高频局放检测技术-理论介绍课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,高频局放检测技术,理论介绍,一、,局放,测量技术,二、,高频,局放检测技术,三、高频局放检测系统,四、小结,主要内容,一、局放测量技术,目录,一、局放测量技术,在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电，而放电没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿，这种现象称之为局部放电。,分类,:,内部放电,表面放电,电晕,放电,局部老化,腐蚀,内部放电通道（电树枝）,击穿,均压层破坏,击穿,臭氧及化学腐蚀,一、局放测量技术,典型放电谱图,一、局放测量技术,典型干扰谱图,二,、,高频局放检测技术,目录,二,、,高频局放检测技术,定义,IEC60270,局部放电测量导则：,30kHz,f,1100kHz,，,f,2500kHz,DL417,电力设备局部放电现场测量导则：,f,1=(1050)kHz,f2,=(80400)kHz,国网公司,电力设备带电检测技术规范,：,高频局放带宽为,3MHz30MHz,。,二,、,高频局放检测技术,以,35MHz,的带宽系统采集的信号幅值高达,70mV,，而以,300kHz,带宽系统测量的幅值只有,9mV,，而以,30kHz,系统测量时就只有,1mV,，基本认为是噪声，即测量结果中丢失了大量的信息，从而影响放电类型的识别能力。,常规局放通常被用于变压器出厂试验以及其他离线测试中，其离线测量灵敏度高，而且可以测量视在放电量。常规局放的缺点在于：,（,1,）由于运行现场干扰严重，导致脉冲电流法无法有效应用于在线监测；,（,2,）当试样的电容量较大时，受耦合电容的影响，测试仪器的测量灵敏度随着试品电容增加而下降；,（,3,）测量频率低，频带窄，包含的信息量少。,二,、,高频局放检测技术,高频脉冲电流测量技术主要特点是：,(1),采用高频传感器与高速宽带采样单元，取得足够多的放电信息，提供有效的诊断依据,;,(2),通过对比不同放电脉冲信号之间及放电与干扰之间波形特征的差异，能够有效地分离聚类不同的放电脉冲，区别不同的放电类型。,二,、,高频局放检测技术,高频局放检测,-,信号采集,二,、,高频局放检测技术,100 MHz,1 G S/s,海量存储,信号,时间,触发域值,记录时间,预触发,高通滤波,数字化仪,被测试品,计算机,光纤,IEEE-488 bus,高速宽带采集系统,传感器,高频局放检测,-,数据处理,二,、,高频局放检测技术,波形数据,s,F,s,T,#1,#2,s,F,s,T,特征提取,特征谱图,分类,s,F,s,T,模式#1,局放种类识别（专家系统）,干扰识别,波形数据,(相位谱图),模式#2,高频局放检测关键技术：,2.1,脉冲分离技术,2.2,抗干扰技术,2.3,模式识别技术,2.4 常用绝缘评估技术,二,、,高频局放检测技术,2.1,脉冲分离技术,a),局放相位谱图,b,1,),b,2,),簇 A,簇,B,脉冲B,脉冲,A,局放,B,d,1,),d,2,),c),局放特征谱图,局放,A,a:常规局放相位谱图,b:,对,每一个放电波形提取特征：等效,时长及等效频率,c:将每一个波形特征映射到特征谱图，从图上可以轻易分离不同的放电或干扰,d:在原相位谱图中分离出每一类放电对应的图谱,e:对每一个干净的谱图进行识别,采用等效时频分析方法对混合局部放电源脉冲进行分离和识别的基础是假设在一次数据采集过程中,不同放电源激发的脉冲波形有各自独特的形态特征。考虑实际应用,脉冲波形特征的提取应满足如下特性,:,计算的实时快速性,;,与时间记录点无关,;,与脉冲的幅值、极性无关。因此,选用信号处理的等效时频分析方法来提取放电脉冲的波形特征。以,s(t,),代表采集得到的局部放电时间序列,(t,为采样时间,t0,T),首先将信号,s(t,),按照下式进行标准化处理：,2.1,脉冲分离技术,再用下式求出等效时间中心：,2.1,脉冲分离技术,在此基础上求出等效时间：,用同样的方法可以对标准化的信号求傅立叶变换，在频,域求出其等效频率：,聚类分析,将根据脉冲分离法计算后的波形，投影到等效时间和等效带宽的二维平面图上，得到放电信号的T-F模式。,常用的聚类分析方法为基于距离模式的分类方法,2.,2,抗干扰技术,技术,干扰种类,周期窄带干扰、脉冲干扰和白噪声,周期型干扰主要包括系统的高次谐波、高频保护、载波通信以及无线电通信等,抑制方法：（1）无源高通滤波器，2MHz，5MHz，针对高次谐波，无线电广播等,抑制方法：（2）仪器传感器带宽2100MHz，采样带宽30MHz，无线通信等,随机脉冲干扰由高压线路上的电晕，分接开关动作等产生；周期脉冲干扰主要由可控硅动作以及地网中的脉冲干扰产生,脉冲型干扰可分为随机脉冲干扰和周期脉冲干扰,脉冲干扰,传统的时域开窗、极性鉴别、相关分析，了解信号特征予以排除,2.,3,模式识别,技术,模式识别，难度大，主要依靠试验比对,2.,4,常用绝缘评估技术,常用绝缘评估技术：,（1）与典型图谱对比；,（2）同一设备历史数据对比；,（3）同类设备横向对比；,（1）与典型图谱对比；,（2）同一设备历史数据对比；,该方法的实施步骤是：,（1）通过定期带电检测、在线挂网监测等方式积累某被检设备的宽频局部放电及其检测的工况等其他信息；,（2）按时间顺序比较该设备的历史数据进行对比，如果所有数据变化不大，这说明该设备状态未发生明显改变；,（3）如果所测数据有变化，则可根据检测工况等其他信息分析可能引起数据变化的外部原因，当无合理的解释时，可怀疑设备状态发生了改变；,（4）对于油纸绝缘的设备，可以按照后文所述的基于多统计参量联合评估油纸绝缘状态的方法判断设备的绝缘状况和变化趋势。,（3）同类设备横向对比；,具体步骤：,(1)根据设备台账信息，寻找同一类型、型号相近、投运时间相差不远且运行工况，维护历史都比较接近的一批设备；,(2)测量该批设备局放及其它参数信息，进行横向比较；,(3)如果所测数据都比较接近，则该批设备绝缘没有问题的可能性较大，如有一台的某一项或某几项的数据相对其它设备较高，则出问题的可能性较大。,三,、,高频局放检测系统,目录,3.1,基本构成,3.2,信号检测单元性能,3,.3,实验室测试,三,、,高频局放检测系统,3.1,基本构成,检测系统包含三部分：高频传感器、采集器和主机,3.1,基本构成,局部放电通道的主要性能指标：,模拟带宽：,30kHz30MHz,采样率：,100MSa/s,输入电压范围：,4Vpp,AD,转换垂直分辨率,10bit,特点：,采用宽频带、高速、大容量的模拟和数据采集系统，可以检测到局部放电所产生的电流脉冲中的大部分能量，因而具有很高的灵敏度。,能够容易获取到局部放电的波形信息，具有很高的脉冲分辨率，因而使采用基于波形特征的抗干扰技术和模式识别技术成为可能。,内嵌基于脉冲波形特征的放电脉冲分类和放电类型识别技术，可以有效地剔除干扰，识别放电模式，为故障诊断和检修提供依据。,结构小巧坚固，使用方便灵活。既适合于离线测量、带电检测，也适合于在线监测，还适合于组网运行，为开展设备的状态检修提供了强大的工具。,3.2,信号检测单元性能,开展带电测量和在线监测的一个重要前提是不能改变设备原来的运行方式，穿心式或钳式电流传感器是获取放电信号的一个十分有效的方式，前者适合于固定式的在线监测系统，后者既适合于固定式的在线监测系统，更适合便携式的带电测量系统。,电流传感器的特性对于整个高频检测系统来说至关重要。其主要特性包括灵敏度和频带，高的灵敏度可以使得检测及其微弱的放电信号成为可能，而宽的频带可以获得放电的更加丰富的信息。,3.2,信号检测单元性能,传感器在很宽的频率范围内具有平坦的频率特性，其,-6dB,带宽达到了,2100MHz,，最高灵敏度为,16.5mV/mA,（在负载电阻为,50,的情况下）。这些特性使得它十分适合于宽频局部放电高灵敏度检测。,3.3,实验室测试,分别使用不同频率的标准正弦波、局部放电校准脉冲和实验室模型的放电脉冲作为输入信号，同时使用示波器和检测系统对输入信号进行记录和对比。,对周期信号的还原能力：,对脉冲信号的捕捉能力：将信号源设置成单脉冲输出，不断调整输出脉冲的幅度，手动触发。测试表明，高于系统设定触发电平的脉冲全部被系统捕捉记录下来。说明该系统具有优良的脉冲捕捉能力。,(1),波形捕捉与还原能力测试,3.3,实验室测试,(1),波形捕捉与还原能力测试,对校准脉冲信号的还原能力：检测系统所捕捉的校准脉冲（左）与原始脉冲（右）相比具有较好的一致性。,示波器测得校准脉冲波形,检测系统测得校准脉冲波形,3.3,实验室测试,(1),波形捕捉与还原能力测试,检测系统捕捉的典型放电波形（左）与示波器记录的波形（右）具有很好的一致性。这一结果也说明对于从接地线上采集到的真正放电信号而言，其频谱可能集中在,20MHz,以下，因而选择,30MHz,的模拟带宽对于局部放电的检测是合适的。,3.3,实验室测试,(2),抗干扰能力测试,局部放电检测，尤其是现场带电测量和在线监测中最难解决的问题是干扰问题。高频检测系统采用独有的脉冲分离技术，使得在强烈的干扰中分离出放电脉冲成为可能。,脉冲分离技术是基于干扰与放电信号以及不同类型的放电信号之间的时域、频域特征的差异，将时、频域特征联合起来，对多个脉冲信号进行分析，作出时频特征散点图，采用聚类分析、模糊分类、手动分类等方法对不同特征的脉冲进行分类，进而达到脉冲分离的目的。,频域特征提取的是脉冲的等效频率，而时域特征提取的是脉冲的等效时长。,电晕放电、内部放电和表面放电的时频谱图。,电晕,内部,表面,3.3,实验室测试,(2),抗干扰能力测试,使用高通滤波器可以滤除绝大多数周期型干扰。试验表明，采用下限频率为,2.5MHz,、,5MHz,和,10MHz,的高通滤波器基本可以适应不同场合的要求。,在实验室中拨打手机，收听调幅、调频广播，使用无线话筒对检测系统的测量均无任何影响。,3.3,实验室测试,(2),抗干扰能力测试,脉冲型干扰从来源上大致可分为两类：一类来源于可控硅整流脉冲等外部脉冲，另一类来源于线路或其他设备的电晕放电。在实验室中使用信号发生器产生脉冲信号模拟第一类干扰，采用尖,-,板电极模型外加高压产生电晕模拟第二类干扰。,使用信号源产生随机脉冲,3.3,实验室测试,(2),抗干扰能力测试,使用尖,-,板电极产生电晕干扰。调整尖,-,板电极的距离使得电晕起始电压与内部放电起始电压大致相等，这样可以利用同一个电源加压。,四,、,小结,目录,四、小结,与传统的脉冲电流法相比，高频局部放电检测方法可以获得更高的灵敏度和更多的放电信息；,独有的脉冲分离技术使得在复杂的背景干扰的情况下分离并识别出放电信号和放电类型成为可能，这十分有助于实现现场的带电测量和在线监测；,使用脉冲分离技术可以将不同类型的放电脉冲分离开来，大大提高了放电类型的模式识别率，这对于故障诊断和检修具有十分重要的意义。,