CN103543393B - 一种组合电器局部放电的诊断方法及检测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合电器局部放电的诊断方法及检测***，所述诊断方法包括：建立包括各种局部放电类型标准灰度图的数据库；获取待检测组合电器在设定工作周期内局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角；根据所述放电次数、放电幅值以及放电相位角形成所述待检测组合电器的局部放电的待识别灰度图；将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型。所述诊断方法可以用于快速检测GIS局部放电类型。采用上述诊断方法原理的检测***，能够实现GIS局部放电的自动检测，能够及时发现并判断GIS局部放电类型。

Description

一种组合电器局部放电的诊断方法及检测***

技术领域

本发明涉及电力装置维护技术领域，更具体地说，涉及一种组合电器局部放电的诊断方法及检测***。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述可包括可以探究的概念，但不一定是之前已经想到或者已经探究的概念。因此，除非在此指出，否则在本部分中描述的内容对于本申请的说明书和权利要求书而言不是现有技术，并且并不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

组合电器(GasInsulatedSwitchgear，简称GIS)是一种把断路器、隔离开关、电流互感器、避雷器以及连接母线等，全部封装在接地的金属外壳内，壳体内填充SF₆气体。GIS具有占地面积小、运行可靠性高、维护工作量小、无电磁干扰等优点。

鉴于GIS具有上述诸多优点，GIS被广泛应用于高压、超高压领域，而且在特高压领域也被使用。绝缘缺陷是GIS的主要故障问题，由于GIS被广泛应用在重要的供电***中，如果GIS发生绝缘缺陷，将对国民经济造成巨大的损失。

局部放电是绝缘缺陷的重要征兆，当GIS内部存在缺陷时，其周围电场分布极不均匀，在高压作用下将会产生局部放电，不同的绝缘缺陷导致的局部放电不同，及时发现GIS内部的局部放电类型对于保障设备的安全可靠运行具有重要意义。所以，如何检测GIS的局部放电类型是GIS维护中一个亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种组合电器局部放电的诊断方法及检测***，用于检测GIS内部的局部放电及诊断其类型。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种组合电器局部放电的诊断方法，该诊断方法包括：

建立包括各种局部放电类型标准灰度图的数据库；

获取待检测组合电器在设定工作周期内局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角；

根据所述放电次数、放电幅值以及放电相位角形成所述待检测组合电器的局部放电的待识别灰度图；

将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型。

优选的，在上述诊断方法中，所述建立包括各种局部放电类型标准灰度图的数据库方法为：

对任一确定类型局部放电，通过局部放电模拟试验，在设定工作周期内测量和统计该局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角；

在放电幅值与放电相位角构成的直角坐标系内统计各区间的放电次数，不同放电次数的区间的灰度不同，从而生成该类型局部放电的标准灰度图；

对其他各种已知局部放电类型，均采用上述过程生成对应的标准灰度图，所有类型的局部放电的标准灰度图构成所述数据库。

优选的，在上述诊断方法中，形成所述待检测组合电器的局部放的待识别电灰度图的方法为：

对所述待检测组合电器的局部放电幅值进行归一化，获取各放电幅值对应的各标准化放电幅值；

在标准化放电幅值与放电相位角构成的直角坐标系内统计各区间的放电次数，不同放电次数的区间的灰度不同，从而生成所述待检测组合电器的待识别灰度图；

其中，所述归一化包括：根据所述放电次数、放电相位角以及放电幅值计算所述放电幅值的平均值与方差；根据所述平均值与方差计算各放电幅值的标准化放电幅值。

优选的，在上述诊断方法中，所述将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型为：

将所述待识别灰度图与所述数据库中的标准灰度图逐一进行相关性计算，与所述待识别灰度图相关性最大的标准灰度图的放电类型为所述待识别灰度图的放电类型。

本发明还提供了一种组合电器局部放电的检测***，该检测***包括：

数据库，所述数据库包括各种局部放电的标准灰度图；

数据采集装置，所述数据采集装置用于采集待检测组合电器在设定工作周期内局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角；

图像处理模块，所述图像处理模块根据所述放电次数、放电幅值以及放电相位角生成所述待检测组合电器的局部放电的待识别灰度图；

处理器，所述处理器用于将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型。

优选的，在上述检测***中，还包括：

与所述处理器连接的显示装置，所述显示装置用于显示所述待识别灰度图以及判断结果。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的组合电器局部放电的诊断方法首选建立一个包括各种局部放电类型标准灰度图的数据库，根据待检测组合电器的局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角形成所述待检测组合电器的局部放电的待识别灰度图，最后，只需通过将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型，即可确定GIS内部绝缘故障的类型，从而能够保障GIS的安全可靠运行，避免了由于GIS故障对供电***造成的巨大经济损失。且本发明提供的采用上述诊断方法原理的检测***，能够实现GIS局部放电的自动检测，能够及时发现并判断GIS局部放电类型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种组合电器局部放电的诊断方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种标准灰度图的建立方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种待检测GIS的灰度图的形成方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种对待检测GIS的放电幅值的归一化方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种GIS局部放电的检测***的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，如何及时检测出GIS的局部放电类型是GIS维护中一个亟待解决的问题。

目前，电力***中诊断局部放电的主要方式是中华人民共和国电力行业标准DL/T417-2006-《电力设备局部放电现场检测导则》。该标准给出了典型局部放电的图谱，其中，包括放电响应波形和放电矢量与试验电压的关系。

但是，现有的诊断方法是根据测量结果通过人工进行判断，对工作人员的业务能力要求较高，且检测速率较慢。

发明人研究发现，GIS发生局部放电时，会产生大量的电磁脉冲信号，在相同的工作周期内，不同绝缘故障导致的局部放电的电磁脉冲信号的放电次数、放电幅值、放电相位角不同，可通过根据所述放电次数、放电幅值、放电相位角生成的灰度图判断局部放电的类型。

基于上述研究，本发明提供了一种组合电器局部放电的诊断方法，该诊断方法包括：

建立包括各种局部放电类型标准灰度图的数据库；

获取待检测组合电器在设定工作周期内局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角；

根据所述放电次数、放电幅值以及放电相位角形成所述待检测组合电器的局部放电的待识别灰度图；

将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型。

本发明所述诊断方法首先建立包括各种局部放电类型标准灰度图的数据库，根据待检测GIS局部放电生成的信号的放电次数、放电幅值以及放电相位角形成所述待检测组合电器的局部放电的待识别灰度图，只需通过将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型，即可确定GIS内部绝缘故障的类型，从而能够保障GIS的安全可靠运行，避免了由于GIS故障对供电***造成的巨大经济损失。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及高度的三维空间尺寸。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于上述思想，本实施例提供了一种组合电器局部放电的诊断方法，参考图1，该诊断方法包括：

步骤S1：建立包括各种局部放电类型标准灰度图的数据库。

可通过局部放电模拟实现建立各种局部放电类型标准灰度图的数据库。

参考图2，建立所述数据库的方法包括：

步骤S11：对任一确定类型局部放电，通过局部放电模拟试验，在设定工作周期内测量和统计该局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角。

步骤S12：在放电幅值与放电相位角构成的直角坐标系内统计各区间的放电次数，不同放电次数的区间的灰度不同，从而生成该类型局部放电的标准灰度图。

局部放电模拟试验中采集的数据为仿真测试中对应类型局部放电的标准数据，根据放电次数、放电幅值以及放电相位角数据直接形成三维谱图，然后将放电次数n想平面做投影，从而形成局部放电的标准灰度图。平面内，对于某一组放电幅值与放电相位角，其放电次数越多灰度越大该点灰度越大。其中n为放电次数，V为放电幅值，为放电相位角。

或者，在平面内，将V轴平均分为N份，形成N个N_V，将轴平均分为N份，形成N个从而将平面分为N×N个区间。统计各区间内的放电重复频率，放电重复频率的不同代表图像中的灰度不同。

定义放电重复频率与图像颜色的映射关系后，然后根据区间内放电重复频率的最小值和最大值分别对应于最小灰度级和最大灰度级的原则，就可以构造出局部放电的标准灰度图像。平面上每一个区间代表灰度图中的一个象素，该区间内的放电重复频率正比于象素的灰度值。

由于在计算机图像处理中，每一个象素用一个字节来表示，每个字节的变化范围为0～255，因此灰度图中灰度级的变化范围为0～255，各象素点的灰度级为：

$m_{ij}=\frac{n_{ij}}{n_{\max }}\×255$

其中，m_ij为图像像素点灰度，n_ij为各区间内的放电重复频率，n_max为各区间内的最大放电重复频率。一般灰度图的分辨率为128×128。

对于设定类型的局部放电，通过上述过程可以形成该局部放电的标准灰度图。

步骤S13：对其他各种已知局部放电类型，均采用上述过程生成对应的标准灰度图，所有类型的局部放电的标准灰度图构成所述数据库。

目前，已知局部放电类型有，金属突出物放电、悬浮类放电、自由金属颗粒放电、绝缘子金属异物放电、绝缘沿面放电以及绝缘子气息放电等。每一种局部放电类型均可采用步骤S11与步骤S12形成对应的标准灰度图。

步骤S2：获取待检测组合电器在设定工作周期内局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角。

可采用现有的电磁脉冲测试装置测试待检测GIS工作时的电磁脉冲信号，获得所述待检测GIS在设定工作周期内局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角。

步骤S3：根据所述放电次数、放电幅值以及放电相位角形成所述待检测组合电器的局部放电的待识别灰度图。参考图3，该步骤包括：

步骤S31：对所述待检测组合电器的所有放电幅值进行归一化，获取各放电幅值对应的各标准化放电幅值。

步骤S32：在标准化放电幅值与放电相位角构成的直角坐标系内统计各区间的放电次数，不同放电次数的区间的灰度不同，从而生成所述待检测组合电器的待识别灰度图。该步骤中生成所述待识别灰度图的方法与上述步骤S12相同，再次不在赘述。

在进行现场数据采集时，由于干扰信号、测量误差等原因，放电幅值中会出现偏差较大的数据。通过所述放电幅值进行归一化处理降低所述偏差较大数据对测试结果的影响。

参考图4，所述归一化包括：

步骤S311：根据所述放电次数、放电相位角以及放电幅值分别计算所述放电幅值的平均值与方差S²：

$\stackrel{\‾}{V}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{V}_i,S^2=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(V_i-\stackrel{\‾}{V})}^2$

其中，n为测量的放电次数，i为正整数。

步骤S312：根据所述平均值与方差计算各放电幅值的标准化放电幅值。

首先，计算各放电相位角对应的放电幅值对应的第一标准值V_i＇：

$V_i^{\′}=\frac{V_i-\stackrel{\‾}{V}}{S}$

这样得到的第一标准值不一定在[0,1]区间，为了使得数据在[0,1]区间，采

用极差标准化公式获取第二标准值V_i＂：

$V_i^{\′\′}=\frac{V_i^{\′}-V_{\min }^{\′}}{V_{\max }^{\′}-V_{\min }^{\′}}$

所述第二标准值V_i＂即为V_i在[0,1]区间的标准化放电幅值。

步骤S4：将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型。

可以直接通过图像对比，将所述待识别灰度图与数据库中的各个标准灰度图逐一对比，与所述待识别灰度图相关性最大的标准灰度图的放电类型为所述待识别灰度图的放电类型。

也可以采用相关性计算的方式进行判断。将所述待识别灰度图与所述数据库中的标准灰度图逐一进行相关性计算，与所述待识别灰度图相关性最大的标准灰度图的放电类型为所述待识别灰度图的放电类型。

如果待识别灰度图的图像函数为标准灰度图的图像函数为二者相关性函数NCorr为：

其中，是待识图像像素的均值,是归一化后的函数；是参考图像像素的均值，是归一化后的函数。

根据相关性函数计算出来的相关性值就可以判断两幅图像的相似程度，从而对放电类型进行判别。相关性最大的标准灰度图的放电类型为所述待识别灰度图的放电类型，从而也可以确定绝缘缺陷类型。例如，如果所述待识别灰度图与金属突出物放电的标准灰度图的相关性最大，则可判定所述待检测GIS存在金属突出物放电，存在由于金属突出物导致的绝缘缺陷。可见，本实施例所述方法可快速检测出GIS存在局部放电以及局部放电的类型。

待检测GIS可能存在不止一种局部放电类型，此时，通过上述相关性计算确定第一局部放电类型后，可根据所述第一局部放电类型对所述待识别灰度图进行校对，去除与第一局部放电类型对应的灰度，再进行第二次相关性计算，确定第二局部放电类型，依次类推，可以进行对此相关性计算及判定。

本实施例所述诊断方法通过图像对比的方式检测GIS内部的局部放电，可通过计算机进行制图及数据计算，能够快速的检测出GIS内部的局部放电类型。从而能够快速确定绝缘缺陷类型并根据所述绝缘缺陷类型判断其对GIS安全运行的威胁程度，某些绝缘缺陷对GIS安全运行无影响，或可以带故障运行一定时间，所以确定绝缘缺陷类型能够为决策检修、提高检修效率和节约检修成本提供了可靠信息。

基于上述实施例，本申请实施例还提供了一种组合电器局部放电的检测***，参考图5，该检测***包括：数据库1，数据采集装置2，图像处理模块3以及处理器4。

其中，所述数据库1，数据采集装置2以及图像处理模块3均与所述处理连接。

所述数据库1包括各种局部放电的标准灰度图。所述数据库1的建立可采用上述实施例所述方式。

所述数据采集装置2用于采集待检测组合电器在设定工作周期内局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角。

所述数据采集装置2采集的数据经过所述处理器的归一化处理后，发送给所述图像处理模块3。所述图像处理模块3根据所述放电次数、放电幅值以及放电相位角生成所述待检测组合电器的局部放电的待识别灰度图。

所述处理器4获取所述待识别灰度图后，从所述数据库读取各标准灰度图像，将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型。

为了更直观是显示检测结果，所述检测***还包括与所述处理器连接的显示装置5，所述显示装置5用于显示所述待识别灰度图以及判断结果。

本实施例所述检测***，能够自动通过计算机***自动实现GIS内部局部放电的自动检测，从而可以快速判断局部放电类型及对应的绝缘缺陷类型。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种组合电器局部放电的诊断方法，其特征在于，包括：

建立包括各种局部放电类型标准灰度图的数据库；

获取待检测组合电器在设定工作周期内局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角；

根据所述放电次数、放电幅值以及放电相位角形成所述待检测组合电器的局部放电的待识别灰度图；

将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型；

其中，形成所述待检测组合电器的局部放的待识别电灰度图的方法为：

对所述待检测组合电器的局部放电幅值进行归一化，获取各放电幅值对应的各标准化放电幅值；

在标准化放电幅值与放电相位角构成的直角坐标系内统计各区间的放电次数，不同放电次数的区间的灰度不同，从而生成所述待检测组合电器的待识别灰度图；

其中，所述归一化包括：根据所述放电次数、放电相位角以及放电幅值计算所述放电幅值的平均值与方差；根据所述平均值与方差计算各放电幅值的标准化放电幅值。

2.根据权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，所述建立包括各种局部放电类型标准灰度图的数据库方法为：

对任一确定类型局部放电，通过局部放电模拟试验，在设定工作周期内测量和统计该局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角；

在放电幅值与放电相位角构成的直角坐标系内统计各区间的放电次数，不同放电次数的区间的灰度不同，从而生成该类型局部放电的标准灰度图；

对其他各种已知局部放电类型，均采用上述过程生成对应的标准灰度图，所有类型的局部放电的标准灰度图构成所述数据库。

3.根据权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，所述将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型为：

将所述待识别灰度图与所述数据库中的标准灰度图逐一进行相关性计算，与所述待识别灰度图相关性最大的标准灰度图的放电类型为所述待识别灰度图的放电类型。

4.一种组合电器局部放电的检测***，其特征在于，包括：

数据库，所述数据库包括各种局部放电的标准灰度图；

数据采集装置，所述数据采集装置用于采集待检测组合电器在设定工作周期内局部放电的放电次数、放电幅值以及放电相位角；

图像处理模块，所述图像处理模块根据所述放电次数、放电幅值以及放电相位角生成所述待检测组合电器的局部放电的待识别灰度图；其中，形成所述待检测组合电器的局部放的待识别电灰度图的方法为：对所述待检测组合电器的局部放电幅值进行归一化，获取各放电幅值对应的各标准化放电幅值；在标准化放电幅值与放电相位角构成的直角坐标系内统计各区间的放电次数，不同放电次数的区间的灰度不同，从而生成所述待检测组合电器的待识别灰度图；其中，所述归一化包括：根据所述放电次数、放电相位角以及放电幅值计算所述放电幅值的平均值与方差；根据所述平均值与方差计算各放电幅值的标准化放电幅值；

处理器，所述处理器用于将所述待识别灰度图与标准灰度图的数据库中的标准灰度图对比判断局部放电类型。

5.根据权利要求4所述的检测***，其特征在于，还包括：

与所述处理器连接的显示装置，所述显示装置用于显示所述待识别灰度图以及判断结果。