变电站局部放电信号在线监测和定位装置

1.一种变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其特征在于，包括：
一天线阵列，其设置于变电站空间区域内的中心处或中心处附近，接收变电站内的电磁波信号，所述天线阵列包括若干个天线；
一数据采集系统，其包括一具有若干个通道的数据采集单元，所述数据采集单元与所述各天线连接，对应采集各天线接收到的电磁波信号；
一数据处理系统，其具有若干个通道，所述数据处理系统通过若干条数据传输线与所述数据采集系统连接，所述数据处理系统接收各数据传输线传输的电磁波信号，并将其分别显示为数字化的波形。
2.如权利要求1所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其特征在于，所述数据采集系统还包括一放大器，其与所述数据采集单元连接，将数据采集单元采集到的各电磁波信号放大。
3.如权利要求2所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其特征在于，所述数据采集系统还包括一带通滤波器，其与所述放大器连接，滤去经过放大的电磁波信号中的周期性干扰信号。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其特征在于，所述数据处理系统包括：
一数字滤波模块，其与所述各数据传输线连接，滤去各数据传输线传输的电磁波信号中的随机性干扰信号；
一数据处理模块，其与所述数字滤波模块连接，将经过数字滤波模块滤波的各电磁波信号转换为所述数字化的波形。
5.如权利要求1所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其特征在于，所述天线为超高频宽带全向天线，其频率范围为0.2GHz-1.5GHz。
6.如权利要求1或5所述的变电站局部放电信号在线监测装置，其特征在于，所述数据采集单元的带宽为1G-2GHz，采样速率为2G-4GSa/s。
7.如权利要求2所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其特征在于，所述放大器的频率范围为0.5GHz-1.5GHz，增益30dB。
8.如权利要求3所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其特征在于，所述带通滤波器的频率范围为0.5GHz-1.5GHz。
9.如权利要求1所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其特征在于，所述各条数据传输线外均裹覆有一信号屏蔽层。
10.如权利要求1所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其特征在于，所述天线阵列中天线的个数至少为4个。

变电站局部放电信号在线监测和定位装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种电信号监测装置，尤其涉及一种对变电站的局部放电信号进行监测的装置。
背景技术
[0002] 绝缘故障是电力设备在运行中的主要故障之一，电力设备发生绝缘故障前，一般都会有一个逐渐发展的局部放电过程，并最终导致绝缘击穿。如果在这个过程能够对运行设备进行局部放电监测和诊断，及时发现局部放电信号，提前对缺陷进行处理，就能有效避免绝缘击穿故障的发生。此外，对局部放电位置的定位，也有助于制定更有针对性的检修处理方案，减少停电时间，提高检修效率。
[0003] 因此，目前国内外很多科研工作者都对电力设备的局部放电的监测及定位进行了研究。其主要思路在于对单个变电站设备，例如GIS(Gas InsulatedSwitchgear，气体绝缘组合电器设备)、变压器、容性设备等设备的局部放电进行检测，并依据采集到的声信号和电信号进行定位。然而这种监测和定位方法存在以下缺陷：
[0004] 1.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，就需要在每一个设备上都安装局部放电监测装置，这需要耗费大量的时间、财力进行设备采购和安装；
[0005] 2.各个监测系统的测试原理、试验项目、检测精度等均不尽相同，大量试验数据的处理和分析将直接影响变电站人员的工作效率；
[0006] 3.众多监测装置的维护和管理也需耗费大量的时间和人力。
发明内容
[0007] 本实用新型的目的是提供一种变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其不同于现有的用于绝缘故障判断的局部放电监测装置只能针对一个电力设备进行监测，而是可以实现对于整个变电站内的全部电力设备进行监测，并将监测到的局部放电信号的局部放电源进行准确定位，从而大大节省设备配置成本和人力成本，提高检修效率，尽可能地减少停电时间。
[0008] 为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种变电站局部放电信号在线监测和定位装置，其包括：
[0009] 一天线阵列，其设置于变电站空间区域内的中心处或中心处附近，接收变电站内的电磁波信号，所述天线阵列包括若干个天线；
[0010] 一数据采集系统，其包括一具有若干个通道的数据采集单元，所述数据采集单元与所述各天线连接，对应采集各天线接收到的电磁波信号；
[0011] 一数据处理系统，其具有若干个通道，所述数据处理系统通过若干条数据传输线与所述数据采集系统连接，所述数据处理系统接收各数据传输线传输的电磁波信号，并将其分别显示为数字化的波形。
[0012] 采用上述装置可以对变电站内设置的全部电力设备的局部放电信号进行监测：天线阵列中的各天线会实时接收变电站内的电磁波信号，这些电磁波信号被数据采集系统采集后传输至数据处理系统转换为各个数字化波形，将这些数字化波形与标准的局部放电信号波形比对，就可以判断出接收的电磁波信号中是否含有局部放电信号，即如果数字化波形与局部放电信号波形相近或相同，就可得知该变电站内有电力设备发生了局部放电。
[0013] 多个天线的设置可以实现对局部放电源的定位，其实现方法如下：
[0014] 通过比对各电磁波信号的波形，获得不同的两个天线接收到的同一局部放电信号的时间差Tmn，以建立局部放电源定位方程组：
[0015]
[0016] 式中，c为电磁波传播速度；g1，g2，g3，g4...gm，gn分别表示第一个天线，第二个天线，第三个天线，第四个天线，…第m个天线，第n个天线到局部放电源的距离，(Xn，Yn，Zn)为第n个天线的空间坐标；T12，T13，
T14...Tmn分别表示第一个天线与第二个天线、第一个天线与第三个天线、第一个天线与第四个天线、…第m个天线与第n个天线接收到同一局部放电信号的时间差。
[0017] 上述方程联立，即可得到局部放电源的空间坐标(XS，YS，ZS)，即实现对局部放电源的定位：
[0018] 采用多次联立方程求解坐标，得到若干组解(XS1，YS1，ZS1)，(XS2，YS2，ZS2)…(XSn，YSn，ZSn)，剔除偏差加大的坐标值，将剩余的坐标值取平均值，就得到局部放电源的坐标，计算方程组如下：
[0019]
[0020] 上述方程的解法属于公知的数学方法，且对于局部放电源的定位方法也属于本技术方案所述的装置的使用方法，故本文在此就不再赘述。
[0021] 优选地，所述数据采集系统还包括一放大器，其与所述数据采集单元连接，将数据采集单元采集到的各电磁波信号放大。
[0022] 优选地，所述数据采集系统还包括一带通滤波器，其与所述放大器连接，滤去经过放大的电磁波信号中的周期性干扰信号。
[0023] 优选地，所述数据处理系统包括：
[0024] 一数字滤波模块，其与所述各数据传输线连接，滤去各数据传输线传输的电磁波信号中的随机性干扰信号；
[0025] 一数据处理模块，其与所述数字滤波模块连接，将经过数字滤波模块滤波的各电磁波信号转换为所述数字化的波形。
[0026] 优选地，所述天线为超高频宽带全向天线，其频率范围为0.2GHz-1.5GHz。
[0027] 可选地，所述数据采集单元的带宽为1G-2GHz，采样速率为2G-4GSa/s。
[0028] 可选地，所述放大器的频率范围为0.5GHz-1.5GHz，增益30dB。
[0029] 优选地，所述带通滤波器的频率范围为0.5GHz-1.5GHz。
[0030] 优选地，所述各条数据传输线外均裹覆有一信号屏蔽层，以防止在数据传输过程中的信号干扰。
[0031] 所述天线阵列中天线的个数至少为4个。
[0032] 本实用新型所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置由于采用了上述技术方案，使得其能够实现对一个变电站内的全部电力设备进行监测，并对发出了局部放电信号的局部放电源实现快速准确的定位，从而提高了检修效率，同时节省了设备配置成本和人力成本。
附图说明
[0033] 以下结合附图和具体实施例来对本实用新型所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置做进一步说明。
[0034] 图1为本实用新型所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置的实施原理图。
[0035] 图2为本实用新型所述的变电站局部放电信号在线监测和定位装置在一种实施方式中的结构示意图。
[0036] 图3显示了经过数据处理系统处理后的数字化波形的示意图。
具体实施方式
[0037] 如图1所示，本技术方案通过在变电站空间区域内设置包括多个天线的天线阵列(如图中1#、2#……等)来接受局部放电源P1、P2(假设变电站空间内具有局部放电源)的发出的局部放电信号，进而通过同一局部放电源发出的局部放电信号到不同的天线之间的时间差来对局部放电源进行定位。
[0038] 本实施例中的变电站局部放电信号在线监测和定位装置如图2所示，其包括设置在变电站空间区域内的中心位置或近中心位置的天线阵列，该天线阵列分为两列，每一列包括4个超高频宽带全向天线(频率范围为0.2GHz-1.5GHz)，这8个超高频宽带全向天线接收变电站内的电磁波信号。数据采集系统设置于两列天线中间，分别与各个超高频宽带全向天线连接，对各个超高频宽带全向天线接收的电磁波信号进行采集和预处理，本实施例中的数据采集系统包括一个具有若干个通道的高速数据采集单元(带宽1GHz，采样速率为3GSa/s)，一个低噪声放大器(频率范围为0.5GHz-1.5GHz，增益30dB)以及一个带通滤波器(频率范围为0.5GHz-1.5GHz)，其中高速数据采集单元采集8个超高频宽带全向天线接收的电磁波信号，低噪声放大器将这些电磁波信号放大，带通滤波器将这些电磁波信号中的周期性干扰去除，例如电力系统载波通信及高频保护通信干扰，无线电干扰，卫星通信干扰等。本实施例中的数据处理系统设置在变电站控制室内，该数据处理系统通过一组数据传输线与数据采集系统连接，该组数据传输线具有8根分别裹覆有信号屏蔽层的数据传输线，分别独立传输经过数据采集系统采集和预处理的各个电磁波信号。为了进一步提高监测的准确性，本实施例中的数据处理系统包括：一数字滤波模块，其与各数据传输线分别连接，用于数字滤波以滤去电磁波信号中的随机性干扰信号，例如手机干扰信号，短距离通信干扰，整流开关设备闭合和开断时发出的脉冲信号，一些没有规则的随机性信号，白噪声等；一与数字滤波模块连接的数据处理模块，其将经过数字滤波模块滤波的各电磁波信号转换为数字化的波形(如图3所示)。将这些数字化波形与标准的局部放电信号波形比对，就可以判断出接收的电磁波信号中是否含有局部放电信号，如果数字化波形与局部放电信号波形相近或相同，说明该变电站内有电力设备发生了局部放电。
[0039] 通过比对各电磁波信号的波形，可以获得不同的两个天线接收到的同一局部放电源(XS，YS，ZS)(如图2所示)信号的时间差Tmn，依次建立局部放电源定位方程组，就可以实现对局部放电源的定位。
[0040] 对于本实施例而言，建立局部放电源定位方程组：
[0041]
[0042] 式中，c为电磁波传播速度；g1，g2，g3，g4...g7，g8分别表示1#天线，2#天线，3#天线，4#天线，…7#天线，8#天线到局部放电源P的距离；T12，T13，T14...T78分别表示1#天线与2#天线，1#天线与3#天线，1#天线与4#天线，…7#天线与8#天线接收到局部放电源P发出的局部放电信号的时间差。
[0043] 上述方程联立，即可得到局部放电源P的空间坐标(XS，YS，ZS)，即实现对局部放电源P的定位。
[0044] 上述方程联立求解，得到若干组解(XS1，YS1，ZS1)，(XS2，YS2，ZS2)…(XS8，YS8，ZS8)，剔除偏差加大的坐标值，将剩余的坐标值取平均值，就得到局部放电源P的坐标，计算方程组如下：
[0045]
[0046] 要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。