一種高頻電壓下局部放電檢測系統與方法
【專利摘要】本發明公開了局部放電的檢測【技術領域】的一種高頻電壓下局部放電檢測系統與方法。所述系統包括高頻電壓試驗源、高壓耦合電容器、第一高頻電流傳感器、第二高頻電流傳感器、高頻同軸電纜和信號采集與處理單元；其中，高頻電壓試驗源分別與高壓耦合電容器和被測試品連接；第一高頻電流傳感器套在高壓耦合電容器的接地回路上；第二高頻電流傳感器套在被測試品的接地回路上；信號采集與處理單元通過高頻同軸電纜分別與第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器連接。本發明所提供的局部放電檢測方法利用并聯等值耦合電容的差分方法間接測量獲得局部放電信號，有效去除局部放電信號中的噪聲、電源等高頻干擾，同時本方法接線簡單，便于實際操作測量。
【專利說明】—種高頻電壓下局部放電檢測系統與方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于局部放電的檢測【技術領域】，尤其涉及一種高頻電壓下局部放電檢測系統與方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的發展與應用，變頻電機、高頻電力電子變壓器、閥用陽極飽和電抗器等高頻電氣設備，在智能電網的建設與發展中得到了廣泛應用與關注。與常規工頻50Hz運行工況的電氣設備不同，其正常運行時承受高壓高頻或脈沖電壓應力。相關運行經驗與研究表明，高頻電壓所帶來的陡峭電壓上升率與快速的極性反轉會加劇電氣絕緣材料的劣化，導致上述高頻電氣設備匝間絕緣過早失效普遍發生，這勢必對電氣設備的絕緣優化設計提出了更嚴峻的挑戰，嚴重影響電力系統的安全運行。
[0003]局部放電的檢測是考核電氣設備絕緣性能與老化狀態評估的重要手段。由于局部放電是一個復雜的物理現象，伴隨這許多電(如電脈沖、介質損耗等)和非電(如光、熱、超聲波、新反應物等)現象。在局部放電檢測技術中也相應出現了電檢測法和光測法、聲測法、紅外熱測法等非電測量方法。由于非電測法較之電測法，靈敏度不高、抗干擾能力差且很難對局放量等重要參數進行定量分析，使得非電測法應用較為局限。而電測法由于測量直接，靈敏度高，分辨率好，在實驗室離線測試與在線監測中占主導地位。
[0004]目前，常規的局部放電電測法主要實驗裝置包括耦合電容器、檢測阻抗、前置放大器、局部放電儀等。其基本原理是:產生一次局部放電時，試品Cx兩端隨著產生一瞬時的電壓變化U，此時經過耦合電容器耦合到檢測阻抗上，回路中即得到局部放電脈沖電流信號。但常規局部放電檢測系統在高頻電壓下存在諸多弊病:1)測量回路中的RLC檢測阻抗與雜散電容、寄生電感等，會使測量頻帶等參數發生漂移，嚴重影響測量結果準確性；2)檢測裝置一般適用于IMHz以下的低頻信號，高頻性能較差。若應用于高頻電壓下局部放電信號的檢測，其有效局部放電信號都嚴重地被源脈沖信號淹沒；3)干擾信號頻率更加豐富復雜。干擾源包括電壓源干擾、環境電磁信號干擾、噪音干擾等，這將與測量脈沖信號糅雜一起，難以提取區分。因此，常規電流法在測量高頻電壓下局放信號時存在很大的局限性，迫切需要一種高頻電壓下局部放電的檢測裝置與方法。
【發明內容】
[0005]針對【背景技術】中提到的常規局部放電檢測系統在高頻電壓下，局放信號被源脈沖信號淹沒、造成測量脈沖信號難以提取區分，導致測量準確性低的問題，本發明提出了一種高頻電壓下局部放電檢測系統與方法。
[0006]一種高頻電壓下局部放電檢測系統，其特征在于，所述系統包括高頻電壓試驗源、高壓耦合電容器、第一高頻電流傳感器、第二高頻電流傳感器、高頻同軸電纜和信號采集與處理單元；
[0007]其中，所述高頻電壓試驗源分別與高壓耦合電容器和被測試品連接；[0008]所述第一高頻電流傳感器套在高壓耦合電容器的接地回路上；
[0009]所述第二高頻電流傳感器套在被測試品的接地回路上；
[0010]所述信號采集與處理單元通過高頻同軸電纜分別與第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器連接。
[0011]所述高頻電壓試驗源采用電壓波形頻率為l_50kHz且連續可調，其幅值為0_30kV且連續可調的高頻電壓試驗源。
[0012]所述第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器采用相同型號的高頻電流傳感器；所述高頻電流傳感器采用霍爾效應的低功耗開環穿芯式電流傳感器/羅氏線圈的高頻電流傳感器。
[0013]所述系統還包括兩個金屬屏蔽盒；分別用于放置第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器。
[0014]所述高壓耦合電容器采用陶瓷式電容器。
[0015]所述高頻同軸電纜采用特性阻抗為50歐姆，頻段為0-3GHZ的同軸電纜；所述高頻同軸電纜采用鍍銀雙層屏蔽。
[0016]一種采用所述的高頻電壓下局部放電檢測系統的局部放電信號提取方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1:實驗前，使用寬帶阻抗測試儀測量被測試品的電容值，并選擇與被測試品電容值相同的高壓耦合電容器；
[0018]步驟2:對高頻電壓下局部放電檢測系統進行初始化標定；
[0019]步驟3:將被測試品接入高頻電壓下局部放電檢測系統，分別測量第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器測量地線上的兩路脈沖電流信號；
[0020]步驟4:將步驟3得到的兩路脈沖電流信號通過高頻同軸電纜連接信號采集與處理單元，進行局部放電信號數據采集與分析，從而得到高頻電壓下的局部放電檢測信息。
[0021]所述對高頻電壓下局部放電檢測系統進行初始化標定的過程為:
[0022]步驟201:選取一個與高壓耦合電容器電容值相等的電容器，代替被測試品接入高頻電壓下局部放電檢測系統中；
[0023]步驟202:對高頻電壓下局部放電檢測系統進行預加壓，分別測量第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器測量地線上的兩路脈沖電流信號；
[0024]步驟203:通過差分放大的方式對兩回路脈沖電流信號進行濾波處理；
[0025]步驟204:判斷差分輸出是否小于等于5mv ;如果是，則執行步驟3 ;否則，重新更換等電容值的高壓耦合電容器，重復執行步驟201?步驟204。
[0026]所述的局部放電信號數據分析與處理，包括以下步驟:
[0027]步驟401:將兩路脈沖電流信號做差分運算，獲得原始局部放電信號；
[0028]步驟402:利用小波包對原始放電信號進行小波濾波，剔除試驗源干擾與高斯噪聲，獲得濾波后局部放電信號。
[0029]所述高頻電壓下的局部放電檢測信息包括局部放電放電次數、放電相位和放電幅值。
[0030]本發明所給出的局部放電檢測系統具有對試驗源低頻干擾與白噪聲抑制效果好，信噪比高，而且結構簡單，接線方便的特點；在高頻電壓下局部放電檢測領域，所提供的局部放電檢測方法利用并聯等值耦合電容的差分方法間接測量獲得局部放電信號，有效去除局部放電信號中的噪聲、電源等高頻干擾，同時本方法接線簡單，便于實際操作測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明的高頻電壓下局部放電測量裝置的測量回路示意圖；
[0032]圖2是本發明中一例被測試品與耦合電容的阻抗特性；
[0033]圖3是本發明中兩檢測回路中電流信號及差分效果圖；
[0034]圖4是本發明中選取的最優小波基示意圖；其中，(a)為父小波；(b)為母小波。
[0035]圖5是本發明中小波變換處理過程示意圖；其中，圖中(a)為原始信號；(b)為通過閾值濾波后信號；(C)為極性判別后信號；(d)開窗判別后信號；
[0036]其中，1-高頻電壓試驗源；2_為高壓耦合電容器；3_第一高頻電流傳感器；4_第二高頻電流傳感器；5_高頻同軸電纜；6_信號采集與處理單元；7_被測試品。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖，對優選實例作詳細說明。應該強調的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
[0038]圖1是本發明的高頻電壓下局部放電測量裝置的測量回路示意圖。圖1中，所述系統包括高頻電壓試驗源、高壓耦合電容器、第一高頻電流傳感器、第二高頻電流傳感器、高頻同軸電纜和信號采集與處理單元；
[0039]其中，所述高頻電壓試驗源分別與高壓耦合電容器和被測試品連接；所述第一高頻電流傳感器套在高壓耦合電容器的接地回路上；所述第二高頻電流傳感器套在被測試品的接地回路上；所述信號采集與處理單元通過高頻同軸電纜分別與第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器連接。
[0040]本實施例的檢測裝置中，基于羅氏線圈的高頻電流傳感器為ETS-93686系列電流傳感器，測量帶寬為300kHz-100MHz，滿足高頻脈沖頻帶相應的要求，同時其較高的下限頻率可有效抑制試驗源對局放信號的干擾。為減少干擾，并排除環境因素(如灰塵、電磁干擾等)，將高頻傳感器裝設在金屬屏蔽盒內。
[0041]將被測試品與高壓耦合電容器并聯接入高壓端與地線間，把兩個ETS-93686高頻電流傳感器分別裝設于兩條回路的接地線上，測量地線上的脈沖電流信號，通過高頻同軸電纜連接高頻電流傳感器與示波器DLM6054。
[0042]高壓耦合電容器選用耐受電壓50kV的陶瓷電容器，并選取其電容值與被測試品相同或接近。
[0043]高頻電流傳感器測量的信號送入示波器進行采集，所采用的示波器為橫河DLM6054示波器，測量模擬帶寬1.5GHz，最大采樣頻率為4GS/s。
[0044]具體實施包括步驟:
[0045]I)被測試品選用厚度Imm,直徑IOmm的環氧樹脂絕緣板；使用寬頻阻抗分析儀Agilent4294A測量試品環氧樹脂薄板與高壓耦合電容器阻抗特性；其測量分析結果如圖2所示；
[0046]2)實驗前，為選擇兩個信號響應一致的高頻電流傳感器，進而排除電流傳感器的差異。先將兩等值電容接入測量回路中，選擇兩個高頻電流傳感器分別接入兩個回路。對系統預加壓，對采集到的兩檢測路信號做差分處理，倘若差分結果波形中無明顯試驗源干擾波形，那么兩檢測回路初始化處理基本滿足要求，否則應當更換等電容值的高壓耦合電容器，然后重復該步驟；
[0047]3)開始局部放電實驗，測量并采集兩聯測回路脈沖電流信號，并以TXT格式將數據保存在信號采集與處理單元中的便攜式計算機中；
[0048]4)將兩檢測回路的信號做差分運算，獲得原始局部放電信號；
[0049]5)采用自建小波基(如圖3所示)利用小波包分解法對原始放電信號多層分解、閥值濾波、重構，剔除試驗源干擾與高斯噪聲，獲得閾值濾波后信號，如圖4所示；
[0050]6)對3)中的信號進行極性判別與開窗處理(如圖5所示)，提取有效的局部放電信號，利用數學統計的方法獲得放電次數、放電相位等局部放電特征量。
[0051]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種高頻電壓下局部放電檢測系統，其特征在于，所述系統包括高頻電壓試驗源、高壓耦合電容器、第一高頻電流傳感器、第二高頻電流傳感器、高頻同軸電纜和信號采集與處理單元； 其中，所述高頻電壓試驗源分別與高壓耦合電容器和被測試品連接； 所述第一高頻電流傳感器套在高壓耦合電容器的接地回路上； 所述第二高頻電流傳感器套在被測試品的接地回路上； 所述信號采集與處理單元通過高頻同軸電纜分別與第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器連接。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述高頻電壓試驗源采用電壓波形頻率為l-50kHz且連續可調，其幅值為0-30kV且連續可調的高頻電壓試驗源。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器采用相同型號的高頻電流傳感器；所述高頻電流傳感器采用霍爾效應的低功耗開環穿芯式電流傳感器/羅氏線圈的高頻電流傳感器。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統還包括兩個金屬屏蔽盒；分別用于放置第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器。
5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述高壓耦合電容器采用陶瓷式電容器。
6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述高頻同軸電纜采用特性阻抗為50歐姆，頻段為0-3GHZ的同軸電纜；所述高頻同軸電纜采用鍍銀雙層屏蔽。
7.一種采用所述的高頻電壓下局部放電檢測系統的局部放電信號提取方法，包括以下步驟: 步驟1:實驗前，使用寬帶阻抗測試儀測量被測試品的電容值，并選擇與被測試品電容值相同的高壓耦合電容器； 步驟2:對高頻電壓下局部放電檢測系統進行初始化標定； 步驟3:將被測試品接入高頻電壓下局部放電檢測系統，分別測量第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器測量地線上的兩路脈沖電流信號； 步驟4:將步驟3得到的兩路脈沖電流信號通過高頻同軸電纜連接信號采集與處理單元，進行局部放電信號數據采集與分析，從而得到高頻電壓下的局部放電檢測信息。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于， 所述對高頻電壓下局部放電檢測系統進行初始化標定的過程為: 步驟201:選取一個與高壓耦合電容器電容值相等的電容器，代替被測試品接入高頻電壓下局部放電檢測系統中； 步驟202:對高頻電壓下局部放電檢測系統進行預加壓，分別測量第一高頻電流傳感器和第二高頻電流傳感器測量地線上的兩路脈沖電流信號； 步驟203:通過差分放大的方式對兩回路脈沖電流信號進行濾波處理； 步驟204:判斷差分輸出是否小于等于5mv ;如果是，則執行步驟3 ;否則，重新更換等電容值的高壓耦合電容器，重復執行步驟201~步驟204。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述的局部放電信號數據分析與處理，包括以下步驟: 步驟401:將兩路脈沖電流信號做差分運算，獲得原始局部放電信號；步驟402:利用小波包對原始放電信號進行小波濾波，剔除試驗源干擾與高斯噪聲，獲得濾波后局部放電信號。
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述高頻電壓下的局部放電檢測信息包括局部放電放電次數、放電相位和放電幅值。
【文檔編號】G01R31/12GK103913681SQ201410112062
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2014年3月24日
【發明者】龐月龍, 魯旭, 李慶民, 韓帥, 劉偉杰, 王高勇, 魏曉光 申請人:華北電力大學
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