[發(fā)明專利]一種變壓器局部放電空間定位方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110033144.7
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112881868A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮曉澤;寇鵬;金祎;顧淵博
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學;國網(wǎng)上海市電力公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G06N3/063;G06F17/15
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

本發(fā)明公開了一種變壓器局部放電空間定位方法。該方法不同于基于時延、基于到達時間(TDOA)等空間定位方法，提出了建立基于接收信號強度(RSSI)的指紋圖，利用在通信領(lǐng)域作用廣泛的壓縮感知理論(CS)進行定位為主，聚類分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位為輔的方法，具有低成本、可操作性強和較強的抗干擾能力等特點。實際定位時先構(gòu)建變壓器內(nèi)部的RSSI指紋圖；再使用聚類分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對局部放電源進行粗略定位，以此為基礎(chǔ)降低了RSSI指紋向量的數(shù)量，提高了CS的定位精度，最后通過重構(gòu)算法恢復(fù)出放電點的精確位置信息。仿真結(jié)果表明，基于該種方法的定位平均誤差在0.01m之內(nèi)，具有良好的實際應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于變壓器故障定位和信號處理領(lǐng)域，特別涉及一種變壓器局部放電空間定位方法。

背景技術(shù)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電力設(shè)備的容量隨之增加，對設(shè)備的可靠性以及安全性提出了更高的要求，輸變電設(shè)備是電力系統(tǒng)中不可或缺的戰(zhàn)略性設(shè)備，其中電力變壓器作為電網(wǎng)的關(guān)鍵承載點，不僅擔任著電能轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)闹匾巧鼘Ψ€(wěn)定的電能供應(yīng)起著關(guān)鍵作用。然而由于電力變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作狀態(tài)下受到電場、溫度、機械等多種應(yīng)力的作用，導(dǎo)致絕緣墊老化并可能引發(fā)故障，造成供電中斷以及巨大的經(jīng)濟損失。已有的研究表明，絕緣故障是引發(fā)電氣設(shè)備故障的主要因素之一，在變壓器的總故障中約有75％的故障由絕緣問題引起。

大型電力變壓器多為油浸式絕緣結(jié)構(gòu)，由于偶然性因素，變壓器在生產(chǎn)、運輸、裝配、運行、檢修過程中可能帶來氣泡、裂痕、懸浮電解質(zhì)點和毛刺等局部缺陷。這些缺陷可能造成局部電場集中，產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象(Particial Discharge，PD)，它是導(dǎo)致變壓器絕緣故障的主要原因之一。

當前局部放電檢測的主要手段有六類：

第一類是特高頻電磁波檢測法。基于特高頻電磁信號的方法主要分為四種，第一種是基于信號到達時間差(Time Difference of Arrival,TDOA)，這種方法是利用局放點到達各個傳感器的時間差，得到非線性方程組，運用傳統(tǒng)方法或者轉(zhuǎn)化成最優(yōu)化問題來進行求解。但是直接求解對方程組迭代收斂要求很高，由于各種干擾噪聲，測量誤差等因素的影響，存在無解或者多解的情況；而最優(yōu)化求解方式計算量較大，復(fù)雜程度較高。第二種是基于到達時間(Time of Arrival,TOA)，第三種基于到達角度(Angle of Arrival,AOA)，這兩種和第一種類似。第四種是基于信號接收強度(Received Signal Strength Indicator,RSSI)。TDOA、TOA兩種方法基于時延序列，需要傳感器和采集系統(tǒng)之間保持ns級的同步，并且需要對特高頻信號進行采樣(至少需要幾個G/s的采樣率)，硬件成本高；而AOA方法在非視距定位時精度會受到影響，應(yīng)用范圍有限；RSSI技術(shù)對于硬件的要求相對較低，容易實現(xiàn)。

第二類超聲波檢測法。局部放電發(fā)生時產(chǎn)生電流脈沖使得放電區(qū)域的絕緣材料升溫，絕緣材料因受熱使得疏密程度發(fā)生變化，在此過程中輻射出了超聲波，超聲波檢測法是利用超聲波傳感器采集超聲波信號來判斷是否發(fā)生了局部放電。它的特點是受電磁干擾信號的影響較少，定位精度高，但由于超聲波在空間中傳播時衰減嚴重，故超聲波檢測法適用數(shù)十厘米級范圍的局部放電檢測。

第三類脈沖電流法。局部放電發(fā)生時伴隨著脈沖電流的產(chǎn)生，羅斯線圈可以從設(shè)備中性點或者接地側(cè)獲取局部放電產(chǎn)生的脈沖電流，測量電阻也可以從耦合電容側(cè)測量脈沖電流，可以依據(jù)羅斯線圈和測量電阻獲取的脈沖電流，得到局部放電的放電量、放電頻次以及放電相位等信息。它具有抗干擾能力強、靈敏度高的特點，但現(xiàn)場測量時，這種方法的脈沖類型的識別率較低。

第四類紅外檢測法。局部放電發(fā)生時產(chǎn)生的脈沖電流會造成放電區(qū)域的局部溫度升高，利用基于熱成像原理的紅外探測儀觀測設(shè)備溫度分布，實現(xiàn)熱點測量。但這種方法目前只用于變壓器的外部故障的檢測，由于變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，該方法不適用于變壓器內(nèi)部放電的測量。