專利名稱：變壓器局部放電故障源的定位方法
技術領域：
本發明涉及變壓器運4亍維護領域，具體而言，涉及一種用于變 壓器局部》文電故障源的定位方法。
背景技術：
電力變壓器是電力系統的樞紐設備，其運行的可靠性直接關系 到電力系統的安全與穩定。對實際故障的統計分析表明，絕緣故障 是影響變壓器正常運行的主要原因，而局部放電是造成絕緣故障的
重要原因。
準確的局部方文電i史障定^f立不仫jt局部》丈電危害禾呈度的評估有 重要作用，而且是實現變壓器狀態檢修的基本前提之一，可以為變 壓器狀態檢修提供科學的指導，以便維護人員有針對地進行設備維 》務，此外，還有利于迅速排查故障和才是高維〗奮水平，同時也對改進 變壓器的結構設計、提高制造工藝水平具有指導意義。
超寬帶射頻定位法是一種變壓器局部力文電定位方法，該方法通 過四陣元天線陣列4全測局部》文電源輻射射頻電》茲波信號，在四路同 步信號波形中提取信號的相對時延參量，根據最短光程原理設計合 理的定位算法完成對》文電源空間位置的計算，乂人而實現對變壓器局 部i文電源所處三維幾〗可空間的定4立。
5相關4支術中采用時間差方法完成對;汶電源空間4立置的計算。圖 1示出了相關4支術的時間差方法的原理示意圖。該方法4艮據測量到 的時延參量Sp S2、 S3建立兩個雙曲面方程，并求解方程得到兩個 2又曲面之間的交點PD,該交點即為定4立i十算結果。
在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中的時間差方法對 變壓器實測過程中產生的參量誤差較敏感，即使是微小的參量誤 差，也4及有可能導致方法失效或者定位誤差4交大。
發明內容
本發明旨在提供一種用于變壓器局部放電故障源的定位方法， 能夠解決現有4支術中的時間差方法對變壓器實測過程中產生的參 量誤差較敏感，即使是微小的參量誤差，也極有可能導致方法失效 或者定位誤差過大的問題。
在本發明的實施例中，提供了 一種變壓器局部放電源的定位方 法，包4舌以下步備聚
通過多個傳感才莫塊在變壓器內部才全測局部》文電源產生的射頻 信號，并記錄4企測到多個射頻信號的起始時刻；
才艮據多個起始時刻確定射頻信號的實測時延參量；
設置射頻信號的波速參量；
根據實測時延參量及波速參量，利用空間網格剖分方法搜索得 到局部》文電源^立置。
本實施例通過采用多個傳感器沖莫塊對變壓器內部的局部放電 源進行檢測，得到射頻信號的實測時延參量，設置好射頻信號的波速參量后，進而利用空間網格剖分方法搜索得到局部放電源位置， 降低了對時延和波速參量精度的要求，提高了定位精度，克服了現 有技術中的時間差方法對變壓器實測過程中產生的參量誤差較敏 感，即使是微小的參量誤差，也極有可能導致方法失效或者定位誤 差過大的問題。
此處所說明的附圖用來才是供對本發明的進一步理解，構成本申
請的一部分，本發明的示意性實施例及其"i兌明用于解釋本發明，并 不構成對本發明的不當限定。在附圖中
圖1示出了根據本發明一個實施例的變壓器局部放電源的定位
方法;危禾呈圖2示出了根據本發明一個優選實施例的網格剖分示意圖3示出了根據圖2實施例的網格搜索示意圖4示出了根據本發明一個實施例的采用變壓器局部放電源定 ^立方法的系統示意圖5示出了根據本發明 一個實施例的采用四陣元傳感器陣列采 集四^各同步射頻信號的波形圖6示出了根據本發明一個實施例的采用Labview方法程序界 面的部分截圖7示出了才艮據圖6實施例的三維空間定^f立截圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本發明。
圖1示出了根據本發明一個實施例的變壓器局部放電源的定位
方法力t禾呈圖，包4舌以下步驟
S102,通過多個傳感模塊在變壓器內部檢測局部放電源產生的 射頻信號，并記錄沖企測到多個射頻信號的起始時刻；
S104,才艮據多個起始時刻確定射頻4言號的實測時延參量；
S106,設置射頻信號的波速參量；
S108，根據實測時延參量及波速參量，利用空間網格剖分方法 搜索得到局部放電源位置。
本實施例通過采用多個傳感器才莫塊對變壓器內部的局部放電 源進行檢測，得到射頻信號的實測時延參量，設置好射頻信號的波 速參量后，進而利用空間網格剖分方法搜索得到局部放電源位置， 降低了對時延和波速參量精度的要求，提高了定位精度，克服了現 有技術中的時間差方法對變壓器實測過程中產生的參量誤差較敏 感，即使是微小的參量誤差，也極有可能導致方法失效或者定位誤 差過大的問題。
優選地，上述多個傳感器才莫塊為四陣元傳感器陣列，采用四陣 元傳感器陣列可以得到較好的實測時延參量，較適合本實施例。
優選地，利用空間網格剖分方法搜索得到局部放電源的位置具 體包括利用空間網格剖分方法對變壓器占據的空間區域進行搜索得
到方文電源所在的第 一 網才各單元；
利用空間網格剖分方法對第一網格單元進行搜索得到放電源 所在的^f立置。
由于電力變壓器內部的定位空間較大，通過兩次空間網格剖分 搜索，提高了定位搜索的效率和準確度。
圖2示出了4艮據本發明一個優選實施例的網才各剖分示意圖；圖 3示出了才艮據圖2實施例的網格4叟索示意圖。
優選地，利用空間網格剖分方法對變壓器占據的空間區域進行 搜索得到放電源所在的第 一 網格單元具體包括
將空間區域離散為多個網格單元；
以每個網格單元的中心作為射頻信號發射源，由中心與多個傳 感模塊之間的距離及波速參量，求得每個網格單元的多個來波時 刻；
對每個所述網才各單元，根據多個來波時刻確定網格單元的時延 參量；
將與實測時延參量最接近的時延參量所屬的網格單元作為第 一網格單元。
空間網才各剖分搜索方法(簡稱網格4叟索方法)，以電》茲波傳4番 的最短光程原理為基礎，以三個相對時延值及波速作為參量。首先
建立三維定位空間(X, Y， Z三個維度)，以一定邊長的小型正方 體為基準劃分定位空間，即通過將X， Y， Z三個坐標軸分別離散成一定長度的線,殳實現對整體空間的網格剖分，以實測四路同步射 頻信號的時延值作為搜索參量，在剖分出的空間網格中逐一搜索放 電源位置。
優選地，上述網才各單元為邊長為第一邊長的正方體。
優選地，上述第一邊長的取值范圍為10-20cm。
例如，才艮據實際情況i殳定定位空間大小，將整個定位空間劃分 為[N1， N2， N3,…，Nn]共計n個20cmx20cm的空間立方體網格， 如附圖2 (圖中Sl-S4為定位傳感器陣元)所示，事先確定各傳感 器的位置坐標，利用各空間網格與各傳感之間的距離根據最短光程 原理分別求取各傳感器的第一來波時刻，分別i殳為tLl， tL2， tL3， tL4 , 求取三個第 一 時延<直即tL 12=tL2-tL 1 , tL 13=tL3-tL 1 ，
tL 14=tL4-tL 1 。對剖分的各空間網才各進4亍編號，分別i殳為1, 2 ， 3......n
號空間網格，各空間網格對應的第一時延值分別為[tlL12， tlL13,
tlL14], [t2L12, t2L13， t3L14]......[tnL12, tnL13， tnL14]， i殳實測
時延值為tsl2， tsl3, tsl4,將每個網才各對應的第一時延值與實測時
延值進行比較，求取[(h"2-" + 1"-,犯l + hu廣,i'i41 ),
區間中的最小值，假設在上述過程中求取的最小值為
(-《'u I+k化_I+- G41),則_沈明實際;故電源^巨離第i個空間網才各
最為接近，可將第i個空間網格近似看做放電源的所在位置的局部
空間，如附圖3所示，求耳又第i個網格對應的空間坐標作為初步的 搜索結果輸出，將此區域作為第二次網格剖分搜索空間進行第二輪 的細化網格剖分搜索。
10優選地，利用空間網格剖分方法對第一網格單元進行搜索得到
;汶電源所在的位置具體包括
將第一網格單元離散為多個第二網格單元；
以每個第二網格單元的中心作為射頻信號發射源，由第二網格 單元的中心與多個傳感模塊之間的距離及波速參量，求得每個第二 網才各單元的多個第二來波時刻；
根據多個第二來波時刻確定每個第二網格單元的第二時延參
量；
將實測時延參量與多個第二網格單元的第二時延參量逐一進 行比4交，得到局部方丈電源的位置。
優選地，上述第二網才各單元為邊長為第二邊長的正方體。
優選地，上述第二邊長的取值范圍為小于或等于lcm。
將網格邊長設定為lcm或更小，除網格邊長及搜索空間設置不 同外，其基本原理與第一次計算過程完全一致，最終給出包含放電 源的小網4各作為定位結果。
由于電力變壓器內部定位空間較大，為提高搜索效率及搜索準 確度，設計兩次網格剖分及搜索過程，分別稱之為初步剖分搜索過 程及細化剖分4叟索過程。初步剖分4臾索過程可將定位空間剖分為4交 大體積的空間網才各，空間網才各邊長一^:設定為10cm-20cm，在已知 傳感器位置坐標的基礎上，假定空間中每個網格作為信號發射源， 根據最短光程原理求取各網格對應的第 一相對時延值，其中與實測 時延值最為接近的第 一時延值對應網格所指示的區域即為真實的 信號輻射源所在空間。將初步剖分搜索結果指定的空間進行細化剖分搜索，設定剖分網格邊長為5cm或更小，進行第二輪網格剖分搜 索計算，過程及方法與第一次完全一致，即可在小范圍內較為準確
的鎖定實測〗言號所對應的》丈電源位置。
圖4示出了根據本發明一個實施例的采用變壓器局部放電源定 位方法的系統示意圖，該方法是一種通過空間電；茲波耦合測量的定 位技術，其特有的測量機理使其能夠克服傳統定位方法的缺點，如 檢測靈敏度低、難以在線應用等，取得更加理想的定位效果。超寬 帶射頻定位4支術,人系統組成方面能夠分為石更件測量系統和專欠件計 算系統。硬件測量系統主要由信號檢測系統、信號調理系統、信號 傳輸系統以及數字采樣系統等組成，主要實現局部放電射頻電磁波 信號的檢測及數字化采樣，從放電射頻信號中提取定位計算所需參 量。軟件部分主要由定位數學方法、數據文件讀取及保存等功能模 塊組成，其核心是定位計算方法。定位lt學方法的i殳計必須與定^f立 測量系統相匹配，直接關系到對硬件測量數據處理的有效性以及最 終計算結果是否準確，也是定位技術是否能夠取得實際應用的關4建 因素之一。
在本發明的實施例中，由于通過對空間進行網格離散，因此不 可避免的引入離散誤差，在精確獲取時延參量的情況下定位精度沒 有時間差方法高，^f旦是其與時間差方法相比最大的優點在于對時延 值及波速參量的要求不是十分苛刻，允許各參量存在一定的誤差， 目前的研究結果表明，三個實測時延參量的累計-i吳差限定在3ns范 圍內，均能獲得較為準確的定位結果，同時通過網格大小的合理選 取，方法帶來的離散誤差也可限定在較小的區域內，滿足變壓器局 部放電定位精度的要求，在本領域中，通常認為電力變壓器局部》文 電古夂障定4立i吳差限定在30cm范圍內，定^f立結果有歲文。而常用的時 間差算法由于算法自身結構的限制，在一些特殊位置處通常會因為 單項時延值存在^f效量誤差(小于lns)而導致算法發散或計算誤差過大，由于電力變壓器內部結構非常復雜，電磁波的傳播受到鐵心、 繞組、引線、夾件等金屬結構以及油紙絕緣結構的綜合作用，測量 到的射頻電》茲波信號不可避免的發生畸變，乂人而導致信號時延產生 誤差，同時電石茲波波速也4艮難精確獲耳又，因此當定位參量存在一定 誤差時，定位算法是否能夠完成有效定位是^f量定位算法結構可行 性的重要因素。
網檔、後索方法是一種"區域"定位而非"點"定位，由于方法 本身已將空間離散，因此計算結果實際是空間網格的編號，依據該 編號還原網格位置后，體現的是單個網格所在的區域，并以該區域 作為最接近局部方文電源位置的一個小空間，在計算出結果后，應對 計算結果所在空間進行搜尋，如果計算結果與實際位置偏差在一定 范圍內，則能夠在計算結果限定的區域內找到實際的局部》丈電源所 在位置，搜尋空間大小取決于網格剖分的大小，并與網格尺寸成正 比。
例如，在本發明的 一個優選實施例中，對局部》文電源進4亍定位
的步-驟3口下
(1 )在四路實測同步信號波形中測量時延參量
圖5示出了根據本發明一個實施例的采用四陣元傳 感器陣列采 集四路同步射頻信號的波形圖，在圖5中tl-t4為各路信號的起始時 刻，在每路波形中讀取信號起始時刻，分別設為tl, t2, t3， t4，分 別估文差值求取四^各信號之間的相對時延值，設tl2-t2-tl， tl3=t3-tl， 114=t4-t 1 ，以此作為相對時延的實測值。
(2)合理設定波速值電力變壓器箱體內部輻射電》茲波的傳#番路徑主要為油紙混合 結構，油紙混合結構中多以油道結構為主，大量實測結果表明波速
值設定為19.8cm/ns時定位精度較高，可將此值作為波速選取的參 考值。
(3) 編寫方法禾呈序
選擇合理的計算才幾編程軟件，如matlab, Labview軟件等，才艮 據前述的方法原理設計計算才幾程序流程，編寫定位方法程序。目前 已用Labview專業編程軟件開發出空間網格剖分搜索方法程序，圖 6示出了才艮據本發明一個實施例的采用Labview方法程序界面的部 分截圖。
(4) 定位計算
合理設定網格剖分尺寸及搜索起始位置，將步驟(1)中測量 的時延值以及步驟(2)中給出的波速參考值帶入計算機程序，完 成定位計算，并在三維空間中顯示定位結果，圖7示出了根據圖6 實施例的三維空間定^立截圖。
上述實施例中的應用于超寬帶射頻定位:技術的新型定位方法-空間網格剖分搜索方法， 能夠有效克服時間差方法的不足，方法自 身的結構特點降低了其對時延及波速參量精度的要求，當時延及波 速誤差限定在一定范圍內時均能夠進行有效地定位計算，參量誤差 對計算結果的影響遠低于時間差方法，因此該方法在真實變壓器測 量環境中的適用性高于時間差定位方法。
顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或 各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算 裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們
14可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲 在存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別制作成各個集成 電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模 塊來實現。這樣，本發明不限制于任何特定的硬件和軟件結合。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發 明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進 等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種變壓器局部放電源的定位方法，其特征在于，包括以下步驟通過多個傳感模塊在變壓器內部檢測局部放電源產生的射頻信號，并記錄檢測到多個所述射頻信號的起始時刻；根據多個所述起始時刻確定所述射頻信號的實測時延參量；設置所述射頻信號的波速參量；根據所述實測時延參量及所述波速參量，利用空間網格剖分方法搜索得到所述局部放電源位置。
2. 根據權利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述多個傳感 器模塊為四陣元傳感器陣列。
3. 根據權利要求2所述的定位方法，其特征在于，利用空間網格 剖分方法纟臾索得到所述局部^:電源的位置具體包括利用空間網才各剖分方法對所述變壓器占據的空間區域進 行搜索得到所述放電源所在的第 一 網格單元；利用空間網格剖分方法對所述第 一 網格單元進行搜索得 到所述放電源所在的位置。
4. 根據權利要求3所述的定位方法，其特征在于，利用空間網格 剖分方法對所述變壓器占據的空間區域進行搜索得到所述放 電源所在的第 一 網;^各單元具體包括將空間區域離散為多個網格單元；以每個所述網格單元的中心作為射頻信號發射源，由所 述中心與多個所述傳感才莫塊之間的距離及所述波速參量，求得每個所述網^:各單元的多個來波時刻；對每個所述網格單元，4艮據多個所述來波時刻確定所述網才各單元的時延參量；將與所述實測時延參量最4妄近的所述時延參量所屬的網 格單元作為第一網才各單元。
5. 根據權利要求4所述的定位方法，其特征在于，所述網格單元 為邊長為第一邊長的正方體。
6. 才艮據權利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述第一邊長 的取 f直范圍為10-20cm。
7. 根據權利要求3或4所述的定位方法，其特征在于，利用空間 網格剖分方法對所述第 一 網格單元進行搜索得到所述放電源 所在的位置具體包括將所述第一網格單元離散為多個第二網格單元； 以每個所述第二網格單元的中心作為射頻信號發射源， 由所述第二網格單元的中心與多個所述傳感模塊之間的距離 及所述波速參量，求得每個所述第二網格單元的多個第二來波 時刻；根據多個所述第二來波時刻確定每個所述第二網格單元 的第二時延參量；將所述實測時延參量與多個所述第二網格單元的第二時 延參量逐一進4亍比較，得到所述局部》文電源的位置
8. 才艮據^又利要求7所述的定位方法，其特;f正在于，所述第二網格 單元為邊長為第二邊長的正方體。
9. 根據權利要求8所述的定位方法，其特征在于，所述第二邊長 的取值范圍為小于或等于lcm。
全文摘要
本發明提供了一種變壓器局部放電故障源的定位方法，包括以下步驟通過多個傳感模塊在變壓器內部檢測局部放電源產生的射頻信號，并記錄檢測到多個射頻信號的起始時刻；根據多個起始時刻確定射頻信號的實測時延參量；設置射頻信號的波速參量；根據實測時延參量及波速參量，利用空間網格剖分方法搜索得到局部放電源位置。本發明克服了現有技術中的時間差方法對變壓器實測過程中產生的參量誤差較敏感，即使是微小的參量誤差，也極有可能導致方法失效或者定位誤差過大的問題。
文檔編號G01R31/12GK101581745SQ200910085348
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月21日 優先權日2009年5月21日
發明者何維國, 周曉凡, 唐志國, 姜益民, 常文治, 磊 曹, 李成榕 申請人:華北電力大學;上海市電力公司;上海電力變壓器修試廠有限公司