專利名稱：基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電檢測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)高電壓與絕緣技術領域，尤其涉及基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電檢測方法及裝置。
背景技術：
國內(nèi)現(xiàn)有對變 電站的局部放電進行監(jiān)測及定位的方法基本都是先針對變電站內(nèi)單個電力設備進行局部放電監(jiān)測與定位，然后綜合各個電力設備的監(jiān)測情況評估整個變電站電力設備的局部放電狀況。針對單個變電站設備(GIS地理信息系統(tǒng)、變壓器、容性設備等)的局部放電檢測，一般通過監(jiān)測局部放電所產(chǎn)生的電信號、射頻信號、聲信號或者其他化學量或物理量來實現(xiàn)。在長期的檢測與維修過程中，因為設備一直處于維護過程中，單個設備多處同時發(fā)生局部放電的可能性比較小，目前應用到單個設備的局部放電監(jiān)測系統(tǒng)基本都不考慮多源局部放電的情況。而針對整個變電站進行局部放電監(jiān)測，變電站中的任何高壓電力設備均可能會發(fā)生局部放電故障，要想對全站的一次電氣設備實施監(jiān)測，采用上述監(jiān)測方式，就需要在每一個設備上都安裝局部放電監(jiān)測裝置，這樣可以自動區(qū)分不同電力設備的局部放電信號，但是這樣需要安裝多套局部放電監(jiān)測裝置，需要耗費大量的時間、財力進行設備采購及安裝；測試時需攜帶多套不同類型儀器，操作不便；眾多監(jiān)測裝置的維護和管理也需耗費大量的時間和人力。目前的監(jiān)測形式難以適應今后智能變電站遠程管理的發(fā)展需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電檢測方法及裝置，能夠檢測由不同局部放電源所產(chǎn)生的局部放電UHF (Ultra HighFrequency,超高頻)信號。本發(fā)明提供了基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測及分類方法，包括在預設時間內(nèi)采集UHF天線陣列接收的超高頻信號；從所述UHF天線陣列獲取所述超高頻信號的脈沖波形的片段組，組成波形片段組序列；根據(jù)所述波形片段組序列計算各根天線的時延，確定空間特征向量并形成序列，對空間特征向量序列進行模糊聚類分析；將聚類分析的結(jié)果中分好類的各類脈沖波形的特征與預設的超高頻脈沖波形的特征進行對比，確定所述脈沖波形的類型。相應地，本發(fā)明還提供了基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測及分類裝置，包括信號采集單元，用于在預設時間內(nèi)采集UHF天線陣列接收的超高頻信號；與所述信號采集單元相連的波形片段獲取單元，用于從所述UHF天線陣列獲取所述超高頻信號的脈沖波形的片段組，組成波形片段組序列；與所述波形片段獲取單元相連的聚類分析單元，用于根據(jù)所述波形片段組序列計算各根天線的時延，確定空間特征向量并形成序列，對空間特征向量序列進行模糊聚類分析；與所述聚類分析單元相連的對比識別單元，用于將聚類分析的結(jié)果中分好類的各類脈沖波形的特征與預設的超高頻脈沖波形的特征進行對比，確定所述脈沖波形的類型。實施本發(fā)明，具有如下有益效果本發(fā)明在變電站場地內(nèi)安裝若干個寬帶全向UHF天線傳感器陣列接收局部放電發(fā)出的電磁波信號，可用一套裝置對全站設備進行局部放電的監(jiān)測，獲取和定位整個變電站站域的放電情況。通過所采集波形片段能量積累函數(shù)的拐點計算天線陣列各天線所接收的局部放電脈沖信號的起始點，從而計算局部放電信號到達天線陣列各天線的時延?；诓綍r延及天線坐標計算所接收局部放電信號源的空間特征參數(shù)。運用模糊聚類的方法對其進行聚類，以分離不同局部放電源所產(chǎn)生的局部放電UHF信號。進一步地，可將其分類結(jié)果與系統(tǒng)定位結(jié)果的分類結(jié)果進行交叉對比，以確認多局部放電源的存在與定位的準確性。


圖I是典型放電UHF信號波形及其頻譜；圖2是本發(fā)明基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測及分類方法的流程圖；圖3是本發(fā)明基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測及分類方法的示意圖；圖4是本發(fā)明基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測及分類方法的第一實施例流程圖；圖5是本發(fā)明基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類方法的第二實施例流程圖；圖6是本發(fā)明基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測及分類裝置的示意圖；圖7是本發(fā)明基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測及分類裝置的第一實施例的聚類分析單元示意圖；圖8是本發(fā)明基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測及分類裝置的第二實施例的參數(shù)設定單元示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。絕緣故障是電力設備在運行中最主要的可能故障之一，電力設備發(fā)生絕緣故障 前，一般都會有一個逐漸發(fā)展的局部放電過程，最終導致絕緣擊穿。如果在這個過程能夠?qū)\行設備進行局部放電監(jiān)測和診斷，及時發(fā)現(xiàn)局部放電信號，提前對缺陷進行處理，就能有效避免絕緣擊穿故障的發(fā)生。對局部放電位置的定位，也有助于制定更有針對性的檢修處理方案，減少停電時間，提高檢修效率。超高頻(UHF)電磁波法是局部放電檢測的一種新方法，該方法通過UHF天線傳感器接收當電力設備內(nèi)發(fā)生局部放電過程輻射的電磁波中的超高頻段(300 3000MHz)信號來檢測局部放電。超高頻電磁波檢測的優(yōu)點為檢測頻段較高，可以有效地避開常規(guī)局部放電測量中的電暈、開關操作等多種電氣干擾；檢測頻帶寬，所以其檢測靈敏度很高，且電磁波在空氣中的傳播速度近似光速，通過構(gòu)建一個UHF天線矩陣，利用傳播到天線矩陣內(nèi)各個UHF天線的UHF信號的時差可以用來計算局部放電源的位置。相對于單個電力設備的局部放電監(jiān)測而言，由于整個變電站的局部放電監(jiān)測的電力設備對象多，所以多個電力設備同時發(fā)生局部放電的可能性大，在監(jiān)測過程中區(qū)分不同局部放電源所激發(fā)的UHF信號，以便更加準確的定位。圖I是典型放電UHF信號波形及其頻譜。如圖I所示，對變電站電力設備的局部放電信號進行分類整理，可以將其歸納為 針尖放電，沿面放電、懸浮放電、金屬微粒、絕緣內(nèi)部放電等。另外電力設備中局部放電發(fā)生空間的絕緣介質(zhì)可能為空氣，SF6和絕緣油等。理論上而言，不同的放電類型，局部放電形成的機理不同，其放電的過程不盡相同。其所激發(fā)的局部放電UHF信號在時域內(nèi)與頻域內(nèi)的特性則不盡相同。另外局部放電所激發(fā)UHF信號的特性受到局部放電空間的絕緣介質(zhì)有關，同時也和局部放電周圍空間電力設備的幾何結(jié)構(gòu)與所用材料，接受UHF信號的傳感器與局部放電源之間的空間距離與路徑有關，因為上述因素會影響UHF信號的傳播。試驗研究也證實了上述理論分析。以下數(shù)據(jù)給出了相同的放電形式在不同的絕緣介質(zhì)中所激發(fā)的UHF信號頻譜分布不同，以及不同放電形式在相同絕緣介質(zhì)中所激發(fā)的UHF信號頻譜分布不同的示例。基于GIS實物模型的四種缺陷模擬試驗結(jié)果也反映出不同的放電類型其放電波形及頻譜不同，試驗結(jié)果如圖I所示。而下表則總結(jié)了不同放電類型所產(chǎn)生的UHF信號的頻帶分布特征。表I :
權(quán)利要求
1.一種基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類方法，其特征在于，包括 在預設時間內(nèi)采集UHF天線陣列接收的超高頻信號； 從所述UHF天線陣列獲取所述超高頻信號的脈沖波形的片段組，組成波形片段組序列； 根據(jù)所述波形片段組序列計算各根天線的時延，確定空間特征向量并形成序列，對空間特征向量序列進行模糊聚類分析； 將聚類分析的結(jié)果中分好類的各類脈沖波形的特征與預設的超高頻 脈沖波形的特征進行對比，確定所述脈沖波形的類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類方法，其特征在于，對空間特征向量進行模糊聚類分析的步驟，包括 計算設定聚類分析的分類數(shù)，根據(jù)所述空間特征向量獲取模糊聚類的目標函數(shù)的極小值； 在所述目標函數(shù)取極小值時，將各個聚類原型矢量組成最佳模糊分類矩陣； 根據(jù)所述最佳模糊分類矩陣，分類多源局部放電信號，并獲取各類分類信號的聚類中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類方法，其特征在于，計算設定聚類分析的分類數(shù)的步驟，包括 以每個空間特征向量作為假定中心，根據(jù)其它空間特征向量與該假定中心的距離，獲取該假定中心的可能性權(quán)值； 取可能性權(quán)值最大的假定中心作為第一聚類中心，并將該可能性權(quán)值作為最大權(quán)值Pmax ； 設定可能性權(quán)值最小值Pmin= e XPmax,根據(jù)所述可能性權(quán)值Pi>Pmin,確定分類數(shù)，其中，e為預設的分類系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類方法，其特征在于所述分類系數(shù)e的范圍包括，0.15 < e <0.2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項所述的基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類方法，其特征在于，將聚類分析的結(jié)果中分好類的各類脈沖波形的特征與預設的超高頻脈沖波形的特征進行對比，確定所述脈沖波形的類型的步驟，包括 當所述聚類分析的結(jié)果中分好類的各類脈沖波形的特征與預設的超高頻脈沖波形的特征不相匹配時，確定該分類為干擾信號的波形。
6.一種基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類裝置，其特征在于，包括 信號采集單元，用于在預設時間內(nèi)采集UHF天線陣列接收的超高頻信號； 與所述信號采集單元相連的波形片段獲取單元，用于從所述UHF天線陣列獲取所述超高頻信號的脈沖波形的片段組，組成波形片段組序列； 與所述波形片段獲取單元相連的聚類分析單元，用于根據(jù)所述波形片段組序列計算各根天線的時延，確定空間特征向量并形成序列，對空間特征向量序列進行模糊聚類分析；與所述聚類分析單元相連的對比識別單元，用于將聚類分析的結(jié)果中分好類的各類脈沖波形的特征與預設的超高頻脈沖波形的特征進行對比，確定所述脈沖波形的類型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類裝置，其特征在于，所述聚類分析單元包括 參數(shù)設定單元，用于計算設定聚類分析的分類數(shù)，根據(jù)所述空間特征向量獲取模糊聚類的目標函數(shù)的極小值； 與所述參數(shù)設定單元相連的最佳分類單元，用于在所述目標函數(shù)取極小值時，將各個聚類原型矢量組成最佳模糊分類矩陣； 與所述最佳分類單元相連的聚類中心確定單元，用于根據(jù)所述最佳模糊分類矩陣，分類多源局部放電信號獲取各類分類信號的聚類中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類裝置，其特征在于，所述聚類分析單元包括 可能性分析單元，用于以每個空間特征向量作為假定中心，根據(jù)其它空間特征向量與該假定中心的距離，獲取該假定中心的可能性權(quán)值； 與所述可能性分析單元相連的第一聚類中心單元，用于取可能性權(quán)值最大的假定中心作為第一聚類中心，并將該可能性權(quán)值作為最大權(quán)值Pmax ； 與所述第一聚類中心單元相連的聚類中心確定單元，用于設定可能性權(quán)值最小值Pmin= e \ 1^1,根據(jù)所述可能性權(quán)值？;[> 1]1；[11，確定分類數(shù),其中，e為預設的分類系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類裝置，其特征在于，所述聚類中心確定單元包括分類系數(shù)設定單元，用于預設所述分類系數(shù)e o
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9所述的基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電信號檢測分類裝置，其特征在于，還包括 與所述對比識別單元相連的干擾判斷單元，用于在所述聚類分析的結(jié)果中中分好類的各類脈沖波形的特征與預設的超高頻脈沖波形的特征不相匹配時，確定該分類為干擾信號的波形。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于空間特征參數(shù)的變電站多源局部放電檢測方法及裝置。該方法包括在預設時間內(nèi)采集UHF天線陣列接收的超高頻信號；從所述UHF天線陣列獲取所述超高頻信號的脈沖波形的片段組，組成波形片段組序列；根據(jù)所述波形片段組序列計算各根天線的時延，計算空間特征向量并形成序列，對空間特征向量序列進行模糊聚類分析；將聚類分析的結(jié)果中分好類的各類脈沖波形的特征與預設的超高頻脈沖波形的特征進行對比，確定所述脈沖波形的類型。采用本發(fā)明，可以通過基于不同局部放電源所產(chǎn)生超高頻放電信號在時域與頻率的特征不同，運用模糊聚類的方法對其進行聚類，以分離不同局部放電源所產(chǎn)生的局部放電UHF信號。
文檔編號G01R31/12GK102645621SQ20121015487
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者劉亞東, 朱文俊, 李峰, 柯春俊, 梁文進, 江秀臣, 王紅斌, 盛戈皞, 胡岳, 謝善益, 鄭曉光 申請人:上海交通大學, 廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院