基于TEV传感器与TOA算法的高压开关柜局部放电定位方法的研究

研究与开发 基于部放电定位方法的研究 麦茜坚 钟 悦 唐 明2 李洪杰2 (1广西电网公司梧州供电局，广西梧州 543002；2西安交通大学电气工程学院，西安 710049) 摘要本文提出采用阈值法、能量法、于时 间差(现局部放电点自动定位算法。采用上述算法首先在实验室进行高压开关柜的局部 放电点定位，并对比上述方法的优劣。然后，在变电站现场对一面存在疑似放电的开关柜进行定 位，通过查看时域波形波前时刻特征以及自动定位两种方法检测，检测结果表明，放电点位于该 开关柜上部间隔的母线处，停电检修的结果印证了现场检测结论，证明了本文提出算法的有效性。 关键词：阈值法；能量法；部放电；定位 i 143002； 2ii10049) a D)by of OA)IC to D Ds on cain to Ds of by onin a he of of IC of 压开关柜广泛用于变电站中，其内部装有电 缆接头、避雷器、电流互感器、开关等多种一次配 电设备。这些设备在长期运行中由于受到电、热、 化学及异常状况影响，导致绝缘强度降低。近年来 在配网开关柜中的许多突发设备事故，多是设备绝 缘问题所致。为此，以暂态地电压(代表 的高压开关柜绝缘状态带电检测技术得到大量的研 究与应用1文献45采用时域有限差分法 (真，分析了开关柜内部各种部件对电磁波传播的 影响规律。文献5从波形分布、波形形态、放电幅 广西电网公司科技项目(014】0301值与放电相位等方面将法进行比对，认为。文献6】以针板放电、内部放电、沿面放电与悬 浮放电等4种模型验证检测中的合理性。文献7基于电所产生的超高频电磁波在开关柜中的传播特 性，研究各种放电模型的局部放电信号传播规律。 此外，超声波传感器、超高频传感器、高频电流传 感器等在开关柜等电力设备的联合检测中也得到大 量应用【 。 015年第6期臻_ 1)阈值法 阈值法寻找信号X 波前时刻，首先定义一个阈 值X h ，在所采集信号中大于该阈值的第一个点即为 所找到的脉冲波前时刻。阈值的选择与当前背景噪 声有关，一般选取规则为 1) 式中，2)能量法 能量法基于信号的能量查找局部放电的波前时 刻，其基本原理是假设在信号到达时刻信号的能量 会发生变化。该方法将信号数据进行能量转换，获 取能量累积曲线，认为能量拐点即为局部放电信号 波前时刻。 以一维离散信号 为例，其长度为，则信号 的能量定义为 k = ，】) (2) i=1 式中，当添加一个负的趋势 时，有 Sk3) 此时 的全局最小值即可代表信号的到达时 间，而 可由下式求取 ： (4) N 上式中引进了一个因子 来减小 的延迟效应， 一般情况下可取为1。当信号具有较高信噪比时， 应当视情形增加。 信号的全局最小极值点由下式计算： osl：0 (5) 量法需要在包含整个脉冲并事先确定的时间 窗内进行。若同时对多 脉冲使用能量法碜定波前 时刻，由于脉冲有强弱之分，能量曲线上幅值过低 的脉冲所对应的全局最小值可能无法确定，故通常 将脉冲单独提取，再进行分析。 3) N 一尸ntk f =生 (6)O 一k=l 研究与开发 4)准，可权衡所估计模型的复杂度和模型拟合数据 的优良性。分步函数波形了可以同时反映脉冲信号的幅值 与频率变化，CF(i)=I (f)l+f)一x(l (7) 观察得到的取该时刻的一个邻域， 计算每点的得到k, 2 )+(一2+1) (8) 式中，间的值，为采样总数。 为信号X 从下标方差。 对每个点计算 值，则波前时刻最小值对应的位置。 13放电点定位算法 脉冲提取以及波前时刻确定完成后，可得各采 样通道的波前时刻数组，假定传感器应采样通道的波前时刻数组分别为 =2， ， = 1 2 3 4， 。传感器时刻X 与传感器为：1_)，1)，2) 1，得 到数组 ，。同样的，传感 器刻的时间差为数组，。 最后得到 个时间差数组，但是每个数组中的数值 只有一个是合理的，即上述t*一个 时间差的值将占统计数据的最多数。其余几个通道 两两寻找时间差，最终将获得局部放电点的位置。 14实验验证 算法实现完毕后，首先考察算法的准确程度， 采用信号发生器产生正弦波、方波、锯齿波与高斯 脉冲，信号频率均为10样点数均为2500 点。四种波前时刻算法确定的正弦波波前时刻如图 4所示，人工分析该波形，可认为最准确的波前时 刻应位于1250点处，阈值法、能量法、252、 1214与1253。对图3所示正弦波，在四种波前时刻 的确定算法中，能量法准确程度最好。而方波、锯 齿波以及高斯脉冲的波前时刻，也是能量法准确程 度较其他方法要高，见表1。 在实验室中采用缺陷模型产生局部放电信号， 波形如图4所示，从图中可见，波形有一段非常明 2g 6期电I| 研究与开发 显的起始空白区域，有利于判断波前时刻。定位算 法对两个通道的数据进行脉冲提取、波前时刻确定 以及时间差计算。自动定位实验进行50次，对50 组数据进行统计，其统计结果见表2。实验时，两 个传感器的距离为60应的两个传感器采集通 道的时间差为2时间差计算误差大于10时 认为结果有误，从表中可见，在50次计算结果中， 能量法计算正确的次数为49次，正确率为98。 蚤 赛 坦 采样点数 图3 信号发生器产生的正弦波波前时刻 表1 各算法确定的波前时刻 检测方法 正弦波 方波 锯齿波 高斯脉冲 247 1250 1007 1177 能量法 252 1034 1008 2l4 250 阈值法 1253 1253 1046 迥 馨 耧 时间4局部放电脉冲波形 表2基于四种方法的定位结果 方法 阈值法 能量法 果 正确次数 22 49 16 37 总次数 50 50 50 50 正确率 44 98 32 74 2局部放电现场检测 现场检测系统具有4个采样通道，如图5所示。 4 先检测站内的背景噪声，站内空气的噪声为 30开关柜无接触的金属门背景值为 39关柜的检测结果如表3所示。从表中可见，检测数据具 有背景噪声较小与数据横向变化明显等特征，为查 找疑似存在局部放电的开关柜提供了便利。编号为 3017的开关柜于放电 幅值很大，电磁波传输到相邻开关柜衰减后其幅值 依然很大，因此与相邻开关柜之间的检测数值差异 不明显。但超声波信号与相邻开关柜的读数差异则 比较明显，3017开关柜的幅值最大，与其相邻的开 关柜幅值逐步降低。因此，初步怀疑该开关柜存在 放电现象，接下来对该开关柜具体的放电间隔进行 定位。 f 1 f 1f f T一 r 厂 耩 r，一、 据 缱厂王曼 t =_= f n 图5检测装置框图 表3部分开关柜的关柜前关柜后声信号 开关柜 号 上 中 下 上 由 下 柜前 柜后 36l 58 54 55 50 50 53 9 9 362 55 55 55 56 5l 55 3 01 58 57 58 58 56 57 6 18 363 60 60 60 58 60 60 6 20 364 60 60 60 60 60 60 8 23 365 60 60 60 60 60 60 8 31 3017 60 60 60 60 60 60 25 73 367 60 60 60 60 60 60 6 19 30