一种变压器局部放电超声波定位方法与流程

本发明属于变压器的局部放电定位领域，具体涉及一种变压器局部放电超声波定位方法。

背景技术：

变压器是电力系统中不可或缺的一部分，基于电磁感应定律来改变交流电压使得输电系统上千伏特的电压能逐步转换成用户能够使用的220v交流电。但长期运行的变压器经老化受潮，必将诱发局部放电加速内部油纸绝缘老化，长时间作用下甚至会引起变压器整体绝缘的失效。因此，能准确地获取局放源的位置对于局放源的缺陷识别及缺陷危险程度评估都有重要的意义。变压器局部放电定位俨然已成为电力系统研究圈的一大热门话题。

局部放电超声波定位是一种被广泛应用的变压器局部放电定位方法，因为局部放电会产生声信号而且用于采集声信号的超声传感器布置简单还具有良好抗电磁干扰能力。目前大多数局部放电超声波定位采用的是到达时间差法，且研究者较多将直达波路径作为首波到达的路径，默认超声波仅在绝缘油中传播而忽略了其穿过其他介质时声速的变化使得局放定位结果存在较大误差。因此，急需一种新型变压器局部放电超声波定位方法，修正超声波的传播速度进而减小定位结果的误差。

技术实现要素：

为了减小因为超声波传播速度未修正而引入的定位结果误差，提高变压器局部放电超声波定位的准确性，本发明提供了一种变压器局部放电超声波定位方法。

一种变压器局部放电超声波定位方法包括以下步骤：

第一步，获取超声波信号：

变压器油箱外侧安装有第1超声波传感器、第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器，第1超声波传感器通过第一同轴电缆与四通道示波器相连，第2超声波传感器通过第二同轴电缆与四通道示波器相连，第3超声波传感器通过第三同轴电缆与四通道示波器相连，第4超声波传感器通过第四同轴电缆与四通道示波器相连；所述超声波传感器不共面；

第1超声波传感器为参考传感器；

通过第1超声波传感器、第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器、四通道示波器获得局部放电源产生的超声波信号；

第二步，信号去噪、放大处理：

对超声波信号进行去噪及放大处理，获得处理后的超声波信号；

第三步，计算到达时间差：

使用阈值法求得第1超声波传感器与第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器接收到超声波信号的初步时间差ti1，i为第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器的编号，i＝2，3，4；

第四步，初步定位局部放电源：

4.1建立时差方程组：

其中，(x1，y1，z1)为第1超声波传感器的位置，(xi，yi，zi)为第i超声波传感器的位置，(xp，yp，zp)为局部放电源的初步位置，v1为超声波信号在变压器绝缘油中的传播速度，ti1为第三步中求得的信号到达第i超声波传感器和第1超声波传感器的时间差；

4.2求解4.1中方程组，得到局部放电源的初步位置(xp，yp，zp)的值；

第五步，修正局部放电源位置：

5.1求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第1超声波传感器的估计时间t1：

5.2求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器的估计时间ti：

ti＝t1+ti1

5.3求得第1超声波传感器的误差修正值ε1：

求得第i超声波传感器的误差修正值εi：

其中，j为超声波信号所经过的介质编号，j＝1为变压器绝缘油，j＝2为变压器绕组，j＝3为变压器铁心，v1为超声波信号在变压器绝缘油中的传播速度，v2为超声波信号在变压器绕组中的传播速度，v3为超声波信号在变压器铁心中的传播速度，d1为局部放电源的初步位置到第1超声波传感器的距离，d1,j为超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第1超声波传感器中经过j介质的总距离，di为局部放电源的初步位置到第i超声波传感器的距离，di,j为超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器中经过j介质的总距离；

5.4求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第1超声波传感器的修正时间

求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器的修正时间

5.5求得第1超声波传感器与第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器接收到超声波信号的修正时间差

5.6建立修正时差方程组：

其中，为局部放电源的修正位置；

5.7求解5.6中方程组，得到局部放电源的修正位置的值。

本发明所采用的超声波定位方法通过计算超声波在经过固体介质时的传播时间和在油中传播时间的差修正了超声波在变压器中的传播时间，从而减小了传统局部放电超声波定位方法因默认超声波仅在绝缘油中传播而引入的定位误差，能有效提高变压器局部放电超声波定位的准确性。

附图说明

图1为一种变压器局部放电超声波定位装置示意图。

其中，1-四通道示波器、2-第一同轴电缆、3-第二同轴电缆、4-第三同轴电缆、5-第四同轴电缆、6-第1超声波传感器、7-第2超声波传感器、8-第3超声波传感器、9-第4超声波传感器、10-变压器油箱。

具体实施方法

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

一种变压器局部放电超声波定位方法主要包括以下步骤：

第一步，获取超声波信号：

变压器油箱外侧安装有第1超声波传感器、第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器，第1超声波传感器通过第一同轴电缆与四通道示波器相连，第2超声波传感器通过第二同轴电缆与四通道示波器相连，第3超声波传感器通过第三同轴电缆与四通道示波器相连，第4超声波传感器通过第四同轴电缆与四通道示波器相连；4个超声波传感器不共面；

第1超声波传感器为参考传感器；

通过第1超声波传感器、第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器、四通道示波器获得局部放电源产生的超声波信号；

第二步，信号去噪、放大处理：

对超声波信号进行去噪及放大处理，获得处理后的超声波信号；

第三步，计算到达时间差：

使用阈值法求得第1超声波传感器与第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器接收到超声波信号的初步时间差ti1，i为第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器的编号，i＝2，3，4；

第四步，初步定位局部放电源：

4.1建立时差方程组：

其中，(x1，y1，z1)为第1超声波传感器的位置，(xi，yi，zi)为第i超声波传感器的位置，(xp，yp，zp)为局部放电源的初步位置，v1为超声波信号在变压器绝缘油中的传播速度，ti1为第三步中求得的信号到达第i超声波传感器和第1超声波传感器的时间差；

4.2求解4.1中方程组，得到局部放电源的初步位置(xp，yp，zp)的值；

第五步，修正局部放电源位置：

5.1求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第1超声波传感器的估计时间t1：

5.2求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器的估计时间ti：

ti＝t1+ti1

5.3求得第1超声波传感器的误差修正值ε1：

求得第i超声波传感器的误差修正值εi：

其中，j为超声波信号所经过的介质编号，j＝1为变压器绝缘油，j＝2为变压器绕组，j＝3为变压器铁心，v1为超声波信号在变压器绝缘油中的传播速度，v2为超声波信号在变压器绕组中的传播速度，v3为超声波信号在变压器铁心中的传播速度，d1为局部放电源的初步位置到第1超声波传感器的距离，d1,j为超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第1超声波传感器中经过j介质的总距离，di为局部放电源的初步位置到第i超声波传感器的距离，di,j为超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器中经过j介质的总距离；

5.4求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第1超声波传感器的修正时间

求得超声波信号从局部放电源的初步位置传播到第i超声波传感器的修正时间

5.5求得第1超声波传感器与第2超声波传感器、第3超声波传感器、第4超声波传感器接收到超声波信号的修正时间差

5.6建立修正时差方程组：

其中，为局部放电源的修正位置；

5.7求解5.6中方程组，得到局部放电源的修正位置的值。