CN108713151B - 噪声信号存在时检测局部放电脉冲的处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请描述了在噪声信号存在的情况下检测局部放电脉冲的处理装置(2)，包括：第一检测器(3)，配置为从电气对象(1，6)的第一区域(9)检测电磁脉冲信号(P_INT；P_EX2)并且生成代表电磁脉冲信号的第一检测事件的第一电气脉冲(P₁)；第二检测器(4)，配置为从电气对象(1，6)的第二区域(10)检测电磁脉冲信号并且生成与电磁脉冲信号的第二检测事件相关联的第二电气脉冲(P₂)；时间计算模块(17)，配置为测量第一检测事件与第二检测事件之间的时间间隔(T_d1；T_d2)；以及连接到时间计算模块(17)的处理模块(18)。处理模块(18)配置为：比较测量的时间间隔(T_d1；T_d2)与时间阈值(TH_t)；如果测量的时间间隔(T_d1)低于时间阈值(TH_t)，将电磁脉冲信号(P_INT)关联到在电气对象(1，6)内部在第一区域(9)与第二区域(10)之间生成的局部放电脉冲；以及如果测量的时间间隔(T_d2)等于或者大于所述时间阈值(TH_t)，将电磁脉冲信号(P_EX2)关联到在电气对象(1，6)外部生成的噪声信号。

Description

噪声信号存在时检测局部放电脉冲的处理装置和方法

技术领域

本申请涉及用于识别电气部件和系统中的局部放电的处理装置和方法，诸如：中压或高压缆线、缆线接头、架空线路绝缘子、中压和高压切换面板箱、使用GIS(气体绝缘开关设备)的高压和超高压缆线以及可以观察到局部放电的其他电气装置。

背景技术

术语“局部放电”(PD)意指在各种类型的缺陷存在的情况下，在电子部件的介电(绝缘)材料中发生的电荷的不希望的重组，最终导致介电破坏。这里，脉冲电流在介电材料的部分中生成并且使得电磁脉冲信号传播通过相关电子系统的功率或者接地缆线，并且通过各种周围介质(介电材料、金属、空气等)辐射。

根据目前工艺水平，通过采用连接在或者位于测试中的部件附近的传感器检测脉冲信号来执行PD测量。由传感器收集的脉冲信号由电子设备获取，电子设备通常包括高速数字数据采集级和数据存储模块、通信和后置处理(分析)设备。

执行PD测量的困难在于真实PD脉冲与经常由与PD非常类似的脉冲构成的外部噪声之间的可靠辨别。根据一种方法，在交流(AC)系统中，检测到的脉冲与向测试中的部件供电的电压的相位相关：因为真实PD主要以特定相位间隔起源，有可能突出它们(代替地，噪声倾向于同等地分散在每个相位角)。称作“相位分辨PD模式”的这种已知技术意味着连同PD信号一起(通过使用专用传感器)测量和获取电压相位角。相位分辨PD模式方法不能够在直流(DC)系统中使用，在直流系统中电压是恒定的而不是正弦曲线的，所以检测不到相位基准。

用来辨别PD与噪声的其他方法基于相位波形的分析，借助于特征提取和聚类算法。这些方法意味着以非常高的采样率采集大量的脉冲(其中许多是噪声)，所以需要复杂且昂贵的硬件。

文献WO2013/185820描述一种局部放电采集和分析设备，构造为检测代表供应电压相位角的同步信号并且执行由传感器获取的脉冲的特征的提取。根据该现有技术文献提取的脉冲特征是：峰值和极性、相位、能量、持续时间和Weibull参数的粗略估计。

文献EP2411823公开一种在具有伸长几何形状的电子装置中定位在放电位置发生的局部放电的方法。局部放电是从放电位置沿着装置在相反方向上传播的相应电脉冲。此外，方法包括：对于相关子集对，选择以相同时间间隔在不同传感器中检测的至少一对同源脉冲；以及计算放电位置与传感器之间的距离。

文献JPH01184474涉及一种定位局部放电发生的位置而不受外部噪声影响的技术。方法基于由排列在具体位置的电场光学传感器检测由将要测量的缆线的局部放电生成的电场脉冲，并且根据沿着与光学传感器连接的光纤传播的信号的级别(level)和到达时间差定位局部放电的位置。使用沿着缆线放置的多个传感器，从一个电场光学传感器与另一个电场光学传感器之间的到达时间差中找到局部放电发生位置。

发明内容

申请人观察到已知的局部放电采集方法实现辨别局部放电脉冲与外部噪声的复杂技术，并且特别地，可用于辨别AC电气系统中的噪声的现有技术方法中的一些不能够在DC电气系统中使用。

申请人发现在所监控的电气对象内部生成的局部放电脉冲与在所监控的电气对象外部生成的噪声的辨别可以基于包括在放置于电气对象的不同区域的两个检测器处发生的检测事件之间的时间间隔的测量。

根据第一方面，本发明涉及用于在噪声信号存在的情况下检测局部放电脉冲的处理装置，包括：

第一检测器，被配置为从电气对象的第一区域检测电磁脉冲信号，并且生成与电磁脉冲信号的第一检测事件相关联的第一电气脉冲；

第二检测器，被配置为从电气对象的第二区域检测电磁脉冲信号，并且生成与电磁脉冲信号的第二检测事件相关联的第二电气脉冲；

时间计算模块，被配置为测量包括在第一检测事件与第二检测事件之间的时间间隔；

处理模块，连接到时间计算模块，被配置为：

比较测量的时间间隔与时间阈值；

如果测量的时间间隔低于时间阈值，将电磁脉冲信号关联到在电气对象内部在第一区域与第二区域之间生成的局部放电脉冲；以及

如果测量的时间间隔等于或者大于所述时间阈值，将电磁脉冲信号关联到在电气对象外部生成的噪声信号。

使用术语“区域”，它意思是电气对象上或者接近电气对象的区或者点，从那里在电气对象内部传播的电磁信号可以从外部检测到。

根据实施例，处理装置还包括：

第一转换设备，被配置为接收第一电气脉冲并且在第一检测时间生成第一时间信号；

第二转换设备，被配置为接收第二电气脉冲并且在第二检测时间生成第二时间信号；

以及时间计算模块被配置为测量包括在第一检测时间与第二检测时间之间的时间间隔。

优选地，所述第一转换设备包括第一电压比较器，构造为比较第一电气脉冲与电压阈值，并且生成第一时间信号：

-如果第一电气脉冲的电压大于电压阈值，采用第一逻辑电平，以及

-如果第一电气脉冲的电压等于或者低于电压阈值，采用第二逻辑电平。

优选地，第二转换设备包括第二电压比较器，构造为比较第二电气脉冲与电压阈值，并且生成第二时间信号：

-如果第二电气脉冲的电压大于电压阈值，采用第一逻辑电平，以及

-如果第二电气脉冲的电压等于或者低于电压阈值，采用第二逻辑电平。

特别地，所述第一电压比较器和第二电压比较器是快速比较器。

优选地，所述第一检测器和第二检测器的每个包括下面的传感器设备的一个：高频率电流变换器、电容耦合器、天线传感器、电磁传感器。特别地，所述第一检测器和第二检测器的每个是具有5MHz至20MHz的频率响应的有源电磁传感器。

有利地，处理模块被配置为计数相应测量的时间间隔低于时间阈值的多个电磁脉冲信号的数量并且比较所述数量和基准值。

优选地，时间计算模块包括时间到数字转换器电路，并且被配置为在数字值的形式下生成所述时间间隔。特别地，时间到数字转换器电路被配置为：

当第一时间信号由时间到数字转换器电路接收到时，开始时间间隔的计算；

当第二时间信号由时间到数字转换器电路接收到时，停止时间间隔的计算。

根据实施例，时间到数字转换器电路包括接收所述第一时间信号的第一输入端口和接收所述第二时间信号的第二输入端口。有利地，时间到数字转换器电路示出包括在0.01ns与10ns之间的时间分辨率。

处理装置还包括存储模块，存储模块连接到处理模块并且被配置为存储当测量的时间间隔低于阈值时代表已经检测到局部放电脉冲的检测数字值。

根据第二方面，本发明涉及在噪声信号存在的情况下检测局部放电脉冲的处理方法，方法包括步骤：

-提供将要监控的电气对象，

-从电气对象的第一区域检测电磁脉冲信号，并且生成代表电磁脉冲信号的第一检测事件的相应第一电气脉冲；

-从电气对象的第二区域检测电磁脉冲信号，并且生成代表电磁脉冲信号的第二检测事件的相应第二电气脉冲；

-测量包括在第一检测事件与第二检测事件之间的时间间隔；

-比较测量的时间间隔与阈值；

-如果测量的时间间隔低于阈值，将电磁脉冲信号关联到在电气对象中在第一区域与第二区域之间生成的局部放电脉冲；以及

-如果测量的时间间隔等于或者高于阈值，将电磁脉冲信号关联到噪声信号。

有利地，局部放电处理方法还包括：

-将第一电气脉冲转换成代表第一检测时间的第一时间信号；

-将第二电气脉冲转换成代表第二检测时间的第二时间信号；

以及其中测量时间间隔的步骤包括：

评估包括在第一检测时间与第二检测时间之间的间隔。

有利地，将要监控的电气对象包括直流操作的电气对象。

附图说明

进一步的特性和优点将从下面经由示例、参考附随附图给出的优选实施例的描述中更加明显，其中：

图1示出可用于监控电气对象的局部放电检测装置的实施例；

图2示出可由所述局部放电检测装置采用的信号处理模块的示例；

图3和图4涉及使用所述局部放电检测装置可实现的辨别外部噪声与局部放电的方法的示例；

图5示意地示出特定局部放电检测和警报生成方法的流程图；

图6示出可以从中选择电压阈值的几个可能级别；

图7示出检测到的脉冲在不同脉冲类型中的分布的示例。

具体实施方式

图1示出电气对象1和局部放电检测装置2，局部放电检测装置2包括第一检测器3、第二检测器4和信号处理模块5。电气对象1可以是能够产生局部放电电磁脉冲的部件、设备、装置或者系统，并且作为示例是：中压或高压缆线、缆线接头、架空线路绝缘子、中压或高压切换面板箱、使用GIS(气体绝缘开关设备)的高压和超高压缆线、电动机、发电机或者中压或高压变压器等。电气对象1可以是AC或者DC电气对象。根据图1中所示的特定示例，电气对象1是将第一缆线7与第二缆线8连接的缆线接头6。第一缆线7和第二缆线8作为示例可以是HVAC(高压交流)缆线。

局部放电检测装置2被构造为通过检测局部放电脉冲并且将它们与由于外部噪声的电气脉冲相辨别来监控缆线接头6的状态。外部噪声可以是在电气对象1外部的环境中生成或者在电气对象1内部但是在包括所监控的缆线接头6的测量部分外部生成，由于或者不是由于局部放电现象的任何信号。

第一检测器3和第二检测器4被配置为检测电磁脉冲并且生成提供到信号处理模块5的相应电信号。第一检测器3和第二检测器4的每一个可以是或者可以包括被配置为将电磁脉冲转换成电气脉冲的相应传感器。第一检测器3和第二检测器4可以是无源传感器，或者优选地，有源传感器，例如提供有有源本地电子放大器的传感器。

特别地，第一检测器3和/或第二检测器4可以是下面的传感器设备的一个：高频电流变换器、电容耦合器、天线传感器、电磁传感器。图1中所示的第一检测器3和第二检测器4作为示例是有源电磁传感器。

作为示例，第一检测器3和第二检测器4示出包括在1MHz与100MHz之间的各自带宽B。优选地，带宽B包括在5MHz与25MHz之间。根据特定的实施例，第一检测器3和第二检测器4可以由如在专利申请PCT/EP2014/060141中描述的电场传感器实现。该电场传感器包括第一导电电极和第二导电电极(未示出)。例如，电极由各自的导电板片，诸如，作为示例，厚度低于0.05mm，优选地包括在0.01mm与0.05mm之间的金属板片制成。根据示例，电场传感器的第一电极和第二电极具有扁平矩形或者四边形形状。

如图1中所示，第一检测器3和第二检测器4以这种方式放置：使得从电气对象1的不同区域检测电磁脉冲信号。特别地，放置第一检测器3与进入缆线接头6的第一缆线7的部分的第一区域9接触或者接近，并且放置第二检测器4与退出缆线接头6的第二缆线8的部分的第二区域10接触或者接近：使用这种排列，缆线接头6包括在第一区域9与第二区域10之间，并且第一检测器3和第二检测器4接近缆线接头6。在这个示例中，第一区域9和第二区域10对应于将要监控的电气部件的端口，亦即，缆线接头6的输入端口和输出端口。

作为示例，如果电气对象1是缆线封端，第一区域9可以是缆线进入封端的输入端口，并且第二区域10可以是接地连接或者汇流条。根据另一个实施例，如果电气对象1是三相机(变压器、电动机或者发电机)，三相输入(或者输出)的一个和接地连接可以用作第一区域9和第二区域10。同样，气体绝缘开关设备示出用作第一区域9和第二区域10的几个端口以排列第一检测器3和第二检测器4。应当注意，在一些情况下，可以使用多于两个检测器。作为示例，为了监控三相机，可以采用每个相位一个检测器以便单独地监控每个相位。

第一检测器3由第一信号缆线12连接到信号处理模块5的第一输入11，并且第二检测器4由第二信号缆线14连接到信号处理模块5的第二输入13。优选地，第一信号缆线12和第二信号缆线14具有包括在1m-50m，特别地1m-10m范围内的相同长度，但是在特殊情况下，信号缆线可以长达1km(例如，用于监控海底缆线分段和接头)。

信号处理模块5被构造为接收来自第一检测器3和第二检测器4的电信号，并且处理它们以便将检测到的信号关联到在缆线接头6内部在第一区域9与第二区域10之间生成的局部放电脉冲，或者关联到在第一区域9和第二区域10外部生成的噪声信号。

局部放电检测装置2可以包括被配置为将电气功率提供到信号处理模块5的功率供应模块。功率供应模块可以包括电池、连接到低压电网的功率适配器或者优选地磁能量收割机15，如图1中所示。磁能量收割机15是从第一缆线7提取电气能量并且将它经由供应缆线16传输到信号处理模块5的磁性线圈(作为电流变换器而操作)。根据实施例，磁能量收割机15和信号处理模块5可以集成在一起以形成永久地安装或者甚至集成在电气对象1上的单个设备：作为示例，这种解决方案对于HV和MV缆线接头的监控是优选的。

根据优选实施例，磁能量收割机15是电流变换器并且包括夹紧在第一缆线7或者第二缆线8上的铁磁材料的环形线圈。环形线圈具有大约100个线圈并且当大约50A至1000A的电流在电气对象1中流动时能够生成3V至20V的电压。所生成的电压由特定功率供应电路(未示出)整流和调节。作为示例，信号处理模块5的功率消耗小于平均100mW，最大部分用于通信接口(活跃时具有2W的峰值)。

图2示出包括时间计算模块17以及控制和处理模块18的信号处理模块5的特定实施例。时间计算模块17被配置为从由第一检测器3和第二检测器4在各自的第一检测事件和第二检测事件检测的电气脉冲中测量包括在第一检测事件与第二检测事件之间的时间间隔T_D。控制和处理模块18被配置为比较测量的时间间隔T_D与至少一个时间阈值TH_t以将检测到的电气脉冲关联到局部放电脉冲或者关联到噪声。时间阈值TH_t在其间设置的可能级别在下面参考图6中所示示例的描述中详细地公开。

特别地，时间计算模块17提供有连接到第一信号缆线12的第三输入19和连接到第二信号缆线14的第四输入20。时间计算模块17包括时间到数字转换器(TDC)电路，TDC电路被构造为测量包括在第三输入19(或者第四输入20)处接收的电气信号的到达时间与第四输入20(或者第三输入19)处接收的另一个电气信号的另一个到达时间之间的时间间隔。作为示例，TDC电路17被配置为通过执行由在它的一个输入处接收的起始信号触发并且由随后接收到的信号停止的时间计数来测量时间间隔。时间计算模块17可以由市售TDC集成电路或者在FPGA(现场可编程门阵列)中实现。TDC电路17被配置为在第一输出21上提供在数字值的形式下代表测量的时间间隔T_D的输出信号。

优选地，所采用的TDC电路17示出包括在0.01ns与10ns之间的分辨率，更优选地，分辨率包括在0.01ns与1ns之间；更加优选地，分辨率在0.01ns-0.5ns的范围中。根据示例，TDC电路17示出没有停歇时间(dead-time)的5μs的最大计数间隔以及大约16位的计数分辨率。对于期望低于100ns的最大范围的具体应用(例如，对于将要监控的非常短的电气部件)，也可以采用低于8位的计数分辨率。

控制和处理模块18被配置为接收代表测量的时间间隔T_D的信号并且将它与时间阈值TH_t比较以确定检测到局部放电还是噪声。时间阈值TH_t对应于由在第一区域9生成并且沿着缆线接头6传播到达第二区域10(或者反之亦然)的电气脉冲使用的传播时间。时间阈值TH_t的值可以在理论上评估或者可以通过使用第一检测器3和第二检测器4实验地测量。

根据比较步骤的结果，控制和处理模块18被配置为如果测量的时间间隔T_D低于时间阈值TH_t，将检测到的电磁脉冲信号关联到在缆线接头6内部在第一区域9与第二区域10之间生成的局部放电脉冲。相反地，如果测量的时间间隔T_D等于/大于所述时间阈值TH_t，控制和处理模块18将检测到的电磁脉冲信号关联到在缆线接头6外部生成的噪声信号。

此外，控制和处理模块18被配置为生成传输到时间计算模块17的控制信号S_CNT。作为示例，控制信号S_CNT可以包括询问信号，控制和处理模块18使用询问信号触发由时间计算模块17执行的时间测量。作为示例，控制和处理模块18被配置为在10μs的测量窗口结束时向时间计算模块17要求测量数据。控制和处理模块18可以包括控制和处理单元(CPU)并且提供有存储器模块(未示出)以存储代表与时间阈值TH_t的比较步骤的结果的数字值。作为示例，控制和处理模块18借助于微控制器而实现。

根据图2中所示的示例，信号处理模块5还包括第一转换模块22和第二转换模块23。第一转换模块22被构造为从由第一检测器3提供的第一电气脉冲P₁中生成发送到时间计算模块17以指示第一检测事件在第一检测器3中发生的第一时间信号S_1t。第二转换模块23被构造为从由第二检测器4提供的第二电气脉冲P2中生成发送到时间计算模块17以指示第二检测事件在第二检测器4中发生的第二时间信号S_2t。

特别地，第一转换模块22包括第一电压比较器C_V1并且第二转换模块23包括第二电压比较器C_V2以执行与电压阈值TH_v的比较。根据特定的实施例，第一转换模块22还包括被构造为放大第一电气脉冲P₁并且将第一经放大的电气脉冲P_A1提供到第一电压比较器C_V1的第一电压放大器A1。第一电压比较器C_V1被配置为比较第一经放大的电气脉冲P_A1与电压阈值TH_V并且如果第一经放大的电气脉冲P_A1的电压大于电压阈值TH_V，则提供代表第一逻辑电平(例如，位1)的第一时间信号S_t1，或者如果第一经放大的电气脉冲P_A1的电压等于/低于电压阈值TH_V，则提供第二逻辑电平(亦即，位0)。第一电压比较器C_V1和第二电压比较器C_V2可以优选地由相应快速比较器实现。典型地，快速比较器是传播时间低于优选地5ns，输出时间低于优选地1ns的电压比较器。

第二转换模块23还包括被构造为放大第二电气脉冲P2并且将第二经放大的电气脉冲P_A2提供到第二电压比较器C_V2的第二电压放大器A2。第二电压比较器C_V2被配置为比较第二经放大的电气脉冲P_A2与电压阈值TH_V并且如果第二经放大的电气脉冲P_A2的电压大于电压阈值TH_V，则提供代表第二逻辑电平(例如，位1)的第二时间信号S_t2，或者如果第二经放大的电气脉冲P_A2的电压等于/低于电压阈值TH_V，则提供第二逻辑电平(亦即，位0)。

根据另一个示例，第一转换模块22和第二转换模块23可以分别包括在第一检测器3和第二检测器4中或者可以都包括在信号处理模块5中。根据所描述的示例，第一转换模块22和第二转换模块23具有将来自第一检测器3和第二检测器4的电气脉冲转换成适合于触发和停止由时间计算模块17执行的时间计算的二进制信号的功能。此外，第一电压比较器C_V1和第二电压比较器C_V2允许拒绝具有低振幅并且因而更可能由于外部噪声的电气脉冲，所以也显示出滤波功能。

控制和处理模块18被配置为生成提供到第一电压比较器C_V1和第二电压比较器C_V2以便设置电压阈值TH_v的第一调节信号S_R1和第二调节信号S_R2。特别地，第一调节信号S_R1和第二调节信号S_R2可以供给到第一电压比较器C_V1和第二比较器C_V2的各自负极端子，而第一经放大的电气脉冲P_A1和第二经放大的电气脉冲P_A2可以供给到相应第一电压比较器C_V1和第二比较器C_V2的正极端子。

根据特定的示例，信号处理模块5还提供有显示设备24和/或通信设备25。显示设备24被配置为将关于所监控的缆线接头6的状态的视觉反馈提供到用户。显示设备24可以是指示检测的情况(例如，正常、警告和警报)的LED(发光二极管)阵列，或者在显示所收集的数据的LCD(液晶显示)中。通信设备25被配置为将收集的数据传输到远程监控站(未示出)。通信设备25优选地是无线设备(提供有天线26)，诸如本地无线电频率接口(作为示例，可能的技术是：蓝牙、WiFi、LoRa)或者移动服务调制解调器，诸如GSM、3G或者LTE调制解调器。根据另一个实施例，通信设备25采用有线接口，诸如有线线路，例如，根据标准RS-485操作，包括铜线或者光纤。在一些实施例中，观察到磁能量收割机15和通信设备25可以集成在一起以形成可以永久地安装或者甚至集成在电气部件对象1上的单个设备：作为示例，这种解决方案非常适合于监控HV和MV缆线接头。

下面在本文中描述可以采用上面例示的局部放电检测装置2的处理布局放电信号的方法的示例。数值是为了清楚而不是以限制性方式提供。

图3示出包括到局部放电检测装置2中的模块/设备的仅一些并且参考外部电气脉冲P_EX2从包括在第一区域9与第二区域10之间的测量部分外部到达的情况。时间阈值TH_t固定为对应于由电气脉冲从第一区域9传播到第二区域10所需要的最大时间的值T_max(例如，T_max＝10ns)。

外部电气脉冲P_EX2在时间T₀到达第二检测器4，并且以相同的传播速度沿着第二缆线8、缆线接头6和第一缆线7继续前进。作为示例，如果传播速度是189m/μs(HV缆线的典型值)，并且测量部分是2m长，外部电气脉冲P_EX2花费大约10ns(亦即，1000 2/189)到达第一传感器3：根据示例，到达第一检测器3的时间T₁是T₁＝T₀+10ns。

当第二检测器4接收到外部电气脉冲P_EX2时，它生成第二电气脉冲P2(图2)，第二电气脉冲P2沿着第二信号缆线14传播并且由第二电压放大器A2放大以产生第二经放大的电气脉冲P_A2。第二电压比较器C_V2比较第二经放大的电气脉冲P_A2和电压阈值TH_V。根据所描述的示例，第二经放大的电气脉冲P_A2的振幅采用大于电压阈值TH_V的值并且第二电压比较器C_V2生成采用适合于在时间T₀’触发由TDC 17执行的时间计算的逻辑电平(例如，1)的第二时间信号S_2t。时间T₀’可以通过时间T₀加上延迟Δ(例如8ns)表示：T₀’＝T₀+Δ。延迟Δ由沿着第二信号缆线14的传播时间和其他项给出，诸如示例：第二检测器4的固有响应延迟和第二信号缆线14的实际长度的公差。

第一检测器3在时间T₁接收到外部电气脉冲P_EX2并且生成第一电气脉冲P1(图2)，第一电气脉冲P1沿着第一信号缆线12传播并且由第一电压放大器A₁放大以产生第一经放大的电气脉冲P_A1。第一电压比较器C_V1比较第一经放大的电气脉冲P_A1与电压阈值TH_V。根据所描述的示例，第一经放大的电气脉冲P_A1的振幅采用大于电压阈值TH_V的值并且第一电压比较器C_V1生成采用适合于在时间T₁’停止由TDC 17执行的时间计算的逻辑电平(例如，1)的第一时间信号S_1t。

时间T₁’可以通过时间T₁加上上述延迟Δ(例如，8ns)表示：T₁’＝T₁+Δ。假设延迟Δ对于沿着第一信号缆线12和第二信号缆线14的传播是相同的。这个第一时间信号S_1t在时间T₁’停止，时间计数在时间T₀’开始。第一时间信号S_1t和第二时间信号S_2t代表在第一检测器3和第二检测器4发生的长达小于延迟Δ的相应检测事件。

TDC 17计数包括在第一时间信号S_1t与第二时间信号S_2t的生成时间之间的间隔T_d1：

T_d1＝T₁’-T₀’＝(T₁+Δ)-(T₀+8ns)＝(T₀+10ns+Δ)-(T₀+8ns)＝10ns (1)

并且将相应的数字值T_d1提供到控制和处理模块18。控制和处理模块18比较测量的时间间隔T_dl与时间阈值T_max＝10ns并且确定测量的时间间隔T_d1等于时间阈值T_max并且因此将外部电气脉冲P_EX2关联到噪声信号，因为它导致在包括在第一区域9与第二区域10之间的测量部分外部生成。再次注意，术语噪声也可以指由于在电气对象1内部但是在包括在第一区域9与第二区域10之间的测量部分外部发生的局部放电现象的信号。

观察到如从表达式(1)中清楚看出，如果信号缆线具有相同的长度，由信号缆线12和14引入的延迟Δ被抵消。即使信号缆线12和14所示具有不同的长度，结果将是不修改随后检测算法的固定的时间偏移量。

图4参考内部电气脉冲P_INT在时间T₀在缆线接头6内部(例如，稍微靠左)生成的情况。脉冲P_INT在两个方向上传播并且在时间段ΔT₁(例如3ns)之后由第二检测器4接收，并且在时间段ΔT₂(例如7ns)之后由第一检测器3接收，假设相同的距离和传播速度。第一转换模块22和第二转换模块23以与上面参考图3例示的类似的方式操作。同样在这种情况下，在第一信号缆线12和第二信号缆线14中存在延迟Δ(例如，8ns)，并且第二时间信号S_t2在时间T₁’到达TDC 17，所以触发时间计数。第一时间信号S_t1在时间T₂’到达TDC 17，所以停止时间计数。

时间计数在T₁’开始：

T₁’＝T₀+ΔT₁+Δ (2)

并且在时间T₂’停止：

T₂’＝T₀+ΔT₂+Δ (3)

TDC 17计数包括在第一时间信号S_1t与第二时间信号S_2t的生成时间之间的间隔T_d2：

T_d2＝T₂’-T₁’＝(T₀+ΔT₁+Δ)-(T₀+ΔT₂+Δ)＝(T₀+7ns+Δ)-(T₀+3ns)＝

7ns–3ns＝4ns (4)

TDC 17将相应数字值T_d2提供到控制和处理模块18。控制和处理模块18比较测量的时间间隔T_d2与时间阈值T_max＝10ns并且确定测量的时间间隔T_d2低于时间阈值T_max并且因此将内部电气脉冲P_INT关联到包括在第一区域9与第二区域10之间的测量部分内部，并且特别地在缆线接头6内部生成的局部放电信号。

观察到，根据上面的描述，与在测量部分内部生成的局部放电信号相关联的电气脉冲和与噪声相关联的电气脉冲之间的辨别基于脉冲到达时间而执行，并且可以省略脉冲形状(亦即，波形)的分析或者检测。

图5示出代表由局部放电检测装置2可实现的局部放电检测和警报生成方法50的特定实施例，并且在象征性开始步骤51之后包括脉冲阈值设置步骤52以及测量和分析步骤53的流程图。

在脉冲阈值设置步骤52中，确定第一电压比较器C_V1和第二电压比较器C_V2的电压阈值TH_V。观察到电压阈值TH_V的适当确定允许优化敏感度和性能。因为应用条件可以从一种安装到另一种安装而极大地变化，脉冲阈值设置步骤52可以由在控制和处理模块18上运行的自动算法实现。

图6示出允许描述可以用来确定电压阈值TH_V的方案的示例的情况。在图6中，脉冲信号PD和NS的示例性趋势已经连同几个阈值级别一起示出：L_NO、L_INT、L_OPT、L_LW。如从图6中清楚的，如果阈值设置成非常高的级别L_NO，没有信号将胜过它，所以不能够检测到脉冲。降低阈值电压处于中等级别L_INT，一些脉冲可以跨越，或者来自外部源(噪声)或者来自PD(在一些情况下，PD级别高于外部脉冲，在其他情况下相反)。如果阈值设置成低级别L_LW，噪声引起非常频繁和随机的命中，所以不再可能检测到脉冲。必须注意，通常外部信号是具有某种重复频率的脉冲形状的干扰。代替地，噪声NS是由于干扰、电子噪声或者其他物理现象导致的连续随机信号。最佳阈值可以设置为级别L_OPT，其优选地高于噪声级别L_LW。作为示例，脉冲级别在从5mV至0.5V的范围变化，噪声级别低于5mV，而无信号级别高于0.5V/1V(然而这强烈依赖于所采用的传感器的类型)。

注意，为了设置最佳电压阈值，可以采用脉冲重复率的测量。特别地，申请人实验地观察到，真实PD脉冲具有在从每秒大约10至1.000的范围变化的已知重复率，外部脉冲通常具有更高的重复率，每秒大约100至10.000脉冲，并且代替地，噪声可以连续地触发局部放电检测装置2使得它的检测能力饱和(多于每秒100.000脉冲)。这些实验数据允许定位最佳电压阈值级别。

脉冲阈值设置步骤52包括将电压阈值设置为最大值THmax作为起始条件的第一设置步骤54，作为示例这个值可以在1V与5V之间。然后，脉冲阈值设置步骤52还包括下面的步骤：降低步骤55(亦即，逐步降低电压阈值)、第一脉冲收集步骤56和其中计算脉冲重复率RR的重复测量步骤57。

在降低步骤55中，渐进地降低电压阈值，如此限定当前电压阈值THi。第一脉冲收集步骤56通过计数由第一检测器3和第二检测器4两者检测的已经提供时间间隔T_D的脉冲数量N而执行，独立于所述时间间隔T_D的值。此外，从计数的脉冲数量N中，获得重复率RR，作为脉冲数量N与收集时间段之间的比值。

脉冲阈值设置步骤52还包括脉冲数量比较步骤57，其中重复率RR与最大值NPmax比较并且当前电压阈值THi与最小电压值THmin比较。如果重复率RR没有达到最大值NPmax并且可变电压阈值没有达到最小电压阈值THmin，反复地执行降低步骤55和第一脉冲收集步骤56。如果重复率RR达到最大值NPmax或者可变电压阈值TH_i达到最小电压阈值THmin，那么选择电压阈值的当前值TH_i作为在随后的测量和分析步骤53中使用的最终电压阈值THv。

作为示例，可以在每秒5.000至10.000脉冲的范围内选择重复率的最大值NPmax。可以选择最小电压阈值THmin作为防止进入噪声区域中的最小值：作为示例，它可以在从3至5mV的范围变化。

测量和分析步骤53包括第二脉冲收集步骤58，其中局部放电检测装置2如上面参考表达式(1)-(4)以及图3和图4描述的，通过计算时间间隔T_D执行电气脉冲的几次检测。在第二脉冲收集步骤58中，控制和处理模块18存储由脉冲的检测导致的数据，以便使用这些数据用于警报生成可以基于的统计分析。

特别地，在统计执行步骤59中，根据时间间隔T_D上的分布脉冲数量对检测的脉冲的数据进行分组。作为示例，图7示出四种脉冲类型之间脉冲数量N_P的时间间隔T_D上的可能统计分布：外部脉冲P_EX(具有外部脉冲数量：N_EX)、辐射或者固有噪声P_N(噪声脉冲数量：N_N)、内部脉冲P_INT(内部脉冲的数量：N_INT)。

根据图7的示例，来自测量部分外部和来自两个方向的外部脉冲P_EX示出最大检测数量N_EX。所以记录的时间间隔在大多数情况下将是基本上对应于时间阈值TH_t的最大值(Tmax或者-Tmax，取决于到达的方向)。接近于零的记录时间间隔的小数量N_N指的是由到达第一检测器3和第二检测器4的附近源辐射的噪声脉冲P_N。在真实PD脉冲P_INT的情况下，局部放电检测装置2检测到落在时间阈值Tmax与零之间的恒定时间间隔。

图7中所示的脉冲时间分布允许定位感兴趣的点。注意，因为可以容易地并且唯一地确定脉冲数量N_EX、N_N、内部N_INT的时间位置，控制和处理模块18可以自动地学习时间阈值Tmax，而不需要提供预先建立的值或者执行校准过程。

控制和处理模块18执行峰值搜索步骤60，其中它搜索位于外部峰值N_EX之间的内部峰值N_INT。峰值检测步骤60对应于比较计算的时间间隔值T_D与时间阈值Tmax。如果找到内部峰值(亦即，识别到局部放电信号)，它的振幅N_INT由控制和处理模块18在峰值比较步骤61中评估。在峰值比较步骤61中，控制和处理模块18比较由与时间阈值Tmax比较而导致的检测的脉冲的数量与固定限制Npdth，以评定这种检测的脉冲可以关联到在测量部分中生成的局部放电信号还是关联到噪声。

特别地，在峰值比较步骤61中，控制和处理模块18比较找到的峰值N_INT的高度与固定限制Npdth(作为示例，对于每秒测量，Npdth＝100-200)。如果峰值N_INT大于固定限制Npdth，在警报生成步骤62中触发警报。测量和分析步骤53连续地重复，以便确认或者更新警报状态。观察到，对于位于外部峰值N_EX之间的峰值N_N，峰值比较步骤61允许避免警报生成，因为N_N低于固定限制Npdth。

通过将最终电压阈值TH_v与重复率RR相关以及统计分布上峰值的存在，有可能估计脉冲振幅而不实际地测量它。事实上，如果电压阈值的小变化生成重复率RR的变化，它意味着存在大约那个高度的脉冲。如图7中描绘的，这些脉冲的性质(外部的、PD或者辐射的)可以从统计图表上的峰值位置中识别。进一步观察到，所有这些信息仅从脉冲时序中而不从脉冲形状中获得。

用于辨别局部放电和噪声的方法也可以用作噪声过滤技术，紧跟着可以在其上执行电气特征的完全分析的局部放电过滤脉冲的采集。

局部放电检测装置2允许以不复杂的方式辨别局部放电和噪声。此外，因为本发明的辨别方法不采用与电压供应相关联的相位信号，它可以有效地用于监控DC部件中的局部放电。

Claims (12)

1.一种用于在噪声信号存在的情况下检测局部放电脉冲的处理装置(2)，包括：

-第一检测器(3)，被配置为从电气对象(1，6)的第一区域(9)检测电磁脉冲信号(P_INT；P_EX2)，并且生成代表所述电磁脉冲信号的第一检测事件的第一电气脉冲(P₁)；

-第二检测器(4)，被配置为从所述电气对象(1，6)的第二区域(10)检测电磁脉冲信号，并且生成与所述电磁脉冲信号的第二检测事件相关联的第二电气脉冲(P₂)；

-时间计算模块(17)，被配置为测量所述第一检测事件与所述第二检测事件之间的时间间隔(T_d1；T_d2)；

-处理模块(18)，连接到所述时间计算模块(17)，被配置为：

将所测量的时间间隔(T_d1；T_d2)与时间阈值(TH_t)进行比较；

如果所测量的时间间隔(T_d1)低于所述时间阈值(TH_t)，将所述电磁脉冲信号(P_INT)关联到在所述电气对象(1，6)内部在所述第一区域(9)与第二区域(10)之间生成的局部放电脉冲；以及

如果所测量的时间间隔(T_d2)等于或者大于所述时间阈值(TH_t)，将所述电磁脉冲信号(P_EX2)关联到在所述电气对象(1，6)外部生成的噪声信号；

第一转换设备(22)，被配置为接收所述第一电气脉冲(P₁)并且在第一检测时间生成第一时间信号(S_1t)；

第二转换设备(23)，被配置为接收所述第二电气脉冲(P₂)并且在第二检测时间生成第二时间信号(S_2t)；

以及其中所述时间计算模块(17)被配置为测量包括在所述第一检测时间与第二检测时间之间的所述时间间隔(T_d1；T_d2)；其中：

所述第一转换设备(22)包括第一电压比较器(C_V1)，被构造为：

将所述第一电气脉冲(P1)与电压阈值(T_HV)进行比较，以及

生成所述第一时间信号(S_1t)，

-如果所述第一电气脉冲的电压大于所述电压阈值，采用第一逻辑电平，以及

-如果所述第一电气脉冲的电压等于/低于所述电压阈值，采用第二逻辑电平；

以及其中所述第二转换设备(23)包括第二电压比较器，被构造为：

将所述第二电气脉冲(P2)与所述电压阈值(T_HV)进行比较，以及

生成所述第二时间信号(S_2t)，

-如果所述第二电气脉冲的电压大于所述电压阈值，采用第一逻辑电平，以及

-如果所述第二电气脉冲的电压等于/低于所述电压阈值，采用第二逻辑电平；

其中所述处理模块(18)被配置为执行自动算法以根据电磁脉冲信号(P_INT；P_EX2)的脉冲重复率的测量确定所述电压阈值(T_HV)，

其中所述处理模块(18)被配置为执行脉冲阈值设置步骤(52)，其包括：

第一设定步骤(54)，其中电压阈值被设定为最大值(THmax)；

降低步骤(55)，其中电压阈值渐进地降低，如此限定当前电压阈值(Ti)；

脉冲收集步骤(56)，其中由第一检测器(3)和第二检测器(4)两者检测的多个脉冲在收集时间段内计数；

重复测量步骤，其中脉冲重复率(RR)被计算为脉冲数量和收集时间段之间的比值；

脉冲数量比较步骤，其中重复率(RR)与最大重复值(NPmax)进行比较，并且当前电压阈值(THi)与最小电压值(THmin)进行比较；

其中：

如果重复率(RR)没有达到最大重复值(NPmax)，并且当前电压阈值(Ti)没有达到最小电压值(THmin)，则降低步骤(55)和脉冲收集步骤(56)重复地执行；

如果重复率(RR)达到最大重复值(NPmax)，或当前电压阈值(Ti)达到最小电压值(THmin)，则选择当前电压阈值(Ti)作为电压阈值(THv)。

2.根据权利要求1所述的处理装置(2)，其中所述第一电压比较器和第二电压比较器是快速比较器。

3.根据权利要求1所述的处理装置(2)，其中所述第一检测器(3)和第二检测器(4)中的每个包括下面的传感器设备中的一个：高频率电流变换器、电容耦合器、天线传感器、电磁传感器。

4.根据权利要求1所述的处理装置(2)，其中所述第一检测器(3)和第二检测器(4)中的每个是具有5MHz至20MHz的频率响应的有源电磁传感器。

5.根据权利要求1所述的处理装置(2)，其中所述处理模块(18)被配置为：

对相应的所测量的时间间隔(T_d1)低于所述时间阈值(TH_t)的多个电磁脉冲信号的数量(N_INT)进行计数；

将所述数量(N_INT)和基准值(Npdth)进行比较。

6.根据权利要求1所述的处理装置(2)，其中所述时间计算模块(17)包括时间到数字转换器电路，并且被配置为在数字值的形式下生成所述时间间隔(T_d1；T_d2)。

7.根据权利要求6所述的处理装置(2)，其中所述时间到数字转换器电路被配置为：

当所述第一时间信号(S_1t)由所述时间到数字转换器电路接收到时，触发所述时间间隔的计算；

当所述第二时间信号(S_2t)由所述时间到数字转换器电路接收到时，停止所述时间间隔的计算。

8.根据权利要求7所述的处理装置(2)，其中所述时间到数字转换器电路包括接收所述第一时间信号(S_1t)的第一输入端口和接收所述第二时间信号(S_2t)的第二输入端口。

9.根据权利要求8所述的处理装置(2)，其中所述时间到数字转换器电路示出包括在0.01ns与10ns之间的时间分辨率。

10.根据权利要求1所述的处理装置(2)，还包括：

存储模块，连接到所述处理模块(18)并且被配置为如果所测量的时间间隔低于所述阈值，存储代表已经检测到所述局部放电脉冲的检测数字值。

11.一种在噪声信号存在的情况下检测局部放电脉冲的处理方法，所述方法包括以下步骤：

-提供要监控的电气对象(1，6)，

-从所述电气对象(1，6)的第一区域(9)检测电磁脉冲信号(P_INT；P_EX2)，并且生成与所述电磁脉冲信号的第一检测事件相关联的相应第一电气脉冲(P₁)；

-从所述电气对象(1，6)的第二区域(10)检测所述电磁脉冲信号(P_INT；P_EX2)，并且生成代表所述电磁脉冲信号的第二检测事件的相应第二电气脉冲(P₂)；

-测量所述第一检测事件与所述第二检测事件之间的时间间隔(T_d1；T_d2)；

-将所测量的时间间隔(S_2t)与阈值(TH_t)进行比较；

-如果所测量的时间间隔(T_d1)低于所述阈值(TH_t)，将所述电磁脉冲信号(P_INT)关联到在所述电气对象(1，6)内部在所述第一区域(9)与第二区域(10)之间生成的局部放电脉冲；以及

-如果所测量的时间间隔(T_d2)等于或者高于所述阈值(TH_t)，将所述电磁脉冲信号(P_EX2)关联到噪声信号，

其中所述方法还包括：

-将所述第一电气脉冲(P₁)转换成代表第一检测时间的第一时间信号(S_1t)；

-将所述第二电气脉冲(P₂)转换成代表第二检测时间的第二时间信号(S_2t)；

以及其中测量所述时间间隔(T_d1；T_d2)的步骤包括：

-评估包括在所述第一检测时间与第二检测时间之间的间隔；

将第一电气脉冲(P₁)转换为第一时间信号(S_1t)的步骤包括：将第一电气脉冲(P₁)与电压阈值(THv)进行比较，并生成第一时间信号(S_1t)，

-如果第一电气脉冲的电压大于电压阈值(THv)，采用第一逻辑电平；及

-如果第一电气脉冲的电压等于/低于电压阈值，采用第二逻辑电平；

将第二电气脉冲(P₂)转换成第二时间信号(S_2t)的步骤包括：将第二电气脉冲(P₂)与电压阈值进行比较，并生成第二时间信号(S_2t)，

-如果第二电气脉冲的电压大于电压阈值，采用第一逻辑电平；及

-如果第二电气脉冲的电压等于/低于电压阈值，采用第二逻辑电平，

并且其中：

该方法包括根据电磁脉冲信号(P_INT；P_EX2)的脉冲重复率的测量自动确定所述电压阈值(THv)，

该方法还包括电压阈值设置步骤(52)，其包括：

第一设定步骤(54)，其中电压阈值被设定为最大值(THmax)；

降低步骤(55)，其中电压阈值渐进地降低，如此限定当前电压阈值(Ti)；

脉冲收集步骤(56)，其中由第一检测器(3)和第二检测器(4)两者检测的多个脉冲在收集时间段内计数；

重复测量步骤，其中脉冲重复率(RR)被计算为脉冲数量和收集时间段之间的比值；

脉冲数量比较步骤，其中重复率(RR)与最大重复值(NPmax)进行比较，并且当前电压阈值(THi)与最小电压值(THmin)进行比较；

其中：

如果重复率(RR)没有达到最大重复值(NPmax)，并且当前电压阈值(Ti)没有达到最小电压值(THmin)，则降低步骤(55)和脉冲收集步骤(56)重复地执行；

如果重复率(RR)达到最大重复值(NPmax)，或当前电压阈值(Ti)达到最小电压值(THmin)，则选择当前电压阈值(Ti)作为电压阈值(THv)。

12.根据权利要求11所述的处理方法，其中要监控的所述电气对象是直流操作的电气对象。

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