本發(fā)明主要涉及變壓器，具體涉及一種電力變壓器內部局部放電源定位方法及系統。

背景技術：

1、電力變壓器作為電力系統中重要的輸變電設備，在電力系統中起著電壓變換與電能分配的作用，保證其正常運行是提高電力系統安全穩(wěn)定性的前提。變壓器故障類型多樣，大體可分為導體故障、機械故障及絕緣故障三類，其中又以絕緣故障所占比例最高，2015年國際大電網會議(cigre)關于變壓器故障統計結果顯示，繞組和絕緣所引起的故障比例高達41％。

2、變壓器長期工作在高電壓、大電流環(huán)境下，且由于其內部絕緣極不均勻，往往是固、液、氣三種介質并存，這就使得部分絕緣薄弱的區(qū)域極易發(fā)生擊穿并引起變壓器內部出現局部放電。局部放電是導致變壓器絕緣劣化的主要原因，長時間、高強度的局部放電會對變壓器的絕緣性能產生嚴重的危害。同時，隨著局部放電不斷持續(xù)發(fā)展，絕緣損壞的規(guī)模也將不斷擴大，最終甚至可能會導致變壓器絕緣性能的完全喪失，大幅縮減其運行壽命周期。

3、目前檢修現場普遍所采用的變壓器局部放電停電試驗方法通常只能判斷出主變內部是否存在局放信號及放電信號所在的相別，并不能確定局放源的具體位置，而在變壓器現場吊罩大修過程中，受限于主變結構的局限性，現場也難以發(fā)現繞組內部的局部故障點，除非將主變返廠解體查找，但這也會大幅增加主變停電時長，影響供電可靠性。此外，主變停電檢修具有風險性。主變停電作業(yè)不僅會嚴重影響供電可靠，同時也會極大增加電網風險。以一座110kv變電站為例，若該變電站內有兩臺110kv主變，當其中一臺停電檢修時，若另外一臺受其他不可控因素影響出現跳閘停電，將直接引起六級電網事件，極大降低電網運行的可靠性。

技術實現思路

1、針對現有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種定位精度高的電力變壓器內部局部放電源定位方法及系統。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：

3、一種電力變壓器內部局部放電源定位方法，包括步驟：

4、1)獲取電力變壓器內部局部放電源放電而產生的超聲波信號，再得到超聲波信號到達電力變壓器的油箱壁四周預定位置的相對時延；

5、2)根據所述油箱尺寸和相對時延，得到求解局部放電源實際位置的優(yōu)化函數，并將優(yōu)化函數作為預設局部放電源定位模型的目標函數；

6、3)選擇群體智能粒子群算法作為優(yōu)化工具，對預設局部放電源定位模型的目標函數進行求解，對可能的局部放電源位置進行迭代尋優(yōu)，得到最優(yōu)的放電源位置，作為電力變壓器內部局部放電源的實際位置。

7、優(yōu)選地，在步驟1)中，通過在電力變壓器四周油箱壁上各布置一組超聲波傳感器來對內部局放時產生的超聲波信號進行采集，超聲波傳感器安裝在變壓器側壁上；其中一組超聲波傳感器作為參考傳感器，其他三組超聲波傳感器作為測量傳感器。

8、優(yōu)選地，在步驟2)中，預設局部放電源定位模型具體為：

9、將變壓器用一個立方體等效，同時以該立方體的一個頂點為原點建立空間直角坐標系，其中，p表示變壓器內部的局部放電源，s1、s2、s3分別表示三組測量傳感器；s0為參考傳感器；放電源p的位置為(xs，ys，zs)，s1-s3的位置為(xi，yi，zi，i＝1、2、3)，s0的位置為(x0，y0，z0)；

10、傳感器s1、s2、s3與參考傳感器s0到放電源p點的相對距離差為：

11、

12、式(1)中i＝1、2、3，記超聲波到達傳感器s1、s2、s3的時間與到達參考傳感器s0的時間差為τi，i＝1、2、3，設超聲波在油中傳播的速度為v，則顯然有下式成立：

13、δli≈τiv(2)根據式(2)可知局部放電源的實際位置會使得下式(3)的函數值很?。?/p>

14、

15、將式(3)作為預設局部放電源定位模型。

16、優(yōu)選地，優(yōu)化函數為：

17、

18、式(4)中，xl，yw，zh分別表示變壓器的長、寬、高的值；v表示超聲波在變壓器中的傳播速度。

19、優(yōu)選地，在步驟3)中，在群體智能粒子群優(yōu)化算法中，粒子通過不斷地迭代飛行來尋找空間中最優(yōu)解的位置，每次迭代粒子的速度和位置按照下式進行更新：

20、

21、其中c1、c2表示粒子的學習因子；r1、r2為兩個隨機數；v和x表示粒子的速度和位置；ω為慣性權重；和表示粒子在第k次迭代過程中的個體極值和種群全局極值。

22、本發(fā)明還公開了一種電力變壓器內部局部放電源定位系統，包括：

23、局放信號獲取模塊，用于獲取電力變壓器內部局部放電源放電而產生的超聲波信號，再得到超聲波信號到達電力變壓器的油箱壁四周預定位置的相對時延；

24、局放信號處理模塊，用于根據所述油箱尺寸和相對時延，得到求解局部放電源實際位置的優(yōu)化函數，并將優(yōu)化函數作為預設局部放電源定位模型的目標函數；

25、局放信號分析模塊，用于選擇群體智能粒子群優(yōu)化算法作為優(yōu)化工具，對預設局部放電源定位模型的目標函數進行求解，對可能的局部放電源位置進行迭代尋優(yōu)，得到最優(yōu)的放電源位置，作為電力變壓器內部局部放電源的實際位置。

26、優(yōu)選地，所述局放信號獲取模塊包括多組超聲波傳感器，分別安裝在電力變壓器四周油箱壁上；其中一組超聲波傳感器作為參考傳感器，其他三組超聲波傳感器作為測量傳感器。

27、優(yōu)選地，所述局放信號處理模塊包括局放監(jiān)測ied，局放監(jiān)測ied分為上中下三段式結構，底層為電源單元、中層為信號濾波單元、上層為信號采集處理單元。

28、優(yōu)選地，底層包括系統電源濾波器、一個ac/dc開關電源和一塊ac/dc電源板；中層由固定增益放大器、帶通濾波器和程控放大器組成；上層由fpga信號采集掃描處理模塊及工頻信號觸發(fā)模塊構成。

29、優(yōu)選地，還包括顯示單元，所述顯示單元中的界面分為三部分，分別為：數據輸入輸出區(qū)、圖形輸出區(qū)和控制面板區(qū)；

30、所述數據輸入輸出區(qū)用于輸入變壓器的尺寸、超聲波傳感器的安裝位置、各傳感器相對于參考傳感器的相對時延數據，同時輸出計算后得到的被試變壓器內部局部放電源的空間位置；

31、所述圖形輸出區(qū)用于通過可視化圖像的形式動態(tài)地展現變壓器內部放電源定位的過程；

32、所述控制面板區(qū)用于實現數據清除、計算以及程序退出。

33、與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

34、本發(fā)明從局部放電產生的超聲波信號出發(fā)，通過建立基于超聲波信號的放電源定位模型、提出模型求解算法、設計將模型與方法集成的綜合軟件系統，實現了變壓器內部放電源信號的在線監(jiān)測與定位。本發(fā)明對運行中的變壓器內部出現的局放信號進行有效地在線監(jiān)測與精準定位具有重要意義：它不僅可以有效判斷出主變絕緣的健康狀況和老化程度，為變壓器故障診斷提供有效依據；同時也能減少因數據誤判而導致的主變停電次數，提高電網供電可靠性。

35、本發(fā)明的放電源信號在線監(jiān)測的方式避免了主變頻繁停電所導致的電網風險，提高了電力系統的供電可靠性；放電源在線監(jiān)測功能確保了運維、檢修人員能夠及時發(fā)現主變內部存在的絕緣劣化現象，從而提前制定檢修策略，延長主變健康壽命周期；高精度的放電源定位及圖像可視化功能能夠幫助檢修人員準確、快速地找到缺陷位置進行故障消缺，確保主變及時復電，降低因主變停電而造成的經濟損失與電網風險。