CN104808124A - 开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，用于解决现有超声波定位法定位精度和处理速度低的问题，其技术方案是，所述方法在开关柜表面的不同位置安装TEV传感器和至少三个超声波传感器，利用各传感器检测开关柜局部放电产生的超高频信号和超声波信号，终端计算机通过多通道数据采集卡获取各传感器的输出信号，然后根据各超声波传感器采集到超声波信号与TEV传感器采集到超高频信号的时间差推算出局部放电点的位置坐标。本发明根据局部放电产生的超声波信号和超高频信号判断局部放电点的位置，实践表明，与传统的声-声法相比，本方法不仅定位精度高，而且处理速度快，可有效提高开关柜的巡检效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够快速、准确检测高压开关柜内局部放电点位置的方法，属于开关技术领域。
背景技术
高压开关柜是电力系统中的关键设备，在开关柜运行过程中，其零部件会逐渐老化，导致绝缘强度降低，进而引起局部电场强度的增强，当某处的电场强度大于其击穿场强时，就会引起局部放电。统计表明，因局部放电缺陷造成的开关柜事故占到了相当大比率，因此，对开关柜的局部放电进行有效监测就显得尤为重要。
发生局部放电时，放电源附近的分子间会产生剧烈的碰撞，从而产生频率大于20kHZ的超声波。因此，通过检测由放电点传播至开关柜表面的超声波信号就可以对故障点进行精确定位。现有的超声波定位法一般为“声-声”定位法，由于这种方法信号处理冗长且受易超声波传播路径等因素的影响，往往不能得到理想的检测结果，其定位精度和处理速度都有待提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，以提高开关柜局部放电的检测结果。
本发明所述问题是以下述技术方案解决的：
一种开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，所述方法在开关柜表面的不同位置安装TEV传感器和至少三个超声波传感器，利用各传感器检测开关柜局部放电产生的超高频信号和超声波信号，终端计算机通过多通道数据采集卡获取各传感器的输出信号，然后根据各超声波传感器采集到超声波信号与TEV传感器采集到超高频信号的时间差推算出局部放电点的位置坐标。
上述开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，根据各超声波传感器采集到的超声波信号与TEV传感器采集到超高频信号的时间差推算局部放电点位置坐标的具体步骤如下：
a.建立空间直角坐标系，取开关柜某一个角为坐标原点，该点所在的高为Z轴，开关柜的长为X轴，宽为Z轴，确定各个超声波传感器的位置坐标 ，，n为超声波传感器的个数，并设局部放电点位置坐标为；
b.根据各传感器采集到信号的时刻，计算各超声波传感器采集到超声波信号与TEV传感器采集到超高频信号的时间差，；
c.建立n个方程：
其中，为开关柜内等值声速，；
d.联立上述n个方程，解方程组，得到局部放电点位置坐标。
上述开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，所述TEV传感器或超声波传感器采集到信号时，取第一次峰值出现的时刻为采集信号的时刻。
上述开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，所述TEV传感器采集的超高频信号由检波放大器进行降频放大处理后送入多通道数据采集卡。
上述开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，所述超声波传感器采集的超声波信号由滤波放大器进行滤波放大处理后送入多通道数据采集卡。
上述开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，所述超声波传感器设置四个，它们分别安装在开关柜的四个角处。
本发明根据局部放电产生的超声波信号和超高频信号判断局部放电点的位置，试验表明，与传统的声-声法相比，由于“声-声”定位因时延预判、算法冗杂且超声波传播路径复杂等因素的影响，无法得到准确的位置，本发明不仅定位精度高，而且处理速度快，这是由于声电联合检测法可以测量得到超声信号传递至传感器的时间，减少了未知变量的数目，因此能较快计算得到方程的解，可有效提高开关柜的巡检效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为传感器的安装位置示意图；
图2为检测系统的原理示意图；
图3 为采集卡采集的信号波形图。
图中各标号为：PD、局部放电点，S1～S4、第一超声波传感器～第四超声波传感器。
具体实施方式
本发明公开了一种开关柜局部放电点的声-电联合定位的方法，该方法定位准确度高，处理速度快。实现本方法需下述装置：TEV传感器、超声波传感器（至少三个）、检波放大器、滤波放大器、多通道数据采集卡和终端计算机。
TEV传感器吸附在开关柜表面并与检波放大器相连接；超声波传感器可以设置三个或四个，当设置四个超声波传感器时，可以将它们安装在开关柜的四个角处，各超声波传感器的信号输出端与滤波放大器相连接；检波放大器可将由TEV传感器采集到的信号进行降频放大处理；滤波放大器可将由超声波传感器采集到的信号进行滤波放大处理；检波放大器和滤波放大器的信号输出端分别与数据采集卡的不同输入端连接；终端计算机与数据采集卡相连接，用于接收、储存处理后的电信号与声信号，之后根据电信号与声信号计算局部放电点的准确位置。
本发明的具体实施步骤如下：
步骤1：当开关柜内发生局部放电时，TEV传感器检测到开关柜表面的暂态地电压信号后，将信号送入检波放大器，同时超声波传感器检测到开关柜内部的超声波信号后将信号送入滤波放大器；
步骤2:将检波降频后的TEV信号和滤波放大后的超声波信号送入多通道同步数据采集卡，数据采集卡将采集到的信号送入终端计算机；
步骤3：因电磁波速度远远大于声速，可认为采集到TEV信号的时刻即局部放电起始时刻，由于现场往往有背景噪音，当传感器接收到局部放电信号时，取第一次峰值出现的时刻作为信号采集时刻；
步骤4：将4个超声波传感器分别进行编号(1、2、3、4)，根据各传感器的输出信号得到超声波传感器信号与超高频信号时间差；
步骤5：根据遗传算法和放电时间差，解超定方程即可得到局部放电点的确切位置。
特别地，步骤5所述算法如下：
设局部放电点位置为，各传感器的位置为，开关柜内等值声速为，由此建立方程，采用遗传算法引入，其中分别为开关柜的长、宽、高，引入随机数r，其取值范围介于0到1。
选择适应度函数，其中为选取的初始值，为第一次迭代值。
根据赌轮原则，选择各样本遗传到下一代的概率，保留每一代的前10个最优解，在样本空间中随机配对，设配对参数为和，则变异策略为，设定满足的误差限制条件，当最优解满足误差限制条件时，即可得到局部放电点的准确位置。
Claims (6)
1.一种开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，其特征是，所述方法在开关柜表面的不同位置安装TEV传感器和至少三个超声波传感器，利用各传感器检测开关柜局部放电产生的超高频信号和超声波信号，终端计算机通过多通道数据采集卡获取各传感器的输出信号，然后根据各超声波传感器采集到超声波信号与TEV传感器采集到超高频信号的时间差推算出局部放电点的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，其特征是，根据各超声波传感器采集到超声波信号与TEV传感器采集到超高频信号的时间差推算局部放电点位置坐标的具体步骤如下：
a.建立空间直角坐标系，取开关柜某一个角为坐标原点，该点所在的高为Z轴，开关柜的长为X轴，宽为Z轴，确定各个超声波传感器的位置坐标 ，，n为超声波传感器的个数，并设局部放电点位置坐标为；
b.根据各传感器采集到信号的时刻，计算各超声波传感器采集到超声波信号与TEV传感器采集到超高频信号的时间差，；
c.建立n个方程：
其中，为开关柜内等值声速，；
d.联立上述n个方程，解方程组，得到局部放电点位置坐标。
3.根据权利要求1或2所述的一种开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，其特征是，所述TEV传感器或超声波传感器采集到信号时，取第一次峰值出现的时刻为采集信号的时刻。
4.根据权利要求3所述的一种开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，其特征是，所述TEV传感器采集的超高频信号由检波放大器进行降频放大处理后送入多通道数据采集卡。
5.根据权利要求4所述的一种开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，其特征是，所述超声波传感器采集的超声波信号由滤波放大器进行滤波放大处理后送入多通道数据采集卡。
6.根据权利要求5所述的一种开关柜局部放电故障位置的声电联合定位方法，其特征是，所述超声波传感器设置四个，它们分别安装在开关柜的四个角处。
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