基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统，该系统包括：三个套管位特高频局放传感器，分别用于接收放电故障点产生的电磁波信号；一个油阀位特高频局放传感器，用于接收放电故障点产生的电磁波信号；以及高速采集系统，用于记录所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器分别接收到的电磁波信号对应的脉冲序列，根据所述脉冲序列并基于双曲线定位法计算得到放电故障点的位置。本发明的套管位特高频传感器配合油阀位传感器可以在现场方便安装，并且对放电故障点的检测灵敏度高。
【专利说明】基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于特高频局部放电的电力变压器故障在线定位系统。
【背景技术】
[0002]电力变压器内部发生局部放电时，会激励产生特高频电磁波信号。由于变压器绝缘结构的复杂性，电磁波从放电点传播到特高频传感器经过的路径具有不确定性，可能会遇到变压器油、油纸绝缘或者金属导体。这样，电磁波在其中传播时会发生多次折反射及衰减，从而增加了电磁波检测的难度。因此，对局部放电产生特高频电磁波的传播机理进行深入的理论分析和实验研究是十分必要的，这对于电磁波信号的耦合接收及特高频传感器的设计至关重要。
[0003]变压器局部放电特高频检测中的关键器件是传感器，即特高频天线。传感器性能的好坏直接影响到信号的提取，进而影响到放电类型的识别。要实现对变压器局部放电的特高频检测，一个重要的途径就是对局部放电产生的以TEM波形式传播的电磁波进行耦合，并且要求这种传感器具备以下基本特性:1)结构尺寸灵巧，在不影响变压器运行和不改变变压器结构的前提下实现在线监测；2)能实现带宽为300MHz?1500MHz的局部放电信号检测，具有良好的频率响应特性；3)具有较高的信号检测灵敏度。
[0004]故障位置定位技术对变压器的状态监测非常重要，发现设备故障并准确定位才能更有利于决策人员做出合适的指令，是否停运变压器。
[0005]发明人在实现本发明的过程中发现，同行业同类产品缺点在于:过去同类产品大多采用超声方法定位，现场检测灵敏度低，干扰大；或要求安装4个内置特高频传感器，变压器大多不具备现场安装条件，不方便在现场安装。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种现场安装方便、检测灵敏度高的基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统。
[0007]为达上述目的，本发明提供了一种基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统，所述系统包括:
[0008]三个套管位特高频局放传感器，分别用于接收放电故障点产生的电磁波信号；
[0009]一个油阀位特高频局放传感器，用于接收放电故障点产生的电磁波信号；
[0010]高速采集系统，用于记录所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器分别接收到的电磁波信号对应的脉冲序列，根据所述脉冲序列并基于双曲线定位法计算得到放电故障点的位置。
[0011 ] 优选地，所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器采用四元T形布置方式，其中三个套管位特高频局放传感器的位置等高，所述油阀位特高频局放传感器的位置高于所述三个套管位特高频局放传感器。[0012]优选地，所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器采用金字塔型布置方式，其中三个套管位特高频局放传感器的设置于该金字塔的塔底，所述油阀位特高频局放传感器设置于该金字塔的塔顶。
[0013]优选地，所述高速采集系统与所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器之间均采用高频同轴物理发泡电缆连接，所述高速采集系统是设置在待测变压器的外部。
[0014]优选地，所述高速采集系统包括:高速采集卡，用于记录所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器分别接收到的电磁波信号对应的脉冲序列；处理单元，用于根据该四个传感器接收到的电磁波信号的脉冲序列并基于双曲线定位法计算得到放电故障点的位置。
[0015]优选地，所述处理单元具体可用于如果计算的放电故障点的位置在本变压器外部，则所述电磁波信号为外部干扰信号或外部其它设备故障信号，本变压器安全；如果计算的放电故障点的位置位于本变压器内部，则存在本变压器内部绝缘故障。
[0016]优选地，所述处理单元，还可用于如果计算的放电故障点的位置位于本变压器内部，则进一步基于自适应网络模糊推理系统ANFIS局部放电模式识别系统算法分析故障的强度和放电类型。
[0017]本发明的上述技术方案的有益技术效果在于:
[0018]本发明的套管位特高频传感器配合油阀位传感器不仅适合在变压器出厂前在工厂安装，也适合已运行多年的旧变压器在现场方便安装，且本发明的定位系统可实现放电故障准确定位，能识别外部来源放电干扰，检测灵敏度高，可靠性高，还能同时对套管局部放电进行监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本发明实施例中各传感器在变压器箱体上的分布示意图；
[0021]图2为发明实施例中四个传感器的四元T形布置方式的示意图；
[0022]图3为本发明实施例中四个传感器的金字塔型布置方式的示意图。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]本发明实施例提供了一种基于特高频外置局放传感器的电力变压器故障在线定位系统，图1为本发明实施例中各传感器在变压器箱体上的分布示意图，如图1所示，该系统主要包括:[0025]三个套管位特高频局放传感器(S1、S2、S3)、一个油阀位特高频局放传感器S4和高速采集系统。
[0026]特高频局放传感器S1-S4用于接收放电故障点产生的电磁波信号；
[0027]高速采集系统(包括高速采集卡和一个处理单元)，分别与上述每个传感器连接，用于记录该四个传感器S1-S4接收到的电磁波信号的脉冲序列(在本实施例中为四组)，高速采集系统可以将电磁波信号的模拟波形转变成脉冲序列，并根据得到的四个传感器接收到的电磁波信号的脉冲序列，由其处理单元通过专门算法(例如双曲线定位法)计算得到放电故障点的位置。
[0028]在本实施例中，该高速采集系统(下称高速数据采集系统)与四个传感器之间较佳地是有线连接，采用高频同轴物理发泡电缆，高速数据采集系统是设置在待测变压器的外部。
[0029]该高速数据采集系统既可根据四组脉冲信号本身进行故障定位，也可根据四组脉冲信号的接收时间进行故障定位。
[0030]在本实施例中，该高速采集系统可以包括:高速采集卡，用于记录所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器分别接收到的电磁波信号对应的脉冲序列；该高速采集卡还可以记录每组脉冲信号的接收时间；以及处理单元，用于根据该四个传感器接收到的电磁波信号的脉冲序列并基于双曲线定位法计算得到放电故障点的位置。
[0031 ] 套管位特高频局放传感器配合油阀位特高频局放传感器可以在现场方便安装。
[0032]该电力变压器故障在线定位系统可在线连续工作，任何时刻被测设备出现故障都能自动定位故障点，并在软件界面显示故障位置和故障原因。系统工作频带为300MHz~2000MHz ο
[0033]该系统采用的定位原理是:测时差定位系统是一种基本的被动定位系统，又叫双曲线定位法，它利用辐射信号到达传感器的时延来完成定位，对放电源进行空间定位至少需要3个互不相关的时延估计数据，这就至少需要4个传感器。在一个实施例中，这4个传感器可以采用四元T形的布置方式，如图2示出的传感器的布置方式。其中套管位传感器SI，S2，S3等高，油阀位传感器S4高于其他3个套管位传感器，这样就可以保证对放电源z方向上的定位。
[0034]如图3所示，作为一种可选的实施方式，金字塔型布置方式也可以，三个套管位特高频局放传感器S1-S3的设置于该金字塔的塔底，油阀位特高频局放传感器S4设置于该金字塔的塔顶。其他形状也可以，只要4个传感器不在同一个平面，互相之间的距离越远，误
差越小。
[0035]假设待定的局部放电源P的位置为(x，y，z)，传感器Si的位置为(xsi，ysi，zsi)，放电源P到传感器Si的传播时间:
【权利要求】
1.一种基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统，其特征在于，所述系统包括: 三个套管位特高频局放传感器，分别用于接收放电故障点产生的电磁波信号； 一个油阀位特高频局放传感器，用于接收放电故障点产生的电磁波信号； 高速采集系统，用于记录所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器分别接收到的电磁波信号对应的脉冲序列，根据所述脉冲序列并基于双曲线定位法计算得到放电故障点的位置。
2.根据权利要求1所述的基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统，其特征在于，所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器采用四元T形布置方式，其中三个套管位特高频局放传感器的位置等高，所述油阀位特高频局放传感器的位置高于所述三个套管位特高频局放传感器。
3.根据权利要求1所述的基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统，其特征在于，所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器采用金字塔型布置方式，其中三个套管位特高频局放传感器的设置于该金字塔的塔底，所述油阀位特高频局放传感器设置于该金字塔的塔顶。
4.根据权利要求1所述的基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统，其特征在于，所述高速采集系统与所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器之间均采用高频同轴物理发泡电缆连接，所述高速采集系统是设置在待测变压器的外部。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统，所述高速采集系统包括: 高速采集卡，用于记录所述三个套管位特高频局放传感器和所述油阀位特高频局放传感器分别接收到的电磁波信号对应的脉冲序列； 处理单元，用于根据该四个传感器接收到的电磁波信号的脉冲序列并基于双曲线定位法计算得到放电故障点的位置。
6.根据权利要求5所述的基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统，其特征在于，所述处理单元具体用于如果计算的放电故障点的位置在本变压器外部，则所述电磁波信号为外部干扰信号或外部其它设备故障信号，本变压器安全；如果计算的放电故障点的位置位于本变压器内部，则存在本变压器内部绝缘故障。
7.根据权利要求6所述的基于特高频外置传感器的电力变压器故障在线定位系统，其特征在于，所述处理单元，还用于如果计算的放电故障点的位置位于本变压器内部，则进一步基于自适应网络模糊推理系统ANFIS局部放电模式识别系统算法分析故障的强度和放电类型。
【文档编号】G01S5/00GK104007369SQ201310502793
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】蔡渊, 杜剑光, 邢铀, 吴翚, 王思捷, 张薇 申请人:海南电力技术研究院, 上海智光电力技术有限公司