一种GIL局部放电源双端补偿定位方法、装置及系统与流程

一种gil局部放电源双端补偿定位方法、装置及系统
技术领域
1.本发明涉及高压设备局部放电检测领域，尤其涉及一种gil局部放电源双端补偿定位方法、装置及系统。


背景技术：

2.局部放电源的定位在gil(gas insulated transmission line，gil)局部放电检测中非常重要，一方面通过定位结果可以辅助判断局部放电的缺陷类型，比如定位结果在绝缘件处，通常存在的绝缘缺陷类型为内部放电或表面放电；另一方面根据放电源与相邻传感器之间的距离和gil结构，可以倒推局部放电源处局部放电的幅值大小，给出更客观的参考依据；最重要的是，定位局部放电源可以为gil内部绝缘缺陷的检修工作提供更有针对性的指导。但是由于传感器布置间距长，无法加装外置式传感器辅助检测定位，因此很难对局部放电源进行定位。
3.目前gil特高频局部放电源定位主要包括幅值比较法和时差定位法。幅值比较法通过比较各个传感器检测到的局部放电幅值大小，距离局部放电源越近，幅值越大。幅值比较法相对简单，但是定位误差很大，特别在gil中，传感器间距大的情况下，定位结果参考性不大。时差比较法通过获取相邻传感器间局部放电脉冲信号到达的时间差，结合传感器间距和电磁波在sf6介质中的传播速度，可以精确的确定局部放电源的位置，但是需要在现有gil在线监测系统的基础上，进行采集单元的替换改造，造价高昂。


技术实现要素：

4.本发明目的是提供一种gil局部放电源双端补偿定位方法、装置及系统，用于解决gps对时应用场地受限和光纤组网造价高昂的问题。
5.本发明解决技术问题采用如下技术方案：
6.一种gil局部放电源双端补偿定位方法，包括以下步骤：
7.s101：将第一特高频传感器和第二特高频传感器接入示波器的第一定位通道，获取基于第一定位通道的第一特高频传感器和第二特高频传感器的第一时域波形时间差；
8.s102：将第一定位通道切换为第二定位通道，并将第一特高频传感器和第二特高频传感器接入第二定位通道，获取基于第二定位通道的第一特高频传感器和第二特高频传感器的第二时域波形时间差；
9.s103：根据双端补偿定位方法，计算得到局部放电源的位置。
10.优选的，所述双端补偿定位方法是基于所述第一特高频传感器与所述第二特高频传感器之间的距离、所述第一时域波形时间差、所述第二时域波形时间差以及电磁波在sf6介质中的传播速度计算得到的。
11.优选的，所述第一特高频传感器和第二特高频传感器的检测频带范围为 300mhz～1500mhz。
12.优选的，所述示波器的检测带宽在1.5ghz以上，采样率在5gs/s以上。
13.一种gil局部放电源双端补偿定位装置，包括第一特高频传感器、第二特高频传感器、示波器、信号放大器、第一定位通道装置和第二定位通道装置，所述第一定位通道装置分别与第一特高频传感器和示波器连接，所述第二定位通道装置分别与第二特高频传感器和示波器连接。
14.优选的，所述第一定位通道装置包括：第一同轴电缆、第二同轴电缆、第三同轴电缆、第一信号传输光缆、第一光电转换装置、第二光电转换装置、第一光纤跳线及第二光纤跳线；
15.所述第一特高频传感器通过第一同轴电缆与第一光电转换装置连接，所述第一信号传输光缆一端通过第一光纤跳线与第一光电转换装置连接，另一端通过第二光纤跳线与第二光电转换装置连接，所述信号放大器一端通过第二同轴电缆与第二光电转换装置连接，另一端通过第三同轴电缆与示波器的第一定位通道连接；
16.所述第二定位通道装置包括：第四同轴电缆、第五同轴电缆、第六同轴电缆、第二信号传输光缆、第三光电转换装置、第四光电转换装置、第三光纤跳线及第四光纤跳线；
17.所述第二特高频传感器通过第四同轴电缆与第三光电转换装置连接，所述第二信号传输光缆一端通过第三光纤跳线与第三光电转换装置连接，另一端通过第四光纤跳线与第四光电转换装置连接，所述信号放大器一端通过第五同轴电缆与第四光电转换装置连接，另一端通过第六同轴电缆与示波器的第二定位通道连接。
18.优选的，所述第一时域波形时间差的第一公式为：其中：δt1为示波器中第一时域波形时间差，c为电磁波在sf6介质中的传播速度光速，l0为第一特高频传感器和第二特高频传感器的距离，l1为局部放电源到第一传感器的距离，l2为第一同轴电缆的长度，l2
′
为第四同轴电缆的长度，l3为第一光纤跳线的长度， l3
′
为第三光纤跳线的长度，l4为第一信号传输光缆的长度，l4
′
为第二信号传输光缆的长度，l5为第二光纤跳线的长度，l5
′
为第四光纤跳线的长度，l6为第二同轴电缆的长度，c为第五同轴电缆的长度，l7为第三同轴电缆的长度，δ7
′
为第六同轴电缆的长度。
19.优选的，当l2＝l2
′
＝l6＝l6
′
＝l7＝l7
′
，l3＝l3
′
＝l5＝l5
′
时，所述第一时域波形时间差简化的第二公式为：
20.所述第二时域波形时间差简化的第三公式为：其中：δt1、δt2、l0、c已知，l4和l4
′
长度通过仪器可测，v2取光在光纤内的传播速度。
21.优选的，基于所述第二公式和第三公式，双端补偿的局部放电源到第一特高频传感器的距离l1为
22.一种gil局部放电源双端补偿定位系统，包括传感器模块、第一通道模块、第二通道模块及双端补偿定位模块；所述传感器模块连接第一通道模块，得到第一时域波形时间差数据并传递至双端补偿定位模块，所述传感器模块连接第二通道模块，得到第二时域波形时间差数据并传递至双端补偿定位模块，所述双端补偿定位模块接收第一时域波形时间差数据和第二时域波形时间差数据，计算并输出局部放电源的位置数据。
23.本发明通过对示波器设置第一定位通道和第二通道并分别让第一特高频传感器和第二特高频传感器连接，然后采用双端补偿定位法得到局部放电源的位置，可有效消除信号传输光缆引入的误差，定位精度大大提高，结构简单，成本低廉，操作简便灵活。
附图说明
24.图1为本发明gil局部放电源双端补偿定位方法流程图；
25.图2为本发明第一通道装置结构示意图；
26.图3为本发明第一时域波形时间差；
27.图4为本发明第二通道装置结构示意图；
28.图5为本发明第二时域波形时间差；
29.图6为本发明gil局部放电源双端补偿定位系统结构示意图；
30.图7为基于gil局部放电源定位结果的现场解体图。
具体实施方式
31.下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
32.实施例1
33.本实施例提供了一种gil局部放电源双端补偿定位装置，包括第一特高频传感器、第二特高频传感器、示波器、信号放大器、第一定位通道装置和第二定位通道装置，第一定位通道装置分别与第一特高频传感器和示波器连接，第二定位通道装置分别与第二特高频传感器和示波器连接。
34.特高频传感器安装在gil上，分为内置式和外置式两种，内置式的特高频传感器深入到gil管壁内，但不超过内壁零电压位置，不影响gil内部的电场分布；外置式的特高频传感器紧贴在gil设备上，贴紧位置为非金属连续屏蔽处。
35.本实施例进一步的实施方式，第一定位通道装置包括：第一同轴电缆、第二同轴电缆、第三同轴电缆、第一信号传输光缆、第一光电转换装置、第二光电转换装置、第一光纤跳线及第二光纤跳线；
36.第一特高频传感器通过第一同轴电缆与第一光电转换装置连接，第一光电转换装置将特高频信号转换为光信号；第一信号传输光缆一端通过第一光纤跳线与第一光电转换装置连接，另一端通过第二光纤跳线与第二光电转换装置连接，第二光电转换装置将光信号转换为特高频信号；信号放大器一端通过第二同轴电缆与第二光电转换装置连接，另一端通过第三同轴电缆与示波器的第一定位通道连接；
37.第二定位通道装置包括：第四同轴电缆、第五同轴电缆、第六同轴电缆、第二信号传输光缆、第三光电转换装置、第四光电转换装置、第三光纤跳线及第四光纤跳线；
38.第二特高频传感器通过第四同轴电缆与第三光电转换装置连接，第三光电转换装置将特高频信号转换为光信号；第二信号传输光缆一端通过第三光纤跳线与第三光电转换装置连接，另一端通过第四光纤跳线与第四光电转换装置连接，第四光电转换装置将光信号转换为特高频信号；信号放大器一端通过第五同轴电缆与第四光电转换装置连接，另一端通过第六同轴电缆与示波器的第二定位通道连接。
39.第一信号传输光缆和第二信号传输光缆两端设置有接头，主要用来远距离传输信
号，在每组相邻传感器之间敷设一根，只与距离有关，与gil无关，第一信号传输光缆和第二信号传输光缆敷设路径取决于gil线缆桥架的走向，敷设完毕后不再移动。
40.本实施例进一步的实施方式，第一光电转换装置包括供电单元、光波导驱动单元、谐振单元和调制解调器，实现特高频信号与光信号之间的转换和传输；
41.第二光电转换装置和第一光电转换装置结构相同。
42.本实施例进一步的实施方式，信号放大器包括外壳、调档旋钮及放大电路单元；放大电路单元设置在外壳内，调档旋钮设置在外壳上。
43.放大电路单元有6档可调，分别为10db、20db、30db、40db、50db、60db。
44.本实施例进一步的实施方式，第一时域波形时间差的第一公式为：其中：δt1为示波器中第一时域波形时间差，c为电磁波在sf6介质中的传播速度光速，l0为第一特高频传感器和第二特高频传感器的距离，l1为局部放电源到第一传感器的距离，l2为第一同轴电缆的长度，l2
′
为第四同轴电缆的长度，l3
′
为第一光纤跳线的长度， l3
′
为第三光纤跳线的长度，l4为第一信号传输光缆的长度，l4
′
为第二信号传输光缆的长度，l5为第二光纤跳线的长度，l5
′
为第四光纤跳线的长度，l6为第二同轴电缆的长度，l6
′
为第五同轴电缆的长度，l7为第三同轴电缆的长度，l7
′
为第六同轴电缆的长度。
45.本实施例进一步的实施方式，上述同轴电缆和光纤跳线长度和型号皆可精确控制，当l2＝l2
′
＝l6＝l6
′
＝l7＝l7
′
，l3＝l3
′
＝l5＝l5
′
时，第一时域波形时间差简化的第二公式为：其中：δt1、δt2、l0、c已知，l4和 l4
′
长度通过仪器可测，v2取光在光纤内的传播速度。
46.实际应用中发现由于光的入射角度、光缆材质、光的频率等因素，导致光纤传播速度v2的不确定性，实际定位结果与真实放电源的位置偏差较大，定位误差可达5-10米，无法提供精确的检修指导。
47.进一步的，保持第二信号传输光缆不动，将第一光电转换装置、第一信号传输光缆、第二光电转换装置、第四光电转换装置、信号放大器、示波器及相应的同轴电缆和光纤跳线移动至第二特高频传感器侧，将第三光电转换装置及对应的同轴电缆和光纤跳线移动至第一特高频传感器侧，再次进行接线并检测，此时第二时域波形时间差简化的第三公式为：
48.本实施例进一步的实施方式，基于第二公式和第三公式，双端补偿的局部放电源到第一特高频传感器的距离l1为
49.式中所有变量全部已知，且不受外部因素干扰影响。通过双端补偿测量，此定位方法计算得出的局部放电源定位精度高，定位精度可控制在0.2米内。
50.本实施例进一步的实施方式，根据双端补偿定位法，gil局部放电源双端补偿定位装置可做进一步优化：第一光电转换装置、第一光纤跳线、第一信号传输光缆、第二光纤跳线、第二光电转换装置、第二同轴电缆可以省略，第一特高频传感器通过第一同轴电缆直接与信号放大器相连。
51.实施例2
52.本实施例提供了一种gil局部放电源双端补偿定位系统，包括传感器模块、第一通道模块、第二通道模块及双端补偿定位模块；传感器模块连接第一通道模块，得到第一时域波形时间差数据并传递至双端补偿定位模块，传感器模块连接第二通道模块，得到第二时域波形时间差数据并传递至双端补偿定位模块，双端补偿定位模块接收第一时域波形时间差数据和第二时域波形时间差数据，计算并输出局部放电源的位置数据。
53.实施例3
54.本实施例提供了一种gil局部放电源双端补偿定位方法，包括以下步骤：
55.s101，第一特高频传感器s1通过第一同轴电缆l2与第一光电转换装置a1 相连，第一光电转换装置a1将特高频信号转换为光信号后经由第一光纤跳线 l3、第一信号传输光缆l4、第二光纤跳线l5后，送至第二光电转换装置b1。第二光电转换装置b1将光信号转换为特高频信号后经由第二同轴电缆l6、信号放大器c1、第三同轴电缆l7后接入示波器d1。电源插排p1分别为第一光电转换装置a1、第二光电转换装置b1、第四光电转换装置b2、信号放大器c1、示波器d1供电。本实施例中，第一信号传输光缆l4测量长度为150米。
56.s102，第二特高频传感器s2通过第四同轴电缆l2
′
与第三光电转换装置a2 相连，第三光电转换装置a2将特高频信号转换为光信号后经由第三光纤跳线 l3
′
、第二信号传输光缆l4
′
、第四光纤跳线l5
′
后，送至第四光电转换装置b2。第四转换装置b2将光信号转换为特高频信号后经由第五同轴电缆l6
′
、信号放大器c1、第六同轴电缆l7
′
后接入示波器d1。电源插排p2为第三光电转换装置 a2供电。本实施例中，第二信号传输光缆l4
′
测量长度为165米。
57.本实施例进一步的实施方式，人为控制同轴电缆和光纤跳线的长度和型号，使得同轴电缆l2＝l2
′
＝l6＝l6
′
＝l7＝l7
′
，光纤跳线l3＝l3
′
＝l5＝l5
′
，消除长度不一致引入的误差。
58.s103，如图3所示，对示波器d1内第一特高频传感器s1和第二特高频传感器s2的时域波形时间差进行多次测量，平均后时间差为16.4ns，第一特高频传感器侧定位公式如下：式中，δt1＝16.4ns，l0＝103.5 米，l4＝150米，l4
′
＝168米，c＝0.3
×
109m/s，v2＝0.2
×
109m/s；
59.带入公式可得局部放电源pd距离第一传感器s1的距离为62.8米。
60.s104，如图4所示，保持第二信号传输光缆l4
′
不动，分别将第一光电转换装置a1、第一信号传输光缆l4、第二光电转换装置b1、第四光电转换装置b2、信号放大器c1、示波器d1及相应的同轴电缆和光纤跳线移动至第二特高频传感器s2侧。将第三光电转换装置a2及对应的同轴电缆和光纤跳线移动至第一特高频传感器s1侧。
61.s105，第一特高频传感器s1通过第四同轴电缆l2
′
与第三光电转换装置a2 相连，第三光电转换装置a2将特高频信号转换为光信号后经由第三光纤跳线 l3
′
、第二信号传输光缆l4
′
、第四光纤跳线l5
′
后，送至第四光电转换装置b2。第四转换装置b2将光信号转换为特高频信号后经由第五同轴电缆l6
′
、信号放大器c1、第六同轴电缆l7
′
后接入示波器d1。电源插排p2为第三光电转换装置 a2供电。
62.s106，第二特高频传感器s2通过第一同轴电缆l2与第一光电转换装置a1 相连，第
一光电转换装置a1将特高频信号转换为光信号后经由第一光纤跳线 l3、第一信号传输光缆l4、第二光纤跳线l5后，送至第二光电转换装置b1。第二光电转换装置b1将光信号转换为特高频信号后经由第二同轴电缆l6、信号放大器c1、第三同轴电缆l7后接入示波器d1。电源插排p1分别为第一光电转换装置a1、第二光电转换装置b1、第四光电转换装置b2、信号放大器c1、示波器d1供电。
63.s107，对示波器内第一特高频传感器s1和第二特高频传感器s2的时域波形时间差进行多次测量，平均后时间差为199.6ns，如图5所示。根据双端补偿定位法公式：
[0064][0065]
式中，l0＝103.5米，δt1＝16.4ns，δt2＝199.6ns，c＝0.3
×
109m/s；
[0066]
代入公式可得局部放电源pd距离第一传感器s1的距离为68米。
[0067]
根据以上定位分析，其中单侧定位结果为62.8米，双端补偿定位结果为 68米，根据以上结果对缺陷gil进行解体，确认缺陷位置位于双支柱绝缘子处，距离第一特高频传感器s1约67.8米。单侧定位结果与局部放电源位置相差5 米，定位偏差大，无法指导检修作业。双端补偿定位结果于局部放电源位置仅相差0.2米，开盖后能直观的看到缺陷，如图6所示。验证了双端补偿定位方法、装置及系统的定位精度和可靠性，结构简单，造价低廉，定位精度高。
[0068]
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
[0069]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。