一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于固態(tài)變壓器檢測(cè)技術(shù)范圍的一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法。包括硬件配置和監(jiān)測(cè)步驟。硬件配置將電流傳感器與寬頻帶數(shù)字示波器相連，寬頻帶數(shù)字示波器、處理計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、分析系統(tǒng)依次相連。通過(guò)監(jiān)測(cè)待測(cè)固態(tài)變壓器地線上的泄漏電流變化作為判別固態(tài)變壓器絕緣老化的特征信號(hào)，利用經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理步驟得到的圖譜在各參量相位分布、幅值數(shù)量分布的特征差異，實(shí)現(xiàn)對(duì)固態(tài)變壓器絕緣狀態(tài)的有效評(píng)估，能夠盡早發(fā)現(xiàn)固態(tài)變壓器的潛在絕緣缺陷，滿足智能修復(fù)裝置調(diào)控信號(hào)的需要，從而使智能電網(wǎng)控制維護(hù)設(shè)備能夠有效工作，運(yùn)行安全、可靠。使電網(wǎng)設(shè)備得到及時(shí)的維護(hù)，減少損失，降低生產(chǎn)成本。
【專利說(shuō)明】一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固態(tài)變壓器檢測(cè)技術(shù)范圍，特別涉及一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]固態(tài)變壓器(Solid State Transformer)又稱電力電子變壓器是一種新型智能輸變電裝備，它可以實(shí)現(xiàn)電能的靈活傳輸，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性與供電可靠性。固態(tài)變壓器絕緣的好壞是影響整個(gè)智能電網(wǎng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行，在固態(tài)變壓器的研究實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，大部分固態(tài)變壓器的故障是由于其絕緣發(fā)生劣化引起的。在過(guò)去，我國(guó)對(duì)于以往的電力變壓器廣泛使用的預(yù)防性試驗(yàn)，傳統(tǒng)的方法是采取定期停電的手段，屬于離線檢測(cè)。然而，由于固態(tài)變壓器是運(yùn)行在智能配電網(wǎng)中的設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性有新的要求，原來(lái)的離線試驗(yàn)方法不能適應(yīng)實(shí)際需要。因此研究固態(tài)變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，可及時(shí)對(duì)固態(tài)變壓器進(jìn)行合理分析，再在智能維護(hù)、檢修設(shè)備手段的配合下，對(duì)保證配電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠智能運(yùn)行具有重要意義。
[0003]在最近的固態(tài)變壓器的研究中，已經(jīng)從實(shí)現(xiàn)靈活變換傳輸功能轉(zhuǎn)變到滿足其安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)方面。為了研究固態(tài)變壓器的穩(wěn)定及安全性能，業(yè)內(nèi)在固態(tài)變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)上有了一定的探索，主要的方法有:直流分量法、直流疊加法、局部放電法及低頻疊加法等。經(jīng)過(guò)廣泛研究，局部放電法在在線監(jiān)測(cè)上有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)。由于固態(tài)變壓器屬于高頻電力變壓器的范疇，其激勵(lì)的PWM脈沖波形具有上升時(shí)間短暫、幅值大、頻率高的特點(diǎn)，且其結(jié)構(gòu)較工頻變壓器更緊湊，匝數(shù)比更大，因?yàn)樵验g電壓更高，會(huì)造成更多額局部放電脈沖的持續(xù)沖擊和空間電場(chǎng)的畸變，容易導(dǎo)致絕緣在高頻脈沖下迅速失效。由于其電源電壓和傳統(tǒng)工頻的區(qū)別，導(dǎo)致對(duì)其在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的難度。國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者、專家和研究單位對(duì)固態(tài)變壓器的檢測(cè)技術(shù)不斷地推進(jìn)創(chuàng)新，但是實(shí)際投入運(yùn)行的在線監(jiān)測(cè)方法還很少。因此，有必要研究并開(kāi)發(fā)一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法，以滿足固態(tài)變壓器在智能配電網(wǎng)中靈活作用的要求，提前給固態(tài)變壓器絕緣劣化的預(yù)警信息，以便防患于未然，提前對(duì)缺陷固態(tài)變壓器進(jìn)行智能處理，避免導(dǎo)致故障發(fā)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出了一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括下列步驟:
[0005]I)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)寬帶電流傳感器獲取相應(yīng)的固態(tài)變壓器的接地線上實(shí)時(shí)泄露電流和電源觸發(fā)信號(hào)；
[0006]2)數(shù)據(jù)匯總，將上述的實(shí)時(shí)電流信號(hào)通過(guò)50Ω同軸電纜匯總到寬頻帶數(shù)字示波器；
[0007]3)數(shù)據(jù)傳輸，寬頻帶數(shù)字示波器將獲取的實(shí)時(shí)電流信號(hào)離散化成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)USB協(xié)議傳輸至處理計(jì)算機(jī)；
[0008]4)數(shù)據(jù)處理，處理計(jì)算機(jī)將從示波器獲取的實(shí)時(shí)電流信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線濾波處理，獲得局部放電信號(hào)；
[0009]5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，將經(jīng)過(guò)處理計(jì)算機(jī)處理的實(shí)時(shí)局部放電信號(hào)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成局部放電歷史電流數(shù)據(jù)；
[0010]6)數(shù)據(jù)分析，通過(guò)局部放電信號(hào)分析系統(tǒng)對(duì)上述的局部放電歷史電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取特征參數(shù)，形成供絕緣判斷和監(jiān)控分析的特征圖譜。
[0011 ] 所述步驟4)的數(shù)據(jù)處理步驟如下:
[0012]401.處理計(jì)算機(jī)對(duì)調(diào)取的所述實(shí)時(shí)電流信號(hào)進(jìn)行EMD濾波處理；
[0013]402.處理計(jì)算機(jī)將步驟401中得到的濾波后信號(hào)進(jìn)行取絕對(duì)值處理；
[0014]403.處理計(jì)算機(jī)將步驟402中所獲得的絕對(duì)值數(shù)據(jù)通過(guò)閾值上限的設(shè)定祛除白噪音；
[0015]404.處理計(jì)算機(jī)將步驟403中所獲得的震蕩數(shù)據(jù)通過(guò)常規(guī)開(kāi)窗方法處理，獲得有效脈沖局部放電信號(hào)。
[0016]所述特征參數(shù)包括窄帶局放信號(hào)、最大放電量、平均放電量和放電次數(shù)，其中:
[0017]所述窄帶局放信號(hào)為在某窄帶頻率下有效局放信號(hào)的峰值；
[0018]所述最大放電量為單正弦電源信號(hào)觸發(fā)周期內(nèi)局放脈沖幅值的最大值；
[0019]所述平均放電量為單正弦電源信號(hào)觸發(fā)周期內(nèi)局放脈沖幅值的平均值；
[0020]所述放電次數(shù)為單正弦電源信號(hào)觸發(fā)周期內(nèi)放電次數(shù)。
[0021]所述特征圖譜包括:
[0022]最大放電量相位分布圖譜，表示分布在整個(gè)相位區(qū)間內(nèi)各部分的最大放電量；
[0023]平均放電量相位分布圖譜，表示分布在整個(gè)相位區(qū)間內(nèi)各部分的平均放電量；
[0024]放電幅值分布圖譜，表示對(duì)不同幅值的放電次數(shù)的統(tǒng)計(jì)；
[0025]放電次數(shù)相位分布圖譜，表示分布在整個(gè)相位區(qū)間內(nèi)各部分的放電次數(shù)；
[0026]Φ-Q-N圖譜，表示放電量、放電次數(shù)與放電相位之間的關(guān)系。
[0027]本發(fā)明的有益效果是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，解決在固態(tài)變壓器特殊的運(yùn)行條件下在線監(jiān)測(cè)的局部放電的獲取難點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)待測(cè)固態(tài)變壓器地線上的泄漏電流變化作為判別固態(tài)變壓器絕緣老化的特征信號(hào)，利用經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理步驟得到的圖譜在各參量相位分布、幅值數(shù)量分布的特征差異，實(shí)現(xiàn)對(duì)固態(tài)變壓器絕緣狀態(tài)的有效評(píng)估，保證智能配電網(wǎng)控制系統(tǒng)能夠盡早發(fā)現(xiàn)固態(tài)變壓器的潛在絕緣缺陷，滿足智能修復(fù)裝置調(diào)控信號(hào)的需要，可以有效檢測(cè)固態(tài)變壓器的絕緣狀態(tài)，為固態(tài)變壓器在智能配電網(wǎng)中的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供在線檢測(cè)和監(jiān)視的切實(shí)可行方法，從而使智能電網(wǎng)控制維護(hù)設(shè)備能夠有效工作，運(yùn)行安全、可靠。使電網(wǎng)設(shè)備得到及時(shí)的維護(hù)，減少損失，降低生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為固態(tài)變壓器局部發(fā)電在線監(jiān)測(cè)的流程圖。
[0029]圖2為數(shù)據(jù)處理步驟的流程圖。
[0030]圖3為最大放電量相位分布圖譜。
[0031]圖4為平均放電量相位分布圖譜。
[0032]圖5為放電幅值分布圖譜。
[0033]圖6為放電次數(shù)相位分布圖譜。
[0034]圖7 為 Φ-Q-N 圖譜。
[0035]圖8為實(shí)際檢測(cè)裝置示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明提出了一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法。下面結(jié)合附圖和具體地實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明:
[0037]實(shí)施例，
[0038]如圖1所示，固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)流程圖，包括以下步驟:本發(fā)明的實(shí)際檢測(cè)裝置的硬件設(shè)備包括待測(cè)的固態(tài)變壓器、電流傳感器、寬頻帶數(shù)字示波器、處理計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、分析系統(tǒng)，將電流傳感器與固態(tài)變壓器地線按規(guī)程組合配置，將電流傳感器與寬頻帶數(shù)字示波器相連，寬頻帶數(shù)字示波器、處理計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、分析系統(tǒng)依次相連(如圖8所示)。
[0039]處理計(jì)算機(jī)和分析系統(tǒng)分別安裝基于LabView圖像化編程軟件開(kāi)發(fā)的處理和分析程序和分析
[0040]I)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)寬帶電流傳感器獲取相應(yīng)的固態(tài)變壓器的接地線上實(shí)時(shí)泄露電流和電源觸發(fā)信號(hào)；
[0041]2)數(shù)據(jù)匯總，將上述的實(shí)時(shí)電流信號(hào)通過(guò)50Ω同軸電纜匯總到寬頻帶數(shù)字示波器；
[0042]3)數(shù)據(jù)傳輸，寬頻帶數(shù)字示波器將獲取的實(shí)時(shí)電流信號(hào)離散化成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)USB協(xié)議傳輸至處理計(jì)算機(jī)；
[0043]4)數(shù)據(jù)處理，處理計(jì)算機(jī)將從示波器獲取的實(shí)時(shí)電流信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線濾波處理，獲得局部放電信號(hào)；
[0044]5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，將經(jīng)過(guò)處理計(jì)算機(jī)處理的實(shí)時(shí)局部放電信號(hào)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成局部放電歷史電流數(shù)據(jù)；
[0045]6)數(shù)據(jù)分析，通過(guò)局部放電信號(hào)分析系統(tǒng)對(duì)上述的局部放電歷史電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取特征參數(shù)，形成供絕緣判斷和監(jiān)控分析的特征圖譜。
[0046]所述步驟4)的數(shù)據(jù)處理步驟如下:
[0047]401.處理計(jì)算機(jī)對(duì)調(diào)取的所述實(shí)時(shí)電流信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)濾波處理；
[0048]402.處理計(jì)算機(jī)將步驟401中得到的濾波后信號(hào)進(jìn)行取絕對(duì)值處理；
[0049]403.處理計(jì)算機(jī)將步驟402中所獲得的絕對(duì)值數(shù)據(jù)通過(guò)閾值上限的設(shè)定祛除白噪音；
[0050]404.處理計(jì)算機(jī)將步驟403中所獲得的震蕩數(shù)據(jù)通過(guò)常規(guī)開(kāi)窗方法處理獲得有效脈沖局部放電信號(hào)。
[0051]所述特征參數(shù)包括窄帶局放信號(hào)、最大放電量、平均放電量和放電次數(shù)，其中:
[0052]所述窄帶局放信號(hào)為在某窄帶頻率下有效局放信號(hào)的峰值；
[0053]所述最大放電量為單正弦電源信號(hào)觸發(fā)周期內(nèi)局放脈沖幅值的最大值；
[0054]所述平均放電量為單正弦電源信號(hào)觸發(fā)周期內(nèi)局放脈沖幅值的平均值；
[0055]所述放電次數(shù)為單正弦電源信號(hào)觸發(fā)周期內(nèi)放電次數(shù)。
[0056]所述特征圖譜包括:
[0057]最大放電量相位分布圖譜，表示分布在整個(gè)相位區(qū)間內(nèi)各部分的最大放電量(如圖3所示)；
[0058]平均放電量相位分布圖譜，表示分布在整個(gè)相位區(qū)間內(nèi)各部分的平均放電量(如圖4所示)；
[0059]放電幅值分布圖譜，表示對(duì)不同幅值的放電次數(shù)的統(tǒng)計(jì)(如圖5所示)；；
[0060]放電次數(shù)相位分布圖譜，表示分布在整個(gè)相位區(qū)間內(nèi)各部分的放電次數(shù)(如圖6所示)；
[0061]Φ-Q-N圖譜，表示放電量、放電次數(shù)與放電相位之間的關(guān)系(如圖7所示)。
[0062]在上述數(shù)據(jù)分析步驟中，分析軟件系統(tǒng)通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，可以實(shí)現(xiàn)以下特點(diǎn):
[0063]1.分析系統(tǒng)將從固態(tài)變壓器獲取的并經(jīng)過(guò)處理的局部放電信號(hào)，按照特征參數(shù)和圖譜特征的差異，將固態(tài)變壓器的老化狀態(tài)最終分成前期、中期、中后期和危險(xiǎn)期四個(gè)階段，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的前期錄入數(shù)據(jù)，給出判斷的置信度；
[0064]2.系統(tǒng)支持自學(xué)習(xí)和模糊推理，堆棧式將前期采集數(shù)據(jù)和錄入數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)依據(jù)，使推理判斷更加符合實(shí)際情況；
[0065]3.系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，在與固態(tài)變壓器配合使用的只能修復(fù)設(shè)備不能完全動(dòng)作時(shí)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人工判斷和操作。
[0066]綜上所述，本發(fā)明的固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)監(jiān)測(cè)待測(cè)固態(tài)變壓器地線上的電流變化作為判別固態(tài)變壓器絕緣老化的特征信號(hào)，利用特征圖譜在不同時(shí)間的特征差異，可以有效檢測(cè)固態(tài)變壓器的絕緣狀態(tài)，為固態(tài)變壓器的在線檢測(cè)和監(jiān)視提供切實(shí)可行的方法，實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)的自我控制與修復(fù)，滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括下列步驟: 1)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)寬帶電流傳感器獲取相應(yīng)的固態(tài)變壓器的接地線上實(shí)時(shí)泄露電流和電源觸發(fā)信號(hào)； 2)數(shù)據(jù)匯總，將上述的實(shí)時(shí)電流信號(hào)通過(guò)50Ω同軸電纜匯總到寬頻帶數(shù)字示波器； 3)數(shù)據(jù)傳輸，寬頻帶數(shù)字示波器將獲取的實(shí)時(shí)電流信號(hào)離散化成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)USB協(xié)議傳輸至處理計(jì)算機(jī)； 4)數(shù)據(jù)處理，處理計(jì)算機(jī)將從示波器獲取的實(shí)時(shí)電流信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線濾波處理，獲得局部放電信號(hào)； 5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，將經(jīng)過(guò)處理計(jì)算機(jī)處理的實(shí)時(shí)局部放電信號(hào)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成局部放電歷史電流數(shù)據(jù)； 6)數(shù)據(jù)分析，通過(guò)局部放電信號(hào)分析系統(tǒng)對(duì)上述的局部放電歷史電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取特征參數(shù)，形成供絕緣判斷和監(jiān)控分析的特征圖譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟4)的數(shù)據(jù)處理步驟如下: 401.處理計(jì)算機(jī)對(duì)調(diào)取的所述實(shí)時(shí)電流信號(hào)進(jìn)行EMD濾波處理； 402.處理計(jì)算機(jī)將步驟401中得到的濾波后信號(hào)進(jìn)行取絕對(duì)值處理； 403.處理計(jì)算機(jī)將步驟402中所獲得的絕對(duì)值數(shù)據(jù)通過(guò)閾值上限的設(shè)定祛除白噪音； 404.處理計(jì)算機(jī)將步驟403中所獲得的震蕩數(shù)據(jù)通過(guò)常規(guī)開(kāi)窗方法處理獲得有效脈沖局部放電信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述特征參數(shù)包括窄帶局放信號(hào)、最大放電量、平均放電量和放電次數(shù)，其中: 所述窄帶局放信號(hào)為在某窄帶頻率下有效局放信號(hào)的峰值； 所述最大放電量為單正弦電源信號(hào)觸發(fā)周期內(nèi)局放脈沖幅值的最大值； 所述平均放電量為單正弦電源信號(hào)觸發(fā)周期內(nèi)局放脈沖幅值的平均值； 所述放電次數(shù)為單正弦電源信號(hào)觸發(fā)周期內(nèi)放電次數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述特征圖譜包括: 最大放電量相位分布圖譜，表示分布在整個(gè)相位區(qū)間內(nèi)各部分的最大放電量； 平均放電量相位分布圖譜，表示分布在整個(gè)相位區(qū)間內(nèi)各部分的平均放電量； 放電幅值分布圖譜，表示對(duì)不同幅值的放電次數(shù)的統(tǒng)計(jì)； 放電次數(shù)相位分布圖譜，表示分布在整個(gè)相位區(qū)間內(nèi)各部分的放電次數(shù)； Φ -Q-N圖譜，表示放電量、放電次數(shù)與放電相位之間的關(guān)系。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK104360244SQ201410643704
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】魯旭, 黃旭煒, 孫善華, 王健, 韓帥, 李慶民, 王高勇, 劉偉杰, 李明 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院