专利名称：变压器局部放电模式识别的测量方法
技术领域：
本发明涉及于电力变压器故障诊断领域，具体涉及一种变压器局部放电模式识别的测量方法。
背景技术：
运行中的电力变压器绝缘结构复杂，可能 发生的内部放电点和放电类型的种类很多，通常有如下类型(I)绕组中部油-隔板绝缘中油隙放电；(2)绕组端部油隙放电；(3)接触绝缘导线和绝缘纸(引线绝缘、搭接绝缘)的油隙放电；(4)引线、搭接线等油纸绝缘中的局部放电；(5)线圈间(纵绝缘)的油隙放电；(6)匝间绝缘局部击穿；(7)绝缘纸沿面滑闪放电。放电部位大多在某些油隙、油楔、空气隙、有悬浮电位的金属体、导体尖角和固体表面上。因而主要可归纳为油中尖端型放电、油-屏障型放电、油中气泡型放电、纸(纸板)内部空隙型放电、纸(纸板)沿面型放电、悬浮电位体型放电等多种典型的放电形式。数字化测量为局部放电的研究提供了强有力的手段，使局部放电测量技术进入了一个新阶段。通过数字化测量，可以使研究和检测人员更准确、更简单地了解变压器的绝缘状况，从而使得局部放电识别不再象以前那样主要依靠测试人员的试验经验。迄今为止，数字化测量基本都是针对脉冲电流法进行的，它根据IEC60270标准进行检测，具有许多明显的优点，但仍存在一些不足测量频率低(通常在IMHz以下)，损失了大量局部放电特征信息；用于在线检测时，易受现场干扰影响；现有标准指纹(统计算子组成的放电模式)库提供的标准放电模式太少，难以全面准确地诊断。
发明内容
本发明设计一种可以识别变压器中放电的放电类型的变压器局部放电模式识别的测量方法。变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤I)构建局部放电模型根据实验室中的测试结果，将变压器中的放电类型归纳为五类纸(纸板)内部空隙型放电、纸(纸板)沿面型放电、悬浮电位体型放电、油中气泡型放电、油-屏障型放电；①构建纸(纸板)内部空隙型放电模型米用板-板电极和试品一，试品一为两层厚I. Omm的浸油绝缘纸板中间夹一层厚O. 5 I. 5mm的绝缘纸板,试品一置于板-板电极的两个板电极之间，浸入变压器油中；由于几层介质，介质与电极间都存在大量的气隙，在外加高压下，这些气隙发生内部放电，模拟纸板的内部空隙放电；②构建纸(纸板)沿面型放电模型采用相距15mm板-板电极和试品二，试品二为经过预处理的2. 5mm厚的绝缘纸板，试品二置于板-板电极的两个板电极之间，浸入变压器油中，模拟绝缘纸板的沿面放电；③构建悬浮电位体型放电模型米用柱电极、板电极和试品三，试品三为一金属导体，试品三置于作为悬浮电极的板电极与作为高压电极的柱电极之间，柱电极与板电极间的距离选为4_;整个模型浸入变压器油中，模拟悬浮电位放电； ④构建油中气泡型放电模型采用板电极、柱电极和试品四，试品四为I. Omm干燥的绝缘纸板，试品四夹在板电极与柱电极之间，浸入变压器油中；由于试品四事先并未浸油，因此纸板表面和纸板内部会附有较多的气泡，当电极加压时，利于发生油中气泡放电，模拟油中气泡型放电；⑤构建油-屏障型放电模型采用板电极、尖电极和试品五，试品五为Imm厚度的油浸纸板，油浸纸板紧贴板电极，尖电极与油浸纸板相距1_，将整个模型浸入变压器油中，模拟油-屏障型放电；2)构建测量装置变压器局部放电模式识别的测量装置包括有实验电源，实验电源接入自耦调压器，由自耦调压器输出后接入隔离变压器，由隔离变压器输出后接入无局放试验变压器，无局放试验变压器串联一个低通高阻阻抗后与一个静电电压表并联，再与相互串联的耦合电容、检测阻抗并联，再分别与步骤I)中的局部放电模型并联；将步骤I)中的局部放电模型并联放于一封闭的变压器箱体中，箱体中充满变压器油，箱体外壳接地，形成屏蔽结构；箱体壁上安装有特高频传感器，特高频传感器分别通过电缆与频谱分析仪和信号调理单元连接，频谱分析仪和信号调理单元连接工业控制计算机；3)设置装置的参数并测量变压器局部放电模型的放电参数①采集局部放电模型放电对应的宽带频域数据，与背景噪声相比较，选取最优频率作为中心频率，将频谱分析仪的中心频率调节到最优频率，带宽设置为5MHz左右；②高压电源通过高压套管分别给步骤I)中的局部放电模型供电；③每一种局部放电模型放电产生的电磁波分别由安装在箱体壁上的特高频传感器接收后，经过50 Ω的测量电缆分别送入频谱分析仪和信号调理单元，由其中的混频放大滤波等模块处理后，由工业控制计算机通过NI5112采集卡采集并记录放电的放电量q、电压U、放电时间t ；④每一种局部放电模型重复步骤③五次以上；⑤将上述步骤得出的各局部放电模型放电的放电量q、电压U、放电时间t制成谱图，然后计算出这些谱图的由统计算子组成的指纹，多次实验的局部放电模型的放电的指纹就构成了指纹库；4)局部放电模型的测量结果应用于未知类型的放电中对于未知类型的放电，经采集、谱图计算、指纹计算后得到的指纹值与指纹库中每种放电的指纹相比较，识别出放电类型。
所述的变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的变压器油为经过脱水、脱气处理后的纯净的#25变压器油。所述的变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的板电极、柱电极、尖电极的材质为黄铜；板电极尺寸为Φ 100X 15mm ;柱电极尺寸为Φ20Χ25πιπι;尖电极尺寸为尖径5mm，尖端曲率半径O. 04mm，锥角30°尖长15mm。所述的变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的无局放试验变压器的额定电压Un = 100kV，额定功率Sn = IOkVA, IOOkV下放电量小于3pC。所述的变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的低通高阻阻抗为选用水电阻，阻值为200-300kQ。所述的变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的耦合电容的电容量为100pF，能承受的工频实验电压为100kV，100kV下的放电量小于2pC。 本发明的原理是本发明利用在测量装置中测量不同的局部放电模型的放电情况，并将测量结果采集分析后制成图谱、计算出指纹后构成指纹库，变压器中未知类型的放电只需将其利用测量装置采集分析后制成图谱、计算出指纹后与指纹库中的指纹信息对照，即可识别变压器的局部放电类型。本发明的有益效果在于本发明建立了变压器局部放电指纹库，利用各种放电谱图提供的信息，能区分不同类型的放电，为指纹诊断和模式识别技术的应用提供了有价值的数据，具有很好的工程实用价值，其可信度为99. 5%。
图I为五种典型的局部放电模型(其中(a)为内部空隙型放电模型，(b)为沿面型放电模型，(C)为悬浮电位体型放电模型，(d)为油中气泡型放电模型，(e)油-屏障型放电模型)。图2为利用本发明的测量方法对某种类型的局部放电信号的识别结果。图3为变压器局部放电测量装置的实验接线图。图4为本发明的总框图。
具体实施例方式如图I 图4所示，变压器局部放电模式识别的测量方法，具体包括以下步骤I)构建局部放电模型根据实验室中的测试结果，将变压器中的放电类型归纳为五类纸(纸板)内部空隙型放电、纸(纸板)沿面型放电、悬浮电位体型放电、油中气泡型放电、油-屏障型放电；①构建纸(纸板)内部空隙型放电模型米用板-板电极102和试品一,试品一为两层厚I. Omm的浸油绝缘纸板101中间夹一层厚O. 5 I. 5mm的绝缘纸板,试品一置于板-板电极102的两个板电极之间,浸入变压器油中；由于几层介质，介质与电极间都存在大量的气隙，在外加高压下，这些气隙发生内部放电，模拟纸板的内部空隙放电；
②构建纸(纸板)沿面型放电模型采用相距15mm板-板电极102和试品二，试品二为经过预处理的2. 5mm厚的绝缘纸板101，试品二置于板-板电极102的两个板电极之间，浸入变压器油中，模拟绝缘纸板的沿面放电；③构建悬浮电位体型放电模型米用柱电极103、板电极102和试品三,试品三为一金属导体,试品三置于作为悬浮电极的板电极102与作为高压电极的柱电极103之间，柱电极103与板电极102间的距离选为4_ ;整个模型浸入变压器油中，模拟悬浮电位放电；④构建油中气泡型放电模型采用板电极102、柱电极103和试品四，试品四为I. Omm干燥的绝缘纸板101，试品四夹在板电极102与柱电极103之间，浸入变压器油中；由于试品四事先并未浸油，因此纸 板表面和纸板内部会附有较多的气泡，当电极加压时，利于发生油中气泡放电，模拟油中气泡型放电；⑤构建油-屏障型放电模型采用板电极102、尖电极104和试品五，试品五为Imm厚度的油浸绝缘纸板101，油浸绝缘纸板101紧贴板电极102，尖电极104与油浸绝缘纸板101相距1mm，将整个模型浸入变压器油中，模拟油-屏障型放电；2)构建测量装置变压器局部放电模式识别的测量装置包括有实验电源，实验电源接入自耦调压器Tl，由自耦调压器Tl输出后接入隔离变压器T2，由隔离变压器T2输出后接入无局放试验变压器T3，无局放试验变压器T3串联一个低通高阻阻抗Z后与一个静电电压表EVM并联，再与相互串联的耦合电容Ck、检测阻抗Zm并联，再分别与步骤I)中的局部放电模型Cx并联；将步骤I)中的局部放电模型Cx并联放于一封闭的变压器箱体中，箱体中充满变压器油，箱体外壳接地，形成屏蔽结构；箱体壁上安装有特高频传感器301，特高频传感器301分别通过电缆Cl与频谱分析仪302和信号调理单元303连接，频谱分析仪302和信号调理单元303连接工业控制计算机304 ；3)设置装置的参数并测量变压器局部放电模型的放电参数①采集局部放电模型放电对应的宽带频域数据，与背景噪声相比较，选取最优频率作为中心频率，将频谱分析仪的中心频率调节到最优频率，带宽设置为5MHz左右；②高压电源通过高压套管分别给步骤I)中的局部放电模型供电；③每一种局部放电模型放电产生的电磁波分别由安装在箱体壁上的特高频传感器接收后，经过50 Ω的测量电缆分别送入频谱分析仪和信号调理单元，由其中的混频放大滤波等模块处理后，由工业控制计算机通过NI5112采集卡采集并记录放电的放电量q、电压U、放电时间t ；④每一种局部放电模型重复步骤③五次以上；⑤将上述步骤得出的各局部放电模型放电的放电量q、电压U、放电时间t制成谱图，然后计算出这些谱图的由统计算子组成的指纹，多次实验的局部放电模型的放电的指纹就构成了指纹库；4)局部放电模型的测量结果应用于未知类型的放电中
对于未知类型的放电，经采集、谱图计算、指纹计算后得到的指纹值与指纹库中每种放电的指纹相比较，识别出放电类型。变压器油为经过脱水、脱气处理后的纯净的#25变压器油。板电极、柱电极、尖电极的材质为黄铜；板电极尺寸为Φ 100X 15mm ;柱电极尺寸为Φ 20 X 25mm;尖电极尺寸为尖径5mm，尖端曲率半径O. 04臟，锥角30°尖长15mm。无局放试验变压器的额定电压Un = 100kV，额定功率Sn = IOkVA, IOOkV下放电量小于3pC。变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的低通高阻 阻抗为选用水电阻，阻值为300k Ω。变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的耦合电容的电容量为100pF，能承受的工频实验电压为100kV，IOOkV下的放电量小于2pC。隔离变压器T2可有效地抑制电网中窜入的高次谐波，改善供电电源的品质。为避免高压引线电晕放电，引线采用了光滑铜杆，所有连接头均经过特殊处理。低通高阻阻抗Z选用水电阻，它在局部放电模型Cx突然击穿时，起限流作用，保护实验设备，同时也有助于抑制电源侧的干扰。水电阻阻值的选取必须合适，过大可能影响模型上的电压，过小则起不到保护作用，实验中取为300k Ω。耦合电容Ck的作用，一方面是隔离工频高压，使检测阻抗Zm上承受的电压很低，以保证测量装置能安全工作；另一方面将试品的局部放电信号耦合到检测阻抗Zm上来。整个模式识别的数据流程如图4所示，首先对测量方法所得数据进行后续处理，将时域的局部放电数据进行软件峰值处理，模拟硬件峰值保持。同时，将工频电压周期分为500个相位窗，在每个相位窗内，将超过阈值的最大数据进行峰值保持，然后将所得结果按放电量、电压、相位、周期的格式存储。然后对多个工频周期的放电信号进行统计，得到局部放电的各种分布谱图。然后以相位窗为单位统计测量所得到的多个工频周期的各种局部放电参数。系统计算并显示三种重要的基于相位分窗的放电谱图最大放电量相位分布Amax(勿、平均放电量相位分布
丑9 0)、放电次数相位分布丑》0)。系统提取汉 max0)、A 0)、Ηη(φ), H(q)和H(p)共五种二
维放电谱图、判-η三维放电谱图以及放电椭圆图。然后将各种分布进行统计分析，用定量的参数(统计算子)来描述某种分布的形状特征。本发明参照ΤΕ571，除选取国际上流行的29个统计算子之外，还首次添加了相位中值μ，共包括37个统计算子，包括偏斜度Sk、突出度Ku、局部峰个数Pe、放电不对称度Q、相位不对称度Φ、互相关因子cc、相位中值μ、修正相关因子mcc等，利用这些特征指纹可进行放电类型识别。此外，还可以根据实际需要从37个统计算子中选取部分统计算子，研究能较好地反映放电特征变化的特征算子，从而可以简化后续的模式识别算法。考虑到原始数据和不同的放电类型在实际应用中将不断积累，本发明采用了较为开放的放电指纹库管理方式，采用从大到小一级级的指纹库存放格式，形成了一个完善的指纹库管理和维护系统。总体上采用“设备级-问题级-指纹级”的结构，增加了系统的灵活性。在实际应用中，当用户在不同的级别获得新的有价值的数据时即可向相应的级别进行数据添加，这样大大提高了系统的可扩充性。权利要求
1.一种变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤 1)构建局部放电模型 根据实验室中的测试结果，将变压器中的放电类型归纳为五类纸(纸板)内部空隙型放电、纸(纸板)沿面型放电、悬浮电位体型放电、油中气泡型放电、油-屏障型放电； ①构建纸(纸板)内部空隙型放电模型 米用板-板电极和试品一，试品一为两层厚I. Omm的浸油绝缘纸板中间夹一层厚O.5 I. 5mm的绝缘纸板,试品一置于板-板电极的两个板电极之间,浸入变压器油中；由于几层介质，介质与电极间都存在大量的气隙，在外加高压下，这些气隙发生内部放电，模拟纸板的内部空隙放电； ②构建纸(纸板)沿面型放电模型 采用相距15mm板-板电极和试品二,试品二为经过预处理的2. 5mm厚的绝缘纸板,试品二置于板-板电极的两个板电极之间，浸入变压器油中，模拟绝缘纸板的沿面放电； ③构建悬浮电位体型放电模型 米用柱电极、板电极和试品三，试品三为一金属导体，试品三置于作为悬浮电极的板电极与作为高压电极的柱电极之间，柱电极与板电极间的距离选为4_;整个模型浸入变压器油中，模拟悬浮电位放电； ④构建油中气泡型放电模型 采用板电极、柱电极和试品四，试品四为I. Omm干燥的绝缘纸板，试品四夹在板电极与柱电极之间，浸入变压器油中；由于试品四事先并未浸油，因此纸板表面和纸板内部会附有较多的气泡，当电极加压时，利于发生油中气泡放电，模拟油中气泡型放电； ⑤构建油-屏障型放电模型 米用板电极、尖电极和试品五，试品五为Imm厚度的油浸纸板，油浸纸板紧贴板电极，尖电极与油浸纸板相距1_，将整个模型浸入变压器油中，模拟油-屏障型放电； 2)构建测量装置 变压器局部放电模式识别的测量装置包括有实验电源，实验电源接入自耦调压器，由自耦调压器输出后接入隔离变压器，由隔离变压器输出后接入无局放试验变压器，无局放试验变压器串联一个低通高阻阻抗后与一个静电电压表并联，再与相互串联的耦合电容、检测阻抗并联，再分别与步骤I)中的局部放电模型并联；将步骤I)中的局部放电模型并联放于一封闭的变压器箱体中，箱体中充满变压器油，箱体外壳接地，形成屏蔽结构；箱体壁上安装有特高频传感器，特高频传感器分别通过电缆与频谱分析仪和信号调理单元连接，频谱分析仪和信号调理单元连接工业控制计算机； 3)设置装置的参数并测量变压器局部放电模型的放电参数 ①采集局部放电模型放电对应的宽带频域数据，与背景噪声相比较，选取最优频率作为中心频率，将频谱分析仪的中心频率调节到最优频率，带宽设置为5MHz左右； ②高压电源通过高压套管分别给步骤I)中的局部放电模型供电； ③每一种局部放电模型放电产生的电磁波分别由安装在箱体壁上的特高频传感器接收后，经过50 Ω的测量电缆分别送入频谱分析仪和信号调理单元，由其中的混频放大滤波等模块处理后，由工业控制计算机通过NI5112采集卡采集并记录放电的放电量q、电压U、放电时间t ；④每一种局部放电模型重复步骤③五次以上； ⑤将上述步骤得出的各局部放电模型放电的放电量q、电压U、放电时间t制成谱图，然后计算出这些谱图的由统计算子组成的指纹，多次实验的局部放电模型的放电的指纹就构成了指纹库； 4)局部放电模型的测量结果应用于未知类型的放电中 对于未知类型的放电，经采集、谱图计算、指纹计算后得到的指纹值与指纹库中每种放电的指纹相比较，识别出放电类型。
2.根据权利要求I所述的变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的变压器油为经过脱水、脱气处理后的纯净的#25变压器油。
3.根据权利要求I所述的变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的板电极、柱电极、尖电极的材质为黄铜；板电极尺寸为Φ IO O X 15mm ;柱电极尺寸为Φ 20 X 25mm;尖电极尺寸为尖径5mm，尖端曲率半径O. 04臟，锥角30°尖长15mm。
4.根据权利要求I所述的变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的无局放试验变压器的额定电压Un= 100kV，额定功率5,= lOkVA，IOOkV下放电量小于3pC。
5.根据权利要求I所述的变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的低通高阻阻抗为选用水电阻，阻值为200-300kQ。
6.根据权利要求I所述的变压器局部放电模式识别的测量方法，其特征在于所述的耦合电容的电容量为100pF，能承受的工频实验电压为100kV，IOOkV下的放电量小于2pC。
全文摘要
本发明公开了一种变压器局部放电模式识别的测量方法，利用在测量装置中测量不同的局部放电模型的放电情况，并将测量结果采集分析后制成图谱、计算出指纹后构成指纹库，变压器中未知类型的放电只需将其利用测量装置采集分析后制成图谱、计算出指纹后与指纹库中的指纹信息对照，即可识别变压器的局部放电类型。本发明建立了变压器局部放电指纹库，利用各种放电谱图提供的信息，能区分不同类型的放电，为指纹诊断和模式识别技术的应用提供了有价值的数据，具有很好的工程实用价值，其可信度为99.5%。
文档编号G06K9/62GK102707203SQ20121003477
公开日2012年10月3日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者李梅, 杨岸, 胡霞, 高峻岭 申请人:安徽理工大学, 李梅