專利名稱：一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置及其定位方法。
背景技術(shù)：
干式變壓器是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用在煉油廠和海上石油平臺(tái)等特 殊場(chǎng)合。統(tǒng)計(jì)資料顯示，目前干式變壓器的主要故障以絕緣故障為主，絕緣故障主要表現(xiàn)為絕緣的劣化。另一方面局部放電既是絕緣劣化的原因，也是絕緣劣化的表現(xiàn)形式。局部放電的檢測(cè)能夠提前反映干式變壓器的絕緣狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)干式變壓器內(nèi)部的絕緣缺陷，預(yù)防潛伏性和突發(fā)性事故的發(fā)生。因此及時(shí)有效地檢測(cè)到局部放電信號(hào)并給出局部源的位置對(duì)于干式變壓器的維護(hù)有著重要的意義。局部放電的定位是根據(jù)局部放電過程中產(chǎn)生的電磁波、聲、光、熱和化學(xué)變化等現(xiàn)象，其定位方法有電氣定位、超聲波定位、光定位、熱定位和DGA(Dissolved Gas Analysis)定位等。目前，國(guó)內(nèi)外研究最多、應(yīng)用最廣泛的是局部放電超聲波定位法。局部放電超聲波定位法是根據(jù)局部放電產(chǎn)生的超聲波傳播方向和時(shí)間來確定放電位置的。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問題局部放電超聲波定位法的準(zhǔn)確度和靈敏度不高，最主要的原因是超聲波傳播的時(shí)延誤差過大。因?yàn)楦墒阶儔浩鲀?nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，超聲波信號(hào)在干式變壓器的樹脂和金屬等不同媒質(zhì)中傳播時(shí)受折射、反射和損耗等多種因素的影響，用于定位的實(shí)際時(shí)延估計(jì)往往不能準(zhǔn)確地得到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置及其定位方法，本發(fā)明提高了定位的精度和靈敏度，減少了超聲波傳播的時(shí)延誤差，詳見下文描述—種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置，包括分別在干式變壓器上設(shè)置有第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器、第四超聲波傳感器和超高頻傳感器，所述第一超聲波傳感器、所述第二超聲波傳感器、所述第三超聲波傳感器、所述第四超聲波傳感器分別采集局部放電信號(hào)中的超聲波信號(hào)，并傳輸至信號(hào)處理單元；所述超高頻傳感器采集局部放電信號(hào)中的超高頻信號(hào)，并傳輸至所述信號(hào)處理單元；所述信號(hào)處理單元接收四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)，并分別對(duì)所述四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理，將處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集卡；所述數(shù)據(jù)采集卡將所述處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為四路超聲波數(shù)字信號(hào)和一路超高頻數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)，當(dāng)達(dá)到定位觸發(fā)要求時(shí)，所述四路超聲波數(shù)字信號(hào)或所述四路超聲波數(shù)字信號(hào)與所述一路超高頻信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電位置的定位。
所述方法包括以下步驟(I)數(shù)據(jù)采集卡將處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為四路超聲波數(shù)字信號(hào)和一路超高頻數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)；(2)當(dāng)四路超聲波信號(hào)中的任意一路信號(hào)滿足定位觸發(fā)要求時(shí)，計(jì)算機(jī)采用第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器和第四超聲波傳感器進(jìn)行定位，獲取第一局部放電位置；(3)當(dāng)采用超高頻傳感器獲得 的超高頻信號(hào)滿足觸發(fā)要求時(shí)，所述計(jì)算機(jī)采用所述第一超聲波傳感器、所述第二超聲波傳感器、所述第三超聲波傳感器和所述第四超聲波傳感器獲得的超聲波信號(hào)及4路超聲波信號(hào)與超高頻傳感器的時(shí)間差進(jìn)行定位，獲取第二局部放電位置；(4)所述計(jì)算機(jī)對(duì)所述第一局部放電位置和所述第二局部放電位置取平均值，輸出局部放電位置。所述計(jì)算機(jī)采用第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器和第四超聲波傳感器進(jìn)行定位，獲取第一局部放電位置具體為P(x，y，z)表示局部放電點(diǎn)，S1, S2，S3,&分別表示超聲波傳感器的位置坐標(biāo)，StlU'I’表示所述超高頻傳感器的位置坐標(biāo)，設(shè)各超聲波傳感器到所述局部放電位置的距離為L(zhǎng)i(i=l，2，3，4)L2i = (x-XiY + (y — Vj)~ + (二-二,)~ ； Li=V (t+ Δ tj)V為超聲波信號(hào)在所述干式變壓器中的傳播速度；t為測(cè)量到的超聲波信號(hào)到達(dá)觸發(fā)超聲波傳感器第一個(gè)峰值所需時(shí)間ti為信號(hào)到達(dá)任意兩路超聲波傳感器的時(shí)延，設(shè)Fi (x, y,z,t)為各項(xiàng)殘差，(X*，/，z*，t)為所述第一局部放電位置，通過求解
I I Fi (x*, y' z*, t*) I i2=min^ Fil | (x, y, z, t) | 12獲取所述第一局部放電位置。
f=l所述所述計(jì)算機(jī)采用所述第一超聲波傳感器、所述第二超聲波傳感器、所述第三超聲波傳感器和所述第四超聲波傳感器獲得的超聲波信號(hào)及4路超聲波信號(hào)與超高頻傳感器的時(shí)間差進(jìn)行定位，獲取第二局部放電位置具體為讀取所述第一超聲波傳感器、所述第二超聲波傳感器、所述第三超聲波傳感器、所述第四超聲波傳感器同時(shí)到達(dá)最大峰值的第一時(shí)間，讀取所述超高頻傳感器到達(dá)最大峰值的第二時(shí)間，獲取所述第一時(shí)間和所述第二時(shí)間的差作為時(shí)延量Λ t ;通過一階泰勒公式和雅克比矩陣，并將所述第一局部放電位置作為初值進(jìn)行迭代運(yùn)算，當(dāng)?shù)Y(jié)果滿足局放定位誤差約束條件S和相鄰兩次迭代誤差的模小于定位精度約束ε時(shí)，輸出所述第二局部放電位置。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明通過四路超聲波傳感器和一路超高頻傳感器的結(jié)合使用，提高了定位的精度；并且通過兩種定位方式提高了檢測(cè)局部放電位置的精度，減少了超聲波傳播的時(shí)延誤差；本發(fā)明不僅能夠?qū)崟r(shí)捕捉、存儲(chǔ)干式變壓器局部放電波形，通過對(duì)局部放電波形進(jìn)行分析，為干式變壓器的設(shè)備事故原因分析提供可靠數(shù)據(jù)，而且其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。


圖I為本發(fā)明提供的一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的局部放電定位的示意圖；圖3為本發(fā)明提供的一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置的控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。為了提高定位的精度和靈敏度，減少超聲波傳播的時(shí)延誤差，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置及其定位方法，詳見下文描述—種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置，參見圖1，包括分別在干式變壓器I上 設(shè)置有第一超聲波傳感器2、第二超聲波傳感器3、第三超聲波傳感器4、第四超聲波傳感器5和超高頻傳感器6，第一超聲波傳感器2、第二超聲波傳感器3、第三超聲波傳感器4、第四超聲波傳感器5分別采集局部放電信號(hào)中的超聲波信號(hào)，并傳輸至信號(hào)處理單元7 ;超高頻傳感器6采集局部放電信號(hào)中的超高頻信號(hào)，并傳輸至信號(hào)處理單元7 ;信號(hào)處理單元7接收四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)，并分別對(duì)四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理，將處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集卡8 ;數(shù)據(jù)采集卡8將處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為四路超聲波數(shù)字信號(hào)和一路超高頻數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)，當(dāng)達(dá)到觸發(fā)要求時(shí)，四路超聲波數(shù)字信號(hào)或四路超聲波數(shù)字信號(hào)與一路超高頻信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)9，計(jì)算機(jī)9進(jìn)行計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電位置的定位。其中，干式變壓器I產(chǎn)生局部放電信號(hào)主要原因有以下幾種干式變壓器I在制造過程中可能會(huì)在絕緣樹脂內(nèi)部出現(xiàn)氣泡等；干式變壓器I內(nèi)部存在懸浮電位，雜質(zhì)等。該在線監(jiān)測(cè)裝置能夠長(zhǎng)期在線運(yùn)行實(shí)時(shí)采樣、能夠捕捉、存儲(chǔ)干式變壓器I局部放電的波形、通過波形進(jìn)行定位，為干式變壓器I的設(shè)備事故原因分析提供數(shù)據(jù)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，第一超聲波傳感器2、第二超聲波傳感器3、第三超聲波傳感器4、第四超聲波傳感器5和超高頻傳感器6安裝在干式變壓器I的外殼上。數(shù)據(jù)采集卡8通過總線插槽與計(jì)算機(jī)9連接。一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置的控制方法，參見圖2和圖3，該方法包括以下步驟101 :數(shù)據(jù)采集卡8將處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為四路超聲波數(shù)字信號(hào)和一路超高頻數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)；102:當(dāng)四路超聲波信號(hào)中的任意一路信號(hào)滿足定位觸發(fā)要求時(shí)，計(jì)算機(jī)9采用第一超聲波傳感器2、第二超聲波傳感器3、第三超聲波傳感器4和第四超聲波傳感器5進(jìn)行定位，獲取第一局部放電位置；本方法不考慮局部放電信號(hào)在傳播過程中的折反射以及噪聲的加入，將局部放電信號(hào)簡(jiǎn)化成圖2所不。參見圖2，P(x，y，z)表不局部放電點(diǎn)，S1, S2,S3, S4分別表示超聲波傳感器的位置坐標(biāo)，S0 U’，y’，z’)表示超高頻傳感器的位置坐標(biāo)，圖中Si (XilYilZi) (i=l，2，3，4)表示已知變量，圖中的坐標(biāo)量是根據(jù)干式變壓器I所建立的空間設(shè)定的。其中，該步驟具體為
設(shè)各超聲波傳感器到局部放電位置的距離為L(zhǎng)i(i=l，2，3，4)可用下列式子表示
權(quán)利要求
1.一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括分別在干式變壓器上設(shè)置有第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器、第四超聲波傳感器和超高頻傳感器， 所述第一超聲波傳感器、所述第二超聲波傳感器、所述第三超聲波傳感器、所述第四超聲波傳感器分別采集局部放電信號(hào)中的超聲波信號(hào)，并傳輸至信號(hào)處理單元；所述超高頻傳感器采集局部放電信號(hào)中的超高頻信號(hào)，并傳輸至所述信號(hào)處理單元；所述信號(hào)處理單元接收四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)，并分別對(duì)所述四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理，將處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集卡；所述數(shù)據(jù)采集卡將所述處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為四路超聲波數(shù)字信號(hào)和一路超高頻數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)，當(dāng)達(dá)到定位觸發(fā)要求時(shí)，所述四路超聲波數(shù)字信號(hào)或所述四路超聲波數(shù)字信號(hào)與所述一路超高頻信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電位置的定位。
2.一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)數(shù)據(jù)采集卡將處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為四路超聲波數(shù)字信號(hào)和一路超高頻數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)； (2)當(dāng)四路超聲波信號(hào)中的任意一路信號(hào)滿足定位觸發(fā)要求時(shí)，計(jì)算機(jī)采用第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器和第四超聲波傳感器進(jìn)行定位，獲取第一局部放電位置； (3)當(dāng)采用超高頻傳感器獲得的超高頻信號(hào)滿足觸發(fā)要求時(shí)，所述計(jì)算機(jī)采用所述第一超聲波傳感器、所述第二超聲波傳感器、所述第三超聲波傳感器和所述第四超聲波傳感器獲得的超聲波信號(hào)及4路超聲波信號(hào)與超高頻傳感器的時(shí)間差進(jìn)行定位，獲取第二局部放電位置； (4)所述計(jì)算機(jī)對(duì)所述第一局部放電位置和所述第二局部放電位置取平均值，輸出局部放電位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置的控制方法，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)采用第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器和第四超聲波傳感器進(jìn)行定位，獲取第一局部放電位置具體為 P(x, y, z)表示局部放電點(diǎn)，S1, S2, S3, S4分別表示超聲波傳感器的位置坐標(biāo)，S0 (x’，y’，z’)表示所述超高頻傳感器的位置坐標(biāo)， 設(shè)各超聲波傳感器到所述局部放電位置的距離為L(zhǎng)i (i=l, 2，3，4)
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置的控制方法，其特征在于，所述所述計(jì)算機(jī)采用所述第一超聲波傳感器、所述第二超聲波傳感器、所述第三超聲波傳感器和所述第四超聲波傳感器獲得的超聲波信號(hào)及4路超聲波信號(hào)與超高頻傳感器的時(shí)間差進(jìn)行定位，獲取第二局部放電位置具體為 讀取所述第一超聲波傳感器、所述第二超聲波傳感器、所述第三超聲波傳感器、所述第四超聲波傳感 器同時(shí)到達(dá)最大峰值的第一時(shí)間，讀取所述超高頻傳感器到達(dá)最大峰值的第二時(shí)間，獲取所述第一時(shí)間和所述第二時(shí)間的差作為時(shí)延量A t ;通過一階泰勒公式和雅克比矩陣，并將所述第一局部放電位置作為初值進(jìn)行迭代運(yùn)算，當(dāng)?shù)Y(jié)果滿足局放定位誤差約束條件S和相鄰兩次迭代誤差的模小于定位精度約束e時(shí)，輸出所述第二局部放電位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種干式變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置及其定位方法，第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器、第四超聲波傳感器分別采集局部放電信號(hào)中的超聲波信號(hào)，并傳輸至信號(hào)處理單元；超高頻傳感器采集局部放電信號(hào)中的超高頻信號(hào)，并傳輸至信號(hào)處理單元；信號(hào)處理單元分別對(duì)四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理，將處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集卡；將處理后的四路超聲波信號(hào)和一路超高頻信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為四路超聲波數(shù)字信號(hào)和一路超高頻數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)，達(dá)到觸發(fā)要求時(shí)，四路超聲波數(shù)字信號(hào)或四路超聲波數(shù)字信號(hào)與一路超高頻信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電位置的定位。
文檔編號(hào)G01R31/12GK102809719SQ201210279848
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者劉進(jìn)輝, 姚志義, 劉煉, 張鳳山, 劉萍, 王新華, 杜長(zhǎng)明, 劉為玉, 梁強(qiáng), 郭駿 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海油能源發(fā)展股份有限公司