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變電站缺陷設(shè)備快速檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變電站缺陷電力設(shè)備快速檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，該裝置由多個(gè)電波傳感器、超高速數(shù)據(jù)采樣單元和數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成，方法是所述電波傳感器接收待測(cè)變電站電力設(shè)備絕緣缺陷放電所產(chǎn)生的電波信號(hào)，經(jīng)所述前置寬帶放大器放大和濾波處理后由所述超高速數(shù)據(jù)采集單元同步采集，送所述數(shù)據(jù)處理單元對(duì)四路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在顯示屏上顯示放電源的位置和預(yù)警信息。本發(fā)明能對(duì)變電站內(nèi)缺陷設(shè)備進(jìn)行放電源檢測(cè)和平面定位，大大降低了變電站設(shè)備放電檢測(cè)的成本，有助于巡檢變電站設(shè)備時(shí)提前發(fā)現(xiàn)缺陷，減少停電事故的發(fā)生，從而提高變電站的智能化水平。具有對(duì)待測(cè)變電站全站放電的檢測(cè)和定位快、成本低，效率高的特點(diǎn)。
【專利說明】變電站缺陷設(shè)備快速檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)高電壓與絕緣技術(shù)，特別是涉及一種變電站缺陷電力設(shè)備快 速檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 絕緣故障是電力設(shè)備在運(yùn)行中最主要的可能故障之一，電力設(shè)備發(fā)生絕緣故障 前，一般都會(huì)有一個(gè)逐漸發(fā)展的放電過程，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。如果在這個(gè)過程能夠?qū)\(yùn)行 設(shè)備進(jìn)行放電監(jiān)測(cè)和診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)放電信號(hào)，提前對(duì)缺陷進(jìn)行處理，就能有效避免絕緣擊 穿故障的發(fā)生。對(duì)放電位置的定位也有助于制定更有針對(duì)性的檢修處理方案，減少停電時(shí) 間，提1?檢修效率。
[0003] 缺陷放電可通過超聲波、電氣參數(shù)常量和特高頻電磁波等多種方法檢測(cè)，這些方 法都可用來定位。特高頻電磁波法是放電檢測(cè)的一種新方法，該方法通過特高頻全向傳感 器接收電力設(shè)備內(nèi)發(fā)生放電時(shí)輻射的電磁波中的特高頻段信號(hào)來檢測(cè)放電。特高頻電磁波 檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)為：檢測(cè)頻段較高，可以有效地避開常規(guī)放電測(cè)量中的電暈、開關(guān)操作等多種電 氣干擾；檢測(cè)頻帶寬，所以其檢測(cè)靈敏度很高，且電磁波在空氣中的傳播速度近似光速，可 以用來計(jì)算放電源在變電站中的平面位置，從而確定可能存在缺陷的設(shè)備。
[0004] 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的對(duì)電力設(shè)備的絕緣缺陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)及定位的方法基本都是針對(duì)單個(gè) 變電站設(shè)備（GIS、變壓器、容性設(shè)備等）的放電進(jìn)行檢測(cè)，并依據(jù)采集到的聲信號(hào)和電信號(hào) 進(jìn)行定位。這種監(jiān)測(cè)方法存在以下缺陷：
[0005] 1)變電站中的任何高壓電力設(shè)備均可能會(huì)產(chǎn)生放電故障，要想對(duì)全站的一次電氣 設(shè)備實(shí)施監(jiān)測(cè)，就需要在每一個(gè)設(shè)備上都安裝放電監(jiān)測(cè)裝置，這需要耗費(fèi)大量的時(shí)間、財(cái)力 進(jìn)行設(shè)備采購(gòu)和安裝；
[0006] 2)測(cè)試時(shí)需攜帶多套不同類型儀器，操作不便；
[0007] 3)眾多監(jiān)測(cè)裝置的維護(hù)和管理需耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力。
[0008] 因此，目前這種監(jiān)測(cè)形式難以適應(yīng)今后智能變電站遠(yuǎn)程管理及少人值守的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種變電站缺陷電力設(shè)備快速檢測(cè)裝置。
[0010] 本發(fā)明提供的變電站缺陷電力設(shè)備快速檢測(cè)裝置，由特高頻全向傳感器接收放大 模塊、超高速數(shù)據(jù)采樣單元及數(shù)據(jù)處理單元和分析單元組成，所述特高頻全向傳感器接收 放大模塊為四個(gè)全向?qū)拵炀€及其前置寬帶放大器的集成體，所述特高頻全向傳感器接收 待測(cè)變電站電力設(shè)備缺陷放電所產(chǎn)生的電磁波，經(jīng)所述前置寬帶放大器放大和濾波處理后 由所述超高速數(shù)據(jù)采集單元同步采集；
[0011] 所述數(shù)據(jù)處理單元對(duì)四路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理單元，重點(diǎn)是計(jì)算四路信號(hào)的時(shí)延， 從而計(jì)算出放電源在變電站的平面位置。
[0012] 優(yōu)選地，所述前置寬帶放大器的帶寬為1GHz，增益為40dB。
[0013] 優(yōu)選地，所述超高速數(shù)據(jù)采樣單元為>3Gsps的數(shù)據(jù)采集卡。
[0014] 優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理單元為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。
[0015] 本發(fā)明同時(shí)提供了一種利用上述技術(shù)方案中任一所述的變電站缺陷電力設(shè)備快 速檢測(cè)裝置進(jìn)行放電源檢測(cè)的方法，包括步驟一多路電波信號(hào)同步采集、步驟二采用雙譜 估計(jì)算法確定兩路電波信號(hào)的時(shí)延以及步驟三利用時(shí)延計(jì)算放電源點(diǎn)的平面位置；
[0016] 步驟一多路電波信號(hào)同步采集
[0017] 將所述變電站缺陷電力設(shè)備快速檢測(cè)裝置在待測(cè)的變電站某一位置放置后，所述 檢測(cè)裝置啟動(dòng)后，所述多通道特高頻全向傳感器接收變電站缺陷電力設(shè)備因放電產(chǎn)生的 電磁波信號(hào)，經(jīng)所述前置寬帶放大器放大和濾波處理后由所述超高速數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行同 步采集，送所述數(shù)據(jù)處理單元對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理單元；
[0018] 步驟二采用雙譜估計(jì)算法確定兩路電波信號(hào)的時(shí)延
[0019] 通過信號(hào)的數(shù)字采集系統(tǒng)同時(shí)采集到的兩路信號(hào)分別為離散序列Ixl (n)}和 1x2 (n) }，結(jié)合高階累積量理論，利用參數(shù)雙譜時(shí)延估計(jì)算法的計(jì)算機(jī)數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法，計(jì)算 子步驟如下
[0020] 子步驟1 :同常規(guī)計(jì)算方法，將觀測(cè)到的信號(hào)數(shù)據(jù)樣本分為K段，每段包含M個(gè)觀 測(cè)樣本，分別記作,(KM1)，…，<(M-〗），其中k= l，2，...，k，i = 1，2,相鄰兩段數(shù)據(jù)之 間可以有重合；
[0021] 子步驟2 :計(jì)算每段信號(hào)的自三階累積量和互三階累積量：

【權(quán)利要求】
1. 一種變電站缺陷電力設(shè)備快速檢測(cè)裝置，其特征在于，由特高頻全向傳感器接收放 大模塊、超高速數(shù)據(jù)采樣單元及數(shù)據(jù)處理單元和分析單元組成，所述特高頻全向傳感器接 收放大模塊為四個(gè)全向?qū)拵炀€及其前置寬帶放大器的集成體，所述特高頻全向傳感器接 收待測(cè)變電站電力設(shè)備缺陷放電所產(chǎn)生的電磁波，經(jīng)所述前置寬帶放大器放大和濾波處理 后由所述超高速數(shù)據(jù)采集單元同步采集； 所述數(shù)據(jù)處理單元對(duì)四路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理單元，重點(diǎn)是計(jì)算四路信號(hào)的時(shí)延，從而 計(jì)算出放電源在變電站的平面位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述變電站缺陷電力設(shè)備快速檢測(cè)裝置，其特征在于：所述前置寬 帶放大器的帶寬為1GHz，增益為40dB。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述變電站缺陷電力設(shè)備快速檢測(cè)裝置，其特征在于：所述超高速 數(shù)據(jù)采樣單元為>3Gsps的數(shù)據(jù)采集卡。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述變電站缺陷電力設(shè)備快速檢測(cè)裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處 理單元為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。
5. -種利用權(quán)利要求1至4中任一所述變電站缺陷電力設(shè)備快速檢測(cè)裝置進(jìn)行放電源 檢測(cè)的方法，其特征在于包括步驟一多路電波信號(hào)同步采集、步驟二采用雙譜估計(jì)算法確 定兩路電波信號(hào)的時(shí)延以及步驟三利用時(shí)延計(jì)算放電源點(diǎn)的平面位置； 步驟一多路電波信號(hào)同步采集 將所述變電站缺陷電力設(shè)備快速檢測(cè)裝置在待測(cè)的變電站某一位置放置后，所述檢 測(cè)裝置啟動(dòng)后，所述多通道特高頻全向傳感器接收變電站缺陷電力設(shè)備因放電產(chǎn)生的電磁 波信號(hào)，經(jīng)所述前置寬帶放大器放大和濾波處理后由所述超高速數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行同步采 集，送所述數(shù)據(jù)處理單元對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理單元； 步驟二采用雙譜估計(jì)算法確定兩路電波信號(hào)的時(shí)延 通過信號(hào)的數(shù)字采集系統(tǒng)同時(shí)采集到的兩路信號(hào)分別為離散序列Ixl (n)}和 1x2 (n) }，結(jié)合高階累積量理論，利用參數(shù)雙譜時(shí)延估計(jì)算法的計(jì)算機(jī)數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法，計(jì)算 子步驟如下 子步驟1 :同常規(guī)計(jì)算方法，將觀測(cè)到的信號(hào)數(shù)據(jù)樣本分為K段，每段包含M個(gè)觀測(cè)樣 本，分別記其中k= 1，2,…，k，i = 1，2,相鄰兩段數(shù)據(jù)之間可 以有重合； 子步驟2 :計(jì)算每段信號(hào)的自三階累積量和互三階累積量：
其中，Sl和S2分別取值為： 51. max (0, - T，- P ) 52. min (M-l，M-I- T，M-I- P ) 子步驟3 :計(jì)算各段信號(hào)自三階累積量和互三階累積量的平均值，作為整段信號(hào)的三 階累積量估計(jì)：
其中…為.…氺Ir ^將使A取最大值的索引值d，作為兩路信號(hào)時(shí)延的估計(jì)^ 步驟三利用時(shí)延計(jì)算放電源點(diǎn)的平面位置 傳感器陣列采用平面矩形排列方式，假設(shè)四個(gè)傳感器在平面坐標(biāo)系內(nèi)的位置坐標(biāo)分別 為（X1, yi)、（x2, y2)、（x3, y3)和（x4, y4)，放電源位置為（X，y)，放電源與四個(gè)傳感器間的距離 分別為屯、d2、d3和d4,即
根據(jù)平面解析幾何知識(shí)，放電源到每?jī)蓚€(gè)傳感器之間的距離差（Cli-Cip可唯一確定一 個(gè)單支雙曲線，因此，以天線陣列中心為平面直角坐標(biāo)原點(diǎn)，通過時(shí)間差可以確定放電點(diǎn)所 在象限，利用相同方向的單支雙曲線方程聯(lián)立可得到如下非線性方程組：

式中aij = (di-dj)/2-雙曲線的半長(zhǎng)軸長(zhǎng)； hI --雙曲線的半短軸長(zhǎng)的平方； Cij--雙曲線焦距，可根據(jù)天線陣列的尺寸得到； 假設(shè)四路放電信號(hào)的波形起始時(shí)刻分別為dtp dt2、dt3和dt4，放電信號(hào)傳播至不同天 線的時(shí)間差A(yù)T12、AT43、AT14、'!^可表示為
將（10)所求得的結(jié)果代入（7)與⑶并求解即可得到放電源的坐標(biāo)（x，y)，在此基礎(chǔ) 上即可得到放電源的方位角（參照極坐標(biāo)規(guī)則，以水平向右方向?yàn)?° )和放電源距離檢測(cè) 系統(tǒng)的徑向距離； 定位算法示意圖3如圖所示； 算法中針對(duì)不同象限與不同位置時(shí)間差A(yù) T12、A T43、A T14、AT23的特點(diǎn)，將平面分為若 干區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的特殊處理： 1) 0。與 180。 當(dāng)放電源位于檢測(cè)系統(tǒng)水平正右方或水平正左方時(shí)，其A T14、A T23幾乎為0,此時(shí)放電 源的橫坐標(biāo)可直接確定，通過△ T12或△ T43的正負(fù)即可確定放電源所在方位角，隨后可直接 通過（7)式來確定其徑向距離，由于在波形起始點(diǎn)的尋找中可能存在一定的誤差，因此為 A 1\4和A 1~23保留一定的閾度，在小于這一閾度的范圍內(nèi)，可認(rèn)為其約等于0,并按照上述方 法處理； 2) 90。與 270。 當(dāng)放電源位于檢測(cè)系統(tǒng)正前方或正后方時(shí)，其AT12或AT43幾乎為0,此時(shí)放電源的縱 坐標(biāo)可以直接確定，與（1)類似，通過八1\4或AT23的正負(fù)即可確定放電源所在的方位角， 隨后通過（8)式來確定其徑向距離； 3) 第I象限 當(dāng)AT12X)且AT23〈0時(shí)，放電源的位置處于第I象限內(nèi)，其角度范圍為（0°，90° )， 在第I象限內(nèi)，存在b12 = 0以及b23 = 0的區(qū)域，為此，當(dāng)時(shí)間差滿足 v ? AT12I ^ L12或 |v-AT23I^ L23 (11) 時(shí)，可直接確定放電源的一個(gè)坐標(biāo)值與天線的坐標(biāo)一致，進(jìn)而代入式（7)或式（8)確定 另一個(gè)坐標(biāo)完成定位，如果時(shí)間差不滿足（11)所表示的關(guān)系，則直接求解非線性方程組來 求取定位結(jié)果； 4) 第II象限 當(dāng)AT12〈0且AT23〈0時(shí)，放電源的位置處于第II象限內(nèi)，其角度范圍為 (90°，180° )，與第I象限類似，在第II象限內(nèi)存在b12 = O以及b14 = O的區(qū)域，為此，當(dāng) 時(shí)間差滿足 V ? AT12I ^ L12 或 |v ? AT14I ?L14(12) 時(shí)，可直接確定放電源的一個(gè)坐標(biāo)值，進(jìn)而確定其另一個(gè)坐標(biāo)，如果時(shí)間差不滿足（12) 所表示的關(guān)系，則直接求解非線性方程組來求取定位結(jié)果； 5) 第III象限 當(dāng)AT12〈0且AT23X)時(shí)，放電源的位置處于第III象限內(nèi)，其角度范圍為 (180°，270° )。在第III象限內(nèi)當(dāng)時(shí)間差滿足 V A T431 ^ L43 或 |v ? AT14I ?L14(13) 時(shí)，會(huì)導(dǎo)致b43 = 0或b14 = 0,此時(shí)直接確定放電源的一個(gè)坐標(biāo)值,進(jìn)而代入方程確定 其位置，如果時(shí)間差不滿足（13)所述關(guān)系，則直接求解方程組； 6) 第IV象限 當(dāng)AT12X)且AT23X)時(shí)，放電源的位置處于第IV象限內(nèi)，其角度范圍為 (270°，360° )，在第III象限內(nèi)當(dāng)時(shí)間差滿足 V A T431 ^ L43 或 Iv ? AT23|? L23(M) 時(shí)，會(huì)導(dǎo)致b43 = 0或b23 = 0,此時(shí)直接確定放電源的一個(gè)坐標(biāo)值,進(jìn)而代入方程確定 其位置，如果時(shí)間差不滿足（14)所述關(guān)系，則直接求解方程組； 在求解（7)與（8)兩個(gè)非線性方程組時(shí)，采用牛頓迭代法進(jìn)行求解，如將（7)方程組寫 成向量方程#(X) = 〇的形式，其中X= (x，y)T，有
f(X)，F(xiàn)(XJiX^Xk) (17) 其中/7K1)為/?的Jacobi矩陣在Xk處的值。若X取值為方程組（4-23)的根X%即 &!〇 = 0,把使得式（17)右端為0的向量X作為新的近似值，記為Xk+1，即有：
式（18)即為牛頓求解非線性方程組的迭代公式。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK104360240SQ201410386480
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】殷軍, 郭浩, 劉玄 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司