适用于变电站电力设备局部放电空间定位的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高电压绝缘测量技术与应用领域。
【背景技术】
[0002] 电力设备绝缘的缺陷在短路、雷击或者开关瞬变操作等诸多外在影响下可能会诱 发事故。所以对设备的绝缘系统状态的持续评估和诊断尤为重要，这既有助于系统的连续 性风险评估，也利于绝缘故障的早期发现。
[0003] 局部放电监测技术是一种对绝缘系统状态评估的非破坏性的高灵敏性的诊断方 法，是及时发现电力设备绝缘缺陷、避免绝缘击穿故障的有效手段。局部放电源的定位有助 于制定更有针对性的检修处理方案，减少停电时间，提高检修效率。
[0004] 目前应用于局部放电检测定位的方法主要有超声波法、脉冲电流法和UHF超高频 电磁波法等。其中超声波易受各种背景噪声的干扰，并且在空间衰减快、波速不稳定，只适 合于小范围的准确定位；脉冲电流法容易受到现场各种电磁信号的干扰，降低了检测的灵 敏度，不适合用于在线监测；局部放电时辐射出的〇. 3-3GHZ电磁波，其频谱特性与局部放 电源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关，由于其检测频段高、检测频带宽，可以有效 地避开现场的各种电气干扰，通过传感器接收局部放电时辐射的超高频电磁波，实现局部 放电源的检测与定位，而其中确定UHF信号的起始时刻关系到整个局部放电检测的精确程 度。但在采集超高频电磁波信号、确定信号采集时刻时能量积累函数法以及对其进行的平 滑处理等并不能够很好的避开现场的各种噪声信号而导致信号采集时刻的误判断；采用迭 代法求解局部放电源坐标为未知量的非线性方程组时，计算速度慢，且迭代法的求解精度 对初值有很强的依赖性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是采用改进的能量积累函数对超高频电磁波进行信号处理，避免了 迭代算法因对初值的依赖而导致计算偏差的适用于变电站电力设备局部放电空间定位的 方法。
[0006] 本发明的步骤是： a、采集超高频电磁波信号后使用改进的能量积累函数进行信号处理，改进后的能量积 累函数为；
，其中的定义为信号波上第:身个点的电压值，雙： 是每个波形记录的点数，为修正量，其中修正量取决于接收信号的总能量:?以及接 收信号的总采样数.#，其关系式为:：
是修正后的能量积累值：?是能量积累值
b、 根据改进的能量积累函数绘制改进能量积累函数的曲线，确定传感器的信号采集时 亥IJ，改进的能量曲线有一个最低点，这个最低点就对应了局放电磁波信号的起始时刻； c、 采用四个传感器接收局放辐射的UHF信号，在起始时刻同时录音，超前局放发生 时刻的时间为漏，传感器接收到信号的时刻为:S:，局放源坐标与传感器坐标得到方程
;其中丨_5为局放源的空间坐 标，:?为传感器的信号采集时间，％为电磁波信号传播速度，为传感器坐 标； d、 求解上述非线性方程组，设
是第i个卫星到待测点的几何距 离，则有
； 令
，可得
，而
且
其中
；同理得到：
以上两式相等得到一个线性方程：
，其 中
e、 根据、i+1、? 4 2三个传感器非线性方程形成一个线性方程的原理，得出当有η个传 感器非线性方程时，只能形成η-2个线性独立方程； f、 由此可知，四个传感器时得到四个线性方程：
其中只有两个线性方程是独立的，即得到两个关于未知数为局放坐标的 独立线性方程，此时将方程中的两个坐标变量用第三个变量表示，
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， 得到关于独立状态参数的一元二次方程
，其中
该一元二次方程的两个解为
，则得到两组结果：
I，这两组值中只有一个满足非线性方程组，其值就是局 部放电源的坐标。
[0007] 本发明是针对局部放电源空间定位时信号采集时刻的确定以及信号处理过程中 的不足、非线性方程组迭代法求解精度对初值依赖的问题。采用改进的能量积累函数对超 高频电磁波进行信号处理，确认传感器的信号采集时刻，较改进前的能量积累函数，改进后 的能量积累曲线在接收到局放信号前持续下降，采集到局放电磁波信号后出现拐点，而不 像改进前容易受到现场的各种噪声信号而导致信号采集时刻的误判断；采用伪信号起始时 刻法对局部放电源与传感器坐标建立非线性方程组，并用静态伪距方程代数求解法进行代 数直接求解，避免了迭代算法因对初值的依赖而导致的计算偏差。
【附图说明】
[0008] 图1是改进的能量积累函数图； 图2是伪信号起始时刻发法示意图； 图3是检测现场传感器布置示意图。
【具体实施方式】
[0009] 本发明的步骤是： a、采集超高频电磁波信号后使用改进的能量积累函数进行信号处理，改进后的能量积 累函数为
。其中％;的定义为信号波上第#个点的电压 值，I是每个波形记录的点数，：遂为修正量，其中修正量::遂取决于接收信号的总能量 以及接收信号的总采样数:gf:，其关系式为：
是修正后的能量积累值；是能 量积累值._
; b、根据改进的能量积累函数绘制改进能量积累函数的曲线，确定传感器的信号采集时 亥IJ，改进能量积累函数的曲线见图1。经过改进的能量积累曲线在接收到局放信号前持续下 降，采集到局放电磁波信号后出现拐点。这样改进的能量曲线有一个最低点，而这个最低点 就对应了局放电磁波信号的起始时刻。可以有效避免现场的各种噪声信号而导致信号采集 时刻的误判断； C、采用四个传感器接收局放辐射的UHF信号，在起始时刻同时录音，超前局放发生 时刻的时间为it，传感器接收到信号的时刻为If.,信号起始时刻中包含了未知的采 集时间偏移量^，局放源坐标与传感器坐标得到方程
;其中_?運》_为局放源的空间坐标为传感器的信号米集时间，为电 磁波信号传播速度，为传感器坐标； d、采用静态伪距方程代数解法求解上述非线性方程组，设
是第J个卫星到待测点的 几何距离，则有
令
，可得
，且
其中
；同理得到：
CN 105137301 A m ~P 6/8 页 以上两式相等得到一个线性方程：
，其中
， e、 根据三个传感器非线性方程形成一个线性方程的原理，得出当有η个传 感器非线性方程时，只能形成η-2个线性独立方程； f、 由此可知，四个传感器时得到四个线性方程：
其中只有两个线性方程是独立的，即得到两个关于未知数为局放坐标的 独立线性方程，此时将方程中的两个坐标变量用第三个变量表示，
其中
得到关于独立状态参数的一元二次方程
，其中
该一元二次方程的两个解为
，则得到两组结果：
，这两组值中只有一个满足非线性方程组，其值就是局部放 电源的坐标。
[0010] 如图1，经改进的能量积累函数处理后的局部放电超高频电磁波信号在传感器接 收到局放信号前持续下降，而在采集到超高频电磁波信号后出现拐点； (2) 由拐点确定各传感器接收到超高频电磁波信号的时刻，避免了现场的各种噪声信 号而导致信号采集时刻的误判断； (3) 如图2,伪信号起始时刻法可采用4个传感器接收局放辐射的UHF信号，在某一时 亥吖起始时刻，超前局放发生时刻的时间为論）同时录音，传感器接收到信号的时刻为)?: 。按照图3所示的检测现场传感器布置示意图在变电站现场进行局部放电检测，验证此 定位方法在现场受到干扰时的合理性和有效性。信号起始时刻中包含了未知的采集时 ：·. 间偏移量:遍;，局放源坐标与传感器坐标可得到方程
， /=I3 …，4 ; (4)采用静态伪距方程代数解法求解上述非线性方程组，四个传感器可得到两个线性 方程，而未知数为局方坐标，可以将方程中的两个坐标变量用第三个变量表 示，则得到的两个线性方程可以写成新的形式。例如，定义y、Z是非相互独立的参数， :尤是独立的状态参数，则可得到关于#的一元二次方程；求解独立状态参数篇;，将解带 回，求解非相互独立参数(6:、:經；最后将两组解：
；带入 非线性方程组进行验证，而其中仅有一组解能够满足，其值就是局部放电源的坐标。
[0011] 现场测试中，将模拟放电源分别布置于(7，1，0)、及（5,3J)，通过静态 伪距方程代数解法求解得到的结果见表1，可见采用所提出的局部放电空间定位的方法拥 有足够的精度。
[0012] 表1现场测量结果 Tab. I Site test results
【主权项】
1. 一种适用于变电站电力设备局部放电空间定位的方法，其特征在于：步骤是： a、 采集超高频电磁波信号后使用改进的能量积累函数进行信号处理，改进后的能量是每个波形记录的点数，J为修正量，其中修正量谷取决于接收信号的总能量4以及接b、 根据改进的能量积累函数绘制改进能量积累函数的曲线，确定传感器的信号采集时 亥IJ，改进的能量曲线有一个最低点，这个最低点就对应了局放电磁波信号的起始时刻； c、 采用四个传感器接收局放辐射的UHF信号，在起始时刻同时录音，超前局放发生 时刻的时间为，传感器接收到信号的时刻为局放源坐标与传感器坐标得到方程标，尤为传感器的信号采集时间，％为电磁波信号传播速度，为传感器坐 标；e、 根据|:、:i麻三个传感器非线性方程形成一个线性方程的原理，得出当有n个传 感器非线性方程时，只能形成n-2个线性独立方程； f、 由此可知，四个传感器时得到四个线性方程：其中只有两个线性方程是独立的，即得到两个关于未知数为局放坐标的独 立线性方程，此时将方程中的两个坐标变量用第三个变量表示，
【专利摘要】一种适用于变电站电力设备局部放电空间定位的方法，属于高电压绝缘测量技术与应用领域。本发明的目的是采用改进的能量积累函数对超高频电磁波进行信号处理，避免了迭代算法因对初值的依赖而导致计算偏差的适用于变电站电力设备局部放电空间定位的方法。本发明的步骤是：采集超高频电磁波信号后使用改进的能量积累函数进行信号处理，根据改进的能量积累函数绘制改进能量积累函数的曲线，确定传感器的信号采集时刻，采用四个传感器接收局放辐射的UHF信号，在起始时刻同时录音，局放源坐标与传感器坐标得到方程，得到两个关于未知数为局放坐标的独立线性方程，得到两组结果，这两组值中只有一个满足非线性方程组，其值就是局部放电源的坐标。本发明避免了迭代算法因对初值的依赖而导致的计算偏差。
【IPC分类】G01R31/12
【公开号】CN105137301
【申请号】CN201510560369
【发明人】李国庆, 龙超, 王振浩, 王利猛, 辛业春, 王鹤, 李江, 王朝斌, 陈洪涛
【申请人】东北电力大学, 国家电网公司, 国网吉林省电力有限公司松原供电公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月7日