一种电声联合的变压器局部放电带电检测方法及系统与流程

技术特征：

1.一种电声联合的变压器局部放电带电检测方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤(1)：将套筒单极子天线安装在变压器的放油阀或法兰盘上，利用套筒单极子天线接收变压器内部局部放电过程中产生的超高频信号；

步骤(2)：同时，将超声波传感器放在套筒单极子天线上，利用超声波传感器接收变压器内部局部放电过程中产生的超声波信号；

步骤(3)：基于乘积型混频器将超高频信号与本振信号进行混频处理，将超高频信号的频率的载频变换到一个新的频率中频上，而保持调制类型和参数不变；使经过处理后的超高频信号达到普通A/D采集卡的处理频率范围，保留超高频信号的峰值及相位特征；

步骤(4)：假设接收到超高频信号的时刻为局部放电发生的时刻，而超声波信号到达各个超声波传感器存在时延，将超高频信号作为触发信号，读取各个超声波传感器采集到超声波的时刻与局部放电发生时刻的之间的时间差，选择设定个数的超声波传感器，利用检测到的超声波的时刻与采集到超高频信号时刻之间的时间差T_i，作为局部放电源P(x,y,z)到各超声波传感器S_i(x_i，y_i，z_i)的传播时间，以超声波速度v乘以时间差得到距离，建立方程组如下：

(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²-(vT_i)²＝0 (7)

x表示局部放电源P在空间直角坐标系X轴上的坐标位置，

y表示局部放电源P在空间直角坐标系Y轴上的坐标位置，

z表示局部放电源P在空间直角坐标系Z轴上的坐标位置，

x_i表示第i个超声波传感器S_i在空间直角坐标系X轴的坐标位置，

y_i表示第i个超声波传感器S_i在空间直角坐标系Y轴的坐标位置，

z_i表示第i个超声波传感器S_i在空间直角坐标系Z轴的坐标位置，i的取值范围是3或4；

采用牛顿法在复数域内迭代求解方程，以其复数解的实部作为定位结果，获取变压器局部放电源的坐标定位。

2.如权利要求1所述的一种电声联合的变压器局部放电带电检测方法，其特征是，所述乘积型混频器的原理如下：

输入信号v_S(t)为：

v_S(t)＝V_Sm(1+m_acosΩt)cosω_St (3)

其中，V_Sm是载波振幅；m_a调幅系数，表明载波振幅受调制控制的程度，在0～1之间；Ω是调制波的角频率；ω_S是载波的角频率；

本振信号v_L(t)为：

v_L(t)＝V_Lmcosω_Lt (4)

v_L表示振幅；ω_L表示频率；t表示时间变量；

设乘法器的增益为k，则输出中频信号为：

$v_O\left(t\right)={\mathrm{kv}}_S\left(t\right)v_L\left(t\right)=\frac{k}{2}{V}_{Sm}{V}_{Lm}(1+m_{a}cos\mathrm{\Ω}t)\[cos({\mathrm{\ω}}_L-{\mathrm{\ω}}_S)t+cos({\mathrm{\ω}}_L+{\mathrm{\ω}}_S)t\]---\left(5\right)$

滤波器滤除和频分量后，输出的差频电压为

v_I(t)＝V_Im(1+m_acosΩt)cosω_It (6)；

ω_I表示本振信号频率与输入信号频率之差；

由公式(6)可知，混频前后的调制参数Ω和m_a都没有变化，即包络信号的频率没有改变，包络幅值与乘法器的增益有关，按设定比列线性变化，这样信号经检波对数放大器后，就可以得到最初的载波信号的包络，就可以的到最初的载波信号的峰值和相位。

3.如权利要求1所述的一种电声联合的变压器局部放电带电检测方法，其特征是，

套筒单极子天线，包括辐射振子，所述辐射振子下端套接套筒，辐射振子和套筒之间设有同轴电缆传输线，所述辐射振子的顶端设有超声波传感器。

4.如权利要求3所述的一种电声联合的变压器局部放电带电检测方法，其特征是，

辐射振子的外表面起接收辐射电磁波的作用，套筒的内表面是同轴电缆传输线的外导体。

5.如权利要求3所述的一种电声联合的变压器局部放电带电检测方法，其特征是，

套筒单极子天线采用同轴电缆传输线馈电，馈电点在套筒内部，天线所检测到的超高频电磁信号经50Ω同轴电缆传输线引入乘积型混频器。

6.如权利要求3所述的一种电声联合的变压器局部放电带电检测方法，其特征是，套筒单极子天线有五个参数：辐射振子高度H，套筒高度S，馈电点高度h，辐射振子直径d，套筒直径D；根据变压器局部放电超高频检测的特点和天线的安装位置来确定套筒单极子天线的参数；D/d＝3是套筒直径D与辐射振子直径d的最佳比值；套筒高度S为辐射振子高度H的一半；馈电点高度h为套筒高度S的一半。

7.如权利要求1所述的一种电声联合的变压器局部放电带电检测方法，其特征是，套筒单极子天线原理就是辐射振子和金属套筒在电磁场中会感应出电流，在馈电点处连接同轴电缆传输线的中心导体，同轴电缆传输线的外层导体连接到金属套筒上，通过同轴电缆传输线将感应产生的电流信号导出，在对电流信号进行调制处理成电压信号，形成乘积型混频器的输入信号，即调幅信号。

8.如权利要求1所述的一种电声联合的变压器局部放电带电检测方法，其特征是，使用套筒单极子天线的目的是为了感应超高频电磁波信号。

9.一种电声联合的变压器局部放电带电检测系统，其特征是，包括：

超高频信号采集单元：将套筒单极子天线安装在变压器的放油阀或法兰盘上，利用套筒单极子天线接收变压器内部局部放电过程中产生的超高频信号；

超声波信号采集单元：同时，将超声波传感器放在套筒单极子天线上，利用超声波传感器接收变压器内部局部放电过程中产生的超声波信号；

混频单元：基于乘积型混频器将超高频信号与本振信号进行混频处理，将超高频信号的频率的载频变换到一个新的频率中频上，而保持调制类型和参数不变；使经过处理后的超高频信号达到普通A/D采集卡的处理频率范围，保留超高频信号的峰值及相位特征；所述普通A/D采集卡的处理频率范围为0-100M；

变压器局部放电源的坐标定位单元：假设接收到超高频信号的时刻为局部放电发生的时刻，而超声波信号到达各个超声波传感器存在时延，将超高频信号作为触发信号，读取各个超声波传感器采集到超声波的时刻与局部放电发生时刻的之间的时间差，选择设定个数的超声波传感器，利用检测到的超声波的时刻与采集到超高频信号时刻之间的时间差T_i，作为局部放电源P(x,y,z)到各超声波传感器S_i(x_i，y_i，z_i)的传播时间，以超声波速度v乘以时间差得到距离，建立方程组如下：

(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²-(vT_i)²＝0 (7)

x表示局部放电源P在空间直角坐标系X轴上的坐标位置，

y表示局部放电源P在空间直角坐标系Y轴上的坐标位置，

z表示局部放电源P在空间直角坐标系Z轴上的坐标位置，

x_i表示第i个超声波传感器S_i在空间直角坐标系X轴的坐标位置，

y_i表示第i个超声波传感器S_i在空间直角坐标系Y轴的坐标位置，

z_i表示第i个超声波传感器S_i在空间直角坐标系Z轴的坐标位置，i的取值范围是3或4；

采用牛顿法在复数域内迭代求解方程，以其复数解的实部作为定位结果，获取变压器局部放电源的坐标定位。

10.如权利要求9所述的系统，其特征是，所述乘积型混频器的原理如下：

输入信号v_S(t)为：

v_S(t)＝V_Sm(1+m_acosΩt)cosω_St (3)

其中，V_Sm是载波振幅；m_a调幅系数，表明载波振幅受调制控制的程度，在0～1之间；Ω是调制波的角频率；ω_S是载波的角频率；

本振信号v_L(t)为：

v_L(t)＝V_Lmcosω_Lt (4)

v_L表示振幅；ω_L表示频率；t表示时间变量；

设乘法器的增益为k，则输出中频信号为：

$v_O\left(t\right)={\mathrm{kv}}_S\left(t\right)v_L\left(t\right)=\frac{k}{2}{V}_{Sm}{V}_{Lm}(1+m_{a}cos\mathrm{\Ω}t)\[cos({\mathrm{\ω}}_L-{\mathrm{\ω}}_S)t+cos({\mathrm{\ω}}_L+{\mathrm{\ω}}_S)t\]---\left(5\right)$

滤波器滤除和频分量后，输出的差频电压为

v_I(t)＝V_Im(1+m_acosΩt)cosω_It (6)；

ω_I表示本振信号频率与输入信号频率之差；

由公式(6)可知，混频前后的调制参数Ω和m_a都没有变化，即包络信号的频率没有改变，包络幅值与乘法器的增益有关，按设定比列线性变化，这样信号经检波对数放大器后，就可以得到最初的载波信号的包络，就可以的到最初的载波信号的峰值和相位。