专利名称：一种车载式变电站局部放电定位系统及其定位方法
技术领域：
本发明属于高压电力设备绝缘监测技术领域，具体涉及一种车载式变电站局部放电定位系统及其定位方法。
背景技术：
绝缘故障是电力设备在运行中最常见的故障之一。通常情况下，电力设备在发生绝缘故障前，会有一个逐渐发展的局部放电过程，随着放电的加剧，最终导致绝缘击穿。如果在局部放电过程中能够对运行设备进行监测和诊断，及时发现局部放电信号，并对局部放电源的定位，及早对缺陷进行处理，就能有效避免绝缘击穿故障的发生，并制定有针对性的检修处理方案，以减少停电时间，提高检修效率。局部放电可通过超声波、电气参数常量和超高频电磁波等多种方法检测，这些方法都可用来做局放源定位。电磁波法是近年来局部放电检测的一种新方法，电力设备发生局部放电的过程中会辐射出宽频带电磁波信号，该方法利用射频传感器接收射频频段内(O 800MHz)的信号来检测局部放电，由于电磁波在空气中的传播速度近似光速，可以用来计算局部放电源的位置。国内外目前对于变电站设备的局部放电检测和定位主要针对GIS\断路器、变压器等具体单一设备进行。而变电站中的任何高压电力设备均可能会发生局部放电故障，要想对全站的一次电气设备实施监测，就需要在每一个设备上都安装局部放电监测装置，所需的费用极高，监测系统的使用效率也低，而且对众多在线监测装置本身的维护工作量也很大。

发明内容
本发明提供一种车载式变电站局部放电定位系统及其定位方法，成本低、效率高，减少了事故的发生和停电检修的时间，从而提高变电站运行的可靠性和智能化水平。为了达到上述目的，本发明提供一种车载式变电站局部放电定位系统，其特征在于，该系统包含安装在车顶的射频全向传感器，分别电路连接所述射频全向传感器的信号调理电路，电路连接所述信号调理电路的高速数据采样单元，以及电路连接所述高速数据采样单元的数据处理和分析单元。该车载式变电站局部放电定位系统还包含分别电路连接上述部件的电源。所述的射频全向传感器采用UHF天线传感器。所述的信号调理电路采用前置放大器。所述的高速数据采样单元采用带存储功能的高速示波器。所述的数据处理和分析单元采用计算机。所述的信号调理电路和高速数据采样单元采用RF同轴屏蔽电缆连接。本发明还提供一种车载式变电站局部放电定位方法，其特征在于，该方法包含以下步骤步骤I、信号接收；
射频全向传感器接收变电站局部放电产生的电磁波信号；
步骤2、信号调理；
信号调理电路对接收到的信号进行 放大和滤波处理；
步骤3、数据采样；
高速数据采样单元对4路输出信号进行同步采集；
步骤4、信号降噪；
步骤5、数据处理和分析单元根据四组信号的时间差，建立关于放电点位置的方程；步骤5. I、利用阈值法确定4路信号波形曲线的拐点对应的时刻，作为射频电磁波信号的起始时刻；
步骤5. 2、确定各路信号起始时刻的时间差
AT12 = dtl — dt-2
ΔΤ43 = dt4 - dt3(I)
ΔΤ14 = dtl — dt.4 ΔΤ；3 = df2 — dt3
其中，dti、dt2s dt3s dt4为对应信号波形曲线的拐点时刻;
步骤5. 3、确定四个传感器与放电点的距离差
在传感器平面内建立直角坐标系，假设四个传感器的位置在平面坐标系内分别为(xi,；Fi)、( , 3 )、Cx3*y3)和( , y4)，放电点位置为(x,y),放电点到四个传感器的距离分别
为(^為為為,则位置差分别为
Ci1 — d2 = νΔΤ12
d4 — d3 = νΔΤ43(2 )
Ci1 — d4 = νΔΤ14 d2 — d3 = νΔΤ23
其中，Cii = VCx-^2-Cy-Fs)2 ’ i = 1>23；4 v = C=3JX i08m/s 为电磁波传播速
度，(x,y)即为待定的放电点位置坐标；
步骤5. 4、建立关于放电点位置的方程
根据解析几何知识，放电点到每2个传感器之间的距离差W - rf；〕可确定一个单支双曲线，因此，以传感器阵列中心为原点建立直角坐标系，通过4个时延的正负即可确定放电点所在象限，并可得到双曲线方程，联立可得非线性方程组
X2 / ,
— -JT = 1(3)
2 2 X y
— I(4)
X2 y2 1、
~ ~~ΤΤ=^(5)
aU
2 2
1T^TT = 1⑷
am %3
其中，= (d. — dj)/2 , bf, = Cfj — 4 , &为双曲线焦距，可根据传感器阵列尺寸得
到；
步骤6、数据处理和分析单元求解基于时差的位置方程组，计算放电点位置，并得到局部放电源的方位角和径向距离；
采用牛顿迭代法求解基于时差的非线性方程组
联立关于放电位置(x,y)的非线性方程(3)、(4)，可得到二元二次方程组，写成
F(X) = O的形式，其中χ = (x y〕T ,
f 2 2 \
P(X)= U= 1(7)
y _i UwJ
2 j 2 1
V%3 ^43 J
设Xk = ^^,!^^为方程组的一个近似解^打办=I,2有
ΜΧ> ΜΧ + ^ψ^-yk)(8)
dH
写成向量形式为
F(X) . F(Xk) 4 Ff*Xk)ix-xk(9)
其中，？f(xk〕为？的jaec)bi矩阵在Xk处的值；若$取值为方程组(7)的根r ’即FfXl = O,把式(8)右端为的向量作为新的近似值，记为 ，即有
权利要求
1.一种车载式变电站局部放电定位系统，其特征在于，该系统包含安装在车顶的射频全向传感器(1)，分别电路连接所述射频全向传感器(I)的信号调理电路(2)，电路连接所述信号调理电路(2)的高速数据采样单元(3)，以及电路连接所述高速数据采样单元(3)的数据处理和分析单元(4)。
2.如权利要求I所述的车载式变电站局部放电定位系统，其特征在于，该车载式变电站局部放电定位系统还包含分别电路连接上述部件的电源。
3.如权利要求I所述的车载式变电站局部放电定位系统，其特征在于，所述的射频全向传感器(I)采用UHF天线传感器。
4.如权利要求I所述的车载式变电站局部放电定位系统，其特征在于，所述的信号调理电路(2)采用前置放大器。
5.如权利要求I所述的车载式变电站局部放电定位系统，其特征在于，所述的高速数据采样单元(3)采用带存储功能的高速示波器。
6.如权利要求I所述的车载式变电站局部放电定位系统，其特征在于，所述的数据处理和分析单元(4)采用计算机。
7.如权利要求I所述的车载式变电站局部放电定位系统，其特征在于，所述的信号调理电路(2)和高速数据采样单元(3)采用RF同轴屏蔽电缆连接。
8.一种车载式变电站局部放电定位方法，其特征在于，该方法包含以下步骤 步骤I、信号接收； 射频全向传感器(I)接收变电站局部放电产生的电磁波信号； 步骤2、信号调理； 信号调理电路(2)对接收到的信号进行放大和滤波处理； 步骤3、数据采样； 高速数据采样单元(3)对4路输出信号进行同步采集； 步骤4、信号降噪； 步骤5、数据处理和分析单元(4)根据四组信号的时间差，建立关于放电点位置的方程; 步骤5. I、利用阈值法确定4路信号波形曲线的拐点对应的时刻，作为射频电磁波信号的起始时刻； 步骤5. 2、确定各路信号起始时刻的时间差
9.如权利要求8所述的车载式变电站局部放电定位方法，其特征在于，所述的步骤3中，每通道采样频率>2GS/s。
10.如权利要求8所述的车载式变电站局部放电定位方法，其特征在于，所述的步骤4中，数据处理和分析单元(4)采用小波分析方法对采集到的波形信号进行降噪；信号
全文摘要
一种车载式变电站局部放电定位系统及其定位方法，在汽车上安装4个射频电磁波传感器来接收局部放电点发出的电磁波信号，并由信号调理电路对所接收到的信号进行放大和滤波处理，经高速数据采样单元对4路输出信号进行同步采集，并将数据输出到数据处理和分析单元据实时计算4个射频全向传感器接收同一放电源辐射出超高频信号的起始时刻，基于接收到的4路信号的时间差列出方程组，求解放电信号的方向角和径向距离，从而实现定位。本发明能对变电站内所有高压设备进行局部放电检测和定位，大大降低了设备局部放电检测的成本，有助于巡检变电站设备时及早发现缺陷，减少事故的发生和停电检修的时间，从而提高变电站运行的可靠性和智能化水平。
文档编号G01R31/12GK102866334SQ20121039730
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者邵宇鹰, 关宏, 盛戈皞, 张天辰, 侯慧娟, 江秀臣 申请人:上海市电力公司, 上海交通大学, 国家电网公司