專利名稱：一種車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓電力設(shè)備絕緣監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)及其定位方法。
背景技術(shù)：
絕緣故障是電力設(shè)備在運(yùn)行中最常見的故障之一。通常情況下，電力設(shè)備在發(fā)生絕緣故障前，會(huì)有一個(gè)逐漸發(fā)展的局部放電過程，隨著放電的加劇，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。如果在局部放電過程中能夠?qū)\(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部放電信號(hào)，并對(duì)局部放電源的定位，及早對(duì)缺陷進(jìn)行處理，就能有效避免絕緣擊穿故障的發(fā)生，并制定有針對(duì)性的檢修處理方案，以減少停電時(shí)間，提高檢修效率。局部放電可通過超聲波、電氣參數(shù)常量和超高頻電磁波等多種方法檢測，這些方法都可用來做局放源定位。電磁波法是近年來局部放電檢測的一種新方法，電力設(shè)備發(fā)生局部放電的過程中會(huì)輻射出寬頻帶電磁波信號(hào)，該方法利用射頻傳感器接收射頻頻段內(nèi)(O 800MHz)的信號(hào)來檢測局部放電，由于電磁波在空氣中的傳播速度近似光速，可以用來計(jì)算局部放電源的位置。國內(nèi)外目前對(duì)于變電站設(shè)備的局部放電檢測和定位主要針對(duì)GIS\斷路器、變壓器等具體單一設(shè)備進(jìn)行。而變電站中的任何高壓電力設(shè)備均可能會(huì)發(fā)生局部放電故障，要想對(duì)全站的一次電氣設(shè)備實(shí)施監(jiān)測，就需要在每一個(gè)設(shè)備上都安裝局部放電監(jiān)測裝置，所需的費(fèi)用極高，監(jiān)測系統(tǒng)的使用效率也低，而且對(duì)眾多在線監(jiān)測裝置本身的維護(hù)工作量也很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)及其定位方法，成本低、效率高，減少了事故的發(fā)生和停電檢修的時(shí)間，從而提高變電站運(yùn)行的可靠性和智能化水平。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含安裝在車頂?shù)纳漕l全向傳感器，分別電路連接所述射頻全向傳感器的信號(hào)調(diào)理電路，電路連接所述信號(hào)調(diào)理電路的高速數(shù)據(jù)采樣單元，以及電路連接所述高速數(shù)據(jù)采樣單元的數(shù)據(jù)處理和分析單元。該車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)還包含分別電路連接上述部件的電源。所述的射頻全向傳感器采用UHF天線傳感器。所述的信號(hào)調(diào)理電路采用前置放大器。所述的高速數(shù)據(jù)采樣單元采用帶存儲(chǔ)功能的高速示波器。所述的數(shù)據(jù)處理和分析單元采用計(jì)算機(jī)。所述的信號(hào)調(diào)理電路和高速數(shù)據(jù)采樣單元采用RF同軸屏蔽電纜連接。本發(fā)明還提供一種車載式變電站局部放電定位方法，其特征在于，該方法包含以下步驟步驟I、信號(hào)接收；
射頻全向傳感器接收變電站局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)；
步驟2、信號(hào)調(diào)理；
信號(hào)調(diào)理電路對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行 放大和濾波處理；
步驟3、數(shù)據(jù)采樣；
高速數(shù)據(jù)采樣單元對(duì)4路輸出信號(hào)進(jìn)行同步采集；
步驟4、信號(hào)降噪；
步驟5、數(shù)據(jù)處理和分析單元根據(jù)四組信號(hào)的時(shí)間差，建立關(guān)于放電點(diǎn)位置的方程；步驟5. I、利用閾值法確定4路信號(hào)波形曲線的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，作為射頻電磁波信號(hào)的起始時(shí)刻；
步驟5. 2、確定各路信號(hào)起始時(shí)刻的時(shí)間差
AT12 = dtl — dt-2
ΔΤ43 = dt4 - dt3(I)
ΔΤ14 = dtl — dt.4 ΔΤ；3 = df2 — dt3
其中，dti、dt2s dt3s dt4為對(duì)應(yīng)信號(hào)波形曲線的拐點(diǎn)時(shí)刻;
步驟5. 3、確定四個(gè)傳感器與放電點(diǎn)的距離差
在傳感器平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系，假設(shè)四個(gè)傳感器的位置在平面坐標(biāo)系內(nèi)分別為(xi,；Fi)、( , 3 )、Cx3*y3)和( , y4)，放電點(diǎn)位置為(x,y),放電點(diǎn)到四個(gè)傳感器的距離分別
為(^為為為,則位置差分別為
Ci1 — d2 = νΔΤ12
d4 — d3 = νΔΤ43(2 )
Ci1 — d4 = νΔΤ14 d2 — d3 = νΔΤ23
其中，Cii = VCx-^2-Cy-Fs)2 ’ i = 1>23；4 v = C=3JX i08m/s 為電磁波傳播速
度，(x,y)即為待定的放電點(diǎn)位置坐標(biāo)；
步驟5. 4、建立關(guān)于放電點(diǎn)位置的方程
根據(jù)解析幾何知識(shí)，放電點(diǎn)到每2個(gè)傳感器之間的距離差W - rf；〕可確定一個(gè)單支雙曲線，因此，以傳感器陣列中心為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，通過4個(gè)時(shí)延的正負(fù)即可確定放電點(diǎn)所在象限，并可得到雙曲線方程，聯(lián)立可得非線性方程組
X2 / ,
— -JT = 1(3)
2 2 X y
— I(4)
X2 y2 1、
~ ~~ΤΤ=^(5)
aU
2 2
1T^TT = 1⑷
am %3
其中，= (d. — dj)/2 , bf, = Cfj — 4 , &為雙曲線焦距，可根據(jù)傳感器陣列尺寸得
到；
步驟6、數(shù)據(jù)處理和分析單元求解基于時(shí)差的位置方程組，計(jì)算放電點(diǎn)位置，并得到局部放電源的方位角和徑向距離；
采用牛頓迭代法求解基于時(shí)差的非線性方程組
聯(lián)立關(guān)于放電位置(x,y)的非線性方程(3)、(4)，可得到二元二次方程組，寫成
F(X) = O的形式，其中χ = (x y〕T ,
f 2 2 \
P(X)= U= 1(7)
y _i UwJ
2 j 2 1
V%3 ^43 J
設(shè)Xk = ^^,!^^為方程組的一個(gè)近似解^打辦=I,2有
ΜΧ> ΜΧ + ^ψ^-yk)(8)
dH
寫成向量形式為
F(X) . F(Xk) 4 Ff*Xk)ix-xk(9)
其中，？f(xk〕為？的jaec)bi矩陣在Xk處的值；若$取值為方程組(7)的根r ’即FfXl = O,把式(8)右端為的向量作為新的近似值，記為 ，即有
權(quán)利要求
1.一種車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含安裝在車頂?shù)纳漕l全向傳感器(1)，分別電路連接所述射頻全向傳感器(I)的信號(hào)調(diào)理電路(2)，電路連接所述信號(hào)調(diào)理電路(2)的高速數(shù)據(jù)采樣單元(3)，以及電路連接所述高速數(shù)據(jù)采樣單元(3)的數(shù)據(jù)處理和分析單元(4)。
2.如權(quán)利要求I所述的車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)，其特征在于，該車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)還包含分別電路連接上述部件的電源。
3.如權(quán)利要求I所述的車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的射頻全向傳感器(I)采用UHF天線傳感器。
4.如權(quán)利要求I所述的車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號(hào)調(diào)理電路(2)采用前置放大器。
5.如權(quán)利要求I所述的車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的高速數(shù)據(jù)采樣單元(3)采用帶存儲(chǔ)功能的高速示波器。
6.如權(quán)利要求I所述的車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理和分析單元(4)采用計(jì)算機(jī)。
7.如權(quán)利要求I所述的車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號(hào)調(diào)理電路(2)和高速數(shù)據(jù)采樣單元(3)采用RF同軸屏蔽電纜連接。
8.一種車載式變電站局部放電定位方法，其特征在于，該方法包含以下步驟 步驟I、信號(hào)接收； 射頻全向傳感器(I)接收變電站局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)； 步驟2、信號(hào)調(diào)理； 信號(hào)調(diào)理電路(2)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理； 步驟3、數(shù)據(jù)采樣； 高速數(shù)據(jù)采樣單元(3)對(duì)4路輸出信號(hào)進(jìn)行同步采集； 步驟4、信號(hào)降噪； 步驟5、數(shù)據(jù)處理和分析單元(4)根據(jù)四組信號(hào)的時(shí)間差，建立關(guān)于放電點(diǎn)位置的方程; 步驟5. I、利用閾值法確定4路信號(hào)波形曲線的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，作為射頻電磁波信號(hào)的起始時(shí)刻； 步驟5. 2、確定各路信號(hào)起始時(shí)刻的時(shí)間差
9.如權(quán)利要求8所述的車載式變電站局部放電定位方法，其特征在于，所述的步驟3中，每通道采樣頻率>2GS/s。
10.如權(quán)利要求8所述的車載式變電站局部放電定位方法，其特征在于，所述的步驟4中，數(shù)據(jù)處理和分析單元(4)采用小波分析方法對(duì)采集到的波形信號(hào)進(jìn)行降噪；信號(hào)
全文摘要
一種車載式變電站局部放電定位系統(tǒng)及其定位方法，在汽車上安裝4個(gè)射頻電磁波傳感器來接收局部放電點(diǎn)發(fā)出的電磁波信號(hào)，并由信號(hào)調(diào)理電路對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行放大和濾波處理，經(jīng)高速數(shù)據(jù)采樣單元對(duì)4路輸出信號(hào)進(jìn)行同步采集，并將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)處理和分析單元據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算4個(gè)射頻全向傳感器接收同一放電源輻射出超高頻信號(hào)的起始時(shí)刻，基于接收到的4路信號(hào)的時(shí)間差列出方程組，求解放電信號(hào)的方向角和徑向距離，從而實(shí)現(xiàn)定位。本發(fā)明能對(duì)變電站內(nèi)所有高壓設(shè)備進(jìn)行局部放電檢測和定位，大大降低了設(shè)備局部放電檢測的成本，有助于巡檢變電站設(shè)備時(shí)及早發(fā)現(xiàn)缺陷，減少事故的發(fā)生和停電檢修的時(shí)間，從而提高變電站運(yùn)行的可靠性和智能化水平。
文檔編號(hào)G01R31/12GK102866334SQ20121039730
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者邵宇鷹, 關(guān)宏, 盛戈皞, 張?zhí)斐? 侯慧娟, 江秀臣 申請(qǐng)人:上海市電力公司, 上海交通大學(xué), 國家電網(wǎng)公司