[发明专利]一种变压器局部放电超声源重建的定位方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器局部放电检测的方法，特别涉及一种变压器局部放电的超声检测方法及其装置。

背景技术

目前的大型电力变压器多为油浸式电力变压器，其绝缘结构主要由油、纸、纸板和其它固体绝缘等构成的固体－油绝缘结构。虽然在设计上具有足够的电气强度和优良的机械性能，但是制造过程中的偶然因素会造成一些先天性局部缺陷，如气泡、裂缝、悬浮导电质点和电极毛刺等。正是这些缺陷会造成绝缘体内部或表面出现某些区域电场强度高于平均电场强度，当这些区域的击穿场强低于平均击穿场强时，将会首先发生放电、而其它区域仍保持绝缘特性，从而形成局部放电。局部放电是变压器长期运行中绝缘劣化的一个重要征兆。电气设备的绝缘结构如果长时间发生持续的局部放电，绝缘介电性能可能会严重受损，如果局部放电故障一直未被发现和处理，最终可能导致电气设备发生故障，引起局部甚至全部地区的灾难性停电事故。

解决变压器故障问题最为有效的方法就是变压器局部放电在线检测，局部放电测量是监测变压器绝缘状况的重要诊断工具。研究发现，在绝缘材料内部局部放电过程中，通常伴随着很多物理现象，如电磁现象（电脉冲、电磁辐射等）和非电磁现象（气体、压力变化、光、热等）。利用放电过程产生的电信息或非电信息，可以对局部放电源进行定位，提供局部放电的凭据和类型。根据测量信息的不同，可以将局部放电检测方法分为电测法和非电测法两大类。

超声波法是一种非常重要的非电测类局部放电检测方法，主要是通过超声波传感器接收电气设备内部局部放电产生的超声波。超声检测法已经被广泛应用于地震监测、无损检测和全球定位系统等领域。在电力方面，超声波法是目前变压器绝缘检测领域的重要发展方向，它具有抗电气干扰能力强、定位方便等特点。关于超声波法局部放电检测的研究，

按超声探头位置，超声波法可分为内置式和外置式两类。内置式传感器接收到的波形幅值比外置式大很多，利于检测小放电量工况。由于变压器内部绝缘结构复杂，导致局部放电声信号的传播情况也无法准确预知，等值声速难以精确计算。此外，由于传感器接收的复合声波前沿不能准确确定，加之定位算法不够完善，使得局部放电信号提取与故障点定位精度受到影响。目前，信号前沿确定方法、定位算法是超声定位研究的热点和发展方向。国内外有关学者对于如何有效解决上述问题进行了深入研究，并提出了一系列新的理论和方法。

综合国内外对超声波法的研究，可分为基于声波时差和基于声场的两类：

基于声波时差的方法居多，如三角定位法、双曲面定位法、V型曲线法、顺序定位法和模式识别法等方法。三角定位法以局部放电电信号作为触发基准，通过三个（或以上）传感器测量超声波信号与电信号的时间差，以此作为超声信号的传播时间，并建立球面方程求解局部放电点。双曲面定位法，通过四个（或以上）超声传感器，以最先接收到的超声脉冲为时间基准，测量其他超声信号与标准信号的时延，由此建立双曲面方程组求解局部放电点。在上述方法中，通常假定声速为常数，实际上由于变压器结构复杂，各种声介质对声波及声速的影响都不一样，因此定位误差很大。尽管研究人员在基于最小二乘原理方法上进行了改进，一定程度上降低了传播路径对声速的影响，提高了定位精度，但改进方法仍然简化认为各路超声波信号声速相等，没有从根本上解决问题。在定位算法上的改进，还包括混沌遗传算法和改进的粒子群优化算法等。总体而言，这类方法的共性之处都是利用声波的时延性，由于变压器内部结构复杂，各种声介质对声速影响不同，超声波传播时发生多次折、反射，再加上现场各种噪声的影响，算法不尽完善等，实际的时延估计不能准确的得到用于定位的时间信息，给定位造成一定的误差，甚至难以成功定位。

基于声场类的定位方法还不多见。目前比较有特色的工作是声压数据库查表法。该方法的主要原理是：直接将变压器的局部放电点设定为超声波发射源，并进行声场分析计算，求出绕组上任何位置的点声源在超声波传感器阵列上激发的声压。同时，建立一个声压数据库，将超声波传感器阵列检测到的超声波信号声压和数据库里的数据进行比对，得出放电点的空间几何位置，从而实现局部放电的精确定位。这种方法的优势在于可以进行多点定位，不足之处在于，为构建数据库，需要对多源、任何位置、各种放电量等参数进行交叉离散。为实现高精度的定位，每个参数的采样率多，整体而言需要海量的样本量，构建过程所需时间难以承受，甚至是不可能的。

发明内容

为了克服上述现有方法的不足，本发明提出一种变压器局部放电超声源重建的定位方法。