一种电力设备局部放电检测方法及设备

1.本技术涉及放电检测领域，尤其涉及一种电力设备局部放电检测方法及设备。


背景技术：

2.高压开关柜、高压箱等电力设备在动车组以及电网等配电系统中广泛应用，其安全稳定运行对整个配电系统的可靠性和安全性产生重大影响。然而，电力设备在生产和使用过程中由于工人安装步骤不规范或者绝缘材料老化等原因，极易出现气泡、金属突起、粘染污秽等绝缘缺陷。这些绝缘缺陷会引起电力设备内部产生各种类型、各种强度的局部放电，最终给电力设备整体的运行带来严重的威胁。
3.目前对电力设备局部放电的检测主要依靠地电波法、超声法和特高频法，这些方法虽然可以应用于局部放电检测，但会使电力设备受到检测所用的电磁或声波干扰。在被干扰的情况下，采集到的光谱信号会有所波动，不能准确检测出电力设备的真实放电情况，进而影响到检测结果的准确度。而且这些方法通常只是检测出电力设备的放电类型，不能对放电的强度进行判断。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种电力设备局部放电检测方法及设备，用于解决如下技术问题：现有的电力设备局部放电检测方法容易因为电磁或声波干扰而降低检测准确度，并且不能判断放电强度。
5.本技术实施例采用下述技术方案：
6.一方面，本技术实施例提供了一种电力设备局部放电检测方法，方法包括：安装于真空腔体内的电极模型在预设强度电压的作用下，进行若干次预设放电类型的放电试验；安装于所述真空腔体内的状态数据采集装置采集所述放电试验过程中产生的状态数据；其中，所述状态数据包括多路光谱数据、气体浓度数据、声音波形数据；与所述状态数据采集装置相连接的计算机设备对每次放电试验中采集的所述状态数据进行分析处理，得到若干组状态分析参数；所述计算机设备将所述若干组状态分析参数中，每种参数的异常值剔除，并计算剔除异常值后的参数值的平均值，将得到的若干个所述平均值作为所述预设放电类型在预设强度电压下的状态参考参数；所述计算机设备获取待测电力设备中的状态测量参数；并将所述状态测量参数与所述状态参考参数进行比较，判断所述待测电力设备的放电类型是否为所述预设放电类型，以及判断所述待测电力设备的放电强度是否为所述预设强度；其中，所述状态分析参数、所述状态参考参数以及所述状态测量参数中包含的参数种类相同。
7.在一种可行的实施方式中，所述电极模型为金属尖端-板电极模型、悬浮电极模型或金属棒-板电极模型；所述预设放电类型至少包括以下任一种：电晕放电、火花放电、电弧放电；所述安装于真空腔体内的电极模型在预设强度电压的作用下，进行若干次预设放电类型的放电试验，具体包括：所述金属尖端-板电极模型基于预设时间间隔，接收所述预设
强度电压，以模拟若干次电晕放电试验；或者，所述悬浮电极模型基于所述预设时间间隔，接收所述预设强度电压，以模拟若干次火花放电试验；或者，所述金属棒-板电极模型基于所述预设时间间隔，接收所述预设强度电压，以模拟若干次电弧放电试验。
8.在一种可行的实施方式中，安装于所述真空腔体内的状态数据采集装置采集所述放电试验过程中产生的状态数据，具体包括：安装于所述真空腔体上端两侧的co传感器监测所述放电试验过程中产生的co浓度数据；安装于所述真空腔体下端两侧的o3传感器监测所述放电试验过程中产生的o3浓度数据；安装于所述真空腔体下端两侧的no2传感器监测所述放电试验过程中产生的no2浓度数据；安装于所述真空腔体下端两侧的声音传感器测量所述放电试验过程中产生的声音波形数据。
9.在一种可行的实施方式中，安装于所述真空腔体内的状态数据采集装置采集所述放电试验过程中产生的状态数据，具体包括：安装于所述真空腔体观察窗口的若干滤光片，将所述放电试验过程中产生的光信号分解为红外光波段信号、紫外光波段信号以及可见光波段信号；其中，所述若干滤光片至少包括红外光滤光片、紫外光滤光片以及可见光滤光片；与每个滤光片分别连接的光电传感器，分别对接收到的波段信号进行光电转换，并将转换后得到的光谱信号发送到所述多路光谱采集器；所述多路光谱采集器对接收到的各个波段信号的光谱信号进行波形放大处理以及降频采样处理，得到所述放电试验过程中产生的多路光谱数据。
10.在一种可行的实施方式中，与所述状态数据采集装置相连接的计算机设备对每次放电试验中采集的所述状态数据进行分析处理，得到若干组状态分析参数，具体包括：所述计算机设备基于所述多路光谱数据，计算所述红外光波段、所述紫外光波段以及可见光波段分别对应的光谱强度；并分别计算三个波段的光谱强度与总光谱强度的光谱强度占比；其中，所述总光谱强度为三个波段对应的光谱强度之和；所述计算机设备基于接收到的所述气体浓度数据，分别确定所述放电试验过程中产生的co的气体浓度、o3的气体浓度以及no2的气体浓度；所述计算机设备基于接收到的所述声音波形数据，确定所述放电试验过程中产生的声音波形。
11.在一种可行的实施方式中，所述计算机设备将所述若干组状态分析参数中，每种参数的异常值剔除，具体包括：所述计算机设备将所述若干组状态分析参数中，相同种类的参数放在一起进行比较；所述计算机设备将同一个波段对应的若干个光谱强度占比数值中，超出异常强度阈值的数值剔除；所述计算机设备将同一种气体在对应的若干个气体浓度数值中，超出异常浓度阈值的数值剔除。
12.在一种可行的实施方式中，所述方法还包括：所述计算机设备对得出的若干个声音波形进行周期采样，得到离散声音信号；并对所述离散声音信号进行量化，得到每个声音波形对应的数字信号序列；对所述数字信号序列取绝对值，并进行低通滤波处理以及减直流分量处理，得到每个声音波形对应的包络序列；所述计算机设备根据所述数字信号序列，计算每个声音波形对应的平均过零率；根据每个声音波形的数字信号序列、包络序列以及平均过零率，计算每个声音波形与其余声音波形的相似度，并将与其余声音波形的相似度低于预设阈值的声音波形剔除。
13.在一种可行的实施方式中，根据每个声音波形的数字信号序列、包络序列以及平均过零率，计算每个声音波形与其余声音波形的相似度，具体包括：所述计算机设备通过互
相关函数，分别计算第一声音波形与第二声音波形的数字信号序列相似度以及包络序列相似度；并将第一声音波形与第二声音波形的平均过零率之差，作为所述第一声音波形与第二声音波形的过零率相似度；所述计算机设备基于预设权重，对所述数字信号序列相似度、所述包络序列相似度以及所述过零率相似度进行加权计算，得到所述第一声音波形与第二声音波形之间的相似度；并遍历除第一声音波形之外的其余声音波形，均与所述第一声音波形进行相似度计算，直至遍历结束，得到所述第一声音波形与其余声音波形的相似度。
14.在一种可行的实施方式中，将所述状态测量参数与所述状态参考参数进行比较，判断所述待测电力设备的放电类型是否为所述预设放电类型，以及判断所述待测电力设备的放电强度是否为所述预设强度，具体包括：所述计算机设备获取所述状态测量参数中各种参数的测量值；并将所述各种参数的测量值分别与所述状态参考参数中的同种类参数值进行对比；若所述测量值与所述状态参考参数中的同种类参数值差值的绝对值属于预设范围，则确定所述待测电力设备的放电类型为所述预设放电类型，所述待测电力设备的实际放电强度为所述预设强度。
15.另一方面，本技术实施例还提供了一种电力设备局部放电检测设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的指令，以使所述至少一个处理器能够执行根据上述任一实施方式所述的一种电力设备局部放电检测方法。
16.本技术实施例通过监测高压开关柜、高压箱等封闭式组合电力设备因放电产生的光谱信息、气体成分以及声音，与提前通过模拟实验获取的不同放电类型、不同放电强度的光谱信息、气体成分以及声音数据进行对比，来判断电力设备的实际放电类型以及强度，全程无需使用电波、超声波等会对电力设备产生干扰的波，使电力能够安全稳定的运行。并且可以在获取电力设备放电类型的同时也获知放电强度。通过以上方法，可以实现对电力设备的实时监控，对电力设备的安全稳定运行提供数据参考。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术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技术中记载的一些实施例，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。在附图中：
18.图1为本技术实施例提供的一种电力设备局部放电检测方法流程图；
19.图2为本技术实施例提供的一种真空腔体内部放电试验装置示意图；
20.图3为本技术实施例提供的一种电力设备局部放电检测设备结构示意图。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
22.本技术实施例提供了一种电力设备局部放电检测方法，如图1所示，电力设备局部放电检测方法具体包括步骤s101-s106：
23.s101、安装于真空腔体内的电极模型在预设强度电压的作用下，进行若干次预设放电类型的放电试验。
24.具体地，本技术提供地电极模型包括金属尖端-板电极模型、悬浮电极模型以及金属棒-板电极模型。可以模拟的预设放电类型包括电晕放电、火花放电、电弧放电等类型。金属尖端-板电极模型由一个金属针电极和一个板电极构成，可用于模拟电晕放电。悬浮电极模型由悬浮间隙为1毫米的两个电极构成，可用于模拟火花放电。金属棒-板电极模型由一个金属棒电极和一个板电极构成，可用于模拟电弧放电。
25.进一步地，基于预设时间间隔向安装在真空腔体内部的电极模型施加预设强度的电压，模拟若干次对应的放电试验。
26.在一个实施例中，图2为本技术实施例提供的一种真空腔体内部放电试验装置，如图2所示，左侧的圆柱体装置为真空腔体，在真空腔体中央部位的两个电极为金属尖端-板电极模型，上电极是一个金属尖端电极，下电极接地，在上电极施加一个预设强度的电压，即可模拟预设放电强度的尖端放电，尖端放电是电晕放电的一种。
27.s102、安装于真空腔体内的状态数据采集装置采集放电试验过程中产生的状态数据。
28.具体地，安装于真空腔体上端两侧的co传感器监测放电试验过程中产生的co浓度数据。安装于真空腔体下端两侧的o3传感器监测放电试验过程中产生的o3浓度数据。安装于真空腔体下端两侧的no2传感器监测放电试验过程中产生的no2浓度数据。安装于真空腔体下端两侧的声音传感器测量放电试验过程中产生的声音波形数据。
29.进一步地，安装于真空腔体观察窗口的若干滤光片，将放电试验过程中产生的光信号分解为红外光波段信号、紫外光波段信号以及可见光波段信号。其中，若干滤光片至少包括红外光滤光片、紫外光滤光片以及可见光滤光片。与每个滤光片分别连接的光电传感器，分别对接收到的波段信号进行光电转换，并将转换后得到的光谱信号发送到多路光谱采集器。多路光谱采集器对接收到的各个波段信号的光谱信号进行波形放大处理以及降频采样处理，得到放电试验过程中产生的多路光谱数据。
30.在一个实施例中，如图2所示，真空腔体内壁的上端两侧安装有co传感器(图中仅示出一侧)，用于测量放电试验过程中的co浓度。真空腔体下端两侧安装有o3传感器和no2传感器(图中仅示出一侧)，用于测量放电试验过程中的o3浓度和no2浓度。下端两侧还安装了声音传感器(图中仅示出一侧)，用于采集放电试验过程中产生的声音波形。在真空腔体的一个观察窗处还安装有三个滤光片，分别为红外光滤光片、可见光滤光片以及紫外光滤光片，用于将放电试验过程中产生的光信号分解为红外光波段信号、紫外光波段信号以及可见光波段信号。本实施例中，采用三套滤光片作为光谱端窗，形成三个独立的光谱通道，实现多光谱同步测量。其中，紫外光波段为200nm～390nm，可见光段为390nm～780nm，红外光为780nm～900nm。每个滤光片连接一个光谱传感器，用于将接收到的波段信号转换为电信号，并发送到多路采集器进行波形放大和降频采样处理，得到多路光谱数据。
31.在一个实施例中，光谱传感器选用安森美光电传感器icrofj-sma-60035，该传感器满足放电引起的光辐射强度动态范围大、光发射持续时间短要求，具备高量子效率、宽光
谱响应以及高响应速度等特性。多路采集器选用pico4824型多路采集器，该传感器有12位的分辨率，并集成了14位任意波形发生器，拥有8通道高精度、低噪声输入，满足同时对多个光谱信号的高精度测量任务。
32.绝缘缺陷导致气体电解出的气体产物主要有o3、no、no2、co、co2、o2、n2，因为空气中含有大量o2、co2、n2等气体，所以选择o3、no2、co作为不同绝缘故障下的气体浓度判断依据。而不同绝缘缺陷含有的元素不同，因此产生的放电气体浓度也是不一样的，例如，金属突起表面含有的c含量较低，故放电产生的c元素较少，co浓度相对较低。绝缘材料里边含有大量c，因为气泡缺陷放电产生的c元素较多，co浓度较高。而不同强度的放电产生的气体浓度也是有区别的，在放电强度较低时，空气放电主要分解产物为o3，放电强度进一步增大可以检测到co和no2的产生，所以根据气体的浓度可以判断放电类型以及强度。本实施例中，选用mix2801系列电化学传感器，该系列传感器通过测量目标气体进入传感器内部，在感应电极处发生化学反应时产生的电流大小，从而达到检测其浓度的目的。搭载不同的气体传感器就可以测量环境中对应的气体浓度，方便使用及调试，具有良好的一致性及稳定性。
33.本实施例中，选用爱华awa14423传声器，该传声器由声音传感器、放大器、信号采集器组成，对声音最低监测范围为17db～140db，满足放电时声音阈值要求且量程精度合理。
34.s103、与状态数据采集装置相连接的计算机设备对每次放电试验中采集的状态数据进行分析处理，得到若干组状态分析参数。
35.具体地，计算机设备基于多路光谱数据，获取红外光波段、紫外光波段以及可见光波段分别对应的光谱强度.并分别计算三个波段的光谱强度与总光谱强度的光谱强度占比。其中，总光谱强度为三个波段对应的光谱强度之和。
36.进一步地，计算机设备基于接收到的气体浓度数据，分别确定放电试验过程中产生的co的气体浓度、o3的气体浓度以及no2的气体浓度。并基于接收到的声音波形数据，确定放电试验过程中产生的声音波形。
37.在一个实施例中，每进行一次放电试验，都能得到一组状态分析参数，一组状态分析参数中至少包括红外光波段、紫外光波段以及可见光波段分别对应的光谱强度，co的气体浓度、o3的气体浓度以及no2的气体浓度，以及声音波形。在进行了若干次相同条件(相同强度电压、相同放电类型)的放电试验后，即可得到若干组状态分析数据。
38.s104、计算机设备将若干组状态分析参数中，每种参数的异常值剔除，并计算剔除异常值后的参数值的平均值，将得到的若干个平均值作为预设放电类型在预设强度电压下的状态参考参数。
39.具体地，计算机设备将若干组状态分析参数中，相同种类的参数放在一起进行比较。并将同一个波段对应的若干个光谱强度占比数值中，超出异常强度阈值的数值剔除。以及将同一种气体在对应的若干个气体浓度数值中，超出异常浓度阈值的数值剔除。
40.在一个实施例中，若共进行了10次相同电压的尖端放电试验，共得到10组状态分析参数，其中，co的异常浓度阈值假设为10mg/m3，那么将10组状态分析参数中，数值超过10mg/m3的co浓度数据剔除，只保留小于等于10mg/m3的值。
41.需要说明的是，本技术实施例中所列举的数值仅为解释方案所用的示例，并不代表实际应用中的实际数值。
42.进一步地，计算机设备对得出的若干个声音波形进行周期采样，得到离散声音信号。并对离散声音信号进行量化，得到每个声音波形对应的数字信号序列。对数字信号序列取绝对值，并进行低通滤波处理以及减直流分量处理，得到每个声音波形对应的包络序列。根据数字信号序列，计算每个声音波形对应的平均过零率。
43.进一步地，计算机设备根据每个声音波形的数字信号序列、包络序列以及平均过零率，计算每个声音波形与其余声音波形的相似度，具体包括：计算机设备通过互相关函数分别计算第一声音波形与第二声音波形的数字信号序列相似度以及包络序列相似度r；其中，x1(n)指代第一声音波形的数字信号序列或者包络序列，x2(n)指代第二声音波形的数字信号序列或者包络序列。计算机设备将第一声音波形与第二声音波形的平均过零率之差，作为第一声音波形与第二声音波形的过零率相似度。
44.进一步地，计算机设备基于预设权重，对数字信号序列相似度、包络序列相似度以及过零率相似度进行加权计算，得到第一声音波形与第二声音波形之间的相似度。其中，预设权重可根据实验得出。遍历除第一声音波形之外的其余声音波形，均与第一声音波形进行相似度计算，直至遍历结束，得到第一声音波形与其余声音波形的相似度。
45.进一步地，计算机设备将与其余声音波形的相似度低于预设阈值的声音波形剔除。
46.s105、计算机设备获取待测电力设备中的状态测量参数，并将状态测量参数与状态参考参数进行比较，判断待测电力设备的放电类型是否为预设放电类型，以及判断待测电力设备的放电强度是否为预设强度。
47.具体地，通过各种传感器设备获取待测电力设备局部放电时产生的声音信号、气体浓度数据以及光谱检测数据，作为待测电力设备的状态测量参数。计算机设备获取状态测量参数中各种参数的测量值，并将各种参数的测量值分别与状态参考参数中的同种类参数值进行对比。
48.若测量值与状态参考参数中的同种类参数值差值的绝对值属于预设范围，则确定待测电力设备的放电类型为预设放电类型，待测电力设备的实际放电强度为所述预设强度。若测量值与状态参考参数中的同种类参数值差值的绝对值不属于预设范围，则与其他放电类型、其他强度的实验条件下得到的状态参考参数中的同种类参数进行比较，直至找到相匹配的实验条件为止。
49.需要说明的是，本技术仅描述了一种放电类型、放电电压下的放电试验，实际上在完成一种实验条件下的若干组放电试验后，会再改变实验条件，进行其他实验条件下的若干组放电试验，因此在进行足够多的实验后，可以获取不同放电类型、不同放电强度的状态参考参数，对电力设备的局部放电检测提供数据参考。
50.另外，本技术实施例还提供了一种电力设备局部放电检测设备，如图3所示，电力设备局部放电检测设备具体包括：
51.至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
52.存储器存储有能够被至少一个处理器执行的指令，以使至少一个处理器能够执行：
53.安装于真空腔体内的电极模型在预设强度电压的作用下，进行若干次预设放电类型的放电试验；
54.安装于所述真空腔体内的状态数据采集装置采集所述放电试验过程中产生的状态数据；其中，所述状态数据包括多路光谱数据、气体浓度数据、声音波形数据；
55.与所述状态数据采集装置相连接的计算机设备对每次放电试验中采集的所述状态数据进行分析处理，得到若干组状态分析参数；
56.所述计算机设备将所述若干组状态分析参数中，每种参数的异常值剔除，并计算剔除异常值后的参数值的平均值，将得到的若干个所述平均值作为所述预设放电类型在预设强度电压下的状态参考参数；
57.所述计算机设备获取待测电力设备中的状态测量参数；并将所述状态测量参数与所述状态参考参数进行比较，判断所述待测电力设备的放电类型是否为所述预设放电类型，以及判断所述待测电力设备的放电强度是否为所述预设强度；其中，所述状态分析参数、所述状态参考参数以及所述状态测量参数中包含的参数种类相同。
58.本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
59.上述对本技术特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
60.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术的实施例可以有各种更改和变化。凡在本技术实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。