處理單元； (3)數(shù)據(jù)采集處理單元對調(diào)理后的電力電容器局部放電信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采樣； (4)數(shù)據(jù)采集處理單元根據(jù)電力電容器局部放電信號波形特點對采集到的含有噪聲的電力電容器局部放電信號X (t)進(jìn)行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，篩選各個本證模態(tài)函數(shù)分量Ci ； (5)選擇扁平結(jié)構(gòu)元素g對各分解尺度下的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)交替混合濾波，得到新的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci’ ； (6)先采用3O粗差準(zhǔn)則檢測新的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci’，求出隨機噪聲的均方值0 i，得到O ,后取閾值\為3 0 i ;后利用硬閾值規(guī)則對新的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci'進(jìn)行閾值判另IJ，得到閾值處理后的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci"； (7)由閾值處理后的本證模態(tài)函數(shù)分量Ci"重構(gòu)，得到消噪之后的電力電容器局部放電信號； (8)消噪之后的電力電容器局部放電信號送入計算機中進(jìn)行數(shù)字信號進(jìn)行統(tǒng)計分析及處理，獲取電力電容器在線工作狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力電容器在線檢測方法，其特征是步驟(4)中所述經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的具體過程為 (4. I)確定原始局部放電信號即含有噪聲的電力電容器局部放電信號X (t)的所有極大值點和極小值點； (4. 2)采用樣條函數(shù)求出X (t)的上下包絡(luò)線，并計算上下包絡(luò)線的均值m (t)； (4. 3)將獲得的均值m (t)與原始局部放電信號X (t)作差，即h (t) = X (t)-m (t)； (4.4)判斷11(t)是否滿足篩選終止條件:mean IX,k(t) ] < e ,其中mean Q^k (t)]表 的均值曲線，e為一個預(yù)設(shè)的足夠小的數(shù)值； 若滿足上述篩選條件則轉(zhuǎn)(4. 5)，否則將h (t)作為新的輸入信號轉(zhuǎn)至(4. I)； (4.5)$c=h(t), c為一個本證模態(tài)函數(shù)分量,作差r = X (t) -C ； (4.6)判斷r是否滿足終止條件ri為一個常量或一個單調(diào)的函數(shù)； 若滿足上述終止條件則經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解過程結(jié)束，不能提取的為殘留量，若不滿足則將r作為新的輸入信號轉(zhuǎn)至(4. I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力電容器在線檢測方法，其特征是對于總階數(shù)為n的時間序列，經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解之后的信號表示為 n 1=1 其中Ci(t)為本證模態(tài)函數(shù)分量；r(t)為殘余函數(shù),為單調(diào)函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力電容器在線檢測方法，其特征是步驟(5)中選擇信號長度為1/100的扁平結(jié)構(gòu)元素對信號進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)交替混合濾波處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力電容器在線檢測方法，其特征是步驟(5)所述的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)交替混合濾波的算法公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力電容器在線檢測方法，其特征是步驟(6)所述硬閾值規(guī)則為，
7.電力電容器在線檢測裝置，其特征是主要由電流互感器、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集處理單元和計算機組成，其中數(shù)據(jù)采集處理單元包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采樣模塊、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解篩選本證模態(tài)函數(shù)分量模塊、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)交替混合濾波器、閾值量化處理模塊和重構(gòu)模塊；電流互感器套接在電力電容器低壓套管接地線上，電流互感器的輸出端經(jīng)由信號調(diào)理單元與數(shù)據(jù)采集處理單元的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解篩選本證模態(tài)函數(shù)分量模塊的輸入端相連，經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解篩選本證模態(tài)函數(shù)分量模塊輸出端連接數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)交替混合濾波器的輸入端，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)交替混合濾波器的輸出端通過閾值量化處理模塊連接至重構(gòu)模塊的輸入端；重構(gòu)模塊的輸出端接入計算機； 電流互感器，采集電力電容器局部放電信號； 信號調(diào)理單元，對采集到的局部放電信號進(jìn)行預(yù)處理； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，對調(diào)理后的電力電容器局部放電信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 數(shù)據(jù)采樣模塊，對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電力電容器局部放電信號進(jìn)行采樣； 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解篩選本證模態(tài)函數(shù)分量模塊，將含有噪聲的電力電容器局部放電信號進(jìn)行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，篩選本證模態(tài)函數(shù)分量； 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)交替混合濾波器，采用扁平結(jié)構(gòu)元素對各個本證模態(tài)函數(shù)分量進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)交替混合濾波； 閾值量化處理模塊，先通過3 O粗差準(zhǔn)則確定各個閾值后利用硬閾值規(guī)則對新的本證模態(tài)函數(shù)分量進(jìn)行閾值量化處理； 重構(gòu)模塊，通過閾值處理后的本證模態(tài)函數(shù)分量進(jìn)行重構(gòu)，得到消噪之后的電力電容器局部放電信號；計算機，對消噪之后的電力電容器局部放電信號進(jìn)行統(tǒng)計分析及處理，獲取電力電容器在線工作狀況。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力電容器在線檢測裝置，其特征是所述信號調(diào)理單元包括前置放大單元、帶通濾波單元和后級放大單元；前置放大單元的輸入端與電流互感器的輸出端相連，帶通濾波單元的輸入端連接前置放大單元的輸出端，帶通濾波單元的輸出端與后級放大單元的輸入端相連，后級放大單元的輸出端連接數(shù)據(jù)采集處理單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力電容器在線檢測裝置，其特征是所述電流互感器為寬帶高頻電流互感器?！?br> 全文摘要
本發(fā)明公開一種電力電容器在線檢測方法及裝置；通過電流傳感器采集電容器含有噪聲的局部放電信號；該信號經(jīng)處理后利用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解將復(fù)雜信號分解成有限個本征模態(tài)函數(shù)分量；通過扁平結(jié)構(gòu)元素對本證模態(tài)函數(shù)分量進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)交替混合濾波；再采用3σ粗差準(zhǔn)則確定閾值及硬閾值規(guī)則對新的本證模態(tài)函數(shù)分量進(jìn)行閾值判別；由閾值處理后的本證模態(tài)函數(shù)分量重構(gòu)得消噪之后的電力電容器局部放電信號；該信號送入計算機中獲取電容器在線工作狀況。本發(fā)明對處理非線性非平穩(wěn)信號具有清晰的物理意義，在頻域和時域具有很好的局部化特性，可以最大限度的保留信號的原始形態(tài)特征，分析信號局部信號動態(tài)行為和特性，較好地實現(xiàn)了電力電容器在線檢測的目標(biāo)。
文檔編號G01R31/12GK102736000SQ20121023372
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者延紅艷, 張科偉, 李震, 楊升振, 申雙江, 范興明, 陳佩翔, 黃知超 申請人:桂林電子科技大學(xué)