技术领域
[0001] 本
发明涉及变电设备检测领域，特别是涉及一种变压器的短气隙放电识别电路、方法及系统。
背景技术
[0002] 变电设备在电
力系统中起到了极其重要的作用，直接关系到了
电网运行的安全及稳定。但是，变电设备在使用的过程中极容易形成气隙或气泡。而气隙所发生的气隙放电会严重的危害电力设备的绝缘性和电力设备的使用寿命。因此，研究变压器的气隙放电具有十分重要的意义。
[0003] 目前，对变压器的气隙放电检测电路主要采用交流正弦激励电源或者正负极性的直流高
电压激励电源。但是，无论是交流正弦激励电源还是正负极性的直流高电压激励电源，都不能激励微小的气隙
缺陷，难以准确的反应气隙放电的放电参数。
发明内容
[0004] 基于此，有必要针对现有的变压器的气隙放电检测电路难以准确的反应气隙放电的放电参数的问题，提供一种变压器的短气隙放电识别电路、方法及系统。
[0005] 一种变压器的短气隙放电识别电路，所述电路包括：
[0006] 指数波激励源；
[0007]
电阻R，所述电阻R的一端与所述指数波激励源的一个输出端连接；
[0008] 气隙模型，所述气隙模型的高压
电极与所述电阻R的另一端连接；所述气隙模型的
接地电极与所述指数波激励源的另一个输出端连接；
[0009] 电容Ck，所述电容Ck的一端与所述电阻R的另一端连接；
[0010] 阻抗Zm，所述阻抗Zm的一端与所述电容Ck的另一端连接，所述阻抗Zm的另一端与所述指数波激励源的另一个输出端连接；
[0011] 局部放电检测仪，所述局部放电检测仪的一端连接于所述电容Ck和所述阻抗Zm的连接点处；
[0012] 脉冲
波形显示部，所述脉冲波形显示部与所述局部放电检测仪的另一端连接；
[0013] 其中，所述气隙模型为待检测变压器绝缘部的等效模型。
[0014] 在其中的一个
实施例中，所述指数波激励源包括：
[0015] 依次连接的高压生成电路和高压调整电路；
[0016] 所述高压生成电路，用于将低压交流电转换成高压交流电；
[0017] 所述高压调整电路，用于将所述高压生成电路输出的高压交流电进行整流滤波，获取满足为所述气隙模型供电的电
信号。
[0018] 在其中的一个实施例中，所述高压生成电路包括：
[0019] 交流源；
[0020] 初级
自耦变压器T1，所述初级自耦变压器T1的原边绕组与所述交流源连接；
[0021] 第一晶闸管
阀，所述第一晶闸管阀的集电极与所述初级自耦变压器T1的滑动触头连接；
[0022] 第二晶闸管阀，所述第二晶闸管阀的集电极与所述第一晶闸管阀的发射极连接，所述第二晶闸管阀的发射极连接于所述初级自耦变压器T1的副边绕组和所述交流源的连接点处；
[0023] 高频变压器T2，所述高频变压器T2的原边绕组的一端与所述第二晶闸管阀的发射极连接，所述高频变压器T2的原边绕组的另一端于所述第二晶闸管阀的集电极连接，所述高频变压器T2的副边绕组与所述高压调整电路连接。
[0024] 在其中的一个实施例中，所述高压调整电路包括：
[0025] 第三晶闸管阀，所述第三晶闸管阀的集电极与所述高压生成电路的一端连接；
[0026]
二极管D1，所述二极管D1的正极与所述第三晶闸管阀的发射极连接；
[0027] 第四晶闸管阀，所述第四晶闸管阀的发射极与所述第三晶闸管阀的集电极连接；
[0028] 二极管D2，所述二极管D2的负极与所述第四晶闸管阀的集电极连接，所述二极管D2的正极与所述二极管D1的负极连接；
[0029] 电阻R1，所述电阻R1的一端与所述二极管D2的正极连接；
[0030] 电容Cf，所述电容Cf的负极与所述高压生成电路的另一端同时接地，且该接地点为所述高压调整电路的一个输出端；所述电容Cf的正极与所述电阻R1的另一端连接；
[0031] 电阻Rc，所述电阻Rc的一端与所述电容Cf的正极连接，所述电阻Rc的另一端为所述高压调整电路的另一个输出端。
[0032] 在其中的一个实施例中，所述气隙模型包括：
[0033] 接地电极；
[0034] 高压电极，所述高压电极与所述接地电极间隔设置；所述高压电极用于与高压电位连接；
[0035] 绝缘气隙模拟部，所述绝缘气隙模拟部设置于所述接地电极和所述高压针电极之间；所述绝缘气隙模拟部用于模拟待检测变压器绝缘部的气隙。
[0036] 在其中的一个实施例中，所述绝缘气隙模拟部包括：
[0037] 第一绝缘层，所述第一绝缘层与所述高压电极连接；
[0038] 第二绝缘层，所述第二绝缘层设置于所述第一绝缘层远离所述高压电极的一个端面上；
[0039] 第三绝缘层，所述第三绝缘层设置于所述第二绝缘层远离所述第一绝缘层的一个端面上；所述第三绝缘层远离所述第二绝缘层的一个端面上连接所述接地电极；
[0040] 所述第二绝缘层与所述第一绝缘层、所述第三绝缘层的连接处开设通孔。
[0041] 在其中的一个实施例中，第一绝缘层的厚度为0.13mm；
[0042] 所述第二绝缘层的厚度为0.25mm；
[0043] 所述第三绝缘层的厚度为0.13mm；
[0044] 所述高压电位为2kV。
[0045] 一种基于上述电路的变压器的短气隙放电识别方法，所述方法包括：
[0046] S1：将待检测的变压器绝缘部的气隙以及所述待检测的变压器绝缘部的工作条件等效为气隙模型；
[0047] S2：利用所述变压器的短气隙放电识别电路对所述气隙模型进行检测，获取所述气隙模型的局部放
电信号的脉冲波形；
[0048] S3：利用预先构建的单指数衰减振荡函数拟合所述脉冲波形，获取所述脉冲波形的局部放电参数。
[0049] 在其中的一个实施例中，所述S3中，所述预先构建的单指数衰减振荡函数包括：
[0050] 单指数衰减函数和单指数衰减振荡函数；
[0051] 所述单指数衰减函数为
[0052] 所述单指数衰减振荡函数：
[0053] 其中，s(t)为所述气隙模型的局部放电信号的脉冲，A为所述气隙模型的局部放电信号的信号幅值，t0为所述气隙模型的局部放电信号的发生时间，τ为所述气隙模型的局部放电信号的衰减系数，fc为所述气隙模型的局部放电信号的放电主
频率，t∈[1,T]，T为所述气隙模型的局部放电信号持续时间。
[0054] 在其中的一个实施例中，所述S3包括：
[0055] 当所述脉冲波形和所述预先构建的单指数衰减振荡函数中的任意一个函数的拟合系数大于预设
阈值时，则所述预先构建的单指数衰减振荡函数中的参数值为实际变压器绝缘部气隙放电的参数值。
[0056] 在其中的一个实施例中，所述预设阈值为0.9。
[0057] 一种变压器的短气隙放电识别系统，所述系统包括：
[0058] 等效模
块，用于将待检测的变压器绝缘部的气隙以及所述待检测的变压器绝缘部的工作条件等效为气隙模型；
[0059] 第一获取模块，用于利用所述变压器的短气隙放电识别电路对所述气隙模型进行检测，获取所述气隙模型的局部放电信号的脉冲波形；
[0060] 第二获取模块，用于利用预先构建的单指数衰减振荡函数拟合所述脉冲波形，获取所述脉冲波形的局部放电参数。
[0061] 本
申请的实施例提供一种变压器的短气隙放电识别电路、方法及系统。所述电路包括：指数波激励源。电阻R，所述电阻R的一端与所述指数波激励源的一个输出端连接。气隙模型，所述气隙模型的高压电极与所述电阻R的另一端连接；所述气隙模型的接地电极与所述指数波激励源的另一个输出端连接。电容Ck，所述电容Ck的一端与所述电阻R的另一端连接。阻抗Zm，所述阻抗Zm的一端与所述电容Ck的另一端连接，所述阻抗Zm的另一端与所述指数波激励源的另一个输出端连接。局部放电检测仪，所述局部放电检测仪的一端连接于所述电容Ck和所述阻抗Zm的连接点处。脉冲波形显示部，所述脉冲波形显示部与所述局部放电检测仪的另一端连接。其中，所述气隙模型为待检测变压器绝缘部的等效模型。基于本申请实施例提供的技术方案，将指数波激励源作为激励源对变压器绝缘部的气隙模型进行检测，能够准确的反应气隙放电的放电参数。
附图说明
[0062] 图1为本申请实施例提供的一种变压器的短气隙放电识别电路的电路图；
[0063] 图2为本申请实施例提供的指数波激励源的电路图；
[0064] 图3为本申请实施例提供的指数波激励源中晶闸管阀的控制时序图；
[0065] 图4为本申请实施例提供的气隙模型结构示意图；
[0066] 图5为本申请实施例提供的一种变压器的短气隙放电识别方法
流程图；
[0067] 图6为本申请实施例提供的指数波作用下气隙模型符合指数震荡衰减的局部放电的时域波形图；
[0068] 图7为本申请实施例提供的指数波作用下气隙模型符合指数衰减的局部放电的时域波形图；
[0069] 图8为本申请实施例提供的一种变压器的短气隙放电识别系统的结构示意图。
[0070] 附图标号：
[0071] 指数波激励源10
[0072] 高压生成电路110
[0073] 高压调整电路120
[0074] 气隙模型20
[0075] 接地电极21
[0076] 高压电极22
[0077] 绝缘气隙模拟部23
[0078] 第一绝缘层231
[0079] 第二绝缘层232
[0080] 第三绝缘层233
[0081] 局部放电检测仪30
[0082] 脉冲波形显示部40
具体实施方式
[0083] 为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不局限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
[0084] 需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。
[0085] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的
说明书中使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0086] 如图1所示，为了提高变压器绝缘部微小气隙的检测
精度，本申请的一个实施例中提供一种变压器的短气隙放电识别电路，所述电路包括：指数波激励源10，电阻R，气隙模型20，电容Ck，阻抗Zm，局部放电检测仪30以及脉冲波形显示部40。所述电阻R的一端与所述指数波激励源10的一个输出端连接。所述气隙模型20的高压电极与所述电阻R的另一端连接。
所述气隙模型20的接地电极与所述指数波激励源10的另一个输出端连接。所述电容Ck的一端与所述电阻R的另一端连接。所述阻抗Zm的一端与所述电容Ck的另一端连接，所述阻抗Zm的另一端与所述指数波激励源10的另一个输出端连接。所述局部放电检测仪30的一端连接于所述电容Ck和所述阻抗Zm的连接点处。所述脉冲波形显示部40与所述局部放电检测仪30的另一端连接。其中，所述气隙模型20为待检测变压器绝缘部的等效模型，所述脉冲波形显示部40可以为电脑相关
软件的界面，也可以为示波器等。在本实施例中，所述电容Ck的取值可以为400pF，所述电阻R的取值可以为10kΩ。
[0087] 具体的，将待检测变压器绝缘部等效为气隙模型20，将所述气隙模型20通过本实施例中的变压器的短气隙放电识别电路。在脉冲波形显示部40可获取气隙模型20的局部放电信号的脉冲波形，即为检测变压器的局部放电信号的脉冲波形。本实施例通过将变压器的短气隙放电识别电路中的交流正弦激励电源或者正负极性的直流高电压激励电源替换为指数波交流源，使该识别电路能够检测到变压器微小的气隙缺陷，提高了识别的精确性。
[0088] 如图2所示，在其中的一个实施例中，所述指数波激励源10包括：
[0089] 依次连接的高压生成电路110和高压调整电路120。所述高压生成电路110用于将低压交流电转换成高压交流电。所述高压调整电路用于将所述高压生成电路输出的高压交流电进行整流滤波，获取满足为所述气隙模型供电的电信号。
[0090] 所述高压生成电路110包括：交流源，初级自耦变压器T1，第一晶闸管阀(IGBT1)，第二晶闸管阀(IGBT2)以及高频变压器T2。所述初级自耦变压器T1的原边绕组与所述交流源连接。所述第一晶闸管阀(IGBT1)的集电极与所述初级自耦变压器T1的滑动触头连接。所述第二晶闸管阀(IGBT2)的集电极与所述第一晶闸管阀(IGBT1)的发射极连接，所述第二晶闸管阀(IGBT2)的发射极连接于所述初级自耦变压器T1的副边绕组和所述交流源的连接点处。所述高频变压器T2的原边绕组的一端与所述第二晶闸管阀(IGBT2)的发射极连接，所述高频变压器T2的原边绕组的另一端于所述第二晶闸管阀(IGBT2)的集电极连接，所述高频变压器T2的副边绕组与所述高压调整电路120连接。
[0091] 所述高压调整电路120包括：第三晶闸管阀(IGBT3)，二极管D1，第四晶闸管阀(IGBT4)，二极管D2，电阻R1，电容Cf以及电阻Rc。所述第三晶闸管阀(IGBT3)的集电极与所述高压生成电路110的一端连接。所述二极管D1的正极与所述第三晶闸管阀(IGBT3)的发射极连接。所述第四晶闸管阀(IGBT4)的发射极与所述第三晶闸管阀(IGBT3)的集电极连接。所述二极管D2的负极与所述第四晶闸管阀(IGBT4)的集电极连接，所述二极管D2的正极与所述二极管D1的负极连接。所述电阻R1的一端与所述二极管D2的正极连接。所述电容Cf的负极与所述高压生成电路110的另一端同时接地，且该接地点为所述高压调整电路120的一个输出端；所述电容Cf的正极与所述电阻R1的另一端连接。所述电阻Rc的一端与所述电容Cf的正极连接，所述电阻Rc的另一端为所述高压调整电路120的另一个输出端。
[0092] 具体的，所述交流源为工频电源。所述电阻R1为限流电阻，可以防止气隙模型20在充电或放电开始的瞬间产生过大的
电流，损坏绝缘系统。所述二极管D1和所述二极管D2均为整流
硅堆，在充电的过程中起到半波整流的作用，以获得直流电压；在放电的过程中可以为气隙模型20提供放电回路。所述电容Cf为滤波电容。所述电阻Rc可以为阻值可变的
电阻器，例如滑动变阻器，用于调节气隙模型20充放电的快慢。所述第一晶闸管阀(IGBT1)控制所述高频变压器T2输入电压的通断。当所述气隙模型20放电时，导通所述第一晶闸管阀(IGBT1)，可以起到变压器磁芯去饱和的作用。所述第一晶闸管阀(IGBT1)和第二晶闸管阀(IGBT2)控制正向或反向指数波电压的产生。
[0093] 如图3所示，从上到下依次为所述指数波激励源10中第三晶闸管阀(IGBT3)的控制逻辑，第四晶闸管阀(IGBT4)的控制逻辑，第一晶闸管阀(IGBT1)的控制逻辑和第二晶闸管阀(IGBT2)的控制逻辑和指数波激励源10的
输出电压波形。图3中，高电平表示
开关导通，低电平表示开关关断。其中，所述第一晶闸管阀(IGBT1)和所述第二晶闸管阀(IGBT2)的开关周期为T/2，占空比为0.5。所述第三晶闸管阀(IGBT3)和所述第四晶闸管阀(IGBT4)的开关周期为T，占空比为0.5。
[0094] 在t0-t1阶段，第一晶闸管阀(IGBT1)和第三晶闸管阀(IGBT3)闭合，第二晶闸管阀(IGBT2)和第四晶闸管阀(IGBT4)断开。此时高频变压器T2接通电源并输出高压通过第三晶闸管阀(IGBT3)、二极管D1、电阻R1和电阻Rc，对气隙模型20进行正向充电。
[0095] 在t1-t2阶段，第二晶闸管阀(IGBT2)和第四晶闸管阀(IGBT4)闭合，第一晶闸管阀(IGBT1)和第三晶闸管阀(IGBT3)断开。此时高频变压器T2原边短接，气隙模型20通过电阻R1和电阻Rc、第四晶闸管阀(IGBT4)和二极管D2形成反向放电回路。
[0096] 在t2-t3阶段，第一晶闸管阀(IGBT1)和第四晶闸管阀(IGBT4)闭合，第二晶闸管阀(IGBT2)和第三晶闸管阀(IGBT3)断开，此时高频变压器T2接通电源并输出高压通过第四晶闸管阀(IGBT4)、二极管D2、电阻R1和电阻Rc，对气隙模型20进行反向充电。
[0097] 在t3-t4阶段，第二晶闸管阀(IGBT2)和第三晶闸管阀(IGBT3)闭合，第二晶闸管阀(IGBT2)和第四晶闸管阀(IGBT4)断开，气隙模型20通过电阻R1和电阻Rc、第三晶闸管阀(IGBT3)和二极管D1形成正向放电回路。
[0098] 如图4所示，在其中的一个实施例中，所述气隙模型20包括：接地电极21，高压电极22和绝缘气隙模拟部23。所述高压电极22与所述接地电极21间隔设置；所述高压电极22用于与高压电位连接。所述绝缘气隙模拟部23设置于所述接地电极21和所述高压针电极22之间。所述绝缘气隙模拟部23用于模拟待检测变压器绝缘部的气隙。所述绝缘气隙模拟部23包括：第一绝缘层231，第二绝缘层232和第三绝缘层233。所述第一绝缘层231与所述高压电极22连接。所述第二绝缘层232设置于所述第一绝缘层231远离所述高压电极22的一个端面上。所述第三绝缘层233设置于所述第二绝缘层232远离所述第一绝缘层231的一个端面上；
所述第三绝缘层233远离所述第二绝缘层232的一个端面上连接所述接地电极21。所述第二绝缘层232与所述第一绝缘层231、所述第三绝缘层233的连接处开设通孔234。
[0099] 其中，所述第一绝缘层231和所述第三绝缘层233可以为0.13mm厚度的油浸绝缘纸。所述第二绝缘层232可以为0.25mm厚度的油浸绝缘纸。为了模拟待测变压测绝缘部的扁平气隙，可以在所述第二绝缘层232的中间
位置裁出一个直径为5mm的圆形气隙。所述高压电位可以设为2kV。
[0100] 如图5所示，基于上述实施例中变压器的短气隙放电识别电路，本实施例提供一种变压器的短气隙放电识别方法，所述方法包括：
[0101] S1：将待检测的变压器绝缘部的气隙以及所述待检测的变压器绝缘部的工作条件等效为气隙模型；
[0102] S2：利用所述变压器的短气隙放电识别电路对所述气隙模型进行检测，获取所述气隙模型的局部放电信号的脉冲波形；
[0103] S3：利用预先构建的单指数衰减振荡函数拟合所述脉冲波形，获取所述脉冲波形的局部放电参数。
[0104] 通过本实施例提供的技术方案，将指数波激励源作为激励源对变压器绝缘部的气隙模型进行检测，能够准确的反应气隙放电的放电参数。
[0105] 在其中的一个实施例中，指数波激励源作用下变压器的局部放电的放电形式一般包括单指数衰减及衰减振荡两类局放信号。其中，气隙模型采用单指数衰减振荡函数来拟合指数波局部放电信号。因此，所述S3中，所述预先构建的单指数衰减振荡函数包括：单指数衰减函数和单指数衰减振荡函数和单指数衰减振荡函数。所述单指数衰减函数为所述单指数衰减振荡函数：其中，s(t)为所述气隙模型的局部放电信号的脉冲，A为所述气隙模型的局部放电信号的信号幅值，t0为所述气隙模型的局部放电信号的发生时间，τ为所述气隙模型的局部放电信号的衰减系数，fc为所述气隙模型的局部放电信号的放电主频率，t∈[1,T]，T为所述气隙模型的局部放电信号持续时间。
[0106] 在其中的一个实施例中，所述S3包括：当所述脉冲波形和所述预先构建的单指数衰减振荡函数中的任意一个函数的拟合系数大于预设阈值时，则所述预先构建的单指数衰减振荡函数中的参数值为实际变压器绝缘部气隙放电的参数值。其中，所述预设阈值可以为0.9。例如，如图6所示为气隙模型的局部放电信号的脉冲的典型特征量fc＝1MHZ、A＝1、τ＝2μs时的波形，此时，符合单指数衰减振荡函数。再例如，如图7所示为气隙模型的局部放电信号的脉冲的典型特征量A＝1、τ＝5μs时的波形，此时，符合单指数衰减函数。
[0107] 如图8所示，本实施例提供一种变压器的短气隙放电识别系统，所述系统包括：等效模块，用于将待检测的变压器绝缘部的气隙以及所述待检测的变压器绝缘部的工作条件等效为气隙模型。第一获取模块，用于利用所述变压器的短气隙放电识别电路对所述气隙模型进行检测，获取所述气隙模型的局部放电信号的脉冲波形。第二获取模块，用于利用预先构建的单指数衰减振荡函数拟合所述脉冲波形，获取所述脉冲波形的局部放电参数。
[0108] 所述第二获取模块，具体用于当所述脉冲波形和所述预先构建的单指数衰减振荡函数中的任意一个函数的拟合系数大于预设阈值时，则所述预先构建的单指数衰减振荡函数中的参数值为实际变压器绝缘部气隙放电的参数值。
[0109] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0110] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
