一种线圈弱征兆缺陷带电监测方法及装置与流程

本发明涉及线圈故障监测，尤其涉及一种线圈弱征兆缺陷带电监测方法及装置。

背景技术：

1、高压断路器作为电力系统中最重要的电力设备之一，既起着带电切合正常的负荷电流的控制作用，也起着在规定的时间内承载、开断和关合异常电流的保护作用，其可靠性不仅影响其自身的安全运行，同时也影响系统中其他重要电力设备的安全运行，对于断路器的线圈故障研究一直是电网运行单位重点关注的领域之一，一旦发生断路器拒动故障，不仅会造成严重的经济损失，更会产生巨大的安全风险。不只是断路器的线圈，高压电机的线圈的绝缘水平对机组安全稳定运行也有至关重要的影响，绝缘不合格会导致机组运行不稳定，严重时会导致发电机轴瓦温度过高甚至烧瓦，因此，有效的线圈绝缘检测手段对于保证机组安全稳定运行有重要作用。现有的线圈监测方法存在需停电检测，无法识别线圈微弱绝缘故障，不能分辨不同位置的故障，对弱征兆的特征缺陷反应不灵敏，且监测准确度低。亟需一种在线监测线圈状态的监测方法，尤其是对弱征兆的特征缺陷反应灵敏、准确、高效。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在线圈监测方法存在需停电检测，无法识别线圈微弱绝缘故障，不能分辨不同位置的故障，对弱征兆的特征缺陷反应不灵敏，且监测准确度低这些缺点，而提出的一种线圈弱征兆缺陷带电监测方法及装置。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种线圈弱征兆缺陷带电监测装置，包括：

4、脉动电源激励单元，用于对待测线圈提供一种幅值可变、上升沿与脉宽可调的微秒级的方波激励源；

5、电气隔离单元，用于防止侧直流电压反冲击穿监测装置，使得监测装置无电压反馈；

6、两组对地电阻，分别设于待测线圈的两端；

7、电压测量单元，用于分别测量待测线圈的两端的对地电阻上的电压，同时将两组对地电阻上的电压反馈给波形分析模块；

8、电流测量单元，用于测量流过被测线圈的电流，同时将结果反馈给波形分析模块；

9、波形分析模块，用于对电压测量单元监测到的电压和电流测量单元监测到的电流分别进行特征响应波形分析，自动绘制出响应波形曲线图，识别故障类型，分析不同故障位置能量谱分布规律，进行故障定位。

10、进一步地，还包括正极控制母线km+、负极控制母线km-；正极控制母线km+经断路器cb1连接在待测线圈的正极，负极控制母线km-经断路器cb2连接在待测故障线圈的负极。

11、进一步地，所述电气隔离单元包括隔直电容c1和隔直电容c2；脉动电源激励与隔直电容c1、待测线圈、隔直电容c2、电流测量单元串联形成回路；

12、进一步地，所述对地电阻包括匝间电阻r1、对地电阻r2、匝间电阻r3、对地电阻r4；匝间电阻r1与对地电阻r2串联一端接地，一端接待测线圈的正极，匝间电阻r3与对地电阻r4串联一端接地，一端接待测线圈的负极；对地电阻r2两端的电压为对地电阻输入电压ulan，对地电阻r4两端的电压为对地电阻输出电压uend。

13、进一步地，还包括输出显示模块，所述输出显示模块设有人机操作互动界面，用于将波形分析模块处理后的响应曲线及各项数据结果显示在屏幕上。

14、进一步地，所述脉动电源激励单元集成有升压单元、调压单元与稳压单元，所述脉动电源激励单元用于将输入的交流电源降压整流成幅值可变、上升沿与脉宽可调的微秒级方波激励的脉动电源激励。

15、进一步地，所述方波激励源上升沿持续时间为微秒级为10-100us，电压幅值范围为10-25%线圈额定电压，不超过30%线圈额定电压。

16、进一步地，还设有内部存储和usb数据接口。

17、一种使用上述线圈弱征兆缺陷带电监测装置进行线圈弱征兆缺陷带电监测的方法包括以下步骤：

18、将脉动电源激励接至待测线圈的正极，待测线圈的负极接共地端，通过电压测量单元测量连接待测线圈的正极的对地电阻两端的对地电阻输入电压ulan；通过电压测量单元测量连接待测线圈的负极的对地电阻两端的对地电阻输出电压uend；在施加方波脉动电源激励后波形分析模块进行特征响应波形分析，分析缺陷类型并定位缺陷具体位置。

19、进一步地，所述波形分析模块分析步骤包括：

20、s1.待测故障线圈两端对地电阻端电压信号和线圈电流信号作为原始波形；

21、s2.原始波形消噪；

22、s3.对原始波形进行小波包三层分解，将时域信号转化为频域信号；

23、s4.从频域信号中获取不同位置故障的能量谱分布规律；

24、s5.根据步骤s4进行概率神经网络诊断算法训练获得概率神经网络诊断模型；

25、s6.根据概率神经网络诊断模型进行缺陷识别与定位。

26、由于匝间短路故障导致电路结构与参数改变，因此末端响应曲线也产生相应的变化。将有故障时的响应曲线与无故障时的响应曲线作差获得特征曲线。当没有故障时，特征曲线是恒为0的直线。当特征曲线不为0时，说明存在匝间短路故障。

27、对其进行3层小波包分解，并计算对应的小波包-能量谱，将故障情况按短路位置分为前（1-7层）、中（8-14层）、后（15-21层）三类。对于第1层第1匝短路故障，能量在频带1-8的分布情况，随着匝间短路故障位置的变化，其特征曲线的小波包-能量谱也呈现一定的变化规律，当故障位置靠近末端时，能量分布往低频带集中。

28、计算所有146种匝间短路和层间故障情况下特征波形的能量谱作为特征向量，能量谱作为概率神经网络的输入，故障位置作为输出。从146个样本中取125个作为训练集对概率神经网络进行训练，剩余21个样本作为测试集验证网络的评估准确率。设置不同的spread值，比较对应的测试集评估准确率。选取准确率最优的spread值，输出预测故障位置，实现缺陷位置定位。训练流程如下图8所示。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

30、本发明的一种线圈弱征兆缺陷带电监测方法及装置，对弱征兆的特征缺陷反应灵敏、准确、高效。

31、本发明的一种线圈弱征兆缺陷带电监测方法及装置，响应波形具有丰富的频率分量，可以灵敏地反映线圈故障造成的电容、电感的改变，且波形平滑，具有幅值、频率多个特征，通过获取的不同位置故障的能量谱分布规律，实现线圈微弱绝缘缺陷的准确识别与定位。

32、本发明的一种线圈弱征兆缺陷带电监测方法及装置，能够实现带电监测，不影响设备正常带电运行，解决了分合闸线圈、储能电机线圈等各类线圈的绝缘状态带电检测的行业难题，对状态检修有很大提升，降低维护成本，降低电网事故率。

技术特征：

1.一种线圈弱征兆缺陷带电监测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种线圈弱征兆缺陷带电监测装置，其特征在于，还包括正极控制母线km+、负极控制母线km-；正极控制母线km+经断路器cb1连接在待测线圈的正极，负极控制母线km-经断路器cb2连接在待测故障线圈的负极。

3.根据权利要求1所述的一种线圈弱征兆缺陷带电监测装置，其特征在于，所述电气隔离单元包括隔直电容c1和隔直电容c2；脉动电源激励与隔直电容c1、待测线圈、隔直电容c2、电流测量单元串联形成回路。

4.根据权利要求1所述的一种线圈弱征兆缺陷带电监测装置，其特征在于，所述对地电阻包括匝间电阻r1、对地电阻r2、匝间电阻r3、对地电阻r4；匝间电阻r1与对地电阻r2串联一端接地，一端接待测线圈的正极，匝间电阻r3与对地电阻r4串联一端接地，一端接待测线圈的负极；对地电阻r2两端的电压为对地电阻输入电压ulan，对地电阻r4两端的电压为对地电阻输出电压uend。

5.根据权利要求1所述的一种线圈弱征兆缺陷带电监测装置，其特征在于，还包括输出显示模块，所述输出显示模块设有人机操作互动界面，用于将波形分析模块处理后的响应曲线及各项数据结果显示在屏幕上。

6.根据权利要求1所述的一种线圈弱征兆缺陷带电监测装置，其特征在于，所述脉动电源激励单元集成有升压单元、调压单元与稳压单元，所述脉动电源激励单元用于将输入的交流电源降压整流成幅值可变、上升沿与脉宽可调的微秒级方波激励的脉动电源激励。

7.根据权利要求1所述的一种线圈弱征兆缺陷带电监测装置，其特征在于，所述方波激励源上升沿持续时间为微秒级为10-100us，电压幅值范围为10-25%线圈额定电压，不超过30%线圈额定电压。

8.根据权利要求1所述的一种线圈弱征兆缺陷带电监测装置，其特征在于，还设有内部存储和usb数据接口。

9.一种使用权利要求1-8任意一种线圈弱征兆缺陷带电监测装置进行线圈弱征兆缺陷带电监测的方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种线圈弱征兆缺陷带电监测方法，其特征在于，所述波形分析模块分析步骤包括：

技术总结
本发明一种线圈弱征兆缺陷带电监测方法及装置，装置包括：脉动电源激励单元，用于对待测线圈提供一种幅值可变、上升沿与脉宽可调的微秒级的方波激励源；电气隔离单元，用于防止侧直流电压反冲击穿监测装置，使得监测装置无电压反馈；两组对地电阻，分别设于待测线圈的两端；电压测量单元，用于分别测量待测线圈的两端的对地电阻上的电压，同时将两组对地电阻上的电压反馈给波形分析模块；电流测量单元，用于测量流过被测线圈的电流，同时将结果反馈给波形分析模块；波形分析模块，用于对电压测量单元监测到的电压和电流测量单元监测到的电流分别进行特征响应波形分析。本发明能够实现线圈弱征兆缺陷带电监测，绝缘故障的精准定位。

技术研发人员：苏毅,韩方源,潘绍明,陈梁远,夏小飞,张磊,芦宇峰,饶夏锦,李锐
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16