CN115616357A - 高压开关柜中多源局部放电检测装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供高压开关柜中多源局部放电检测装置及定位方法，属于电力检测技术领域。方法包括：在待测开关柜组中，选取主端传感器测点和从端传感器测点，检测装置启动；检测装置按照计算机终端预设的采样频率、采样深度进行同步采样；提取出局放脉冲波形，将所得的主端传感器的X_m、以及从端传感器的X_s输出至计算机终端；计算机终端对信号组所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除，得到k组脉冲信号集合Y_mk和n组脉冲信号集合Y_sn；对各集合Y_mk与各集合Y_sn进行依次配对分析，共产生k对配对；基于k对配对得到k个局放源的定位分布图。

Description

高压开关柜中多源局部放电检测装置及定位方法

技术领域

本发明涉及电力检测技术领域，尤其涉及一种高压开关柜中多源局部放电检测装置及定位方法。

背景技术

高压开关是指用于电力***发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用的电力设备，主要包括高压断路器、高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器，高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类，对于电网的安全运行及电能的分配与计量发挥至关重要的作用。

鉴于此，多年来对高压开关柜自身运行状态的监测与诊断一直是科研院所、监测设备生产企业、电力生产及电网企业关注的课题，相继提出了多种监测技术。例如，通过多点采集局放信号再通过行波法定位存在局部放电问题的开关柜，然而，现有技术是简单地利用传播时间和传播速度来定位单点局放位置，忽略了采集点采集到的信号可能为多源局放混合信号的情况，因此，不能实现对局放源的精准定位。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高压开关柜中多源局部放电检测装置及定位方法，能够基于多源局放混合信号进行多个局放源的精准定位。

本发明实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高压开关柜中多源局部放电检测装置，其特征在于，包括：两个宽频传感器和主机，其中，两个所述宽频传感器分别作为主端传感器和从端传感器，所述主机由微处理器、高频数据采集单元、滤波放大单元以及供电单元组成；

所述宽频传感器包括上而下依次设置的针电极、绝缘层板、圆形的板电极和电路板：所述绝缘层板中心开设与所述针电极尺寸匹配的过孔，位于所述绝缘层板的下表面、所述过孔的边缘具有环形凸起；所述针电极穿设在所述过孔内、与所述过孔内表面之间固定连接，所述针电极的头部用于感应电场信号，所述针电极的末端与所述电路板的正输入端相连接；所述板电极中心开设通孔，所述板电极的上表面与所述绝缘层板的下表面之间固定连接、所述绝缘层板的所述环形凸起从所述通孔内穿出；所述板电极用于感应电场信号，所述板电极与所述电路板之间通过空心的板电极连接件固定连接，所述板电极连接件与所述电路板的负输入端以及接地端之间电性连接；所述针电极与所述板电极连接件同轴设置、与所述板电极连接件内壁之间距离为d，所述针电极作为内导体、所述板电极和所述板电极连接件共同作为外导体、所述绝缘层板作为绝缘介质，三者结合形成同轴馈电形式；所述电路板由电池供电，所述电路板具有所述正输入端、所述负输入端、所述接地端和输出端，所述电路板的输出端通过同轴传输线连接到所述主机，所述电路板的输出信号U_out为经调理放大后针电极感应信号U_N与板电极感应信号U_P之间的信号差所得结果；

所述高频数据采集单元，用于通过所述采集卡采集两个所述宽频传感器的输出信号；

所述滤波放大单元，对两个所述宽频传感器的输出信号进行滤波降噪；

所述微处理器，与所述高频数据采集单元和所述滤波放大单元相连接，用于触发所述高频数据采集单元进行信号采集；接收经所述滤波放大单元处理后的信号并发送至计算机终端；

所述供电单元，用于为所述微处理器、所述高频数据采集单元和所述滤波放大单元供电。

较优地，所述宽频传感器对局部放电信号采集频带范围为1-200MHz，所述宽频传感器的输出信号U_out与开关柜内局放信号U_sig的对应关系为：

上式是基于所述高压开关柜中多源局部放电检测装置的等效电路得到的，C₁是所述等效电路中局放源与所述针电极之间的等效电容，C₂是所述针电极与所述板电极之间的等效电容，R是高压开关柜中多源局部放电检测装置的等效电阻，s是拉普拉斯变化中引入的参数，其中s＝jω。

较优地，所述宽频传感器中：

所述绝缘层板上的所述环形凸起的高度不低于所述板电极厚度；

所述针电极与所述绝缘层板之间的位置关系为相互垂直；

所述电路板的侧边与所述板电极下表面之间固定连接，所述针电极与所述电路板之间通过实心的、具有转角的针电极连接件相连接，所述板电极连接件保持与所述针电极连接件之间同轴设置、内壁与所述针电极连接件之间的距离为d。

较优地，所述采集卡为采样率1.25GS/s、采样位数8位的四通道数据采集卡。

较优地，实时主体为前述的高压开关柜中多源局部放电检测装置和计算机终端所组成的检测***，步骤包括：

步骤S1，在待测开关柜组中，选取一个位于端部的开关柜设置为主端传感器测点，选取距离所述主端传感器测点D长度的开关柜设置为从端传感器测点，所述检测装置启动；

步骤S2，所述检测装置按照所述计算机终端预设的采样频率、采样深度进行同步采样，得到来自所述主端传感器的混合局放采样信号组X_m’、以及来自所述从端传感器的混合局放采样信号组X_s’；

步骤S3，所述检测装置对所述X_m’和所述X_s’进行滤波降噪，提取出各个信号的局放脉冲波形，将所得的所述主端传感器的混合局放脉冲信号组X_m、以及所述从端传感器的混合局放脉冲信号组X_s输出至所述计算机终端，其中，X_m＝{X_m1,X_m2,…X_mi}；X_s＝{X_s1,X_s2,…X_sj}，脉冲信号X_mi为所述主端传感器采集到的某一局放源的局部放电信号所对应的脉冲信号，脉冲信号X_sj为所述从端传感器采集到的某一局放源的局部放电信号所对应的脉冲信号；

步骤S4，所述计算机终端接收所述检测装置发送的所述混合局放脉冲信号组X_m和所述混合局放脉冲信号组X_s；

步骤S5，对所述信号组X_m中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除，得到k组脉冲信号集合记为Y_mk，Y_mk＝{Y_mk1,Y_mk2,…,Y_mkp}，所述集合Y_mk中的元素按采集时间顺序排列；对所述信号组X_s中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除，得到n组脉冲信号集合记为Y_sn，Y_sn＝{Y_sn1,Y_sn2,…,Y_snq}，所述集合Y_sn中的元素按采集时间顺序排列；

步骤S6，对各所述集合Y_mk与各所述集合Y_sn进行依次配对分析，使各个所述集合Y_mk均有一个对应的所述集合Y_sn，此时p＝q，所述Y_mk和所述Y_sn均有p个元素，所述步骤S6共产生k对配对；

步骤S7，按照排列顺序将所述集合Y_mk与所述集合Y_sn中的元素一一对应进行配对，利用时间窗和计算相互关系数，得出p组到达时间点数据，所述到达时间点数据包括局放源到达所述主端传感器测点的时间点t_p1以及所述从端传感器测点的时间点t_p2；

步骤S8，根据所述p组到达时间点数据以及脉冲信号的传播速度V，确定出同一个所述局放源的p个定位位置；

步骤S9，根据所述步骤S6中得到的k对配对，基于所述步骤S8得到k个所述局放源的定位分布图。

较优地，所述步骤S5对所述信号组X_m中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除的步骤包括：

步骤S51，依次计算所述信号组X_m中两信号之间的互相关系数a_x；

步骤S52，将满足a_x≥a₁条件的两个信号归类为同一组，共分成k组，得到k组所述脉冲信号集合Y_mk，其中，与任何其他信号之间均不满足a_x≥a₁的信号认定为脉冲型噪声信号并从所述信号组X_m中移除；

步骤S53，按采集时间顺序排列所述脉冲信号集合Y_mk中的元素。

较优地，所述步骤S6对各所述集合Y_mk与各所述集合Y_sn进行依次配对分析的步骤包括：

步骤S61，选取一个所述集合Y_mk和一个所述集合Y_sn，取集合第一个元素Y_mk1和Y_sn1计算两信号之间的互相关系数a_Y；

步骤S62，将满足a_Y≥a₂的两个集合配对，得到k组配对结果。

较优地，所述步骤S7包括：

步骤S71，选取所述集合Y_mk中的第一元素Y_mk1与所述集合Y_sn对应位置的元素Y_sn1配对为第1组；

步骤S72，找到所述Y_mk1的峰值时刻记为t₁₁，以所述的峰值时刻为正中心固定选取所述Y_mk1长度为t(Y_mk1)/2的时间窗Z，t(Y_mk1)为所述Y_mk1脉冲信号长度；

步骤S73，从Y_sn1的首端开始选取t(Y_mk1)/2的时间窗Z_s，计算出时间窗Z内脉冲信号与时间窗Z_s内脉冲信号之间互相关系数a_Z1，向后滑动时间窗Z_s，每次滑动结束后计算一次互相关系数a_Zx，得到一组相互关系数集合{a_Z1,a_Z12,…,a_Zx}，选取相互关系数集合中的最大值所对应的时间窗Z_s与时间窗Z之间的时间差△t，并将Y_sn1的到达时间点记为t₁₂，其中t₁₂＝t₁₁+△t，t₁₁和t₁₂为第1组到达时间点数据；

步骤S74，再选取所述集合Y_mk中的第二元素Y_mk2与所述集合Y_sn对应位置的元素Y_sn2配对为第2组并计算出第2组到达时间点数据，依次配对，直至计算出p组所述到达时间点数据。

较优地，所述步骤S8根据p组所述到达时间点数据以及脉冲信号的传播速度V，确定出同一个所述局放源的p个定位位置包括：

步骤S81，根据一组到达时间点数据中的所述时间点t_p1、所述时间点t_p2以及脉冲信号的传播速度V，计算求得所述局放源与所述主端传感器测点的距离；

步骤S82，根据p组到达时间点数据计算得出同一个局放源的p个定位位置。

由上述技术方案可知，本发明实施例提供的高压开关柜中多源局部放电检测装置及定位方法，步骤包括：步骤S1，在待测开关柜组中，选取一个位于端部的开关柜设置为主端传感器测点，选取距离主端传感器测点D长度的开关柜设置为从端传感器测点，检测装置启动；步骤S2，检测装置按照计算机终端预设的采样频率、采样深度进行同步采样，得到来自主端传感器的混合局放采样信号组X_m’、以及来自从端传感器的混合局放采样信号组X_s’；步骤S3，检测装置对X_m’和X_s’进行滤波降噪，提取出各个信号的局放脉冲波形，将所得的主端传感器的混合局放脉冲信号组X_m、以及从端传感器的混合局放脉冲信号组X_s输出至计算机终端；步骤S4，计算机终端接收检测装置发送的混合局放脉冲信号组X_m和混合局放脉冲信号组X_s；步骤S5，对信号组X_m中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除，得到k组脉冲信号集合记为Y_mk，Y_mk＝{Y_mk1,Y_mk2,…,Y_mkp}，集合Y_mk中的元素按采集时间顺序排列；对信号组X_s中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除，得到n组脉冲信号集合记为Y_sn，Y_sn＝{Y_sn1,Y_sn2,…,Y_snq}，集合Y_sn中的元素按采集时间顺序排列；步骤S6，对各集合Y_mk与各集合Y_sn进行依次配对分析，使各个集合Y_mk均有一个对应的集合Y_sn，此时p＝q，Y_mk和Y_sn均有p个元素，步骤S6共产生k对配对；步骤S7，按照排列顺序将集合Y_mk与集合Y_sn中的元素一一对应进行配对，利用时间窗和计算相互关系数，得出p组到达时间点数据，到达时间点数据包括局放源到达主端传感器测点的时间点t_p1以及从端传感器测点的时间点t_p2；步骤S8，根据p组到达时间点数据以及脉冲信号的传播速度V，确定出同一个局放源的p个定位位置；步骤S9，根据步骤S6中得到的k对配对，基于步骤S8得到k个局放源的定位分布图。通过本发明的方法，能够实现基于多源局放混合信号进行多个局放源的精准定位。

附图说明

图1为本发明的高压开关柜中多源局部放电检测装置的工作原理示意图。

图2为本发明的宽频传感器结构图。

图3为高压开关柜中多源局部放电检测装置的等效原理图。

图4为本发明的宽频传感器中电路板接线原理图；

图5为本发明的高压开关柜中多源局部放电检测装置的传感器与TEV以及HFCT的带宽对比图。

图6为本发明的高压开关柜中多源局部放电检测方法的流程图。

图7为本发明的高压开关柜中多源局部放电检测装置检测开关柜的工作示意图。

图8是本发明的装置应用效果展示图。

图中：主端传感器1、从端传感器2、微处理器3、高频数据采集单元4、滤波放大单元5、供电单元6、针电极11、绝缘层板12、板电极13、电路板14、板电极连接件15。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

本发明提供一种高压开关柜中多源局部放电检测装置，可实现开关柜在正常运行情况下对其内部发生过的局部放电进行检测和初步定位，如图1-图4所示，高压开关柜中多源局部放电检测装置由宽频传感器和主机组成，其中，宽频传感器是由针电极和金属板电极构成的高精度、大带宽局放传感器组件，每个传感器是基于电小天线原理，通过采集控件电场中的电势差，完成局放信号的采集功能。图1中，两个宽频传感器分别作为主端传感器1和从端传感器2，主机由微处理器3、高频数据采集单元4、滤波放大单元5以及供电单元6组成；

如图2所示，宽频传感器包括上而下依次设置的针电极41、绝缘层板42、圆形的板电极43和电路板44：绝缘层板中心开设与针电极41尺寸匹配的过孔，位于绝缘层板42的下表面、过孔的边缘具有环形凸起；针电极41穿设在过孔内、与过孔内表面之间固定连接，针电极与绝缘层板之间的位置关系为相互垂直，针电极41的头部用于感应电场信号，针电极41的末端与电路板44的正输入端in+相连接；板电极43中心开设通孔，板电极43的上表面与绝缘层板42的下表面之间固定连接、绝缘层板42的环形凸起从通孔内穿出，绝缘层板上的环形凸起的高度不低于板电极厚度；板电极43用于感应电场信号，板电极43与电路板44之间通过空心的板电极连接件454固定连接，板电极连接件45与电路板44的负输入端in-以及接地端GND之间电性连接；针电极41与板电极连接件43同轴设置、与板电极连接件内壁之间距离为d，针电极41作为内导体、板电极43和板电极连接件45共同作为外导体、绝缘层板42作为绝缘介质，针电极与板电极共同构成天线的两极，通过绝缘层板42进行隔离，针电极与同轴内芯相连，连接至调理电路的正输入端，板电极通过同轴外屏蔽层与调理电路的负输入端相连，三者结合形成同轴馈电形式；电路板44由锂电池供电，电路板44具有正输入端、负输入端、接地端和输出端out，电路板44的输出端通过同轴传输线连接到主机，电路板44的输出信号U_out为经调理放大后针电极感应信号U_N与板电极感应信号U_P之间的信号差所得结果。

针电极41可以直接连接到电路板44，此时电路板44与板电极43之间平行设置，板电极连接件45可以为一种圆筒形结构，针电极41位于圆筒型结构中心、并且与圆筒形结构内壁保持距离为d；

另一种形式，如图2所示，电路板44的侧边与板电极43下表面之间固定连接，针电极41与电路板44之间通过实心的、具有转角的针电极连接件46相连接，相应地，板电极连接件45需具有转角结构、保持与针电极连接件46之间同轴设置，其内壁与针电极连接件46之间保持距离为d。电路板44与板电极43下表面紧密连接方式能够避免信号在同轴传输传递过程中存在的折反射，有效提高传感器的信噪比。

由上述可知，宽频传感器是基于电小天线原理的宽频带无线针板传感器，内部含有调理放大滤波电路，实现对局部放电信号的测量。由于针板传感器的尺寸远远小于局放脉冲的波长，其工作原理相当于静电场中的电容器，针电极与局放源、板电极与地之间也都存在电容值，因此宽频传感器通过电容分压器原理，感应到开关柜内部发生局放时引发的电压跳变，进行信号的传感。

高频数据采集单元4是一个采样率高达1.25GS/s，采样位数为8位的四通道数据采集卡，可以同时连接多个传感器进行同步化的触发与数据采集；

滤波放大单元5为单路滤波放大电路，接收宽频传感器的信号并对其进行滤波降噪，如图4所示，单路滤波放大电路由ADA4817芯片以及桥式滤波电路组成，由电阻电容构成的高通滤波器，可以调整传感器的带宽，使其在1-200MHz之间的波动不超过6dB，放大电路是由ADA4817-1构成的同相比例放大电路，其信号增益为G＝10，介于本发明中的宽频传感器在静电场中的工作原理相当于一个电容器，对于容性传感器而言，传感器的电容通常很小，而在实际使用中，存在杂散电容的影响。这就使得周围环境的变化引起杂散电容的变化，从而影响传感器的灵敏度，干扰其带宽。所以对于容性传感器，通常采用电桥法作为调理滤波电路。图4所示的为宽频传感器的馈电输出接一个阻-容电桥，并通过运算放大器隔离。这种情况下，传感器可以工作在平衡状态，在1-200MHz的频带范围内保持平稳，并实现10倍增益。

微处理器3与高频数据采集单元4和滤波放大单元5相连接，用于触发高频数据采集单元4进行信号采集；接收经滤波放大单元5处理后的信号并发送至计算机终端。微处理器3是以FPGA为核心的中央控制处理器，负责控制整个***的触发，采集、通信等功能。当用户通过计算机向微处理器下达指令后，处理器在很短的时间内触发采集卡的各个通道，实现信号的同步化采集，并将采集到的信号通过调理电路进行滤波放大处理。然后提取数据中的脉冲信号，并以采集卡的触发事件为时间零点，一一记录每一个通道采集到的每一个脉冲信号的到达时间。微处理器3可用于控制供电单元6的输出，保障输出电流足够的同时削减电压纹波；提供USB Hub接口，可以实现计算机与控制单元的通信，又可以完成与采集卡的数据传输；提供触发信号，通过同轴传输线向数据采集卡发送信号，实现采集卡的触发。

供电单元6由锂电池及稳压电路组成，其作用是对整个仪表进行供电。稳压电路先由LTM8045进行降压，在通过LDO实现稳压输出。在保证了输出功率的同时，大幅降低了电源输出电压的纹波水平，从而降低***噪声，提高检测的灵敏度。具体可以为21V锂电池组。

如图3所示，是高压开关柜中多源局部放电检测装置工作时的等效电路图，由于宽频传感器的尺寸远远小于局放信号的电磁波波长，所以可将周围环境看作是静电场。其中C1是局放源与针电极之间的等效电容，C2是传感器针板电极之间的等效电容，R为高压开关柜中多源局部放电检测装置的等效电阻，s是拉普拉斯变化中引入的参数，其中s＝jω。宽频传感器的输出信号U_out与开关柜内局放信号U的传递函数如公式1所示：

如图5所示，图中展示了本发明高压开关柜中多源局部放电检测装置与传统的HFCT和TEV传感器的幅频/相频特性曲线。图中可以看出，采用本发明的宽频传感器与HFCT相比可以明显增加检测带宽，并且非接触的传感方式在实际使用中也较为方便。宽频传感器与TEV传感器同属于容性传感器，工作原理大致相当，但是灵敏度却得到了较大的提升。

本发明中，高频数据采集单元4可以同时连接多个传感器进行同步化的触发与数据采集，同时连接多个从端传感器进行信号采集，有利于提高局部放电的定位精度。

进一步地，如图6所示，本发明还提供一种高压开关柜中多源局部放电检测方法，实施主体包括图1-4所示的高压开关柜中多源局部放电检测装置和计算机终端，步骤包括：

步骤S1，在待测开关柜组中，选取一个位于端部的开关柜设置为主端传感器测点，选取距离主端传感器测点D长度的开关柜设置为从端传感器测点，检测装置启动；

步骤S2，检测装置按照计算机终端预设的采样频率、采样深度进行同步采样，得到来自主端传感器1的混合局放采样信号组X_m’、以及来自从端传感器2的混合局放采样信号组X_s’；

步骤S3，检测装置对X_m’和X_s’进行滤波降噪，提取出各个信号的局放脉冲波形，将所得的主端传感器的混合局放脉冲信号组X_m、以及从端传感器的混合局放脉冲信号组X_s输出至计算机终端，其中，X_m＝{X_m1,X_m2,…X_mi}；X_s＝{X_s1,X_s2,…X_sj}，脉冲信号X_mi为主端传感器采集到的某一局放源的局部放电信号所对应的脉冲信号，脉冲信号X_sj为从端传感器采集到的某一局放源的局部放电信号所对应的脉冲信号；

步骤S4，计算机终端接收检测装置发送的混合局放脉冲信号组X_m和混合局放脉冲信号组X_s；

步骤S5，对信号组X_m中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除，得到k组脉冲信号集合记为Y_mk，Y_mk＝{Y_mk1,Y_mk2,…,Y_mkp}，集合Y_mk中的元素按采集时间顺序排列；对信号组X_s中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除，得到n组脉冲信号集合记为Y_sn，Y_sn＝{Y_sn1,Y_sn2,…,Y_snq}，集合Y_sn中的元素按采集时间顺序排列，这里实际组数n与组数k是相同的，都是代表了当前局放源的总数；

步骤S6，对各集合Y_mk与各集合Y_sn进行依次配对分析，使各个集合Y_mk均有一个对应的集合Y_sn，此时p＝q，Y_mk和Y_sn均有p个元素，步骤S6共产生k对配对；

步骤S7，按照排列顺序将集合Y_mk与集合Y_sn中的元素一一对应进行配对，利用时间窗和计算相互关系数，得出p组到达时间点数据，到达时间点数据包括局放源到达主端传感器测点的时间点t_p1以及从端传感器测点的时间点t_p2；

步骤S8，根据p组到达时间点数据以及脉冲信号的传播速度V，确定出同一个局放源的p个定位位置；

步骤S9，根据步骤S6中得到的k对配对，基于步骤S8得到k个局放源的定位分布图。

其中，步骤S5对信号组X_m中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除的具体实施步骤包括：

步骤S51，依次计算信号组X_m中两信号之间的互相关系数a_x；

步骤S52，将满足a_x≥a₁条件的两个信号归类为同一组，共分成k组，得到k组脉冲信号集合Y_mk，其中，与任何其他信号之间均不满足a_x≥a₁的信号认定为脉冲型噪声信号并从信号组X_m中移除；

步骤S53，按采集时间顺序排列脉冲信号集合Y_mk中的元素。

其中，步骤S6对各集合Y_mk与各集合Y_sn进行依次配对分析的具体实施步骤包括：

步骤S61，选取一个集合Y_mk和一个集合Y_sn，取集合第一个元素Y_mk1和Y_sn1计算两信号之间的互相关系数a_Y；

步骤S62，将满足a_Y≥a₂的两个集合配对，得到k组配对结果。

其中，步骤S7定位局放源的具体操作为：

步骤S71，选取集合Y_mk中的第一元素Y_mk1与集合Y_sn对应位置的元素Y_sn1配对为第1组；

步骤S72，找到Y_mk1的峰值时刻记为t₁₁，以的峰值时刻为正中心固定选取Y_mk1长度为t(Y_mk1)/2的时间窗Z，t(Y_mk1)为Y_mk1脉冲信号长度；

步骤S73，从所述Y_sn1的首端开始选取t(Y_mk1)/2的时间窗Z_s，计算出所述时间窗Z内脉冲信号与所述时间窗Z_s内脉冲信号之间互相关系数a_Z1，向后滑动所述时间窗Z_s，每次滑动结束后计算一次互相关系数a_Zx，得到一组相互关系数集合{a_Z1,a_Z12,…,a_Zx}，选取所述相互关系数集合中的最大值所对应的所述时间窗Z_s与所述时间窗Z之间的时间差△t，并将所述Y_sn1的到达时间点记为t₁₂，其中t₁₂＝t₁₁+△t，所述t₁₁和所述t₁₂为第1组到达时间点数据；

步骤S74，再选取集合Y_mk中的第二元素Y_mk2与集合Y_sn对应位置的元素Y_sn2配对为第2组并计算出第2组到达时间点数据，依次配对，直至计算出p组到达时间点数据。

步骤S8根据p组到达时间点数据以及脉冲信号的传播速度V，确定出同一个局放源的p个定位位置的具体实施包括：

步骤S81，根据一组到达时间点数据中的时间点t_p1、时间点t_p2以及脉冲信号的传播速度V，计算求得局放源与主端传感器测点的距离；

步骤S82，根据p组到达时间点数据计算得出同一个局放源的p个定位位置。

当微处理器未收到触发采集命令时，始终保持同步触发接受模式，当计算机向处理器下达同步触发命令时，处理器对采集卡的触发方式，采样率，采集深度等进行配置，并在1s的延时后向A/D转换采集卡的外触发通道注入同步脉冲触发信号，当采集卡的外触发通道接收到同步脉冲后，同步脉冲经过脉冲调理电路触发A/D转换采集卡高精度无线传感器的检测数据，并将检测数据传输给微处理器，微处理器先通过降噪算法对采集到的信号进行降噪，提取相应的局放脉冲波形，并记录每一个波形的到达时间。处理器通过USB将提取到的脉冲数据发送给计算机，由计算机加以分析。

如图7所示，是本发明的一个现场实施例，将本发明中宽频传感器安装在一排多面高压开关柜两端的外表面，能够对高压开关柜产生的局部放电信号进行有效地检测，主机可以放在开关柜附近，并将两个宽频传感器通过同轴传输线连接到检测主机的两个检测通道内。当微处理器接收到同步采集信号后，A/D采集卡开始对两个传感器感应到的局部放电信号进行高速采集，并将提取到的局放脉冲数据上传至计算机，能够有效地实现多面开关柜局部放电信号检测的同时，快速找到内部多个局部放电源的所在位置。对于工作人员而言通过检测后的计算机上显示的定位谱图，就能判断存在局部放电的开关柜，进而实现对开关柜内部的消缺工作，通过检测的相位谱图(PRPD)能够大致实现局部放电的模式识别。

如图8所示，是一种用于开关柜内部多源局部放电检测与定位装置的工作效果示意图，放置在开关柜两侧的高精度无线传感器，在若干个工频周期内，采集到的局部放电信号通过调理放大后的时域波形图如图7中的上方两图所示。从图示中可以看出采集到的信号主要包含多种形式的局部放电脉冲信号，白噪声信号，脉冲型噪声信号三部分。当传感器完成信号的采集后，***会首先通过相应的滤波降噪算法对采集到的信号进行降噪，从而去除***及周围环境中的白噪声。而与传统的单端检测相比，脉冲型噪声在波形，幅值，相位上的特征与典型局部放电的特征相差不大，传统的局部放电检测技术会将这种噪声误判成局部放电，这也使得开关柜在复杂的电磁环境下，局放的检测不够可靠。但脉冲型噪声不存在多次重复的特性，在该发明的检测环境下，左右两端的传感器所接收到的信号会不断地重复提取脉冲并通过求取多个脉冲之间的互相关系数，而脉冲型噪声与其他脉冲信号之间的互相关性极低，通过这种方法便可以排除此类噪声，只保留局放脉冲信号。此外，对于局放源而言，由于缺陷的种类不同以及电路拓扑结构的差异，导致不同局放源在发生局部放电时所产生的脉冲波形也不相同。所以同一个局放源产生的多个局放脉冲具有极大的相关性，而不同局放源之间的局放脉冲相关性很小。通过查看脉冲波形之间的互相关性对局放进行分类，也可以实现多源局放的分离。在确定信号的到达时间时，通过求取互相关系数，并找到其极大值点，作为信号的到达时间，便可以大大提高局部放电的定位精度。从定位谱图中可以看出，对于同一个局放源会有多个定位标识，不同位置聚集的3簇定位结果成功将多源局放进行了分离与定位。对于同一局放源所产生的信号，本发明也可以将其单独提取出来，查看其波形信息以及PRPD谱图，对于局部放电的模式识别等都有相应的帮助。

本发明采用互相关算法对局放信号进行处理。若开关柜中存在多个局放源，对同一个传感器采集到的局放信号而言，应同时包含每个局放源产生的局放信号，每个局放源产生的局放信号也有多个，先通过脉冲信号的上升沿和下降沿，将脉冲信号以数组的方式提取出来，对所有脉冲彼此之间求相关性，由于同一个局放源所产生的多个脉冲波形相似度极大，所以互相关系数接近于1.而不同局放源所产生的脉冲，波形差异较大，互相关系数较小。此外，对于同一个局放源所产生的同一个局部放电而言，开关柜两端的传感器都会采集到极为相似的脉冲波形，通过建立与脉冲波形等长的时间窗，并不断滑动窗口，求两个波形的互相关系数，找到互相关系数最大的时间点作为局放信号的到达时间，然后再根据时间差计算位置。该方法在有效降低了因高频衰减和色散效应带来的波形畸变的影响的同时，避免了因开关柜存在多个局放源时定位存在误差，大大提高了局部放电的定位精度。

本发明提供的高压开关柜中多源局部放电检测装置实现了开关柜在正常运行情况下对其内部发生过的局部放电进行检测和初步定位，其中采用的宽频传感器具有宽频带、高灵敏度的特点，可以在1-200HMz的范围内对局放信号进行同步化采集，与传统的UHF或TEV相比，该传感器可以在非接触的情况下实现局部放电的高精度、大带宽检测；对于开关柜内部存在多个局放源的情况，通过求取脉冲波形之间的互相关系数对局放脉冲进行分类以及确定信号的到达时间，从而既能实现对多源局放的分离，又能够大大提高局放定位的精度，解决了当前开关柜中存在多个放电源时局部放电定位困难的问题。本发明提供的高压开关柜中多源局部放电检测装置操作简单、使用方便，可靠性高，易于携带，对于开关柜内部局放的日常巡检提供了便利。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种高压开关柜中多源局部放电检测装置，其特征在于，包括：两个宽频传感器和主机，其中，两个所述宽频传感器分别作为主端传感器和从端传感器，所述主机由微处理器、高频数据采集单元、滤波放大单元以及供电单元组成；

所述宽频传感器包括上而下依次设置的针电极、绝缘层板、圆形的板电极和电路板：所述绝缘层板中心开设与所述针电极尺寸匹配的过孔，位于所述绝缘层板的下表面、所述过孔的边缘具有环形凸起；所述针电极穿设在所述过孔内、与所述过孔内表面之间固定连接，所述针电极的头部用于感应电场信号，所述针电极的末端与所述电路板的正输入端相连接；所述板电极中心开设通孔，所述板电极的上表面与所述绝缘层板的下表面之间固定连接、所述绝缘层板的所述环形凸起从所述通孔内穿出；所述板电极用于感应电场信号，所述板电极与所述电路板之间通过空心的板电极连接件固定连接，所述板电极连接件与所述电路板的负输入端以及接地端之间电性连接；所述针电极与所述板电极连接件同轴设置、与所述板电极连接件内壁之间距离为d，所述针电极作为内导体、所述板电极和所述板电极连接件共同作为外导体、所述绝缘层板作为绝缘介质，三者结合形成同轴馈电形式；所述电路板由电池供电，所述电路板具有所述正输入端、所述负输入端、所述接地端和输出端，所述电路板的输出端通过同轴传输线连接到所述主机，所述电路板的输出信号U_out为经调理放大后针电极感应信号U_N与板电极感应信号U_P之间的信号差所得结果；

所述高频数据采集单元，用于通过所述采集卡采集两个所述宽频传感器的输出信号；

所述滤波放大单元，对两个所述宽频传感器的输出信号进行滤波降噪；

所述微处理器，与所述高频数据采集单元和所述滤波放大单元相连接，用于触发所述高频数据采集单元进行信号采集；接收经所述滤波放大单元处理后的信号并发送至计算机终端；

所述供电单元，用于为所述微处理器、所述高频数据采集单元和所述滤波放大单元供电。

2.如权利要求1所述的高压开关柜中多源局部放电检测装置，其特征在于，所述宽频传感器对局部放电信号采集频带范围为1-200MHz，所述宽频传感器的输出信号U_out与开关柜内局放信号U_sig的对应关系为：

上式是基于所述高压开关柜中多源局部放电检测装置的等效电路得到的，C₁是所述等效电路中局放源与所述针电极之间的等效电容，C₂是所述针电极与所述板电极之间的等效电容，R是高压开关柜中多源局部放电检测装置的等效电阻，s是拉普拉斯变化中引入的参数，其中s＝jω。

3.如权利要求2所述的高压开关柜中多源局部放电检测装置，其特征在于，所述宽频传感器中：

所述绝缘层板上的所述环形凸起的高度不低于所述板电极厚度；

所述针电极与所述绝缘层板之间的位置关系为相互垂直；

所述电路板的侧边与所述板电极下表面之间固定连接，所述针电极与所述电路板之间通过实心的、具有转角的针电极连接件相连接，所述板电极连接件保持与所述针电极连接件之间同轴设置、内壁与所述针电极连接件之间的距离为d。

4.如权利要求3所述的高压开关柜中多源局部放电检测装置，其特征在于，所述采集卡为采样率1.25GS/s、采样位数8位的四通道数据采集卡。

5.一种高压开关柜中多源局部放电定位方法，其特征在于，实时主体为权利要求1-4所述的高压开关柜中多源局部放电检测装置和计算机终端所组成的检测***，步骤包括：

步骤S1，在待测开关柜组中，选取一个位于端部的开关柜设置为主端传感器测点，选取距离所述主端传感器测点D长度的开关柜设置为从端传感器测点，所述检测装置启动；

步骤S2，所述检测装置按照所述计算机终端预设的采样频率、采样深度进行同步采样，得到来自所述主端传感器的混合局放采样信号组X_m’、以及来自所述从端传感器的混合局放采样信号组X_s’；

步骤S3，所述检测装置对所述X_m’和所述X_s’进行滤波降噪，提取出各个信号的局放脉冲波形，将所得的所述主端传感器的混合局放脉冲信号组X_m、以及所述从端传感器的混合局放脉冲信号组X_s输出至所述计算机终端，其中，X_m＝{X_m1,X_m2,…X_mi}；X_s＝{X_s1,X_s2,…X_sj}，脉冲信号X_mi为所述主端传感器采集到的某一局放源的局部放电信号所对应的脉冲信号，脉冲信号X_sj为所述从端传感器采集到的某一局放源的局部放电信号所对应的脉冲信号；

步骤S4，所述计算机终端接收所述检测装置发送的所述混合局放脉冲信号组X_m和所述混合局放脉冲信号组X_s；

步骤S5，对所述信号组X_m中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除，得到k组脉冲信号集合记为Y_mk，Y_mk＝{Y_mk1,Y_mk2,…,Y_mkp}，所述集合Y_mk中的元素按采集时间顺序排列；对所述信号组X_s中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除，得到n组脉冲信号集合记为Y_sn，Y_sn＝{Y_sn1,Y_sn2,…,Y_snq}，所述集合Y_sn中的元素按采集时间顺序排列；

步骤S6，对各所述集合Y_mk与各所述集合Y_sn进行依次配对分析，使各个所述集合Y_mk均有一个对应的所述集合Y_sn，此时p＝q，所述Y_mk和所述Y_sn均有p个元素，所述步骤S6共产生k对配对；

步骤S7，按照排列顺序将所述集合Y_mk与所述集合Y_sn中的元素一一对应进行配对，利用时间窗和计算相互关系数，得出p组到达时间点数据，所述到达时间点数据包括局放源到达所述主端传感器测点的时间点t_p1以及所述从端传感器测点的时间点t_p2；

步骤S8，根据所述p组到达时间点数据以及脉冲信号的传播速度V，确定出同一个所述局放源的p个定位位置；

步骤S9，根据所述步骤S6中得到的k对配对，基于所述步骤S8得到k个所述局放源的定位分布图。

6.如权利要求5所述的高压开关柜中多源局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤S5对所述信号组X_m中所有脉冲信号进行局放源归类分组以及脉冲型噪声信号筛除的步骤包括：

步骤S51，依次计算所述信号组X_m中两信号之间的互相关系数a_x；

步骤S52，将满足a_x≥a₁条件的两个信号归类为同一组，共分成k组，得到k组所述脉冲信号集合Y_mk，其中，与任何其他信号之间均不满足a_x≥a₁的信号认定为脉冲型噪声信号并从所述信号组X_m中移除；

步骤S53，按采集时间顺序排列所述脉冲信号集合Y_mk中的元素。

7.如权利要求6所述的高压开关柜中多源局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤S6对各所述集合Y_mk与各所述集合Y_sn进行依次配对分析的步骤包括：

步骤S61，选取一个所述集合Y_mk和一个所述集合Y_sn，取集合第一个元素Y_mk1和Y_sn1计算两信号之间的互相关系数a_Y；

步骤S62，将满足a_Y≥a₂的两个集合配对，得到k组配对结果。

8.如权利要求7所述的高压开关柜中多源局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤S7包括：

步骤S71，选取所述集合Y_mk中的第一元素Y_mk1与所述集合Y_sn对应位置的元素Y_sn1配对为第1组；

步骤S72，找到所述Y_mk1的峰值时刻记为t₁₁，以所述的峰值时刻为正中心固定选取所述Y_mk1长度为t(Y_mk1)/2的时间窗Z，t(Y_mk1)为所述Y_mk1脉冲信号长度；

步骤S73，从所述Y_sn1的首端开始选取t(Y_mk1)/2的时间窗Z_s，计算出所述时间窗Z内脉冲信号与所述时间窗Z_s内脉冲信号之间互相关系数a_Z1，向后滑动所述时间窗Z_s，每次滑动结束后计算一次互相关系数a_Zx，得到一组相互关系数集合{a_Z1,a_Z12,…,a_Zx}，选取所述相互关系数集合中的最大值所对应的所述时间窗Z_s与所述时间窗Z之间的时间差△t，并将所述Y_sn1的到达时间点记为t₁₂，其中t₁₂＝t₁₁+△t，所述t₁₁和所述t₁₂为第1组到达时间点数据；

步骤S74，再选取所述集合Y_mk中的第二元素Y_mk2与所述集合Y_sn对应位置的元素Y_sn2配对为第2组并计算出第2组到达时间点数据，依次配对，直至计算出p组所述到达时间点数据。

9.如权利要求7所述的高压开关柜中多源局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤S8根据p组所述到达时间点数据以及脉冲信号的传播速度V，确定出同一个所述局放源的p个定位位置包括：

步骤S81，根据一组到达时间点数据中的所述时间点t_p1、所述时间点t_p2以及脉冲信号的传播速度V，计算求得所述局放源与所述主端传感器测点的距离；

步骤S82，根据p组所述到达时间点数据计算得出同一个所述局放源的p个所述定位位置。

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