CN105954653A

CN105954653A - 一种gis现场耐压试验击穿点定位方法及系统

Info

Publication number: CN105954653A
Application number: CN201610264737.3A
Authority: CN
Inventors: 李军浩
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: CN105954653B

Abstract

本公开涉及一种GIS现场耐压试验击穿点定位方法及系统，所述方法包括步骤：将四个音频传感器进行部署在被试设备一侧，其中三个音频传感器共线，第四个音频传感器与其余三个不共线；获取四个音频传感器产生的信号，得到三组音频传感器的信号产生时延；所述三组音频传感器的信号产生时延满足线性无关；将获得的三组音频传感器的信号产生时延代入定位方程，通过求解由三个定位方程构成的定位方程组获得击穿点的位置。本公开采用四个音频传感器来进行击穿点的定位，具有定位准确、效率高的优点。所述系统基于所述方法实现，方便方法应用。

Description

一种GIS现场耐压试验击穿点定位方法及系统

技术领域

本公开涉及GIS现场领域，具体地讲，涉及一种GIS现场耐压试验击穿点定位方法及系统。

背景技术

气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)是电网的关键设备，由于其具有体积紧凑、可靠性高的有点，近年来在现场得到了广泛应用。GIS往往需要在出厂时进行分装、分体进行运输，在现场进行组装的方式。这就对其现场试验提出了较高要求。耐压试验时GIS的现场例行试验，无论是工频耐压还是冲击耐压试验，都是GIS的现场必做试验。

现场耐压试验中一旦GIS出现击穿，会产生声音、电磁等各种信号，由于现场GIS的规模都比较大，因此目前的手段难以及时发现其击穿点，往往是采用多次试验，靠人工听觉一步步发现击穿点，但这种方法单纯靠人的参与，效率极低，往往难以要靠数十次击穿才能发现击穿点。此外还有研究者提出了在GIS表面贴超声波传感器进行击穿点定位的方法，这种方法需要安装数十个传感器才能发现击穿点，效率极低。

发明内容

针对上述问题，本公开提出了利用四个音频传感器来进行击穿点的定位，具有定位准确、效率高的优点，且避免了现有方法传感器数量多、现场实施效率低的缺点。

一种GIS现场耐压试验击穿点定位方法，所述方法包括下述步骤：

S100、将四个音频传感器进行部署在被试设备一侧，其中三个音频传感器共线，第四个音频传感器与其余三个不共线；

S200、获取四个音频传感器产生的信号，得到三组音频传感器的信号产生时延；所述三组音频传感器的信号产生时延满足线性无关；

S300、将步骤S200中获得的三组音频传感器的信号产生时延代入定位方程，通过求解由三个定位方程构成的定位方程组获得击穿点的位置。

根据上述方法，实现一种GIS现场耐压试验击穿点定位系统，所述系统包括四个音频传感器、采集模块、时延计算模块、定位模块：

所述四个音频传感器被部署在被试设备一侧，其中三个音频传感器共线，第四个音频传感器与其余三个不共线；

所述采集模块，用于：获取四个音频传感器产生的信号；

所述时延计算模块，用于：根据所述采集模块获取的信号，计算得到三组音频传感器的信号产生时延；所述三组音频传感器的信号产生时延满足线性无关；

所述定位模块，用于：将得到的三组音频传感器的信号产生时延代入相应的定位方程，通过求解由三个定位方程构成的定位方程组获得击穿点的位置。

附图说明

图1为一个实施例中的音频传感器部署示意图。

具体实施方式

为了在GIS现场耐压试验中准确发现击穿点，在一个实施例中，提供了一种GIS现场耐压试验击穿点定位方法。该方法利用GIS击穿时击穿点发出的声音满足可听声音的频率范围，即在范围20-20000Hz之内，在现场布置若干个音频传感器，利用音频传感器之间以及音频传感器与击穿点之间的几何关系实现击穿点的空间定位。

若能获取击穿点产生的时刻，再利用远处的音频传感器记录击穿点声音从击穿点传播到该音频传感器的时刻，对击穿点进行三维空间定位至少需要3个音频传感器。而很难获取击穿点产生的时刻，因此可以通过传感器产生信号的时刻获取声音传播到两个音频传感器的时延，通过这种方式进行定位，至少需要4个音频传感器。本公开选择4个音频传感器实现定位，可以避免了现有方法传感器数量多、现场实施效率低的缺点。

4个音频传感器的部署如图1所示，其中P为发生击穿点时的声源，S1-S4为四个音频传感器，对可听声音进行采集。图中三个音频传感器S2，S3，S4共线，S1与其余3个传感器不共线，且这四个音频传感器在GIS设备的同一侧，这样就可以保证对由S1、S2、S3、S4对GIS所在的一侧空间进行精确定位。四个传感器之间的距离以及四个传感器和GIS设备之间的距离，根据现场GIS的规模大小进行可任意调整，但应在音频传感器的有效范围内。

利用四个音频传感器对同一个击穿点声源进行检测的方法是通过可听声音信号到达不同音频传感器的时延来完成定位。设第i个音频传感器S_i的位置为(x_i,y_i,z_i)，击穿点P的位置为(x,y,z)，击穿源P到第_i个传感器S_i的传播时间为t_i：

t_{i} = \frac{\sqrt{{(x - x_{i})}^{2} + {(y - y_{i})}^{2} + {(z - z_{i})}^{2}}}{v}

设第j个音频传感器S_j的位置为(x_j,y_j,z_j)，则第j个音频传感器S_j的传播时间为t_j：

t_{j} = \frac{\sqrt{{(x - x_{j})}^{2} + {(y - y_{j})}^{2} + {(z - z_{j})}^{2}}}{v}

则关于第i个音频传感器和第j个音频传感器的定位方程可表示为：

\begin{matrix} \sqrt{{(x - x_{i})}^{2} + {(y - y_{i})}^{2} + {(z - z_{i})}^{2}} - \sqrt{{(x - x_{j})}^{2} + {(y - y_{j})}^{2} + {(z - z_{j})}^{2}} = v \times t_{i} \cdot v \times t_{j} \\ = v (t_{i} - t_{j}) \end{matrix}

式中：

v是可听声音信号的传播速度，通常取值340m/s；

t_i-t_j即为第i个音频传感器相对第j个音频传感器的信号产生时延，i≠j，可以记作t_ij。

在一个实施例中，第i个音频传感器S_i相对第j个音频传感器S_j的信号产生时延t_ij还可以下述方法获取：

S301、使用示波器对采集的信号进行显示；

S302、读取每个音频传感器接收信号的第一个峰值脉冲的时刻；

S303、任选两个音频传感器作为一组音频传感器，其中一个作为S_i，另一个作为S_j，将它们接收信号的第一个峰值脉冲的时刻的差值作为该组音频传感器的信号产生时延。若S_i产生信号的第一个峰值脉冲的时刻为T_i，S_j产生信号的第一个峰值脉冲的时刻为T_j，则t_ij＝T_i-T_j。

根据集到的四个音频传感器采信号，可以得到任意两个音频传感器之间的时延，选择其中三组满足线性无关的信号产生时延，比如t₁₂，t₁₃，t₁₄，将它们代入到相应的定位方程，可以得到下面的定位方程组：

\{\begin{matrix} \sqrt{{(x - x_{2})}^{2} + {(y - y_{2})}^{2} + {(z - z_{2})}^{2}} - \sqrt{{(x - x_{1})}^{2} + {(y - y_{1})}^{2} + {(z - z_{1})}^{2}} = v \times t_{12} \\ \sqrt{{(x - x_{3})}^{2} + {(y - y_{3})}^{2} + {(z - z_{3})}^{2}} - \sqrt{{(x - x_{1})}^{2} + {(y - y_{1})}^{2} + {(z - z_{1})}^{2}} = v \times t_{13} \\ \sqrt{{(x - x_{4})}^{2} + {(y - y_{4})}^{2} + {(z - z_{4})}^{2}} - \sqrt{{(x - x_{1})}^{2} + {(y - y_{1})}^{2} + {(z - z_{1})}^{2}} = v \times t_{14} \end{matrix}

之所以选择其中三组满足线性无关的信号产生时延，是因为要定位的点是三维空间的点。若所述三组音频传感器的信号产生时延线性相关，根据线性代数的知识，该定位方程组将会有无数个解，无法实现击穿点的定位。

而由所述定位方程组的形式可以看出，该方程组为非线性方程组，很难直接求解。但通过不同的算法求解此非线性方程组，可以得到该方程组的数值解，即击穿点的位置坐标。本公开优选采用模拟退火算法，还可以使用遗传算法、粒子群算法等。由于4个音频传感器部署时，其中三个在一条直线上，第四个与其余三个不共线，在能实现定位的同时，还可以在求解时计算方便精确。

所述采集模块，用于：采集四个音频传感器信号；

所述定位模块，用于：将得到的三组音频传感器的信号产生时延代入相应的定位方程，通过求解由三个定位方程构成的定位方程组获得击穿点的位置。求解方法优选采用模拟退火算法，还可以使用遗传算法、粒子群算法等。

对于定位模块中的定位方程，如下：

\sqrt{{(x - x_{i})}^{2} + {(y - y_{i})}^{2} + {(z - z_{i})}^{2}} - \sqrt{{(x - x_{j})}^{2} + {(y - y_{j})}^{2} + {(z - z_{j})}^{2}} = v \times t_{i j}

其中：

(x,y,z)为击穿点P的位置；

(x_i,y_i,z_i)为第i个音频传感器S_i的位置；

(x_j,y_j,z_j)为第j个音频传感器S_j的位置；

v是可听声音信号的传播速度；

t_ij是第i个音频传感器相对第j个音频传感器的接收时延。

优选地，所述系统还包括示波器，所述示波器用于采集音频传感器的信号。若示波器对音频传感器S_i采集的信号的第一个峰值脉冲的时刻为T_i，对音频传感器S_j采集的信号的第一个峰值脉冲的时刻为T_j，则音频传感器S_j相对音频传感器S_i的接收时延t_ij＝T_i-T_j。

以上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开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公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。

Claims

1.一种GIS现场耐压试验击穿点定位方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

优选的，设第i个音频传感器S_i的位置为(x_i,y_i,z_i)，第j个音频传感器S_j的位置为(x_j,y_j,z_j)，击穿点P的位置为(x,y,z)，则所述S300所述定位方程为：

\sqrt{{(x - x_{i})}^{2} + {(y - y_{i})}^{2} + {(z - z_{i})}^{2}} - \sqrt{{(x - x_{j})}^{2} + {(y - y_{j})}^{2} + {(z - z_{j})}^{2}} = v \times t_{i j}

式中：

v是可听声音信号的传播速度；t_ij是第i个音频传感器相对第j个音频传感器的信号产生时延。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第i个音频传感器相对第j个音频传感器的信号产生时延的获取方法包括下述步骤：

S301、使用示波器对音频传感器产生的信号进行采集并显示；

S302、读取每个音频传感器信号的第一个峰值脉冲的时刻T_i，i＝1,2,3,4；

S303、根据下式计算第i个音频传感器相对第j个音频传感器的信号产生时延：

t_ij＝T_i-T_j

式中：

T_i为第i个音频传感器所采集信号的第一个峰值脉冲的时刻；

T_j为第j个音频传感器所采集信号的第一个峰值脉冲的时刻。

4.一种GIS现场耐压试验击穿点定位系统，其特征在于，所述系统包括四个音频传感器、采集模块、时延计算模块、定位模块：

所述采集模块，用于：获取四个音频传感器产生的信号；

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：

设第i个音频传感器S_i的位置为(x_i,y_i,z_i)，第j个音频传感器S_j的位置为(x_j,y_j,z_j)，击穿点P的位置为(x,y,z)，则所述定位模块中的定位方程组的一个定位方程可以表示为：

\sqrt{{(x - x_{i})}^{2} + {(y - y_{i})}^{2} + {(z - z_{i})}^{2}} - \sqrt{{(x - x_{j})}^{2} + {(y - y_{j})}^{2} + {(z - z_{j})}^{2}} = v \times t_{i j}

式中：

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括示波器，所述示波器用于采集显示音频传感器的信号。