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一种高频电压下局部放电检测系统与方法
【专利摘要】本发明公开了局部放电的检测【技术领域】的一种高频电压下局部放电检测系统与方法。所述系统包括高频电压试验源、高压耦合电容器、第一高频电流传感器、第二高频电流传感器、高频同轴电缆和信号采集与处理单元；其中，高频电压试验源分别与高压耦合电容器和被测试品连接；第一高频电流传感器套在高压耦合电容器的接地回路上；第二高频电流传感器套在被测试品的接地回路上；信号采集与处理单元通过高频同轴电缆分别与第一高频电流传感器和第二高频电流传感器连接。本发明所提供的局部放电检测方法利用并联等值耦合电容的差分方法间接测量获得局部放电信号，有效去除局部放电信号中的噪声、电源等高频干扰，同时本方法接线简单，便于实际操作测量。
【专利说明】—种高频电压下局部放电检测系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于局部放电的检测【技术领域】，尤其涉及一种高频电压下局部放电检测系统与方法。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的发展与应用，变频电机、高频电力电子变压器、阀用阳极饱和电抗器等高频电气设备，在智能电网的建设与发展中得到了广泛应用与关注。与常规工频50Hz运行工况的电气设备不同，其正常运行时承受高压高频或脉冲电压应力。相关运行经验与研究表明，高频电压所带来的陡峭电压上升率与快速的极性反转会加剧电气绝缘材料的劣化，导致上述高频电气设备匝间绝缘过早失效普遍发生，这势必对电气设备的绝缘优化设计提出了更严峻的挑战，严重影响电力系统的安全运行。
[0003]局部放电的检测是考核电气设备绝缘性能与老化状态评估的重要手段。由于局部放电是一个复杂的物理现象，伴随这许多电(如电脉冲、介质损耗等)和非电(如光、热、超声波、新反应物等)现象。在局部放电检测技术中也相应出现了电检测法和光测法、声测法、红外热测法等非电测量方法。由于非电测法较之电测法，灵敏度不高、抗干扰能力差且很难对局放量等重要参数进行定量分析，使得非电测法应用较为局限。而电测法由于测量直接，灵敏度高，分辨率好，在实验室离线测试与在线监测中占主导地位。
[0004]目前，常规的局部放电电测法主要实验装置包括耦合电容器、检测阻抗、前置放大器、局部放电仪等。其基本原理是:产生一次局部放电时，试品Cx两端随着产生一瞬时的电压变化U，此时经过耦合电容器耦合到检测阻抗上，回路中即得到局部放电脉冲电流信号。但常规局部放电检测系统在高频电压下存在诸多弊病:1)测量回路中的RLC检测阻抗与杂散电容、寄生电感等，会使测量频带等参数发生漂移，严重影响测量结果准确性；2)检测装置一般适用于IMHz以下的低频信号，高频性能较差。若应用于高频电压下局部放电信号的检测，其有效局部放电信号都严重地被源脉冲信号淹没；3)干扰信号频率更加丰富复杂。干扰源包括电压源干扰、环境电磁信号干扰、噪音干扰等，这将与测量脉冲信号糅杂一起，难以提取区分。因此，常规电流法在测量高频电压下局放信号时存在很大的局限性，迫切需要一种高频电压下局部放电的检测装置与方法。

【发明内容】

[0005]针对【背景技术】中提到的常规局部放电检测系统在高频电压下，局放信号被源脉冲信号淹没、造成测量脉冲信号难以提取区分，导致测量准确性低的问题，本发明提出了一种高频电压下局部放电检测系统与方法。
[0006]一种高频电压下局部放电检测系统，其特征在于，所述系统包括高频电压试验源、高压耦合电容器、第一高频电流传感器、第二高频电流传感器、高频同轴电缆和信号采集与处理单元；
[0007]其中，所述高频电压试验源分别与高压耦合电容器和被测试品连接；[0008]所述第一高频电流传感器套在高压耦合电容器的接地回路上；
[0009]所述第二高频电流传感器套在被测试品的接地回路上；
[0010]所述信号采集与处理单元通过高频同轴电缆分别与第一高频电流传感器和第二高频电流传感器连接。
[0011]所述高频电压试验源采用电压波形频率为l_50kHz且连续可调，其幅值为0_30kV且连续可调的高频电压试验源。
[0012]所述第一高频电流传感器和第二高频电流传感器采用相同型号的高频电流传感器；所述高频电流传感器采用霍尔效应的低功耗开环穿芯式电流传感器/罗氏线圈的高频电流传感器。
[0013]所述系统还包括两个金属屏蔽盒；分别用于放置第一高频电流传感器和第二高频电流传感器。
[0014]所述高压耦合电容器采用陶瓷式电容器。
[0015]所述高频同轴电缆采用特性阻抗为50欧姆，频段为0-3GHZ的同轴电缆；所述高频同轴电缆采用镀银双层屏蔽。
[0016]一种采用所述的高频电压下局部放电检测系统的局部放电信号提取方法，包括以下步骤:
[0017]步骤1:实验前，使用宽带阻抗测试仪测量被测试品的电容值，并选择与被测试品电容值相同的高压耦合电容器；
[0018]步骤2:对高频电压下局部放电检测系统进行初始化标定；
[0019]步骤3:将被测试品接入高频电压下局部放电检测系统，分别测量第一高频电流传感器和第二高频电流传感器测量地线上的两路脉冲电流信号；
[0020]步骤4:将步骤3得到的两路脉冲电流信号通过高频同轴电缆连接信号采集与处理单元，进行局部放电信号数据采集与分析，从而得到高频电压下的局部放电检测信息。
[0021]所述对高频电压下局部放电检测系统进行初始化标定的过程为:
[0022]步骤201:选取一个与高压耦合电容器电容值相等的电容器，代替被测试品接入高频电压下局部放电检测系统中；
[0023]步骤202:对高频电压下局部放电检测系统进行预加压，分别测量第一高频电流传感器和第二高频电流传感器测量地线上的两路脉冲电流信号；
[0024]步骤203:通过差分放大的方式对两回路脉冲电流信号进行滤波处理；
[0025]步骤204:判断差分输出是否小于等于5mv ;如果是，则执行步骤3 ;否则，重新更换等电容值的高压耦合电容器，重复执行步骤201?步骤204。
[0026]所述的局部放电信号数据分析与处理，包括以下步骤:
[0027]步骤401:将两路脉冲电流信号做差分运算，获得原始局部放电信号；
[0028]步骤402:利用小波包对原始放电信号进行小波滤波，剔除试验源干扰与高斯噪声，获得滤波后局部放电信号。
[0029]所述高频电压下的局部放电检测信息包括局部放电放电次数、放电相位和放电幅值。
[0030]本发明所给出的局部放电检测系统具有对试验源低频干扰与白噪声抑制效果好，信噪比高，而且结构简单，接线方便的特点；在高频电压下局部放电检测领域，所提供的局部放电检测方法利用并联等值耦合电容的差分方法间接测量获得局部放电信号，有效去除局部放电信号中的噪声、电源等高频干扰，同时本方法接线简单，便于实际操作测量。
【专利附图】

【附图说明】
[0031]图1是本发明的高频电压下局部放电测量装置的测量回路示意图；
[0032]图2是本发明中一例被测试品与耦合电容的阻抗特性；
[0033]图3是本发明中两检测回路中电流信号及差分效果图；
[0034]图4是本发明中选取的最优小波基示意图；其中，(a)为父小波；(b)为母小波。
[0035]图5是本发明中小波变换处理过程示意图；其中，图中(a)为原始信号；(b)为通过阈值滤波后信号；(C)为极性判别后信号；(d)开窗判别后信号；
[0036]其中，1-高频电压试验源；2_为高压耦合电容器；3_第一高频电流传感器；4_第二高频电流传感器；5_高频同轴电缆；6_信号采集与处理单元；7_被测试品。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图，对优选实例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0038]图1是本发明的高频电压下局部放电测量装置的测量回路示意图。图1中，所述系统包括高频电压试验源、高压耦合电容器、第一高频电流传感器、第二高频电流传感器、高频同轴电缆和信号采集与处理单元；
[0039]其中，所述高频电压试验源分别与高压耦合电容器和被测试品连接；所述第一高频电流传感器套在高压耦合电容器的接地回路上；所述第二高频电流传感器套在被测试品的接地回路上；所述信号采集与处理单元通过高频同轴电缆分别与第一高频电流传感器和第二高频电流传感器连接。
[0040]本实施例的检测装置中，基于罗氏线圈的高频电流传感器为ETS-93686系列电流传感器，测量带宽为300kHz-100MHz，满足高频脉冲频带相应的要求，同时其较高的下限频率可有效抑制试验源对局放信号的干扰。为减少干扰，并排除环境因素(如灰尘、电磁干扰等)，将高频传感器装设在金属屏蔽盒内。
[0041]将被测试品与高压耦合电容器并联接入高压端与地线间，把两个ETS-93686高频电流传感器分别装设于两条回路的接地线上，测量地线上的脉冲电流信号，通过高频同轴电缆连接高频电流传感器与示波器DLM6054。
[0042]高压耦合电容器选用耐受电压50kV的陶瓷电容器，并选取其电容值与被测试品相同或接近。
[0043]高频电流传感器测量的信号送入示波器进行采集，所采用的示波器为横河DLM6054示波器，测量模拟带宽1.5GHz，最大采样频率为4GS/s。
[0044]具体实施包括步骤:
[0045]I)被测试品选用厚度Imm,直径IOmm的环氧树脂绝缘板；使用宽频阻抗分析仪Agilent4294A测量试品环氧树脂薄板与高压耦合电容器阻抗特性；其测量分析结果如图2所示；
[0046]2)实验前，为选择两个信号响应一致的高频电流传感器，进而排除电流传感器的差异。先将两等值电容接入测量回路中，选择两个高频电流传感器分别接入两个回路。对系统预加压，对采集到的两检测路信号做差分处理，倘若差分结果波形中无明显试验源干扰波形，那么两检测回路初始化处理基本满足要求，否则应当更换等电容值的高压耦合电容器，然后重复该步骤；
[0047]3)开始局部放电实验，测量并采集两联测回路脉冲电流信号，并以TXT格式将数据保存在信号采集与处理单元中的便携式计算机中；
[0048]4)将两检测回路的信号做差分运算，获得原始局部放电信号；
[0049]5)采用自建小波基(如图3所示)利用小波包分解法对原始放电信号多层分解、阀值滤波、重构，剔除试验源干扰与高斯噪声，获得阈值滤波后信号，如图4所示；
[0050]6)对3)中的信号进行极性判别与开窗处理(如图5所示)，提取有效的局部放电信号，利用数学统计的方法获得放电次数、放电相位等局部放电特征量。
[0051]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种高频电压下局部放电检测系统，其特征在于，所述系统包括高频电压试验源、高压耦合电容器、第一高频电流传感器、第二高频电流传感器、高频同轴电缆和信号采集与处理单元； 其中，所述高频电压试验源分别与高压耦合电容器和被测试品连接； 所述第一高频电流传感器套在高压耦合电容器的接地回路上； 所述第二高频电流传感器套在被测试品的接地回路上； 所述信号采集与处理单元通过高频同轴电缆分别与第一高频电流传感器和第二高频电流传感器连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高频电压试验源采用电压波形频率为l-50kHz且连续可调，其幅值为0-30kV且连续可调的高频电压试验源。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一高频电流传感器和第二高频电流传感器采用相同型号的高频电流传感器；所述高频电流传感器采用霍尔效应的低功耗开环穿芯式电流传感器/罗氏线圈的高频电流传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括两个金属屏蔽盒；分别用于放置第一高频电流传感器和第二高频电流传感器。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高压耦合电容器采用陶瓷式电容器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高频同轴电缆采用特性阻抗为50欧姆，频段为0-3GHZ的同轴电缆；所述高频同轴电缆采用镀银双层屏蔽。
7.一种采用所述的高频电压下局部放电检测系统的局部放电信号提取方法，包括以下步骤: 步骤1:实验前，使用宽带阻抗测试仪测量被测试品的电容值，并选择与被测试品电容值相同的高压耦合电容器； 步骤2:对高频电压下局部放电检测系统进行初始化标定； 步骤3:将被测试品接入高频电压下局部放电检测系统，分别测量第一高频电流传感器和第二高频电流传感器测量地线上的两路脉冲电流信号； 步骤4:将步骤3得到的两路脉冲电流信号通过高频同轴电缆连接信号采集与处理单元，进行局部放电信号数据采集与分析，从而得到高频电压下的局部放电检测信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于， 所述对高频电压下局部放电检测系统进行初始化标定的过程为: 步骤201:选取一个与高压耦合电容器电容值相等的电容器，代替被测试品接入高频电压下局部放电检测系统中； 步骤202:对高频电压下局部放电检测系统进行预加压，分别测量第一高频电流传感器和第二高频电流传感器测量地线上的两路脉冲电流信号； 步骤203:通过差分放大的方式对两回路脉冲电流信号进行滤波处理； 步骤204:判断差分输出是否小于等于5mv ;如果是，则执行步骤3 ;否则，重新更换等电容值的高压耦合电容器，重复执行步骤201~步骤204。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的局部放电信号数据分析与处理，包括以下步骤: 步骤401:将两路脉冲电流信号做差分运算，获得原始局部放电信号；步骤402:利用小波包对原始放电信号进行小波滤波，剔除试验源干扰与高斯噪声，获得滤波后局部放电信号。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高频电压下的局部放电检测信息包括局部放电放电次数、放电相位和放电幅值。
【文档编号】G01R31/12GK103913681SQ201410112062
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】庞月龙, 鲁旭, 李庆民, 韩帅, 刘伟杰, 王高勇, 魏晓光 申请人:华北电力大学