基于有线环的局部放电全站监测与定位系统及其定位方法

1.一种基于有线环的局部放电全站监测与定位系统，其特征在于，包括一高频屏蔽信号总线，该高频屏蔽信号总线的两端分别接至一双通道数据采集及控制单元，使高频屏蔽信号总线与双通道数据采集及控制单元构成一个信号环路，N个传感终端通过三通连接件并接在该高频屏蔽信号总线上，N为大于1小于100的正整数。
2.根据权利要求1所述的基于有线环的局部放电全站监测与定位系统，其特征在于，所述的传感终端包括依次连接的传感器装置、特高频宽带放大器、检波器和高频信号隔离器；所述的传感器装置为多个特高频传感器通过各特高频信号隔离器并接在一单向信号总线上的多个传感器组。
3.根据权利要求2所述的基于有线环的局部放电全站监测与定位系统，其特征在于，所述的特高频信号传感器接收的局部放电信号频率范围为500MHz～1.5GHz。
4.根据权利要求2所述的基于有线环的局部放电全站监测与定位系统，其特征在于，所述的特高频宽带放大器的增益为40dB。
5.根据权利要求2所述的基于有线环的局部放电全站监测与定位系统，其特征在于，所述的检波器为包络检波，时间常数不大于1μs.
6.根据权利要求1-5任一所述的基于有线环的局部放电全站监测与定位系统，其特征在于，所述的高频屏蔽信号总线的长度不超过1000m，每个传感终端并接在高频信号总线上，其并接点相互之间在信号总线上的距离不小于3米。
7.利用权利要求1-5任一项所述的基于有线环的局部放电全站监测与定位系统的定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
①每个传感终端将接收到的检测信号沿高频屏蔽信号总线向两端传输，到达数据采集及控制单元的两个通道的时间分别t1i和ti2；
②数据采集及控制单元根据①中测得的时间，计算时差△ti，并与固定时差表对比，以确定局部放电源的位置，时差计算公式如下：
Δti＝ti1-ti2
其中，△ti为传感终端接收的局部放电信号到达数据采集单元两个通道的时差。

基于有线环的局部放电全站监测与定位系统及其定位方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种信号监测与定位技术领域，尤其涉及一种局部放电脉冲信号的测量定位系统及其定位方法，可用于变电站全站电力设备的局部放电同步在线监测。\n背景技术\n[0002] 局部放电检测作为绝缘诊断的重要手段，因其能及时有效地反映电力系统电气设备的绝缘状况，正为电力部门所普及。\n[0003] 目前国内外基本都是针对变电站的具体电力设备进行局部放电监测与监测技术的研究，主要应用的检测原理和方法包括脉冲电流法、特高频法（UHF）、超声波法、化学法、光学法等，其中特高频法和超声波法是比较实用可行的方法。\n[0004] 对于变电站设备的局部放电监测和定位主要针对GIS、变压器、容性设备等具体单一设备进行，对要监测的设备各自安装一套监测系统，。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，就需要安装多套监测装置，再对其进行综合。这样的监测系统架构，所需费用极高，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。\n[0005] 随着经济和社会的发展，对供电可靠性的要求越来越高，研制一种低成本、高可靠性、能够实现对全站高压电气设备进行实时状态监测、定位的新型在线监测装置非常有必要。\n[0006] 目前对GIS、变压器等具体设备进行局部放电定位的方法主要包括超声波定位方法、电气定位法和超高频电磁波定位法。90年代中后期以来，局部放电超高频检测技术迅速发展并逐步在工程中发挥了积极的作用，取得了大量的成果。超高频定位法的基本原理是采用超高频传感器接收同一放电源超高频电磁波信号的时间差，然后根据这些时差和电磁波的传播速度进行定位。\n[0007] 运用该方法检测或者监测电力设备局部放电，一般采用便携设备巡检和安装在线监测设备两种方式。巡检方式因其有固定的检测试验周期，不能对设备运行的全过程进行监控，另外，局部放电带电检测对测量人员技术要求高，巡检人员的现场判断对检测结果影响比较大。在线局放监测设备主要采用超高频原理，现有的监测系统结构是针对单个电力设备设计的，针对变电站多电力设备进行局部放电监测，则需安装多套在线监测系统，监测设备成本高，监测装置自身的维护工作量也大。\n[0008] 基于电磁波空间定位技术，改变以往对单个设备安装在线监测装置的常规做法，在全站的立体空间安装一组超宽带UHF传感器阵列接收局部放电发出的电磁波信号，利用各个传感器接收到的信号的时差，计算定位局部放电位置。用一套装置对全站设备进行局部放电的监测，获取和分析整个变电站站域的放电情况。\n[0009] 由于传感器设置距离设备较远，因为信号在空气中的衰减，该技术适合于比较明显的局部放电检测。\n发明内容\n[0010] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于有线环的变电站局部放电全站监测与定位系统，通过在一高频屏蔽信号总线上并联连接安装在不同电力设备上的特高频局部放电传感器及其前置处理电路，将该高频屏蔽信号总线的两端接至一双通道数据采集系统，形成一个环路，称之为有线环。从而实现一套局部放电监测系统，监测变电站全站多个电力设备的目的，同时利用各传感器所接收的局部放电特高频检波信号沿高频屏蔽信号总线双向传播，其到达数据采集单元的时间差固定且各自不同，从而达到初步定位局部放电位置的目的。\n[0011] 本发明的技术解决方案如下：\n[0012] 一种基于有线环的变电站局部放电全站监测与定位系统，其特点在于，包括一高频屏蔽信号总线，该高频屏蔽信号总线的两端分别接至一双通道数据采集及控制单元，N个传感终端通过三通连接件并接在该高频屏蔽信号总线上，N为大于1小于100的正整数。\n[0013] 所述的传感终端包括依次连接的传感器装置、特高频宽带放大器、检波器和高频信号隔离器。\n[0014] 所述的传感器装置为一特高频传感器或者多个特高频传感器通过各特高频信号隔离器并接在一单向信号总线上的多个传感器组。\n[0015] 所述的特高频信号传感器接收的局部放电信号频率范围为500MHz～1.5GHz。\n[0016] 所述的特高频宽带放大器的增益为40dB。\n[0017] 所述的检波器为包络检波，时间常数不大于1μs.\n[0018] 所述的高频屏蔽信号总线的长度不超过1000m，每个传感终端并接在高频信号总线上，其并接点相互之间在信号总线上的距离不小于3米。\n[0019] 利用所述的基于有线环的局部放电全站监测与定位系统的定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：\n[0020] ①每个传感终端将接收到的检测信号沿高频屏蔽信号总线向两端传输，到达数据采集及控制单元的两个通道的时间分别t1i和ti2；\n[0021] ②数据采集及控制单元根据①中测得的时间，计算时差△ti，并与固定时差表（每个传感器接收的检测信号沿高频屏蔽信号总线向两端传输，到达数据采集及控制单元的两个通道的时间差固定，此固定时差列成一固定时差表存储在数据采集及控制单元中）对比，以确定局部放电源的位置，时差计算公式如下：\n[0022] \n[0023] 其中，△ti为传感终端接收的局部放电信号到达数据采集单元两个通道的时差。\n[0024] 因本发明采用的特高频法在检测局部放电方面具有灵敏度高，抗干扰能力强的特点，加上传感器安装在所监测电力设备附近（有条件的话，可以安装内置式传感器），可以低成本、高灵敏度地实现变电站多电力设备局部放电监测。大大降低了变电站设备局部放电在线监测的成本，有助于更多的变电站安装和使用局部放电在线监测设备，提前发现缺陷，减少停电事故的发生，从而提高变电站的智能化水平。与现有技术相比，本发明安装调试简单，实现变电站全站多个电力设备设备进行同步在线监测，能够及时发现绝缘缺陷并实现初定位，提高设备运行安全。\n附图说明\n[0025] 图1是本发明基于有线环的变电站局部放电全站监测与定位系统的结构示意图。\n[0026] 图2是本发明中传感终端的拓扑图。\n[0027] 图3是局部放电检波信号时差计算原理图。\n具体实施方式\n[0028] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。\n[0029] 请先参阅图1，图1是本发明基于有线环的变电站局部放电全站监测与定位系统的结构示意图，如图所示，多个特高频传感器11Si（i=1～n）通过三通连接件（特高频信号N型三通接头），并接在同一高频屏蔽信号总线2上。每个传感器检测的局部放电信号均经过特高频宽带放大器12、检波器13和高频信号隔离器14。该高频屏蔽信号总线的两端接至一双通道数据采集与控制单元3，形成一个环路，从而实现一套局部放电监测与定位系统，监测多个电力设备的目的。\n[0030] 监测系统结构，如图1所示，主要包括三个部分：\n[0031] 传感终端1：含特高频传感器11和特高频宽带放大器12，检波器13，和高频信号隔离器14，保证信号在并接到高频屏蔽总线环之前为单向传输，也就是阻断其他传感器耦合的特高频信号反向传输到该传感终端。\n[0032] 对于一个电力设备如果有需要安装多个传感器，可采取如图2所示的传感器组拓扑形式。多个特高频传感器通过各特高频信号隔离器15并接在一单向信号总线上。信号总线一端接其中一个特高频传感器，另外一端接至特高频宽带放大器，再通过检波器和高频信号隔离器后，将整个传感器组并接到信号有线环高频屏蔽信号总线上。\n[0033] 高频屏蔽信号总线2：用于挂接传感终端，高频屏蔽信号总线形成一线环，并将其两端接至一双通道数据采集与控制单元3。\n[0034] 数据采集及控制单元3：为一带控制器的双通道高速数据采集单元，可完成数据采集与初步处理，实现定位局放信号源功能，同时可与远程监控单元进行数据通信。\n[0035] 监测系统技术要求和应用范围：\n[0036] 特高频信号传感器接收的局部放电信号频率范围在500MHz～1.5GHz。\n[0037] 特高频宽带放大器的增益为40dB。\n[0038] 检波器为包络检波，时间常数不大于1μs\n[0039] 考虑到检波信号沿高频信号总线向两端传输，在总线上有一定的衰减，高频信号总线的长度不超过1000m，以保证每个传感器所接收的局部放电信号传播到信号总线两端的双通道采集卡均有一定的幅值。\n[0040] 每个特高频传感器并接在高频信号总线上，其并接点相互之间在信号总线上的距离不小于3m，以保证数据采集卡能区分出各个局部放电信号的时差。最多并接的特高频传感器不超过100个，即n<101。\n[0041] 定位方法：\n[0042] 如图１所示，同一传感终端接收到的检测信号可沿信号总线向两端传输，因信号传播速度一定，局部放电信号从并接点沿高频屏蔽总线传输到达数据采集单元两个通道的线长不同且差别固定，因为传播的时延有差别，且时差固定。即不同传感器接收的局部放电信号到达数据采集单元两个通道的时差△ti固定且不同:\n[0043] \n[0044] 如果局部放电发生在安装特高频传感器i的设备处，局部放电特高频信号会被超高频传感器Si接收，并通过高频屏蔽信号总线向两个方向传送信号。由于路径不同，通过超高频传感器Si接收的信号传到数据采集卡处会存在一个明显的到达时间差 △t。同时，每个设备组件处的超高频传感器接收到的局部放电信号在示波器两通道的到达时间差都是特定的且不同的，因此可以用这个到达时间差确定定位缺陷组件，监测局部放电行为。\n[0045] 图3是局部放电检波信号时差计算原理图，通过计算两通道所采集局部放电脉冲波形的时差即可计算该信号是由哪个传感器所接受的，从而定位到发生局部放电放电的设备。时差计算可以通过计算各通道所采集信号的能量函数，求取能量函数的拐点确定特高频信号的起始时刻，从而计算两通道的时差。\n[0046] 应用条件：\n[0047] 在监测系统安装时，特高频传感器的接入数量，每个特高频传感器之间的间隔都可以根据变电站现场环境，在满足系统技术要求范围内进行设定。对于超高频传感器的选择，内置式超高频传感器可以有效屏蔽各类外部电磁干扰，在没有安装内置式传感器的的情况下，可以使用外置式特高频传感器，尽可能消除外部电磁干扰，同时由于超高频传感器安装距离设备近，可以保证良好的灵敏度，提高信噪比。