一种固态变压器局部放电在线监测方法
【专利摘要】本发明公开了属于固态变压器检测技术范围的一种固态变压器局部放电在线监测方法。包括硬件配置和监测步骤。硬件配置将电流传感器与宽频带数字示波器相连，宽频带数字示波器、处理计算机、数据存储服务器、分析系统依次相连。通过监测待测固态变压器地线上的泄漏电流变化作为判别固态变压器绝缘老化的特征信号，利用经过数据处理步骤得到的图谱在各参量相位分布、幅值数量分布的特征差异，实现对固态变压器绝缘状态的有效评估，能够尽早发现固态变压器的潜在绝缘缺陷，满足智能修复装置调控信号的需要，从而使智能电网控制维护设备能够有效工作，运行安全、可靠。使电网设备得到及时的维护，减少损失，降低生产成本。
【专利说明】一种固态变压器局部放电在线监测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于固态变压器检测技术范围，特别涉及一种固态变压器局部放电在线监测方法。
【背景技术】
[0002]固态变压器(Solid State Transformer)又称电力电子变压器是一种新型智能输变电装备，它可以实现电能的灵活传输，提高了系统稳定性与供电可靠性。固态变压器绝缘的好坏是影响整个智能电网的安全可靠稳定运行，在固态变压器的研究实验中发现，大部分固态变压器的故障是由于其绝缘发生劣化引起的。在过去，我国对于以往的电力变压器广泛使用的预防性试验，传统的方法是采取定期停电的手段，属于离线检测。然而，由于固态变压器是运行在智能配电网中的设备，对系统稳定性有新的要求，原来的离线试验方法不能适应实际需要。因此研究固态变压器在线监测技术，可及时对固态变压器进行合理分析，再在智能维护、检修设备手段的配合下，对保证配电网的稳定可靠智能运行具有重要意义。
[0003]在最近的固态变压器的研究中，已经从实现灵活变换传输功能转变到满足其安全稳定运行状态方面。为了研究固态变压器的稳定及安全性能，业内在固态变压器在线监测技术上有了一定的探索，主要的方法有:直流分量法、直流叠加法、局部放电法及低频叠加法等。经过广泛研究，局部放电法在在线监测上有相对的优势。由于固态变压器属于高频电力变压器的范畴，其激励的PWM脉冲波形具有上升时间短暂、幅值大、频率高的特点，且其结构较工频变压器更紧凑，匝数比更大，因为匝间电压更高，会造成更多额局部放电脉冲的持续冲击和空间电场的畸变，容易导致绝缘在高频脉冲下迅速失效。由于其电源电压和传统工频的区别，导致对其在线监测技术的难度。国内外不少学者、专家和研究单位对固态变压器的检测技术不断地推进创新，但是实际投入运行的在线监测方法还很少。因此，有必要研究并开发一种固态变压器局部放电在线监测方法，以满足固态变压器在智能配电网中灵活作用的要求，提前给固态变压器绝缘劣化的预警信息，以便防患于未然，提前对缺陷固态变压器进行智能处理，避免导致故障发生。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出了一种固态变压器局部放电在线监测方法，其特征在于，包括下列步骤:
[0005]I)数据采集，通过宽带电流传感器获取相应的固态变压器的接地线上实时泄露电流和电源触发信号；
[0006]2)数据汇总，将上述的实时电流信号通过50Ω同轴电缆汇总到宽频带数字示波器；
[0007]3)数据传输，宽频带数字示波器将获取的实时电流信号离散化成数字信号，通过USB协议传输至处理计算机；
[0008]4)数据处理，处理计算机将从示波器获取的实时电流信号数据进行在线滤波处理，获得局部放电信号；
[0009]5)数据存储，将经过处理计算机处理的实时局部放电信号保存在数据库中，形成局部放电历史电流数据；
[0010]6)数据分析，通过局部放电信号分析系统对上述的局部放电历史电流数据进行分析，提取特征参数，形成供绝缘判断和监控分析的特征图谱。
[0011 ] 所述步骤4)的数据处理步骤如下:
[0012]401.处理计算机对调取的所述实时电流信号进行EMD滤波处理；
[0013]402.处理计算机将步骤401中得到的滤波后信号进行取绝对值处理；
[0014]403.处理计算机将步骤402中所获得的绝对值数据通过阈值上限的设定祛除白噪音；
[0015]404.处理计算机将步骤403中所获得的震荡数据通过常规开窗方法处理，获得有效脉冲局部放电信号。
[0016]所述特征参数包括窄带局放信号、最大放电量、平均放电量和放电次数，其中:
[0017]所述窄带局放信号为在某窄带频率下有效局放信号的峰值；
[0018]所述最大放电量为单正弦电源信号触发周期内局放脉冲幅值的最大值；
[0019]所述平均放电量为单正弦电源信号触发周期内局放脉冲幅值的平均值；
[0020]所述放电次数为单正弦电源信号触发周期内放电次数。
[0021]所述特征图谱包括:
[0022]最大放电量相位分布图谱，表示分布在整个相位区间内各部分的最大放电量；
[0023]平均放电量相位分布图谱，表示分布在整个相位区间内各部分的平均放电量；
[0024]放电幅值分布图谱，表示对不同幅值的放电次数的统计；
[0025]放电次数相位分布图谱，表示分布在整个相位区间内各部分的放电次数；
[0026]Φ-Q-N图谱，表示放电量、放电次数与放电相位之间的关系。
[0027]本发明的有益效果是克服现有技术不足，解决在固态变压器特殊的运行条件下在线监测的局部放电的获取难点，通过监测待测固态变压器地线上的泄漏电流变化作为判别固态变压器绝缘老化的特征信号，利用经过数据处理步骤得到的图谱在各参量相位分布、幅值数量分布的特征差异，实现对固态变压器绝缘状态的有效评估，保证智能配电网控制系统能够尽早发现固态变压器的潜在绝缘缺陷，满足智能修复装置调控信号的需要，可以有效检测固态变压器的绝缘状态，为固态变压器在智能配电网中的安全稳定运行提供在线检测和监视的切实可行方法，从而使智能电网控制维护设备能够有效工作，运行安全、可靠。使电网设备得到及时的维护，减少损失，降低生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为固态变压器局部发电在线监测的流程图。
[0029]图2为数据处理步骤的流程图。
[0030]图3为最大放电量相位分布图谱。
[0031]图4为平均放电量相位分布图谱。
[0032]图5为放电幅值分布图谱。
[0033]图6为放电次数相位分布图谱。
[0034]图7 为 Φ-Q-N 图谱。
[0035]图8为实际检测装置示意图。
【具体实施方式】
[0036]本发明提出了一种固态变压器局部放电在线监测方法。下面结合附图和具体地实施例进行详细地说明:
[0037]实施例，
[0038]如图1所示，固态变压器局部放电在线监测流程图，包括以下步骤:本发明的实际检测装置的硬件设备包括待测的固态变压器、电流传感器、宽频带数字示波器、处理计算机、数据存储服务器、分析系统，将电流传感器与固态变压器地线按规程组合配置，将电流传感器与宽频带数字示波器相连，宽频带数字示波器、处理计算机、数据存储服务器、分析系统依次相连(如图8所示)。
[0039]处理计算机和分析系统分别安装基于LabView图像化编程软件开发的处理和分析程序和分析
[0040]I)数据采集，通过宽带电流传感器获取相应的固态变压器的接地线上实时泄露电流和电源触发信号；
[0041]2)数据汇总，将上述的实时电流信号通过50Ω同轴电缆汇总到宽频带数字示波器；
[0042]3)数据传输，宽频带数字示波器将获取的实时电流信号离散化成数字信号，通过USB协议传输至处理计算机；
[0043]4)数据处理，处理计算机将从示波器获取的实时电流信号数据进行在线滤波处理，获得局部放电信号；
[0044]5)数据存储，将经过处理计算机处理的实时局部放电信号保存在数据库中，形成局部放电历史电流数据；
[0045]6)数据分析，通过局部放电信号分析系统对上述的局部放电历史电流数据进行分析，提取特征参数，形成供绝缘判断和监控分析的特征图谱。
[0046]所述步骤4)的数据处理步骤如下:
[0047]401.处理计算机对调取的所述实时电流信号进行经验模态分解(EMD)滤波处理；
[0048]402.处理计算机将步骤401中得到的滤波后信号进行取绝对值处理；
[0049]403.处理计算机将步骤402中所获得的绝对值数据通过阈值上限的设定祛除白噪音；
[0050]404.处理计算机将步骤403中所获得的震荡数据通过常规开窗方法处理获得有效脉冲局部放电信号。
[0051]所述特征参数包括窄带局放信号、最大放电量、平均放电量和放电次数，其中:
[0052]所述窄带局放信号为在某窄带频率下有效局放信号的峰值；
[0053]所述最大放电量为单正弦电源信号触发周期内局放脉冲幅值的最大值；
[0054]所述平均放电量为单正弦电源信号触发周期内局放脉冲幅值的平均值；
[0055]所述放电次数为单正弦电源信号触发周期内放电次数。
[0056]所述特征图谱包括:
[0057]最大放电量相位分布图谱，表示分布在整个相位区间内各部分的最大放电量(如图3所示)；
[0058]平均放电量相位分布图谱，表示分布在整个相位区间内各部分的平均放电量(如图4所示)；
[0059]放电幅值分布图谱，表示对不同幅值的放电次数的统计(如图5所示)；；
[0060]放电次数相位分布图谱，表示分布在整个相位区间内各部分的放电次数(如图6所示)；
[0061]Φ-Q-N图谱，表示放电量、放电次数与放电相位之间的关系(如图7所示)。
[0062]在上述数据分析步骤中，分析软件系统通过对采集到的数据进行处理分析，可以实现以下特点:
[0063]1.分析系统将从固态变压器获取的并经过处理的局部放电信号，按照特征参数和图谱特征的差异，将固态变压器的老化状态最终分成前期、中期、中后期和危险期四个阶段，并根据实验所得的前期录入数据，给出判断的置信度；
[0064]2.系统支持自学习和模糊推理，堆栈式将前期采集数据和录入数据作为学习依据，使推理判断更加符合实际情况；
[0065]3.系统支持远程监控，在与固态变压器配合使用的只能修复设备不能完全动作时，实现远程人工判断和操作。
[0066]综上所述，本发明的固态变压器局部放电在线监测方法，通过监测待测固态变压器地线上的电流变化作为判别固态变压器绝缘老化的特征信号，利用特征图谱在不同时间的特征差异，可以有效检测固态变压器的绝缘状态，为固态变压器的在线检测和监视提供切实可行的方法，实现智能配电网的自我控制与修复，满足安全稳定运行要求。
【权利要求】
1.一种固态变压器局部放电在线监测方法，其特征在于，包括下列步骤: 1)数据采集，通过宽带电流传感器获取相应的固态变压器的接地线上实时泄露电流和电源触发信号； 2)数据汇总，将上述的实时电流信号通过50Ω同轴电缆汇总到宽频带数字示波器； 3)数据传输，宽频带数字示波器将获取的实时电流信号离散化成数字信号，通过USB协议传输至处理计算机； 4)数据处理，处理计算机将从示波器获取的实时电流信号数据进行在线滤波处理，获得局部放电信号； 5)数据存储，将经过处理计算机处理的实时局部放电信号保存在数据库中，形成局部放电历史电流数据； 6)数据分析，通过局部放电信号分析系统对上述的局部放电历史电流数据进行分析，提取特征参数，形成供绝缘判断和监控分析的特征图谱。
2.根据权利要求1所述的一种固态变压器局部放电在线监测方法，其特征在于，所述步骤4)的数据处理步骤如下: 401.处理计算机对调取的所述实时电流信号进行EMD滤波处理； 402.处理计算机将步骤401中得到的滤波后信号进行取绝对值处理； 403.处理计算机将步骤402中所获得的绝对值数据通过阈值上限的设定祛除白噪音； 404.处理计算机将步骤403中所获得的震荡数据通过常规开窗方法处理获得有效脉冲局部放电信号。
3.根据权利要求1所述的一种固态变压器局部放电在线监测方法，其特征在于，所述特征参数包括窄带局放信号、最大放电量、平均放电量和放电次数，其中: 所述窄带局放信号为在某窄带频率下有效局放信号的峰值； 所述最大放电量为单正弦电源信号触发周期内局放脉冲幅值的最大值； 所述平均放电量为单正弦电源信号触发周期内局放脉冲幅值的平均值； 所述放电次数为单正弦电源信号触发周期内放电次数。
4.根据权利要求1所述的一种固态变压器局部放电在线监测方法，其特征在于，所述特征图谱包括: 最大放电量相位分布图谱，表示分布在整个相位区间内各部分的最大放电量； 平均放电量相位分布图谱，表示分布在整个相位区间内各部分的平均放电量； 放电幅值分布图谱，表示对不同幅值的放电次数的统计； 放电次数相位分布图谱，表示分布在整个相位区间内各部分的放电次数； Φ -Q-N图谱，表示放电量、放电次数与放电相位之间的关系。
【文档编号】G01R31/12GK104360244SQ201410643704
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】鲁旭, 黄旭炜, 孙善华, 王健, 韩帅, 李庆民, 王高勇, 刘伟杰, 李明 申请人:华北电力大学, 国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞电力工程有限公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院