变电站局部放电信号检测和定位系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种信号检测和定位的系统及方法，尤其涉及一种对局部放电信号进 行检测和定位的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 绝缘故障是电力设备在运行中最主要的可能故障之一，电力设备发生绝缘故障 前，一般都会有一个逐渐发展的局部放电过程，最终导致绝缘击穿。如果在这个过程能够对 运行设备进行局部放电监测和诊断，及时发现局部放电信号，提前对缺陷进行处理，就能有 效避免绝缘击穿故障的发生。同时，对局部放电位置的定位，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。
[0003] 局部放电可通过超声波、电气参数常量和特高频电磁波等多种方法检测。这些方 法都可用来做局放定位。特高频（UHF)电磁波法是局部放电检测的一种新方法，该方法通 过特高频天线传感器接收电力设备内局部放电过程所辐射的电磁波中的特高频段（300~ 3000MHz)信号来检测局部放电。特高频电磁波检测的优点为：检测频段较高，可以有效地 避开常规局部放电测量中的电晕、开关操作等多种电气干扰；检测频带宽，所以其检测灵敏 度很高，且电磁波在空气中的传播速度近似光速，可以用来计算局放的放电位置。
[0004] 国内外现有的对电力设备的局部放电进行检测及定位的方法基本都是针对单个 变电站设备（GIS、变压器、容性设备等）的局部放电进行检测，并依据采集到的声信号和电 信号进行定位。这种监测思路存在以下缺陷：变电站中的任何高压电力设备均可能会发生 局部放电故障，要想对全站的一次电气设备实施监测，就需要在每一个设备上都安装局部 放电监测装置，这需要耗费大量的时间，财力进行设备采购，安装；测试时需携带多套不同 类型仪器，操作不便；众多监测装置的维护和管理也需耗费大量的时间和人力。这种监测形 式难以适应今后智能变电站远程管理及少人值守。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种变电站局部放电信号检测和定位系统，其能够对变电 站全站范围内的设备实施局部放电信号检测和定位。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种变电站局部放电信号检测和定位方法，该方法同 样具有上述功能。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提出了一种变电站局部放电信号检测和定位系统，用 于检测变电站设备放电点产生的局部放电所激发的特高频电磁波，并对所述放电点进行定 位，其包括：
[0008] 四个特高频全向天线接收放大模块，其中每个特高频全向天线接收放大模块均包 括特高频全向天线和与其连接的前置宽带放大器，其中所述特高频全向天线接收所述局部 放电激发的特高频电磁波，并由所述前置宽带放大器对其进行放大和滤波后输出四路信 号；
[0009] 具有至少四路输入的超高速数据采集单元，其四路输入与所述四个特高频全向天 线接收放大模块的前置宽带放大器的输出分别对应连接，以分别采集所述四路信号，并将 该四路信号转换为相应的四路数据输出；
[0010] 数据处理和分析单元，其与所述超高速数据采集单元连接，接收其输出的四路数 据并对该四路数据进行处理和分析，包括步骤：
[0011] (1)对所述四路数据进行处理和分析，得到所述局部放电激发的特高频电磁波到 达所述四个特高频全向天线接收放大模块的特高频全向天线的四个时刻对应的四个起始 时刻 dtl、dt2、dt3 和 dt4 ;
[0012] (2)建立三维空间坐标系，设所述四个特高频全向天线接收放大模块的特高频全 向天线的坐标分别为已知的（X 1, Y1, Z1)、（x2, y2, z2)、（x3, y3, Z3)和（x4, y4, Z4)，放电点坐标 为（X，y, z)，放电点到所述四个特高频全向天线接收放大模块的特高频全向天线的距离分 别为山、d2、(13和d 4，基于所述四个起始时刻dtl、dt2、dt3和dt4列出关于所述放电点坐标 (X，y, z)的方程组：
[0013] (I2-Cl1 = V Δ T 2
[0014] (I3-Cl1 = V Δ T 3
[0015] Cl4-Cl1=VAT4
[0016] 其中，Δ T2= dt2_dtl，Δ T3= dt3_dtl，Δ T4= dt4_dtl ;
i = 1，2, 3, 4 ;电磁波传播速度 v = 3. 0 X 108m/s ;
[0017] (3)对所述方程组进行求解，得到所述放电点坐标（X，y，z)的值，以对所述放电点 进行定位。
[0018] 本发明所述的变电站局部放电信号检测和定位系统，基于所述四个特高频全向天 线接收放大模块的特高频全向天线形成的天线矩阵，可对变电站全站范围内的设备进行局 部放电所激发的特高频电磁波的检测，并对产生所述局部放电所激发的特高频电磁波的放 电点进行定位。其中，四个特高频全向天线接收放大模块的特高频全向天线用于接收所述 特高频电磁波，由于所述特高频电磁波从所述放电点到达所述四个特高频全向天线接收放 大模块的特高频全向天线的四个时刻之间具有时间差，而所述四个特高频全向天线接收放 大模块的特高频全向天线的位置已知，因此可基于所述时间差对放电点的位置进行列方程 求解，以对所述放电点进行定位。
[0019] 本发明所述的变电站局部放电信号检测和定位系统，改变以往对单个设备安装在 线监测装置的常规做法，用一套检测和定位系统对变电站全站范围内的设备进行局部放电 信号的检测，获取整个变电站站域的局部放电信息，成本低，效率高，有助于巡检变电站设 备时提前发现缺陷，减少停电事故的发生，从而提高变电站的智能化水平。
[0020] 进一步地，在本发明所述的变电站局部放电信号检测和定位系统中，所述步骤（1) 中，所述四个起始时刻dtl、dt2、dt3和dt4分别对应由所述四路数据得到的四条累积能量 曲线的拐点，所述累积能量曲线由公式
得到，其中Uk为由所述数据还原得到的 信号波形上第k个点的电压值，j为信号波形记录的点数。
[0021] 上述方案中，所述步骤（1)的原理是，当局部放电发生时，放电点将辐射出一个脉 冲，该脉冲的幅值远大于背景噪声，经过能量积累，所述脉冲将在能量积累曲线上形成一个 拐点，该拐点对应的时刻即为所述起始时刻。
[0022] 进一步地，在本发明所述或上述的变电站局部放电信号检测和定位系统中，所述 步骤（3)的求解方法采用逐层网格搜索法：
[0023] 将所述方程组写成向量P(X) = O的形式，其中X = (X，y，ζ)τ，则
[0025] 首先进行第一层搜索：
[0026] 在放电点坐标
内以D1为间隔 搜索IP(X)II的最小值，得到该最小值对应的坐标 (Xsi，y~si，Zs]_)，
[0027] 然后进行第二层搜索：
[0028] 在
内以D2为间隔 搜索|p(x) Il的最小值，得到该最小值对应的坐标 (Xs2，y"s2，Zs2);
[0029] 上述步骤中，
为放电点坐标所 属区域最大范围，D2决定放电点坐标定位精度，（X s2, ys2, zs2)为最终求解得到的放电点坐标 (x,y,z)的值。
[0030] 上述方案中，所述步骤（3)所要求解的方程组是非线性方程组。
[0031] 通常非线性方程组可用牛顿法进行求解，其原理是：
[0032] 设上迓
[0033] 设Xk= (X k，yk，zk)τ为方程组的一个近似解，则