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一種高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)與方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了局部放電的檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】的一種高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)與方法。所述系統(tǒng)包括高頻電壓試驗(yàn)源、高壓耦合電容器、第一高頻電流傳感器、第二高頻電流傳感器、高頻同軸電纜和信號(hào)采集與處理單元；其中，高頻電壓試驗(yàn)源分別與高壓耦合電容器和被測(cè)試品連接；第一高頻電流傳感器套在高壓耦合電容器的接地回路上；第二高頻電流傳感器套在被測(cè)試品的接地回路上；信號(hào)采集與處理單元通過(guò)高頻同軸電纜分別與第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器連接。本發(fā)明所提供的局部放電檢測(cè)方法利用并聯(lián)等值耦合電容的差分方法間接測(cè)量獲得局部放電信號(hào)，有效去除局部放電信號(hào)中的噪聲、電源等高頻干擾，同時(shí)本方法接線簡(jiǎn)單，便于實(shí)際操作測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于局部放電的檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，變頻電機(jī)、高頻電力電子變壓器、閥用陽(yáng)極飽和電抗器等高頻電氣設(shè)備，在智能電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展中得到了廣泛應(yīng)用與關(guān)注。與常規(guī)工頻50Hz運(yùn)行工況的電氣設(shè)備不同，其正常運(yùn)行時(shí)承受高壓高頻或脈沖電壓應(yīng)力。相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)與研究表明，高頻電壓所帶來(lái)的陡峭電壓上升率與快速的極性反轉(zhuǎn)會(huì)加劇電氣絕緣材料的劣化，導(dǎo)致上述高頻電氣設(shè)備匝間絕緣過(guò)早失效普遍發(fā)生，這勢(shì)必對(duì)電氣設(shè)備的絕緣優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
[0003]局部放電的檢測(cè)是考核電氣設(shè)備絕緣性能與老化狀態(tài)評(píng)估的重要手段。由于局部放電是一個(gè)復(fù)雜的物理現(xiàn)象，伴隨這許多電(如電脈沖、介質(zhì)損耗等)和非電(如光、熱、超聲波、新反應(yīng)物等)現(xiàn)象。在局部放電檢測(cè)技術(shù)中也相應(yīng)出現(xiàn)了電檢測(cè)法和光測(cè)法、聲測(cè)法、紅外熱測(cè)法等非電測(cè)量方法。由于非電測(cè)法較之電測(cè)法，靈敏度不高、抗干擾能力差且很難對(duì)局放量等重要參數(shù)進(jìn)行定量分析，使得非電測(cè)法應(yīng)用較為局限。而電測(cè)法由于測(cè)量直接，靈敏度高，分辨率好，在實(shí)驗(yàn)室離線測(cè)試與在線監(jiān)測(cè)中占主導(dǎo)地位。
[0004]目前，常規(guī)的局部放電電測(cè)法主要實(shí)驗(yàn)裝置包括耦合電容器、檢測(cè)阻抗、前置放大器、局部放電儀等。其基本原理是:產(chǎn)生一次局部放電時(shí)，試品Cx兩端隨著產(chǎn)生一瞬時(shí)的電壓變化U，此時(shí)經(jīng)過(guò)耦合電容器耦合到檢測(cè)阻抗上，回路中即得到局部放電脈沖電流信號(hào)。但常規(guī)局部放電檢測(cè)系統(tǒng)在高頻電壓下存在諸多弊病:1)測(cè)量回路中的RLC檢測(cè)阻抗與雜散電容、寄生電感等，會(huì)使測(cè)量頻帶等參數(shù)發(fā)生漂移，嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性；2)檢測(cè)裝置一般適用于IMHz以下的低頻信號(hào)，高頻性能較差。若應(yīng)用于高頻電壓下局部放電信號(hào)的檢測(cè)，其有效局部放電信號(hào)都嚴(yán)重地被源脈沖信號(hào)淹沒(méi)；3)干擾信號(hào)頻率更加豐富復(fù)雜。干擾源包括電壓源干擾、環(huán)境電磁信號(hào)干擾、噪音干擾等，這將與測(cè)量脈沖信號(hào)糅雜一起，難以提取區(qū)分。因此，常規(guī)電流法在測(cè)量高頻電壓下局放信號(hào)時(shí)存在很大的局限性，迫切需要一種高頻電壓下局部放電的檢測(cè)裝置與方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)【背景技術(shù)】中提到的常規(guī)局部放電檢測(cè)系統(tǒng)在高頻電壓下，局放信號(hào)被源脈沖信號(hào)淹沒(méi)、造成測(cè)量脈沖信號(hào)難以提取區(qū)分，導(dǎo)致測(cè)量準(zhǔn)確性低的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)與方法。
[0006]一種高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括高頻電壓試驗(yàn)源、高壓耦合電容器、第一高頻電流傳感器、第二高頻電流傳感器、高頻同軸電纜和信號(hào)采集與處理單元；
[0007]其中，所述高頻電壓試驗(yàn)源分別與高壓耦合電容器和被測(cè)試品連接；[0008]所述第一高頻電流傳感器套在高壓耦合電容器的接地回路上；
[0009]所述第二高頻電流傳感器套在被測(cè)試品的接地回路上；
[0010]所述信號(hào)采集與處理單元通過(guò)高頻同軸電纜分別與第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器連接。
[0011]所述高頻電壓試驗(yàn)源采用電壓波形頻率為l_50kHz且連續(xù)可調(diào)，其幅值為0_30kV且連續(xù)可調(diào)的高頻電壓試驗(yàn)源。
[0012]所述第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器采用相同型號(hào)的高頻電流傳感器；所述高頻電流傳感器采用霍爾效應(yīng)的低功耗開(kāi)環(huán)穿芯式電流傳感器/羅氏線圈的高頻電流傳感器。
[0013]所述系統(tǒng)還包括兩個(gè)金屬屏蔽盒；分別用于放置第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器。
[0014]所述高壓耦合電容器采用陶瓷式電容器。
[0015]所述高頻同軸電纜采用特性阻抗為50歐姆，頻段為0-3GHZ的同軸電纜；所述高頻同軸電纜采用鍍銀雙層屏蔽。
[0016]一種采用所述的高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的局部放電信號(hào)提取方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1:實(shí)驗(yàn)前，使用寬帶阻抗測(cè)試儀測(cè)量被測(cè)試品的電容值，并選擇與被測(cè)試品電容值相同的高壓耦合電容器；
[0018]步驟2:對(duì)高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化標(biāo)定；
[0019]步驟3:將被測(cè)試品接入高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，分別測(cè)量第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器測(cè)量地線上的兩路脈沖電流信號(hào)；
[0020]步驟4:將步驟3得到的兩路脈沖電流信號(hào)通過(guò)高頻同軸電纜連接信號(hào)采集與處理單元，進(jìn)行局部放電信號(hào)數(shù)據(jù)采集與分析，從而得到高頻電壓下的局部放電檢測(cè)信息。
[0021]所述對(duì)高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化標(biāo)定的過(guò)程為:
[0022]步驟201:選取一個(gè)與高壓耦合電容器電容值相等的電容器，代替被測(cè)試品接入高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)中；
[0023]步驟202:對(duì)高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加壓，分別測(cè)量第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器測(cè)量地線上的兩路脈沖電流信號(hào)；
[0024]步驟203:通過(guò)差分放大的方式對(duì)兩回路脈沖電流信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0025]步驟204:判斷差分輸出是否小于等于5mv ;如果是，則執(zhí)行步驟3 ;否則，重新更換等電容值的高壓耦合電容器，重復(fù)執(zhí)行步驟201?步驟204。
[0026]所述的局部放電信號(hào)數(shù)據(jù)分析與處理，包括以下步驟:
[0027]步驟401:將兩路脈沖電流信號(hào)做差分運(yùn)算，獲得原始局部放電信號(hào)；
[0028]步驟402:利用小波包對(duì)原始放電信號(hào)進(jìn)行小波濾波，剔除試驗(yàn)源干擾與高斯噪聲，獲得濾波后局部放電信號(hào)。
[0029]所述高頻電壓下的局部放電檢測(cè)信息包括局部放電放電次數(shù)、放電相位和放電幅值。
[0030]本發(fā)明所給出的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)具有對(duì)試驗(yàn)源低頻干擾與白噪聲抑制效果好，信噪比高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線方便的特點(diǎn)；在高頻電壓下局部放電檢測(cè)領(lǐng)域，所提供的局部放電檢測(cè)方法利用并聯(lián)等值耦合電容的差分方法間接測(cè)量獲得局部放電信號(hào)，有效去除局部放電信號(hào)中的噪聲、電源等高頻干擾，同時(shí)本方法接線簡(jiǎn)單，便于實(shí)際操作測(cè)量。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明的高頻電壓下局部放電測(cè)量裝置的測(cè)量回路示意圖；
[0032]圖2是本發(fā)明中一例被測(cè)試品與耦合電容的阻抗特性；
[0033]圖3是本發(fā)明中兩檢測(cè)回路中電流信號(hào)及差分效果圖；
[0034]圖4是本發(fā)明中選取的最優(yōu)小波基示意圖；其中，(a)為父小波；(b)為母小波。
[0035]圖5是本發(fā)明中小波變換處理過(guò)程示意圖；其中，圖中(a)為原始信號(hào)；(b)為通過(guò)閾值濾波后信號(hào)；(C)為極性判別后信號(hào)；(d)開(kāi)窗判別后信號(hào)；
[0036]其中，1-高頻電壓試驗(yàn)源；2_為高壓耦合電容器；3_第一高頻電流傳感器；4_第二高頻電流傳感器；5_高頻同軸電纜；6_信號(hào)采集與處理單元；7_被測(cè)試品。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0038]圖1是本發(fā)明的高頻電壓下局部放電測(cè)量裝置的測(cè)量回路示意圖。圖1中，所述系統(tǒng)包括高頻電壓試驗(yàn)源、高壓耦合電容器、第一高頻電流傳感器、第二高頻電流傳感器、高頻同軸電纜和信號(hào)采集與處理單元；
[0039]其中，所述高頻電壓試驗(yàn)源分別與高壓耦合電容器和被測(cè)試品連接；所述第一高頻電流傳感器套在高壓耦合電容器的接地回路上；所述第二高頻電流傳感器套在被測(cè)試品的接地回路上；所述信號(hào)采集與處理單元通過(guò)高頻同軸電纜分別與第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器連接。
[0040]本實(shí)施例的檢測(cè)裝置中，基于羅氏線圈的高頻電流傳感器為ETS-93686系列電流傳感器，測(cè)量帶寬為300kHz-100MHz，滿(mǎn)足高頻脈沖頻帶相應(yīng)的要求，同時(shí)其較高的下限頻率可有效抑制試驗(yàn)源對(duì)局放信號(hào)的干擾。為減少干擾，并排除環(huán)境因素(如灰塵、電磁干擾等)，將高頻傳感器裝設(shè)在金屬屏蔽盒內(nèi)。
[0041]將被測(cè)試品與高壓耦合電容器并聯(lián)接入高壓端與地線間，把兩個(gè)ETS-93686高頻電流傳感器分別裝設(shè)于兩條回路的接地線上，測(cè)量地線上的脈沖電流信號(hào)，通過(guò)高頻同軸電纜連接高頻電流傳感器與示波器DLM6054。
[0042]高壓耦合電容器選用耐受電壓50kV的陶瓷電容器，并選取其電容值與被測(cè)試品相同或接近。
[0043]高頻電流傳感器測(cè)量的信號(hào)送入示波器進(jìn)行采集，所采用的示波器為橫河DLM6054示波器，測(cè)量模擬帶寬1.5GHz，最大采樣頻率為4GS/s。
[0044]具體實(shí)施包括步驟:
[0045]I)被測(cè)試品選用厚度Imm,直徑IOmm的環(huán)氧樹(shù)脂絕緣板；使用寬頻阻抗分析儀Agilent4294A測(cè)量試品環(huán)氧樹(shù)脂薄板與高壓耦合電容器阻抗特性；其測(cè)量分析結(jié)果如圖2所示；
[0046]2)實(shí)驗(yàn)前，為選擇兩個(gè)信號(hào)響應(yīng)一致的高頻電流傳感器，進(jìn)而排除電流傳感器的差異。先將兩等值電容接入測(cè)量回路中，選擇兩個(gè)高頻電流傳感器分別接入兩個(gè)回路。對(duì)系統(tǒng)預(yù)加壓，對(duì)采集到的兩檢測(cè)路信號(hào)做差分處理，倘若差分結(jié)果波形中無(wú)明顯試驗(yàn)源干擾波形，那么兩檢測(cè)回路初始化處理基本滿(mǎn)足要求，否則應(yīng)當(dāng)更換等電容值的高壓耦合電容器，然后重復(fù)該步驟；
[0047]3)開(kāi)始局部放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)量并采集兩聯(lián)測(cè)回路脈沖電流信號(hào)，并以TXT格式將數(shù)據(jù)保存在信號(hào)采集與處理單元中的便攜式計(jì)算機(jī)中；
[0048]4)將兩檢測(cè)回路的信號(hào)做差分運(yùn)算，獲得原始局部放電信號(hào)；
[0049]5)采用自建小波基(如圖3所示)利用小波包分解法對(duì)原始放電信號(hào)多層分解、閥值濾波、重構(gòu)，剔除試驗(yàn)源干擾與高斯噪聲，獲得閾值濾波后信號(hào)，如圖4所示；
[0050]6)對(duì)3)中的信號(hào)進(jìn)行極性判別與開(kāi)窗處理(如圖5所示)，提取有效的局部放電信號(hào)，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法獲得放電次數(shù)、放電相位等局部放電特征量。
[0051]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括高頻電壓試驗(yàn)源、高壓耦合電容器、第一高頻電流傳感器、第二高頻電流傳感器、高頻同軸電纜和信號(hào)采集與處理單元； 其中，所述高頻電壓試驗(yàn)源分別與高壓耦合電容器和被測(cè)試品連接； 所述第一高頻電流傳感器套在高壓耦合電容器的接地回路上； 所述第二高頻電流傳感器套在被測(cè)試品的接地回路上； 所述信號(hào)采集與處理單元通過(guò)高頻同軸電纜分別與第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻電壓試驗(yàn)源采用電壓波形頻率為l-50kHz且連續(xù)可調(diào)，其幅值為0-30kV且連續(xù)可調(diào)的高頻電壓試驗(yàn)源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器采用相同型號(hào)的高頻電流傳感器；所述高頻電流傳感器采用霍爾效應(yīng)的低功耗開(kāi)環(huán)穿芯式電流傳感器/羅氏線圈的高頻電流傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括兩個(gè)金屬屏蔽盒；分別用于放置第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓耦合電容器采用陶瓷式電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻同軸電纜采用特性阻抗為50歐姆，頻段為0-3GHZ的同軸電纜；所述高頻同軸電纜采用鍍銀雙層屏蔽。
7.一種采用所述的高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)的局部放電信號(hào)提取方法，包括以下步驟: 步驟1:實(shí)驗(yàn)前，使用寬帶阻抗測(cè)試儀測(cè)量被測(cè)試品的電容值，并選擇與被測(cè)試品電容值相同的高壓耦合電容器； 步驟2:對(duì)高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化標(biāo)定； 步驟3:將被測(cè)試品接入高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，分別測(cè)量第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器測(cè)量地線上的兩路脈沖電流信號(hào)； 步驟4:將步驟3得到的兩路脈沖電流信號(hào)通過(guò)高頻同軸電纜連接信號(hào)采集與處理單元，進(jìn)行局部放電信號(hào)數(shù)據(jù)采集與分析，從而得到高頻電壓下的局部放電檢測(cè)信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于， 所述對(duì)高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化標(biāo)定的過(guò)程為: 步驟201:選取一個(gè)與高壓耦合電容器電容值相等的電容器，代替被測(cè)試品接入高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)中； 步驟202:對(duì)高頻電壓下局部放電檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加壓，分別測(cè)量第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器測(cè)量地線上的兩路脈沖電流信號(hào)； 步驟203:通過(guò)差分放大的方式對(duì)兩回路脈沖電流信號(hào)進(jìn)行濾波處理； 步驟204:判斷差分輸出是否小于等于5mv ;如果是，則執(zhí)行步驟3 ;否則，重新更換等電容值的高壓耦合電容器，重復(fù)執(zhí)行步驟201~步驟204。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的局部放電信號(hào)數(shù)據(jù)分析與處理，包括以下步驟: 步驟401:將兩路脈沖電流信號(hào)做差分運(yùn)算，獲得原始局部放電信號(hào)；步驟402:利用小波包對(duì)原始放電信號(hào)進(jìn)行小波濾波，剔除試驗(yàn)源干擾與高斯噪聲，獲得濾波后局部放電信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述高頻電壓下的局部放電檢測(cè)信息包括局部放電放電次數(shù)、放電相位和放電幅值。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK103913681SQ201410112062
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】龐月龍, 魯旭, 李慶民, 韓帥, 劉偉杰, 王高勇, 魏曉光 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)