利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法
【专利摘要】一种利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法。其包括制作四根全向射频天线、建立局部放电定位系统、确定射频电磁波信号的起始点、平滑滤波处理、利用时延计算放电点位置等步骤。本发明的变电站全站局部放电定位方法是改变以往对单个设备进行检测的常规做法，利用一套定位装置对全站的设备进行局部放电信号的巡检：首先通过检测变电站内多种类型高压设备故障发生前所产生的异常局部放电信号，初步定位放电源后，再进一步分析判断局部放电信号的发展趋势，预测设备的绝缘恶化程度。经实验室及现场测试表明，对10m范围内的局部放电源定位结果误差在20cm以内，因此能够满足变电站全站局部放电定位精度的要求。
【专利说明】利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统高电压与绝缘【技术领域】，特别是涉及一种利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法。
【背景技术】
[0002]局部放电是在一定电压的作用下，绝缘结构内部的气隙、油膜或导体的边缘发生非贯穿性的放电现象。射频(RF)法检测局部放电是近年来发展起来的一项新技术，通过安置RF传感器检测局部放电激发的电磁波射频部分。其基本原理是:油和SF6气体中局部放电总是在很小的范围内发生，因此具有极快击穿时间的特征，上升沿很陡。这种具有快速上升时沿的局部放电脉冲含有从直流到超过IGHz的频率成分。电力系统中的架空线等处的电晕放电与电力设备内局部放电特性不同:空气中电晕放电脉冲持续时间较长、波头上升时间也较长，其信号能量频率一般在200MHz以下。另外局部放电测试中的其他高频干扰如:调频信号、电视信号、移动通信信号、航空器通信信号等除移动通信信号在800M或1800M外，大都在300M范围以内。因此，当电力设备内发生局部放电时，通过检测其发出的电磁波中的射频段(300?3000MHz)信号来检测局部放电，可以尽量避开常规电气测试方法中难以避开的电晕及其它周期性干扰信号，提高局部放电检测的信噪比。但目前尚缺少这样的变电站全站局部放电定位方法。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法。
[0004]为了达到上述目的，本发明提供的利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法包括按顺序执行的下列步骤:
[0005]步骤一、制作四根全向射频天线:全向射频天线作为全向射频传感器，用于接收局部放电源辐射的射频电磁波信号，以实现局部放电检测；
[0006]步骤二、建立局部放电定位系统:建立包含四根全向射频天线、四个放大器和一个带存储功能的高速示波器在内的局部放电定位系统，并通过四根全向射频天线实时采集局部放电源辐射的射频电磁波信号；
[0007]步骤三、确定射频电磁波信号的起始点:根据射频电磁波信号的波形利用能量积累函数确定各路射频电磁波信号的放电起始时刻；
[0008]步骤四、平滑滤波处理:对上述能量积累函数进行平滑滤波处理，以得到能量积累函数的“拐点”位置；
[0009]步骤五、利用时延计算放电点位置:利用四路射频电磁波信号的放电起始时刻和相对于全向射频天线的位置关系，确定出放电点位置。
[0010]在步骤一中，所述的全向射频天线为一种椭圆形微带天线，正面导体薄片为椭圆金属贴片，背面接地板为半椭圆金属贴片和圆盘接地极，介质基底采用聚四氟乙烯。[0011]在步骤二中，所述的局部放电定位系统包括四根全向射频天线、四个放大器和一个带存储功能的高速示波器；其中四根全向射频天线设置在变电站局部放电监测区域的中心位置处，形成天线阵列，每个全向射频天线连接一个放大器，四个放大器同时与高速示波器相连。
[0012]在步骤二中，所述的局部放电定位系统的建立过程如下:
[0013](2.1)在变电站局部放电监测区域的中心位置处安装四根全向射频天线组成天线阵列，并建立三维坐标系，依次计算各全向射频天线的空间坐标，设η号全向射频天线的三维坐标为(Xn，Yn, Zn);全向射频天线的频率范围为0.3GHz-6GHz ；
[0014](2.2)将每个全向射频天线连接一个放大器，放大器用于将全向射频天线接收的射频电磁波信号放大，其频带范围为0.3GHz-2GHz，增益..> = 40db ；
[0015](2.3)将高速示波器放置于天线阵列中心位置，并与多个放大器相连，以触发方式同步采集放大器输出的射频电磁波信号:高速示波器的带宽大于2GHz，采样速率应大于10GSa/s。
[0016]在步骤三中，所述的确定各路射频电磁波信号的放电起始时刻的方法是利用能量积累函数；
[0017]能量积累函数X的计算公式为
【权利要求】
1.一种利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法，其特征在于:其包括按顺序执行的下列步骤: 步骤一、制作四根全向射频天线:全向射频天线(I)作为全向射频传感器，用于接收局部放电源辐射的射频电磁波信号，以实现局部放电检测； 步骤二、建立局部放电定位系统:建立包含四根全向射频天线(I)、四个放大器(2)和一个带存储功能的高速示波器(3)在内的局部放电定位系统，并通过四根全向射频天线(1)实时采集局部放电源辐射的射频电磁波信号； 步骤三、确定射频电磁波信号的起始点:根据射频电磁波信号的波形利用能量积累函数确定各路射频电磁波信号的放电起始时刻； 步骤四、平滑滤波处理:对上述能量积累函数进行平滑滤波处理，以得到能量积累函数的“拐点”位置； 步骤五、利用时延计算放电点位置:利用四路射频电磁波信号的放电起始时刻和相对于全向射频天线(I)的位置关系，确定出放电点位置。
2.根据权利要求1所述的利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法，其特征在于:在步骤一中，所述的全向射频天线(I)为一种椭圆形微带天线，正面导体薄片为椭圆金属贴片，背面接地板为半椭圆金属贴片和圆盘接地极，介质基底采用聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法，其特征在于:在步骤二中，所述的局部放电定位系统包括四根全向射频天线(I)、四个放大器(2)和一个带存储功能的高速示波器(3);其中四根全向射频天线(I)设置在变电站局部放电监测区域的中心位置处，形成天线阵列，每个全向射频天线(I)连接一个放大器(2)，四个放大器(2)同时与高速示波器(3)相连。
4.根据权利要求1所述的利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法，其特征在于:在步骤二中，所述的局部放电定位系统的建立过程如下: 2.1)在变电站局部放电监测区域的中心位置处安装四根全向射频天线(I)组成天线阵列，并建立三维坐标系，依次计算各全向射频天线(I)的空间坐标，设η号全向射频天线(I)的三维坐标为(Xn, Yn, Zn);全向射频天线(I)的频率范围为0.3GHz-6GHz ; 2.2)将每个全向射频天线(I)连接一个放大器(2)，放大器(2)用于将全向射频天线(I)接收的射频电磁波信号放大，其频带范围为0.3GHz-2GHz，增益..> = 40db ； 2.3)将高速示波器(3)放置于天线阵列中心位置，并与多个放大器(2)相连，以触发方式同步采集放大器(2)输出的射频电磁波信号:高速示波器(3)的带宽大于2GHz，采样速率应大于10GSa/s。
5.根据权利要求1所述的利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法，其特征在于:在步骤三中，所述的确定各路射频电磁波信号的放电起始时刻的方法是利用能量积累函数； 能量积累函数X的计算公式为辱=其中Hi为射频电磁波信号波形上第k个点的电压值为每路射频电磁波信号波形记录的点数。
6.根据权利要求1所述的利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法，其特征在于:所述的对能量积累函数进行平滑滤波处理的方法是:使用滑动平均滤波器和指数加权滤波器对能量积累函数进行平滑处理；假设em[n]为原能量积累函数，Smem[η]为平滑处理以后的能量积累函数，M阶滑动平均滤波器和指数加权滤波器的公式如下，其中加权系数为α (O < α < 1)):
7.根据权利要求1所述的利用示波器检测射频信号的变电站全站局部放电定位方法，其特征在于:在步骤五中，所述的利用时延计算放电点位置的方法为: 拐点对应的时刻认为是射频电磁波信号的起始时刻，因此该信号到达的时间差为:
Δ T2 = dt2_dtl
Δ T3 = dt3_dtl
Δ T4 = dt4_dtl 假设四根全向射频天线I的空间位置坐标分别为(Xl，Y1, Z1)、(x2, y2, Z2)、(x3, y3，Z3)和(X4，y4，Z4)，放电点位置为(X，1，Z)，放电点到四根全向射频天线I的距离分别为屯、d2、d3、d4，建立基于时间差的非线性方程组:
(I2-Cl1 = νΔΤ2
(I3-Cl1 = νΔΤ3
(I4-Cl1 = V Δ T4 其中
【文档编号】G01R31/12GK103983903SQ201410205506
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】殷军, 郭浩, 刘玄 申请人:国家电网公司, 国网天津市电力公司