一种变压器局部放电的相控超声定位方法，用于对局部放电故障进行监测和定位。其技术方案是：它采用置于变压器两个不同位置的相控阵超声传感器接收局部放电源发出的超声宽频信号，并形成阵列模型，然后应用宽频阵列信号处理算法中的宽带聚焦算法将两个相控阵超声传感器所接收的宽带信号转换成窄带信号，再应用窄带测向算法对两窄带信号分别进行波达方向估计，最后应用交叉定位算法确定局部放电的具体位置。本发明专利技术同时还给出了定位系统。本发明专利技术不仅可对变压器内部局部放电实施在线精确定位，而且所用定位系统结构简单，方法简单易行。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于监测电力变压器局部放电位置的检测装置，属检测
技术介绍
随着生产力的发展，对电力系统运行可靠性的要求越来越高，而电力变压器是电 力系统中的枢纽设备，其运行可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。对实际故障的统 计分析表明，绝缘故障是影响变压器正常运行的主要原因，而局部放电是造成绝缘故障的 重要原因。 当前，发展电力设备的状态维修已经成为一种必然趋势，而准确的局部放电定位 不仅对局部放电的危害程度的评估有着重要的辅助作用，而且也可以为变压器的状态检修 提供科学的指导，以便维护人员有的放矢进行设备维修，迅速排除故障，提高维修水平，同 时也对改进变压器结构设计、提高制造工艺水平具有指导意义。 自20世纪80年代以来，围绕变压器局部放电检测，已有大量的基础研究与应用开 发工作。目前，现有的变压器局部放电定位方法主要有电气定位法、特高频定位法和超声波 定位法三种。 电气定位法是根据局部放电脉冲沿变压器绕组传播规律进行分析定位的方法。电 气法确定的位置为局部放电发生的电气位置而不是几何位置，尽管目前对变压器绕组特性 进行了大量研究，但是，在实际中却很少采用电气法，主要原因在于首先，电气法现场操作 复杂，其适用范围受到较大限制；第二，对变压器绕组的精确建模的难度较大，工作繁琐，通 用性较差；第三，由于变压器绕组结构的复杂性和局部放电发生位置的不确定性，绕组端部 的脉冲传播规律不强，定位准确性不高，而且，受现场强烈电磁干扰影响，电气法难以有效 实现在线应用。 超高频测量法测量放电产生的电磁辐射，其频带在数MHz至10MHz之间。它具有灵敏度高、对外界干扰的抑制能力强以及能够反映放电脉冲真实波形等优点。对电力变压器而言，局部放电发生在变压器内的油_隔板绝缘中，由于绝缘结构的复杂性，电磁波传播时会发生多次折反射及衰减；同时，变压器箱壁也会对电磁波的传播带来不利影响，这就增加了超高频电磁波检测的难度，因此，变压器超高频局放检测技术仍处于起步阶段。 超声波定位法是根据局部放电产生的超声波传播的方向和时间来确定局放源的空间位置。超声波定位法原理简单，抗电磁干扰能力强，成本低，能直接实现几何定位。目前该方法存在的主要问题有超声传感器灵敏度很低，无法在现场有效地测到信号；其次传感器的抗电磁干扰能力较差，超声波信号常因传播途径，频率，速度等因素影响失真，而且传统超声波定位方法还局限于时域分析，精度不高，这也是从理论上及实践中迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能快速、准确确定电力变压器局部放电位置的相控超声定位方法，本专利技术同时还给出了定位系统。 本专利技术所述问题是以下述技术方案实现的 —种变压器局部放电的相控超声定位方法，它采用置于变压器上两个不同位置的 相控阵超声传感器接收局放源发出的超声宽频信号，并形成阵列模型，然后应用宽频阵列 信号处理算法中的宽带聚焦算法将两个相控阵超声传感器所接收的宽带信号转换成窄带 信号，再应用窄带测向算法对两窄带信号分别进行波达方向估计，最后应用交叉定位算法 确定局部放电的具体位置。 上述变压器局部放电的相控超声定位方法，具体操作为 a、采用两个紧贴于变压器不同位置的相控阵超声传感器接收局放源发出的超声 宽频信号； b、采用TCT宽带聚焦算法，将不同频率下的方向矩阵Ae (f》变换到最优参考频率f。上 假设宽带信号模型如下X(fj) = Ae (fj)S(fj)+N(fj)j = 1，2，…，J 式中S(fj)为信号的数据矢量，N(fj)为第j段接收数据噪声空间数据矩阵， 则经过聚焦矩阵处理后的信号为Te (fj)X(fj) = Ae (f。)S(f。)+N(fj) j = 1， 2，…，J 其中，r,(^):5,(/o)缀(/;)为聚焦矩阵，5,W)和膝(力)分别是span{P(f。)}和 span(P(fjM的正交基，P(fj) = Ae (fj)Rs(fj)A/(fj); c、建立局放源坐标系，设相控阵超声传感器A A2所在平面为XOY面，A A2连线 为X轴，以^为原点建立直角坐标系，则局放源S的坐标为(x，y，z); d、采用MUSIC算法分别对两窄带信号进行波达方向估计，得到两个相控阵超声传 感器测得的局放源的方位角和俯仰角； e、根据各个相控阵超声传感器测得的局放源的方位角和俯仰角以及各相控阵超 声传感器的位置，计算出局放源的空间坐标位置为 tan ft ,y = -^-/iUm仏—tan《「 ， Urn tan^ f^ j =-^---丄—《/tan — tan g I 4 OS c^之 其中，e p e 2为方位角，e工为局放源s点在xoy面投影点s'与a:连线a^'和 x轴形成的正向夹角；e2为局放源s点在X0Y面投影点s'与4连线A^'和x轴形成的正向夹角；ft为俯仰角，即局放源S点在XOY面投影点的连线SS'和连线A^'形成的夹角， ft为局放源S点在XOY面投影点的连线SS'和连线4S'形成的夹角。 上述变压器局部放电的相控超声定位方法，所述MUSIC算法中阵列数据的协方差 矩阵采用4阶累积量。 上述变压器局部放电的相控超声定位方法，所述相控阵超声传感器为16阵元、4 行X4列的平面结构，单个阵元为4X4X16mm长方体立柱，阵元间距5mm，材质为压电陶瓷。 —种变压器局部放电的相控超声定位系统，由相控阵超声传感器、多通道高速数 据同步采集装置及笔记本电脑构成，所述相控阵超声传感器设置两个，分别紧贴于变压器外壳的不同位置，其输出信号经信号放大器接多通道高速数据同步采集装置的输入端，所述多通道高速数据同步采集装置的信号输出端接笔记本电脑的输入接口。 本专利技术利用紧贴于变压器外壳两个不同位置的相控阵超声传感器接收局部放电超声宽频信号，并采用宽带阵列信号处理方法直接对局放超声宽带信号进行处理，在保证被测变压器不会受损的前提下确定局部放电的具体位置，该方法不仅可对变压器内部局部放电实施在线精确定位，而且所用定位系统结构简单，方法简单易行。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是局放测向交叉定位原理图；图2是TCT宽带聚焦算法流程图；图3是局放定位算法流程图；图4是16阵元超声相控阵传感器；图5是图4的结构示意图；图6是检测系统构成示意图；图7是局放定位实验示意图；图8是实验所得十六通道时域滤波波形图；图9是传感器^处测向谱图；图10是传感器4处测向谱图。图中各标号为A1、 A2、相控阵超声传感器；1、电缆；2、压紧螺母；3、不锈钢盖；4、阵元引线；5、密封圈；6、声阻尼块；7、压电阵元；8、不锈钢壳体；9、硅橡胶填充；10、不锈钢 护膜；11、变压器；12、信号放大器；13、多通道高速数据同步采集装置；14、电脑；15、局放源。 文中各符号为Ae (fj)、方向矩阵；9 、信号源方向角(局放源在XOY面投影与X轴 正向夹角)，、信号源俯仰角(局放源与其在XOY面投影和Z轴正向夹角)； 、包含信号源 方向角9和俯仰角，信息的参数；P、信号源的预估计方向；f。、参考频率即聚焦中心频率； fj、第j段数据的频率；a( )、导向矢量；o 2、噪声功率；A i、矩阵的特征值；X、数据矩阵;本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种变压器局部放电的相控超声定位方法，其特征是，它采用置于变压器上两个不同位置的相控阵超声传感器接收局放源发出的超声宽频信号，并形成阵列模型，然后，应用宽频阵列信号处理算法中的宽带聚焦算法将两个相控阵超声传感器所接收的宽带信号转换成窄带信号，再应用窄带测向算法对两窄带信号分别进行波达方向估计，最后应用交叉定位算法确定局部放电的具体位置。
【技术特征摘要】
一种变压器局部放电的相控超声定位方法，其特征是，它采用置于变压器上两个不同位置的相控阵超声传感器接收局放源发出的超声宽频信号，并形成阵列模型，然后，应用宽频阵列信号处理算法中的宽带聚焦算法将两个相控阵超声传感器所接收的宽带信号转换成窄带信号，再应用窄带测向算法对两窄带信号分别进行波达方向估计，最后应用交叉定位算法确定局部放电的具体位置。2. 根据权利要求1所述变压器局部放电的相控超声定位方法，其特征是，具体步骤如下a、 采用两个紧贴于变压器不同位置的相控阵超声传感器接收局放源发出的超声宽频信号；b、 采用TCT宽带聚焦算法，将不同频率下的方向矩阵Ae (fj)变换到最优参考频率f。上假设宽带信号模型如下X(f》=Ae (fj)S(fj)+N(fj) j = 1，2，…，J式中S(fj)为信号的数据矢量，N(fj)为第j段接收数据噪声空间数据矩阵，则经过聚焦矩阵处理后的信号为Te (fj)X(fj) = Ae (f。)S(f。)+N(fj) j = 1，2，…，J其中，=膝W)库(力)为聚焦矩阵，和分别是span {P (f。)}和span(P(fjM的正交基，P(fj) = Ae (fj)Rs(fj)A/(fj);c、 建立局放源坐标系，设相控阵超声传感器A 4所在平面为X0Y面，A 4连线为X轴，以A为原点建立直角坐标系，则局放源S的坐标为(x， y， z);d、 采用MUSIC算法分别对两窄带信号进行波达方向估计，得到两个相控阵超声传感器测得的局放源的方位角和俯仰角；e、 根据各个相控阵超声传感器测得的局放源的方位角和俯仰角以及各相...
【专利技术属性】
技术研发人员：李燕青，谢庆，律方成，谢红玲，赵涛，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
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