專利名稱：變壓器局部放電定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于變壓器放電監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種變壓器局部放電定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電カ變壓器是電カ系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其運行可靠性直接影響著整個系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。據(jù)不完全統(tǒng)計，在已有記錄的事故中，由變壓器故障所引起的事故占了很大的比例，而局部放電是導(dǎo)致電カ變壓器故障的主要原因之一，也是絕緣劣化的重要征兆和表現(xiàn)形式，因此對局部放電的深入研究已經(jīng)逐漸成為廣大科研工作者的重要課題?，F(xiàn)有的變壓器局部放電檢測方法大多以發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的電脈沖、電磁輻射、光、超聲波等現(xiàn)象為依據(jù)，相應(yīng)的定位方法包括電氣定位法、超高頻電磁波定位法、光定位法和超聲波定位法等。 電氣定位法通過檢測阻抗檢測套管末屏接地線等位置由于局放引起的脈沖電流，獲得視在放電量，該方法比較成熟，國際電エ委員會(IEC)專門制定了相應(yīng)的規(guī)程，但由于該方法確定的是局部放電發(fā)生的電氣位置而非空間位置，且易受干擾，實際中很少采用。超高頻電磁波定位法通過檢測變壓器局部放電的超高頻電磁波信號來獲得局部放電信息，并利用時延關(guān)系實現(xiàn)定位。通常，為了得到更加精確的結(jié)果，現(xiàn)場測試時選擇將超高頻傳感器內(nèi)置，造成設(shè)備安裝不方便。光定位法通過檢測并提取局部放電超聲信號傳播到光纖上時，光纖的形變情況對局部放電進行定位。由于光信號不受電磁干擾，具有很高的靈敏度，因此可以方便地確定局放源的位置。但由于變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何埋設(shè)光纖是目前的一大難點，而且光纖傳感器的分辨率也不能滿足工程需要。超聲波定位法根據(jù)局部放電時產(chǎn)生的超聲波傳播的方向和時間來確定局放源的方位，包括“電-聲”法和“聲-聲”法兩大類?！半?聲”法利用放電脈沖信號作為基準，獲取超聲波的傳播時間，進而得出放電源與傳感器的距離，但其僅獲得空間距離，對于定位還需其他方法輔助。“聲-聲”法根據(jù)多個超聲傳感器和放電源的距離，經(jīng)各種方法確定局放源的具體位置，但由于超聲波在變壓器內(nèi)部的傳播很復(fù)雜，且衰減嚴重，導(dǎo)致檢測系統(tǒng)靈敏度不高，定位誤差較大，甚至出現(xiàn)錯誤。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種變壓器局部放電定位系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有的變壓器局部放電定位方法存在的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出的技術(shù)方案是，一種變壓器局部放電定位系統(tǒng)，其特征是所述定位系統(tǒng)包括超高頻傳感器、檢波放大器、超聲波傳感器陣列單元、濾波放大器、多通道同歩數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器；所述超高頻傳感器和檢波放大器相連；[0011]所述超聲波傳感器陣列單元由多個布設(shè)在同一平面的超聲波傳感器組成，每個超聲波傳感器分別與濾波放大器相連；所述檢波放大器和濾波放大器分別與多通道同歩數(shù)據(jù)采集器相連；所述多通道同歩數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器相連。所述超聲波傳感器陣列單元的相鄰兩個超聲波傳感器的距離是超聲波在變壓器油中波長的一半。所述數(shù)據(jù)處理器采用計算機、筆記本或者平板電腦。本實用新型通過比較超高頻信號和超聲波信號的時域波形，確定超高頻信號和超聲波信號的時序關(guān)系，從而可以準確獲得變壓器局部放電源與超聲波傳感器陣列單元之間的距離，再通過估算變壓器局部放電源與超聲波傳感器陣列單元所在平面的方位角和俯仰 角，獲得變壓器局部放電源在空間中的位置，這種聯(lián)合超高頻和超聲波技術(shù)測量變壓器局部放電源的方法，定位速度更高，定位精度更準。

圖I是變壓器局部放電定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是檢波后的超高頻電磁信號和選定的濾波后的超聲波信號的時域波形對比圖；圖3是利用空間譜估計算法估算變壓器局部放電源相對于超聲波傳感器陣列單元所在平面的方位角和俯仰角的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實用新型的范圍及其應(yīng)用。圖I是變壓器局部放電定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在圖I中，本實用新型提供的變壓器局部放電定位系統(tǒng)包括超高頻傳感器、檢波放大器、超聲波傳感器陣列單元、濾波放大器、多通道同歩數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器。超高頻傳感器和檢波放大器相連。超聲波傳感器陣列單元由多個布設(shè)在同一平面的超聲波傳感器組成，每個超聲波傳感器分別與濾波放大器相連。在布設(shè)超聲波陣列傳感器時，為達到更好的測量效果，最好使超聲波傳感器陣列單元中的相鄰兩個超聲波傳感器的距離為超聲波在變壓器油中波長的一半。檢波放大器和濾波放大器分別與多通道同歩數(shù)據(jù)采集器相連。多通道同歩數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器相連。超高頻傳感器用于檢測變壓器發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的超高頻電磁信號，并將檢測到的超高頻電磁信號發(fā)送至檢波放大器。檢波放大器用于接收超高頻傳感器發(fā)送的超高頻電磁信號，并對超高頻電磁信號進行檢波后發(fā)送至多通道同歩數(shù)據(jù)采集器。檢波放大器對超高頻電磁信號進行檢波包括檢波放大器先將接收的超高頻電磁信號轉(zhuǎn)換為低頻電磁信號，再將轉(zhuǎn)換后的低頻電磁信號進行放大。檢波放大器對超高頻電磁信號進行檢波處理，有利于多通道同歩數(shù)據(jù)采集器采集超聞頻電磁イ目號。超聲波傳感器用于檢測變壓器發(fā)生局部放電時產(chǎn)生的超聲波信號，并將檢測到的超聲波信號發(fā)送至濾波放大器。濾波放大器用于接收超聲波傳感器發(fā)送的超聲波信號，并對超聲波信號進行濾波后發(fā)送至多通道同歩數(shù)據(jù)采集器。濾波放大器對超聲波信號進行濾波包括濾波放大器先對接收的超聲波信號進行濾波處理，濾除干擾信號，再將濾波處理后的超聲波信號進行放大。濾波放大器對超聲波信號進行濾波處理，有利于多通道同歩數(shù)據(jù)采集器采集超聲波信號。多通道同歩數(shù)據(jù)采集器用于接收檢波放大器發(fā)送的檢波后的超高頻電磁信號以及濾波放大器發(fā)送的濾波后的超聲波信號，并將接收的檢波后的超高頻電磁信號和濾波后的超聲波信號發(fā)送至數(shù)據(jù)處理器。多通道同歩數(shù)據(jù)采集器可以指定其中一個通道作為超高頻電磁信號采集通道，而剩余的通道用于采集超聲波信號。剰余的通道中，每個通道采集ー個超聲波傳感器檢測并經(jīng)過濾波放大器濾波的超聲波信號。具體實施時，超高頻傳感器和超聲波傳感器在分別發(fā)送超高頻電磁信號和超聲波信號時，可以連同超高頻傳感器ID和超聲波傳感器ID —起發(fā)送，多通道同歩數(shù)據(jù)采集器接收信號后，根據(jù)傳感器ID將信號送入相應(yīng)通道。數(shù)據(jù)處理器用于接收并存儲多通道同歩數(shù)據(jù)采集器發(fā)送的檢波后的超高頻電磁信號和濾波后的超聲波信號，井根據(jù)檢波后的超高頻電磁信號和濾波后的超聲波信號，對變壓器局部放電源進行定位。數(shù)據(jù)處理器具有接收和存儲信號的功能，同時還具有變壓器局部放電源定位的功能，即具備計算功能，所以數(shù)據(jù)處理器一般采用計算機、筆記本或者平板電腦等具有存儲數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)計算能力的設(shè)備。數(shù)據(jù)處理器定位變壓器的局部放電源的大致過程是首先，數(shù)據(jù)處理器選取位于超聲波傳感器陣列單元幾何中心的超聲波傳感器的濾波后的超聲波信號，作為選定的濾波后的超聲波信號。通過比較檢波后的超高頻電磁信號和選定的濾波后的超聲波信號的時域波形，確定超高頻電磁信號和超聲波信號的時間差。圖2是檢波后的超高頻電磁信號和選定的濾波后的超聲波信號的時域波形對比圖。由于電磁波在空氣中的傳播速度近似于光速，因此相對于超聲波信號，可以認為接收到超高頻電磁信號的時刻即為變壓器局部放電發(fā)生的時刻。以超高頻電磁信號為時間基準，通過時序的配合得到超聲波的傳輸時延。圖2中，b表示變壓器局部放電發(fā)生的時刻，、表示超聲傳感器接收到超聲波信號的時刻，則Δ t為傳輸時延,該傳輸時延即為超高頻電磁信號和超聲波信號的時間差。其次，根據(jù)超高頻電磁信號和超聲波信號的時間差，計算變壓器局部放電源與超聲波傳感器陣列單元幾何中心的距離。計算變壓器局部放電源與超聲波傳感器陣列單元的距離具體采用公式L=CtjilX At ;其中，L變壓器局部放電源與超聲波傳感器陣列單元幾何中心的距離，Coil為超聲波在變壓器油中傳輸?shù)乃俣?，At為超高頻電磁信號和超聲波信號的時間差。接下來，利用空間譜估計算法估算變壓器局部放電源相對于超聲波傳感器陣列單元所在平面的方位角和俯仰角。如圖3所示，先以超聲波傳感器陣列單元中的任意ー個超聲波傳感器為原點，以超聲波傳感器陣列單元所在平面為空間直角坐標系的橫軸(X軸)和縱軸(y軸)所在平面，建立空間直角坐標系；再選取與位于原點的超聲波傳感器相鄰的超聲波傳感器，記為相鄰原點的超聲波傳感器；然后根據(jù)方程2疋
β =—— ；v cos θ si.ii φ + ν si.ii θ sin φ)C1 )
λ "估算變壓器局部放電源相對于超聲波傳感器陣列單元所在平面的方位角和俯仰角。上述公式(I)中，β為位于原點的超聲波傳感器和相鄰原點的超聲波傳感器檢測到的超聲波信號的相位差，λ為超聲波在變壓器油中的波長，X為相鄰原點的超聲波傳感器的橫坐標，y為相鄰原點的超聲波傳感器的縱坐標。Θ為變壓器局部放電源相對于超聲波傳感器陣列単元所在平面的方位角，表示變壓器局部放電源產(chǎn)生的電波方向在xoy平面投影與X正半軸的夾角。P為變壓器局部放電源相對于超聲波傳感器陣列單元所在平面的俯仰角，表示變壓器局部放電源產(chǎn)生的電波方向與法線z正半軸的夾角。由于位于原點的超聲波傳感器和相鄰原點的超聲波傳感器的路程差s可以由公式
s. = (.-V cos Θ c.os(p+ V sin O cos φ)確定，因此可以據(jù)此得到位于原點的超聲波傳感器和相鄰原點的超聲波傳感器的相位差β。再根據(jù)公式(1)，可以估算變壓器局部放電源相對于超聲波傳感器陣列單元所在平面的方位角和俯仰角。最后，根據(jù)變壓器局部放電源與超聲波傳感器陣列單元幾何中心的距離、變壓器局部放電源相對于超聲波傳感器陣列單元所在平面的方位角和俯仰角確定變壓器局部放電源的位置。由于之前已經(jīng)計算出了變壓器局部放電源與超聲波傳感器陣列單元的幾何中心的距離，因此變壓器局部放電源一定是在以超聲波傳感器陣列單元的幾何中心為圓心，變壓器局部放電源與超聲波傳感器陣列單元的幾何中心的距離為半徑的圓球上。同時，估算出了變壓器局部放電源相對于超聲波傳感器陣列單元所在平面的方位角和俯仰角。因此，能夠得出的圓球上的滿足方位角和俯仰角的點，其即為實際的變壓器局部放電源。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求1.一種變壓器局部放電定位系統(tǒng)，其特征是所述定位系統(tǒng)包括超高頻傳感器、檢波放大器、超聲波傳感器陣列單元、濾波放大器、多通道同步數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器； 所述超高頻傳感器和檢波放大器相連； 所述超聲波傳感器陣列單元由多個布設(shè)在同一平面的超聲波傳感器組成，每個超聲波傳感器分別與濾波放大器相連； 所述檢波放大器和濾波放大器分別與多通道同步數(shù)據(jù)采集器相連； 所述多通道同步數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器局部放電定位系統(tǒng)，其特征是所述超聲波傳感器陣列單元的相鄰兩個超聲波傳感器的距離是超聲波在變壓器油中波長的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓器局部放電定位系統(tǒng)，其特征是所述數(shù)據(jù)處理器采用計算機、筆記本或者平板電腦。
專利摘要本實用新型公開了變壓器放電監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域中的一種變壓器局部放電定位系統(tǒng)。定位系統(tǒng)包括超高頻傳感器、檢波放大器、超聲波傳感器陣列單元、濾波放大器、多通道同步數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器；超高頻傳感器和檢波放大器相連；超聲波傳感器陣列單元由多個布設(shè)在同一平面的超聲波傳感器組成，每個超聲波傳感器分別與濾波放大器相連；檢波放大器和濾波放大器分別與多通道同步數(shù)據(jù)采集器相連；多通道同步數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器相連。本實用新型定位速度快，定位精度準。
文檔編號G01R31/12GK202614892SQ20122027021
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者王子建, 律方成, 劉云鵬, 程述一, 楊海濤 申請人:華北電力大學(保定)