一种变压器套管局部放电监测系统及方法与流程

本发明属于电力系统局部放电监测技术领域，尤其涉及一种变压器套管局部放电监测系统。

背景技术：

变压器套管是使导体与变压器箱体绝缘的一种支撑装置。在局部放电的作用下，套管的绝缘会逐渐老化、变质进而导致损坏。制造工艺存在缺陷、末屏引线接触不良、气隙缺陷、表面污闪等都是引起套管的局部放电的原因，而套管故障是造成变压器非计划停运的直接原因之一，具有偶发性强、故障影响时间长的特点。所以，加强对套管绝缘状态的检测和评估对于提高电网安全可靠性具有重大意义。

目前对于变压器套管的传统检测方法主要还是基于介损/电容量的测试，但都需将变压器停运，虽然能够检测出套管中的局部放电缺陷，但由于测试周期长，并且可能造成二次隐性损害，因此，对于套管的在线监测变得尤为重要。而有关在线监测的技术有相对电容量和介损测试、末屏电压监测等，基本都是依靠末屏接地电流进行测量，需要改动接地回路，从应用情况看存在安全风险；需要在套管末屏引出接地导线来进行改造，带来了末屏悬浮放电风险；相对电容量和介损监测受现场干扰影响，测试结果误差大，难以准确判断套管的真实状态。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种变压器套管局部放电监测系统，能够更加安全的在线监测变压器套管的放电故障。

本发明所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种变压器套管局部放电监测系统，包括：信号采集单元、信号调理单元以及信号处理单元；所述信号采集单元设置于待监测套管前，与套管不接触，用于采集变压器套管的局部放电信号；信号处理单元与信号采集单元连接；信号处理单元用于处理信号调理单元调理后的信号。

进一步的，所述信号采集单元包括特高频信号接收天线以及特高频信号传感器，特高频信号接收天线和特高频信号传感器电气连接。

进一步的，所述信号采集单元设置在变压器套管的法兰和油位表之间，数量为3个以上，环绕套管设置，所有信号采集单元位于同一平面，该平面与套管的轴向垂直。

进一步的，特高频信号传感器通过同轴射频线与信号调理单元连接。

进一步的，所述信号调理单元包括信号放大滤波电路和检波电路，信号放大滤波电路将放大滤波后的原始信号分别送入检波电路和信号处理单元，检波电路将检波后的信号送入信号处理单元。

第二方面，本发明还提供了一种变压器套管局部放电监测方法，包括：

通过信号采集单元采用非接触方式采集变压器套管的特高频信号，具体为：

围绕变压器套管的轴向等距设置3个以上的信号采集单元，所有的信号采集单元位于同一平面，信号采集单元与变压器套管保值一定距离采集变压器套管的特高频信号。

信号采集单元通过同轴射频线将采集到的特高频信号传送给信号调理单元；信号调理单元对接收到的信号进行放大滤波以及检波，并将放大滤波后的信号和检波后的信号送入信号处理单元；

信号处理单元对检波后的信号进行谱图分析判断放电类型，具体为：信号处理单元对检波后的输出信号进行prps、prpd谱图分析得局部到放电类型。

对放大滤波后的原始信号进行时差计算确定放电位置，具体为：建立目标函数：

对目标函数求解使得min(f(x)-△t)最小，此时即为所求局部放电位置坐标即为所求局部放电位置坐标，f(x)为计算信号到达两个传感器之间的时间差，△t为实际测得的两个传感器之间的时间差，n为接受信号的传感器个数，x⁰为粗略估计的局部放电位置，xi为第i个传感器的实际设置坐标。

有益效果：本法提供了一种非接触的在线监测系统和方法，通过在变压器套管的周围设置特高频传感器采集变压器套管的局部放电信号，再通过后续的信号调理和信号处理实现了对套管放电类型的判断和放电位置的监测，由于可以在线监测以及不需要在套管上增加装置，提高了变压器的工作效率，也减少了套管的故障点，并且特高频检测方法的干扰小，准确度高，在线监测也能够实时获取数据，判断局部放电的类型，进行放电源的定位等操作，从而能够对故障进行更加完整和有效的分析。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作流程图；

图3是本发明中传感器设置的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1-3所示，本发明提供了一种变压器套管局部放电监测系统，包括信号采集单元、信号调理单元以及信号处理单元；所述信号采集单元设置于待监测套管前，与套管不接触，用于采集变压器套管的局部放电信号；信号处理单元与信号采集单元连接；信号处理单元用于处理信号调理单元调理后的信号。

信号采集单元包括特高频信号接收天线以及特高频信号传感器，特高频信号接收天线和特高频信号传感器电气连接。

变压器套管2安装变压器箱体1上，特高频信号传感器3安装在支撑基座4上，特高频信号传感器3围绕变压器套管设置，特高频信号传感器3通过同轴射频信号线5与信号调理器单元6连接，信号调单元6和数据处理单元7连接。

工作的时候，特高频信号接收天线安装在特高频信号传感器3前端，用以接收局部放电产生的特高频信号，并且除了天线接收面以外进行封装，减少信号的泄露。再将封装好的传感器通过转换接口与同轴射频信号线5相连，多路传感器并行输入信号调理器6并在特高频频段范围内进行滤波、线性放大等操作，并且对原始信号进行包络检波操作，从而降低对硬件的要求以及后续数据处理的难度。

信号采集单元设置在距离被测变压器套管1m之外以实现无接触式的测量，并且可以采集到较为明显且有效的信号。信号采集单元中包括多个传感器并从不同角度、距离接收信号，所述传感器设置方法，主要包括，针对特高频信号的不同泄露途径设置传感器，包括靠近上瓷套顶部、中部和底部或在同一水平面不同角度设置，传感器个数不少于3个，并且每两个传感器最短间距不小于0.5m，从而使特高频信号到达每个传感器的时刻具有明显差别，能够在计算机7中通过时间差算法计算出局放源的具体位置。

对于特高频传感器的实际放置位置在法兰8上方，油位表9以下，即上瓷套附近，这是根据电磁波的泄露位置决定的；而具体的位置则需要根据不同类型的套管确定。

在本实施例中，套管上瓷套底部所在水平面设置4个特高频传感器，4个传感器处于以套管本体为圆心的同一圆周上且间距相等，每个传感器距离套管1m，所有信号采集单元位于同一平面，该平面与套管的轴向垂直。如图3所示。

对于实际检波信号的输出进行prps(phaseresolvedplusesequenc)相位分辩的脉冲序列)、prpd(phase-resolvedpartialdischarge，基于相位的局放分析)等相关谱图分析，检波信号是通过对原始波形的包络得到，而谱图则是对多组检波信号进行统计分析得到的，将局部放电类型进行归类，也能从峰值、持续时间等信息判断放电发展趋势、评估放电严重性。具体而言，套管下瓷套沿面放电、套管顶部电晕放电、套管末屏悬浮放电等不同位置、不同类型的放电都具有明显不同的prpd谱图，其中放电所分布相位、幅值、放电量均不相同，因此可以根据所得到的谱图判断放电类型。

从实际信号的输出可以根据改进的时间差算法，通过每个电磁波到达传感器的时刻计算出实际局放源的位置，从而达到对局部放电源定位的效果。

传统时间差提取算法包括阈值法、最小能量法以及互相关法。阈值法是根据信号的实际强度设定一个阈值，信号第一次到达阈值对应的时刻判定为起始时刻，而此方法的关键在于阈值的设置；最小能量法主要是通过求解信号累计能量的拐点来确定起始时刻，如公式(1)所示，t0时采样总时长，ti是采样起始时刻，t为时间，r是系统输入阻抗，u是对应每个时刻下的采样幅值；互相关法是通过计算不同信号间的互相关函数从而计算其时间差，如公式(2)所示，n是采样点数，t为采样时长，m为时间差对应的采样时间间隔个数，x、y为两路信号。

但由于传统算法在检测有效范围方面存在不足，本发明通过组合平均的方式综合三种典型算法优势，将时间差误差范围最小化，并扩大其有效范围，进一步将所提取到的两路局部放电信号首波到达时间差值作为已知条件代入牛顿拉夫逊方程进行迭代，得到目标函数如公式(3)所示，其中，x^t＝(x，y，z)^t为解向量(即为所求局部放电位置坐标，以套管中心轴为z轴，套管底部为xy平面建立的空间坐标系)，x⁰为粗略估计的局放源位置(x0，y0，z0)^t，n为接收信号传感器个数，xi为第i个传感器的实际设置坐标。

采用此方法收敛速度较快，从而能够得到满足其条件的最优解，对目标函数求解使得min(f(x)-△t)最小，该最优解即反映局部放电源位置，f(x)为计算信号到达两个传感器之间的时间差，△t为实际测得的两个传感器之间的时间差。具体而言，以套管顶部电晕放电为例，对于方式一所述传感器安装方式，其位置距离套管中心大约1.5m，放电点位置为(1.42，1.78，1.94)，四路特高频传感器分别在不同时刻接收到不同强度的特高频信号，首先经过滤波、检波将信号中的背景噪声滤除，再输出并统计分析如每一个波形的峰值、对应相位等信息得到局部放电的prpd谱图，从而能够判断故障类型；对每一个具体波形进行计算，通过上述时间差算法计算得到的时间差求并取均值，得到每两个传感器的时间差为-3.53ns、-1.59ns、2.78ns，再根据牛顿拉夫逊方程进行计算，得到计算的理论放电位置坐标为(1.44m，1.71m，1.98m)，基本上定位了实际放电源位置，而造成细微误差的原因主要是计算过程中不可避免的误差以及实际放电位置并不是一个单独的点，而是一小块区域。综上所述，本发明采用该法进行实际检测，实际检测误差能够小于0.1m。

因此，通过特高频传感技术能够实现对变压器套管的无接触式在线监测，能够实现对局放的检测、判断、定位，从而能够准确的判断出变压器套管是否出现故障并预警。

实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。