一种用于高压电气设备局部放电的定量方法及系统

技术领域

本发明涉及电气设备绝缘试验技术领域，并且更具体地，涉及一种用于高压电气设备局部放电的定量方法及系统。

背景技术

局部放电会导致绝缘击穿，但对于高压电气设备，要完全避免出现局部放电是不现实也是不经济的。实际工作中需要准确测量局部放电水平，通过局部放电相关参量的测量来判断绝缘劣化的程度及趋势，从而保证高压电气设备的安全运行。

局部放电测量是判断高压电气设备绝缘劣化的重要手段之一，局部放电测量技术包括电测法(即脉冲电流法)、声学法、电磁场测量法、光学法、化学法等。电测法能够通过测量回路获得视在放电量、放电重复虑、脉冲持续时间等多种参数，并进行进一步的分析及计算。

将哪种特征参数作为评定局部放电的指标，进而准确的评估绝缘劣化程度及趋势是国际国内的研究焦点之一。在电测法中，由于局部放电产生的实际放电电荷量无法测量，只能间接的测量视在电荷量及其它相关参量，然而视在电荷量虽与绝缘劣化存在某种相关性，但并不能直接的绝缘劣化程度进行对应。因此通过局部放电的视在电荷量来评价高压电气设备绝缘劣化是有一定风险的。

针对高压电气设备局部放电测量，需要考虑包括视在电荷量在内的一系列相关参量影响及与绝缘劣化程度的相关性，采用适当的定量方法实现对绝缘水平准确评估。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于高压电气设备局部放电的定量方法，包括：

针对电气设备的局部放电，使用校准脉冲发生器对局部放电试验回路标定后进行测量获取电气设备放电的持续时间、外加电压瞬时值及脉冲电流信号；

针对脉冲电流信号，对脉冲电流信号进行耦合获取脉冲电压信号及脉冲电压信号的放电次数，并对脉冲电压信号进行积分运算，获取脉冲电压面积；

针对脉冲电压面积，根据标准电阻阻值确定视在电荷量；

根据局部放电的视在电荷量、持续时间和脉冲电压信号的放电次数，确定平均放电电流；

根据平均放电电流及外加电压瞬时值，计算获得放电功率，完成对高压电气设备局部放电的定量。

可选的，放电功率用于评价高压电气设备的绝缘劣化情况。

可选的，脉冲电流信号为电气设备两端产生的一个瞬时电压，所述瞬时电压经过耦合电容耦合到检测阻抗上，生成的脉冲电流。

本发明一种用于高压电气设备局部放电的定量系统，包括：

采集模块，针对电气设备的局部放电，使用校准脉冲发生器对局部放电试验回路标定后进行测量，获取电气设备放电的持续时间、外加电压瞬时值及脉冲电流信号；

第一计算模块，针对脉冲电流信号，对脉冲电流信号进行耦合获取脉冲电压信号及脉冲电压信号的放电次数，并对脉冲电压信号进行积分运算，获取脉冲电压面积；

第二计算模块，针对脉冲电压面积，根据标准电阻阻值确定视在电荷量；

第三计算模块，根据局部放电的视在电荷量、持续时间和脉冲电压信号的放电次数，确定平均放电电流；

定量模块，根据平均放电电流及外加电压瞬时值，计算获得放电功率，完成对高压电气设备局部放电的定量。

可选的，定量模块用于评价电气设备的绝缘劣化情况。

可选的，脉冲电流信号为电气设备两端产生的一个瞬时电压，所述瞬时电压经过耦合电容耦合到检测阻抗上，生成的脉冲电流。

本发明区别于传统局部放电电测法采用视在电荷作为测量回路校准及测量的核心参量，而采用局部放电功率对局部放电现象进行定量；

本发明局部放电对绝缘的破坏是与实际放电电荷直接有关，而测得的只是视在放电电荷，并不是实际的放电电荷。

本发明提出的放电功率作为放电量的综合统计量不仅包含前述的视在放电量，而且局部放电功率包含了丰富的放电信息，考虑了包括视在电荷量在内的多维度参量，实现对高压电气设备的局部放电定量；在许多情况下放电量是瞬时变化的，而且经常是无规则地波动，传统方法在测量各个瞬间的视在电荷量，不一定能代表测量前后长时间的放电量；

本发明考虑了在持续时间T内的局部放电情况，视在电荷量只是反映最大一个缺陷的放电电荷，不能反映放电次数及放电能量；

本发明兼容了包括视在电荷量在内的放电持续时间、放电次数等因素，解决了绝缘劣化速度加快但视在电荷量不显著的问题，提升了脉冲电流法局部放电测量的准确性和诊断有效性。

附图说明

图1为本发明一种用于高压电气设备局部放电的定量方法流程图；

图2为本发明一种用于高压电气设备局部放电的定量方法局部放电回路结构图；

图3为本发明一种用于高压电气设备局部放电的定量系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种用于高压电气设备局部放电的定量方法，如图1所示，包括：

针对电气设备的局部放电，使用校准脉冲发生器对局部放电试验回路标定后进行测量，获取电气设备放电的持续时间、外加电压瞬时值及脉冲电流信号；

针对脉冲电流信号，对脉冲电流信号进行耦合获取脉冲电压信号及脉冲电压信号的放电次数，并对脉冲电压信号进行积分运算，获取脉冲电压面积；

针对脉冲电压面积，根据标准电阻阻值确定视在电荷量；

根据局部放电的视在电荷量、持续时间和脉冲电压信号的放电次数，确定平均放电电流；

根据平均放电电流及外加电压瞬时值，计算获得放电功率，完成对高压电气设备局部放电的定量。

其中，放电功率用于评价电气设备的绝缘劣化情况。

脉冲电流信号为电气设备两端产生的一个瞬时电压，所述瞬时电压经过耦合电容耦合到检测阻抗上，生成的脉冲电流。

随着电力变压器、电力互感器、套管、电缆、GIS等电气设备的广泛应用，电气设备在正常运行电压下若出现局部放电现象，就表明存在局部性绝缘质量缺陷，如果任其发展将导致绝缘的击穿和损坏，进而引发安全事故。

“局部放电(partial discharge)”是在电场作用下，电气设备绝缘介质中只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿，这种现象称之为局部放电。局部放电现象会激发多种物理量，包括脉冲电流、电磁波、超声波、光信号、化学分解物等。这些状态参量中适于对局部放电程度定量的是脉冲电流法。传统的局部放电脉冲电流法测量技术是将视在电荷量q

要用多种参数才能较全面地描述一种局部放电的状态，但在生产实际中，总是希望测量的参数愈少，测量的方法愈简单愈好，因此，必须研究哪一种特征参数，作为评定局部放电性能的指标最为合适，通过局部放电的哪些特征能最准确地评定绝缘的劣化程度。

本发明区别于传统局部放电电测法采用视在电荷q

局部放电试验回路是现场对电气设备绝缘劣化产生的局部放电进行测量的试验电路，如图2示，主要包括试验电源S，它一般是“无局放试验变压器”；试品C

脉冲电流法基本原理是：产生一次局部放电时，试品C

放电功率P是在测量时间T内，出现m次放电，每次放电对应的视在放电电荷和外加电压瞬时值的乘积分别为|q

平均放电电流I是在测量时间内出现放电m次，各次相应的视在放电电荷为q

视在电荷量q

脉冲电压面积∫u(t)dt是通过具有一定带宽的示波器类仪器或局部放电测量系统对耦合单元输出的脉冲电压进行数值积分获得的，它由局部放电测量系统主机部分在一段时间内对脉冲电压进行积分后计算获得，这是一个中间过程参量通常不在测试仪屏幕上直接显示。脉冲电压的时域曲线由局部放电测量系统测量，积分运算所需的时基由局部放电测量系统提供，通过数值积分计算获得脉冲电压面积，它的准确测量主要依赖于脉冲电压u(t)峰值的准确性和时基的准确性。

脉冲电压u(t)是通过耦合单元对脉冲电流I(t)采集获得的，它由局部放电测量系统主机部分通过放大滤波及信号处理来获得，这是一个中间过程参量通常不在测试仪屏幕上直接显示，脉冲电压u(t)的准确测量依赖于耦合单元的电路结构、元件参数，脉冲的上升时间应小于耦合单元时间常数1个数量级以上，耦合单元可以由RC型或LCR型阻抗构成，它的主要作用是取得局部放电所产生的脉冲电流信号，并对升压器的工频及谐波噪声予以抑制。可以将耦合单元看作是局部放电测量系统的传感元件，耦合单元的输入端是脉冲电流I(t)信号。

脉冲电流I(t)是电气设备局部放电时在测量回路中参数的电信号，它需要由整套局部放电测量系统来得到，其原理是产生一次局部放电时，试品C

局部放电测量回路产生一次局部放电时，被测电气设备(也称“试品”)两端产生一个瞬时的电压变化，经过耦合电容及阻抗型耦合单元就会产生一个电流脉冲。

局部放电视在电场作用下，电气设备绝缘中只有局部区域发生放电，其它绝缘区域没有放电，施加电压的导体之间尚未击穿。由于绝缘体各区域承受的电场一般是不均匀，因此局部放电不是连续、均匀的。

电力设备绝缘系统承受的工作场强随着电压等级的升高而日益提升，而要求电气设备完全不发生局部放电是不经济的。要通过局部放电定量测量来监测绝缘劣化的程度，进而保障设备安全稳定运行。

本发明一种用于高压电气设备局部放电的定量系统200，如图3所示，包括：

采集模块201，针对电气设备的局部放电，使用校准脉冲发生器对局部放电试验回路标定后进行测量，获取电气设备放电的持续时间、外加电压瞬时值及脉冲电流信号；

第一计算模块202，针对脉冲电流信号，对脉冲电流信号进行耦合获取脉冲电压信号及脉冲电压信号的放电次数，并对脉冲电压信号进行积分运算，获取脉冲电压面积；

第二计算模块203，针对脉冲电压面积，根据标准电阻阻值确定视在电荷量；

第三计算模块204，局部放电的根据视在电荷量、持续时间和脉冲电压信号的放电次数，确定平均放电电流；

定量模块205，根据平均放电电流及外加电压瞬时值，计算获得放电功率，完成对高压电气设备局部放电的定量。

其中，定量模块用于评价电气设备的绝缘劣化情况。

脉冲电流信号为电气设备两端产生的一个瞬时电压，所述瞬时电压经过耦合电容耦合到检测阻抗上，生成的脉冲电流。

本发明区别于传统局部放电电测法采用视在电荷作为测量回路校准及测量的核心参量；

本发明局部放电对绝缘的破坏是与实际放电电荷直接有关，而测得的只是视在放电电荷，并不是实际的放电电荷。

本发明提出的放电功率作为放电量的综合统计量不仅包含前述的视在放电量，而且局部放电功率包含了丰富的放电信息，考虑了包括视在电荷量在内的多维度参量，实现对高压电气设备的局部放电定量；在许多情况下放电量是瞬时变化的，而且经常是无规则地波动，传统方法在测量各个瞬间的视在电荷量，不一定能代表测量前后长时间的放电量；

本发明考虑了在持续时间T内的局部放电情况，放电量只是反映最大一个缺陷的放电电荷，不能反映放电次数及放电能量；

本发明兼容了包括视在电荷量在内的放电持续时间、放电次数等因素，解决了绝缘劣化速度加快但视在电荷量不显著的问题。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。