CN104614578B - 一种波头时间的确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波头时间的确定方法及系统，接收特高频UHF传感器发送的UHF信号，并利用积累能量计算公式计算所述UHF信号的积累能量值；根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值；根据所述各短窗值，利用第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值；计算所述各短窗值和与其相对应的长窗值的比值；找到所述比值中数值最大的比值所对应的短窗的起始位置所对应的时间为波头时间；该方法能够精确地确定UHF信号的波头时间。

Description

一种波头时间的确定方法及系统

技术领域

本发明涉及电气技术领域，特别是涉及一种波头时间的确定方法及装置。

背景技术

电力设备的局部放电检测可以在第一时间内发现可能存在的微弱绝缘老化、缺陷等，对保证设备安全可靠运行具有重要的现实意义，而特高频(UHF，Ultra HighFrequency)法作为一种可带电检测、灵敏度高以及可定位放电源的局部放电检测方法，在国内外电力公司的高压设备在线监测和带电检测中有着广泛的应用。

为了更好地评估电力设备的绝缘状况，制定相应的状态检修策略，确定局部放电源位置是评估的前提之一。时间差定位是通过比较两个UHF信号之间的初始到达时间也即波头时间的差，乘以信号的传播速度来确定局放源位置的一种方法，它是目前定位电气设备局放源计算中应用最为广泛，也是最为准确的一种方法。

但是，目前确定UHF信号波头时间的方法一般都是通过人为观察确定的，且处于运行中的电力设备一般都在强噪声环境下，易受架空线上的电晕放电干扰，UHF信号的波头时间容易淹没在强噪声环境中不易确定，且人为判断会带进人为因素，存在因人而异，结果误差较大。因此十分有必要精确确定局放UHF信号的波头时间，用于定位电力设备的局部放电源的位置，从而来判断局放的危险程度。

因此，如何精确地确定UHF信号的波头时间，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种波头时间的确定方法，该方法能够精确地确定UHF信号的波头时间，用于精确定位电力设备的局部放电源的位置，从而准确判断局放的危险程度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种波头时间的确定方法包括：

接收特高频UHF传感器发送的UHF信号，并利用积累能量计算公式计算所述UHF信号的积累能量值；

根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值；

根据所述各短窗值，利用第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值；

计算所述各短窗值和与其相对应的长窗值的比值；

找到所述比值中数值最大的比值所对应的短窗的起始位置所对应的时间为波头时间。

其中，所述接收特高频UHF传感器发送的UHF信号之前还包括：

UHF传感器检测电力设备是否存在局部放电现象；

当存在局部放电现象时，发送UHF信号。

其中，所述根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值包括：

根据所述积累能量值C(j)得到积累能量值的平方C²(j)；

利用第一预定公式计算各短窗值，

其中，L为预定短窗宽，C²(j)为积累能量值C(j)的平方，n为第n个短窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值。

其中，所述利用第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值包括：

第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值，

其中，n为第n个长窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值，F_n(j)为第n个长窗的长窗值。

其中，所述的波头时间的确定方法还包括：

根据两个特高频UHF传感器发送的UHF信号确定两个波头时间差Δt；

利用公式d_估算＝(L-Δt×v)/2计算得到电力设备局部放电源的位置，其中，d_估算为电力设备局部放电源的位置，Δt为两个波头时间差，v为信号传播速度，L为两个特高频UHF传感器之间的距离。

其中，各短窗和各长窗的个数确定方法包括：

根据所述UHF信号长度及预定步长值，确定短窗和长窗的个数。

本发明提供一种波头时间的确定系统包括：

第一计算模块，用于接收特高频UHF传感器发送的UHF信号，并利用积累能量计算公式计算所述UHF信号的积累能量值；

第二计算模块，用于根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值；

第三计算模块，用于根据所述各短窗值，利用第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值；

第四计算模块，用于计算所述各短窗值和与其相对应的长窗值的比值；

确定模块，用于找到所述比值中数值最大的比值所对应的短窗的起始位置所对应的时间为波头时间。

其中，所述的波头时间的确定系统还包括：

判断模块，用于UHF传感器检测电力设备是否存在局部放电现象，当存在局部放电现象时，发送UHF信号。

其中，所述的波头时间的确定系统还包括：

位置确定模块，用于根据两个特高频UHF传感器发送的UHF信号确定两个波头时间差Δt；利用公式d_估算＝(L-Δt×v)/2计算得到电力设备局部放电源的位置，其中，d_估算为电力设备局部放电源的位置，Δt为两个波头时间差，v为信号传播速度，L为两个特高频UHF传感器之间的距离。

其中，所述第二计算模块包括：

能量计算单元，用于根据所述积累能量值C(j)得到积累能量值的平方C²(j)；

第二计算单元，用于利用第一预定公式计算各短窗值，其中，L为预定短窗宽，C²(j)为积累能量值C(j)的平方，n为第n个短窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值。

基于上述技术方案，本发明所提供的波头时间的确定方法及系统，接收特高频UHF传感器发送的UHF信号，并利用积累能量计算公式计算所述UHF信号的积累能量值；根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值；根据所述各短窗值，利用第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值；计算所述各短窗值和与其相对应的长窗值的比值；找到所述比值中数值最大的比值所对应的短窗的起始位置所对应的时间为波头时间；该方法能够在电力设备处于强噪声或干扰环境下，精确地确定UHF信号的波头时间，通过时间差定位方法可以精确定位电力设备的局部放电源的位置，从而准确判断局放的危险程度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例提供的波头时间的确定方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的波头时间的确定系统的结构框图；

图3为本发明实施例提供的另一波头时间的确定系统的结构框图；

图4为本发明实施例提供的又一波头时间的确定系统的结构框图；

图5为本发明实施例提供的第二计算模块的结构框图；

图6为本发明实施例提供的母线结构与尺寸示意图；

图7为本发明实施例提供的UHF传感器得到的局部放电UHF信号示意图；

图8为本发明实施例提供的两个UHF信号的波头时间确定的示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种波头时间的确定方法，该方法能够精确地确定UHF信号的波头时间，用于精确定位电力设备的局部放电源的位置，从而准确判断局放的危险程度。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的波头时间的确定方法的流程图；该方法可以包括：

步骤s100、接收特高频UHF传感器发送的UHF信号，并利用积累能量计算公式计算所述UHF信号的积累能量值；

其中，当接收到特高频UHF传感器发送的UHF信号时，对该UHF信号利用其中，C(j)为积累能量值，E²(i)为第i个步进间隔内的信号的能量值，i为第i个步进。

其中，步进代表了一个时间段，这个时间段的长度可以由用户根据UHF信号的离散点个数及实际测量情况而定。且i为正整数其值从1到预定个数；其中，该预定个数可以根据所述UHF信号长度及预定步长值来确定。若UHF信号持续时间为5，预定步长时间值为1，则i的值为5。

步骤s110、根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值；

其中，短窗值可以根据第一预定公式计算各短窗值，其中，L为预定短窗宽，C²(j)为积累能量值C(j)的平方，n为第n个短窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值。

步骤s120、根据所述各短窗值，利用第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值；

其中，长窗值可以根据第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值，其中，n为第n个长窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值，F_n(j)为第n个长窗的长窗值。

步骤s130、计算所述各短窗值和与其相对应的长窗值的比值；

其中，第一个短窗与第一个长窗相对应，即n的值相对应一样，且这里的窗口可以是矩形窗口，也可以是其他形状的窗口，但是矩形窗口的计算效果更好。

其中，这里可以是根据所述UHF信号长度及预定步长值，确定短窗和长窗的个数，设置所述个数个短窗和长窗，也可以是分别有一个短窗和长窗按照步长向前步进移动。这里的对应关系也是依次对应，即第一个短窗对第一个长窗，第二个短窗对第二个长窗依次类推。

其中，这里可以根据R_n(j)＝S_n(j)/F_n(j)来计算各短窗值和与其相对应的长窗值的比值。

步骤s140、找到所述比值中数值最大的比值所对应的短窗的起始位置所对应的时间为波头时间。

其中，优选的，窗口为矩形窗，长、短窗宽可按UHF信号的离散点个数及实际测量情况而定，根据实验和实践得到优选的短窗宽分别为4和1。

基于上述技术方案，本发明所提供的波头时间的确定方法，能够在电力设备处于强噪声或干扰环境下，精确地确定UHF信号的波头时间，排除了依据人为经验读取波头时间所造成的误差和不便。该方法具有良好的抗干扰性和准确性，可在强噪声环境下将UHF信号波头时间提取出来，且无须增加额外的人力和物力成本。

可选的，所述接收特高频UHF传感器发送的UHF信号之前还包括：

UHF传感器检测高压电力设备是否存在局部放电现象；

当存在局部放电现象时，发送UHF信号。

其中，在检测到局部放电信号后在发送UHF信号。

可选的，所述根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值包括：

根据所述积累能量值C(j)得到积累能量值的平方C²(j)；

利用第一预定公式计算各短窗值，

其中，L为预定短窗宽，C²(j)为积累能量值C(j)的平方，n为第n个短窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值。

可选的，所述利用第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值包括：

第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值，

其中，n为第n个长窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值，F_n(j)为第n个长窗的长窗值。

可选的，所述的波头时间的确定方法还包括：

根据两个特高频UHF传感器发送的UHF信号确定两个波头时间差Δt；

利用公式d_估算＝(L-Δt×v)/2计算得到高压电力设备局部放电源的位置，其中，d_估算为高压电力设备局部放电源的位置，Δt为两个波头时间差，v为信号传播速度，L为两个特高频UHF传感器之间的距离。

通过比较信号累积能量曲线的长、短窗最大比值所在时间点来确定信号的波头时间，该长、短窗口是随信号逐渐步进的矩形窗。该方法具有快速性、抗干扰性、准确性并存的电力设备局部放电UHF信号波头时间确定方法，解决了实际局部放电源定位中UHF信号难以确定波头时间从而造成定位误差较大，无法准确确定设备局部放电源的位置的问题。

可选的，其特征在于，各短窗和各长窗的个数确定方法包括：

根据所述UHF信号长度及预定步长值，确定短窗和长窗的个数。

基于上述技术方案，本发明所提供的波头时间的确定方法，能够在电力设备处于强噪声或干扰环境下，精确地确定UHF信号的波头时间，排除了依据人为经验读取波头时间所造成的误差和不便。该方法具有良好的抗干扰性和准确性，可在强噪声环境下将UHF信号波头时间提取出来，且无须增加额外的人力和物力成本。解决了实际局部放电源定位中UHF信号难以确定波头时间从而造成定位误差较大，无法准确确定设备局部放电源的位置的问题。

本发明实施例提供了波头时间的确定方法，可以通过上述方法能够精确地确定UHF信号的波头时间。

下面对本发明实施例提供的波头时间的确定系统进行介绍，下文描述的波头时间的确定系统与上文描述的波头时间的确定方法可相互对应参照。

请参考图2，图2为本发明实施例提供的波头时间的确定系统的结构框图；该系统可以包括：

第一计算模块100，用于接收特高频UHF传感器发送的UHF信号，并利用积累能量计算公式计算所述UHF信号的积累能量值；

第二计算模块200，用于根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值；

第三计算模块300，用于根据所述各短窗值，利用第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值；

第四计算模块400，用于计算所述各短窗值和与其相对应的长窗值的比值；

确定模块500，用于找到所述比值中数值最大的比值所对应的短窗的起始位置所对应的时间为波头时间。

可选的，请参考图3，图3为本发明实施例提供的另一波头时间的确定系统的结构框图；该系统还可以包括：

判断模块600，用于UHF传感器检测高压电力设备是否存在局部放电现象，当存在局部放电现象时，发送UHF信号。

可选的，请参考图4，图4为本发明实施例提供的又一波头时间的确定系统的结构框图；该系统还可以包括：

位置确定模块700，用于根据两个特高频UHF传感器发送的UHF信号确定两个波头时间差Δt；利用公式d_估算＝(L-Δt×v)/2计算得到高压电力设备局部放电源的位置，其中，d_估算为高压电力设备局部放电源的位置，Δt为两个波头时间差，v为信号传播速度，L为两个特高频UHF传感器之间的距离。

可选的，请参考图5，图5为本发明实施例提供的第二计算模块的结构框图；该第二计算模块可以包括：

能量计算单元210，用于根据所述积累能量值C(j)得到积累能量值的平方C²(j)；

第二计算单元220，用于利用第一预定公式计算各短窗值，其中，L为预定短窗宽，C²(j)为积累能量值C(j)的平方，n为第n个短窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值。

根据上述方法及系统，下面举例说明该方法及系统在实际中的应用。

以某252kV GIS母线上的局部放电定位为例，其结构与尺寸如图6所示。1号和2号两个外置传感器分别置于母线段两侧的盆式绝缘子m1和m2处，局部放电源设置在离m1约90cm处。图7所示为通过图6中m1和m2处的1号和2号两个外置传感器实测得到的局部放电UHF信号，可见实测UHF信号因外界干扰、噪声的存在，波头的小信号已完全淹没于噪声干扰之中，波头时间已不能确定，无法定位GIS局部放电源的位置。通过本发明所提出的UHF信号波头时间确定方法，计算得到了这两个UHF信号的短窗与长窗之比值R，R最大值所在时间点即为波头时间，如图8所示。可知，两个UHF信号E1的波头时间即图8中R1所对应的横坐标和E2的波头时间即图8中R2所对应的横坐标分别是3.96ns和8.1ns，波头时间差为4.14ns，因此通过时间差定位计算公式d_估算＝(L-Δt×v)/2可知所估算的局放源位置距m1处的距离d为87.9cm，与实际局部放电源位置的误差可以根据公式d_误差＝|d-d_e|得到，计算后为2.1cm。

从该实例说明了本发明所提出的方法能从强噪声环境中将人眼无法识别的UHF信号波头时间提取出来用于定位局部放电源的位置，具有较好的抗干扰性和准确性。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的波头时间的确定方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种波头时间的确定方法，其特征在于，包括：

接收特高频UHF传感器发送的UHF信号，并利用积累能量计算公式计算所述UHF信号的积累能量值；

根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值；

根据所述各短窗值，利用第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值；

计算所述各短窗值和与其相对应的长窗值的比值；

找到所述比值中数值最大的比值所对应的短窗的起始位置所对应的时间为波头时间；

其中，所述积累能量计算公式为C(j)为积累能量值，E²(i)为第i个步进间隔内的信号的能量值，i为第i个步进；所述第一预定公式为L为预定短窗宽，C²(j)为积累能量值C(j)的平方，n为第n个短窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值；所述第二预定公式为n为第n个长窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值，F_n(j)为第n个长窗的长窗值。

2.如权利要求1所述的波头时间的确定方法，其特征在于，所述接收特高频UHF传感器发送的UHF信号之前还包括：

UHF传感器检测电力设备是否存在局部放电现象；

当存在局部放电现象时，发送UHF信号。

3.如权利要求1所述的波头时间的确定方法，其特征在于，所述根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值包括：

根据所述积累能量值C(j)得到积累能量值的平方C²(j)；

利用第一预定公式计算各短窗值，

其中，L为预定短窗宽，C²(j)为积累能量值C(j)的平方，n为第n个短窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值。

4.如权利要求1所述的波头时间的确定方法，其特征在于，还包括：

根据两个特高频UHF传感器发送的UHF信号确定两个波头时间差Δt；

利用公式d_估算＝(L-Δt×v)/2计算得到电力设备局部放电源的位置，其中，d_估算为电力设备局部放电源的位置，Δt为两个波头时间差，v为信号传播速度，L为两个特高频UHF传感器之间的距离。

5.如权利要求1或3所述的波头时间的确定方法，其特征在于，各短窗和各长窗的个数确定方法包括：

根据所述UHF信号长度及预定步长值，确定短窗和长窗的个数。

6.一种波头时间的确定系统，其特征在于，包括：

第一计算模块，用于接收特高频UHF传感器发送的UHF信号，并利用积累能量计算公式计算所述UHF信号的积累能量值，其中，所述积累能量计算公式为C(j)为积累能量值，E²(i)为第i个步进间隔内的信号的能量值，i为第i个步进；

第二计算模块，用于根据预定短窗宽及所述积累能量值，利用第一预定公式计算各短窗值，其中，所述第一预定公式为L为预定短窗宽，C²(j)为积累能量值C(j)的平方，n为第n个短窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值；

第三计算模块，用于根据所述各短窗值，利用第二预定公式计算与各短窗值相对应的长窗的长窗值，其中，所述第二预定公式为n为第n个长窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值，F_n(j)为第n个长窗的长窗值；

第四计算模块，用于计算所述各短窗值和与其相对应的长窗值的比值；

确定模块，用于找到所述比值中数值最大的比值所对应的短窗的起始位置所对应的时间为波头时间。

7.如权利要求6所述的波头时间的确定系统，其特征在于，还包括：

判断模块，用于UHF传感器检测电力设备是否存在局部放电现象，当存在局部放电现象时，发送UHF信号。

8.如权利要求6所述的波头时间的确定系统，其特征在于，还包括：

位置确定模块，用于根据两个特高频UHF传感器发送的UHF信号确定两个波头时间差Δt；利用公式d_估算＝(L-Δt×v)/2计算得到电力设备局部放电源的位置，其中，d_估算为电力设备局部放电源的位置，Δt为两个波头时间差，v为信号传播速度，L为两个特高频UHF传感器之间的距离。

9.如权利要求6所述的波头时间的确定系统，其特征在于，所述第二计算模块包括：

能量计算单元，用于根据所述积累能量值C(j)得到积累能量值的平方C²(j)；

第二计算单元，用于利用第一预定公式计算各短窗值，其中，L为预定短窗宽，C²(j)为积累能量值C(j)的平方，n为第n个短窗口，S_n(j)为第n个短窗的短窗值。