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电气设备空间宽带射频局放探测系统

成果类型:: 发明专利,实用新型专利

发布时间: 2025-05-19 09:07:00

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 何永君 | 2025-05-19 09:07:00

电力变压器是电力系统的“心脏”,绝缘故障是变电主设备安全运行的主要隐患,占比高达30.7%(CIGRE TB 939, 2024),易引发突发停电、设备爆燃爆炸,造成上巨大经济损失并威胁运维人员安全。局部放电是绝缘故障的前兆,通过局放检测可预防绝缘故障。但超特高压变电站内干扰众多且强烈,大量在运设备增设内置特高频传感器难度大,现有外置特高频局放检测系统灵敏度低、抗干扰能力弱、无法对多放电源精确定位,难以满足实际运维需要。变电主设备发生局部放电时会激发出几十MHz~GHz的宽带射频电磁波信号,设备内部局放电磁波可透过非金属部分(如套管和变压器夹缝)泄漏出来,这为在变电设备外部进行非接触式的局放检测提供可行依据。针对大量在运变电主设备非接触式局放监测预警需求,项目研制的电气设备空间宽带射频局放探测系统通过多个宽带射频传感器构成的阵列及吉赫兹全波形连续采样,识别、分离并定位现场的有效放电和干扰信号。该系统一方面通过吉赫兹高速采样保留放电信号的有效信息,支撑挖掘放电信号特征,为识别、分离现场复杂信号提供依据,另一方面,高速采样获取放电信号的原始时域波形,为判断放电信号的首波到达时刻提供依据,从而实现对各放电源精确定位,有助于对局放快速排查和干扰辨识排除,提高局放检测可靠性和检修效率。电气设备空间宽带射频局放探测系统无需与变电设备接触,安全易部署;可对局放产生的宽带射频信号进行全波形检测及分类辨识,对目标区域内的多个放电源进行亚米级精确定位,同时具备相位图谱、放电脉冲时域波形和频谱分析、放电脉冲相隔时间分布统计、放电脉冲信号强度分布统计等分析功能,为变电主设备状态预防性维护和避免重大故障提供有用信息,适用于变压器及套管、高抗、换流阀等设备局放带电检测。项目获得授权发明专利9项,2项核心专利完成国际专利PCT申请,核心技术自主可控。经行业权威专家鉴定,项目成果整体达到国际领先水平。项目成果在新疆±800kV天山站、衡阳特变电工换流变出厂试验、±800kV扎鲁特换流站等多个现场进行应用,对比其他局放检测技术优势明显。项目成果解决了超特高压变电站复杂干扰下设备内部局放检测漏报误报率高的难题,填补抗干扰能力强的新型非接触式射频局放检测技术空白,有效提高了变电设备运行可靠性,促进了变电运维检修技术发展及装备产业进步,经济和社会效益显著。

项目主要创新点包括:1)发明了边缘自适应射频脉冲全波形实时检测和辨识方法。将检测频带下限由现有技术300MHz扩展至50MHz,充分扩大局放信号特征频段范围,提高检测灵敏度;通过边缘AI自适应脉冲实时检测,快速处理吉赫兹高速采样的20GB/s海量数据,实现高灵敏检测微弱(0.141V/m)、间歇偶发等极端放电信号。2)发明了“时频空”多域多重干扰抑制方法,提取时域特征实现不同脉冲信号分组,提取频域特征提取滤除周期性窄带干扰,提取空间特征辨识和排除设备区域以外的脉冲干扰信号,有效辨识和抑制换流阀换相脉冲、电晕放电、高压钠灯、无线电干扰等典型干扰源,实现强幅值干扰和相似相位特征干扰环境下弱局放源的准确辨识。3)发明了基于首波互相关概率最大似然化的多放电源准确定位技术,通过对现场实景三维重建并基于网格化实景约束定位范围,实现多类型、多个放电源的准确定位,定位精度达到1米以内,快速锁定内部放电来源。

该项目研制的电气设备空间宽带射频局放探测系统已经在多个实验室、110kV~1000kV特高压站/变电站现场开展了全面局放测试及现场应用,取得良好的效果。该系统可为已投入运行的特高压站/变电站的核心设备(换流变、变压器、高抗等)提供一种新型局放带电检测手段,具有抗扰能力强、检测范围大、多放电源设备级定位、非接触式安全易部署的优点,可及时探测发现变电设备绝缘缺陷故障,显著提升变电设备带电检测局放缺陷识别的可靠性,减少突发故障停电带来的经济损失,为保障大电网安全稳定运行和超/特高压变电运维检修提质增效做出贡献,具有极为重要的实用价值和推广意义。

鞠登峰,男,博士研究生,正高级工程师,中国电机工程学会高级会员、中国电机工程学会智能感知专委会副秘书长、中电联电力微型智能传感标准化技术委员会副秘书长、IEEE PES(中国)电力信息通信智能感知分委会秘书长、西安交通大学外聘授课专家等职务。制定项目研究内容和技术路线,提出空间宽带射频局放检测技术方案。黄辉,男,硕士研究生,高级工程师,毕业于西安交通大学,控制科学与工程专业。设计项目总体技术路线,研究宽带射频多放电源指纹定位方法等,研发空间宽带射频局放探测软件。刘伟麟,男,博士研究生,高级工程师,毕业于德国慕尼黑技术大学,电子信息专业,千人计划专家。设计项目技术路线,研究宽带射频模拟信号调理方法、实时检测算法等,研发空间宽带射频局放探测软件。魏建国,男,博士研究生,高级工程师,毕业于马德里理工大学,电子信息专业。设计宽带射频局放检测干扰抑制整体方案、检测系统硬件架构等研究内容,研发空间宽带射频局放探测硬件,装置调试及现场应用。杨智豪,男,硕士研究生,高级工程师,毕业于同济大学,电气工程专业。研究多局放源指纹定位方法、三维实景融合定位方法等内容,研发空间宽带射频局放探测系统硬件,装置调试及现场应用。邓辉,男,硕士研究生,高级工程师,毕业于南京理工大学,光学工程专业。研发空间宽带射频局放探测系统硬件,装置调试及现场应用。李雄,男,博士研究生,高级工程师,毕业于华北电力大学,电气工程专业。研发空间宽带射频局放探测系统软件,装置调试及现场应用。田文锋,男,硕士研究生,高级工程师,毕业于南京邮电大学,电路与系统专业。研发空间宽带射频局放探测系统硬件,装置调试及现场应用。

项目研制的电气设备空间宽带射频局放探测系统在全国具备推广应用价值。截至2023年底,据不完整统计国网公司系统110(66)千伏~1000千伏开关用量超50万台、组合电器装用量超15万个间隔,变压器等线圈设备超6万台,绝缘子用量超2600万串。到2030年,预计特高压直流将超过40回,较2023年增加一倍以上。输变电设备(含线材和装备)存量仍将大幅增长,特别是超特高压变电设备。预计未来空间宽带射频局部放电检测装置仅国内市场规模将近亿元。

比如通过签订许可协议授权他人使用专利,保留所有权。可细分为独占许可、排他许可和普通许可。具体情况双方协商。