CN109061388B - 一种输电线路电晕放电点定位系统及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路电晕放电点定位系统。该定位系统包括：定位装置、数据采集装置以及计算机，定位装置为由四个时域测试系统构成的天线阵列，第一、二、三时域测试系统分别位于虚拟等腰直角三角形的三个顶点上，第二时域测试系统放置于直角顶点上，第四时域测试系统放置于直角的角平分线的反向延长线上；每个时域测试系统均包括天线、采样电阻、电压探头、绝缘板以及接地金属板，绝缘板放置在接地金属板上方，绝缘板上连接有天线，天线与接地金属板之间连接采样电阻，电压探头连接在采样电阻的两端；计算机采用所述天线不同位置处的时间时延信息，得到输电线路电晕放电点的位置。该发明能实现对输电线路电晕放电点的准确定位。

Description

一种输电线路电晕放电点定位系统及其定位方法

技术领域

本发明涉及输电线路定位技术领域，特别是一种输电线路电晕放电点定位系统及其定位方法。

背景技术

特高压输电线路因其在远距离大容量电力传输方面的优势，已成为未来电力传输发展的主要手段。当输电线路的导线表面场强超过起晕场强时，会引起导线附近空气电离发生电晕放电，输电线路发生电晕放电时会引起一系列电磁环境问题，如无线电干扰、可听噪声、电场效应和电晕损失等，输电线路电晕放电引起的电磁环境问题已成为特高压输电线路设计和运行的主要限制因素。

对于输电线路电晕放电引起的电磁环境预测来说，结合单个放电点产生的电磁环境特性，再加上导线表面放电点的分布特性，就能够较为准确地实现对输电线路电磁环境的预测。输电线路电晕放电位置主要发生在导线表面缺陷或导线表面积污较为严重的位置，一般来说，导线表面的放电点是离散且随机分布在导线表面的，国内外现有研究还不能给出导线放电点分布的理论分析方法，只能通过实验手段来获得放电点的位置及分布。研究输电线路放电点的定位方法，对于获得导线表面放电点的分布特性及实现电磁环境的准确预测具有重要的意义。

目前，国内外对电晕放电点进行定位的方法主要可以分为非电测法和电测法。非电测法包括声测法和光测法，其中声测法主要采用传声器阵列对导线放电产生的声源进行定位，而声阵列的方法主要借助电晕放电产生的可听噪声的频域特性，其测试和分析容易受到背景干扰的影响，定位精度低；而对于光测法，最为常用的是紫外成像仪，其主要借助于检测电晕放电产生的紫外光子来实现对放电点的定位，这种方式紫外成像仪价格比较高，定位方法成本较高。电测法主要借助放电产生的电磁波在空间的传播，利用行波法进行定位，其关键在于如何准确地获取信号之间的时延。已有的定位方法更多的针对于信号频域上的测量，频域测量所获得的信息量较少，丢失了大量时域信息数据，而且频域测量容易受被测线路结构和周围环境的影响，定位精度低。

发明内容

本发明的目的是提供了一种输电线路电晕放电点定位系统及其定位方法，能实现对输电线路电晕放电点的准确定位，定位精度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种输电线路电晕放电点定位系统，包括：

定位装置、数据采集装置以及计算机，所述定位系统与所述数据采集装置相连，所述数据采集装置与所述计算机相连，所述四个时域测试系统分别为第一时域测试系统、第二时域测试系统、第三时域测试系统以及第四时域测试系统，所述第一时域测试系统、所述第二时域测试系统和所述第三时域测试系统分别位于虚拟等腰直角三角形的三个顶点上，所述第二时域测试系统放置于所述虚拟等腰直角三角形的直角顶点上，所述第四时域测试系统放置于所述虚拟等腰直角三角形外侧，且所述第四时域测试系统位于所述虚拟等腰直角三角形的直角的角平分线的反向延长线上；

所述第四时域测试系统至所述第二时域测试系统之间的距离大于所述第一时域测试系统至所述第二时域测试系统的距离；

每个所述时域测试系统均包括天线、采样电阻、电压探头、绝缘板以及接地金属板，所述绝缘板放置在所述接地金属板上方，所述绝缘板上连接有天线，所述天线与所述接地金属板之间连接有所述采样电阻，所述电压探头连接在所述采样电阻的两端，所述时域测试系统用于测量电晕放电无线电干扰电场强度；定位装置根据天线不同位置处的波形特性得到不同天线接收信号时间的时延信息；所述数据采集装置用于采集所述定位装置输出的时延信号，并传输给所述计算机，所述计算机采用所述天线不同位置处的时间时延信息，得到输电线路电晕放电点的位置。

可选的，所述天线的长度为40cm。

可选的，所述采样电阻的阻值为10kΩ。

一种输电线路电晕放电点定位方法，应用于所述输电线路电晕放电点定位系统中，该定位方法包括：

以所述第二时域测试系统为基准，采用相关估计法确定所述第一时域测试系统、第三时域测试系统以及第四时域测试系统中的天线分别相对于所述第二时域测试系统中的天线接收信号的时间时延信息；

根据所述时间时延信息建立时差-距离差方程，求解电晕放电点的坐标估计值；

将所述电晕放电点的坐标估计值作为迭代初值，采用最小二乘原理设定定位误差约束；

利用牛顿迭代法进行迭代运算，计算迭代误差，当相邻两次迭代误差的模小于所述定位误差约束，所述迭代运算结束，得到电晕放电点的坐标准确值。

可选的，所述以所述第二时域测试系统为基准，采用相关估计法确定所述第一时域测试系统、第三时域测试系统以及第四时域测试系统中的天线分别相对于所述第二时域测试系统中的天线接收信号的时间时延信息，具体包括：

由所述第一时域测试系统和所述第二时域测试系统中的两个天线测得的离散信号为x₁(i)和x₂(j)(1≤i,j≤N)，则两信号的互相关函数定义为：

其中：N为测量数据的总长度，R₁₂为测量信号x₁和x₂的相关系数，1≤n≤N，当n＝m时，互相关函数达到最大，则x₁(i)和x₂(j)两信号之间的时间差τ₁₂为：

τ₁₂＝m×T_S (2)

其中：T_S为采样时间间隔，m表示互相关函数达到最大时的数据长度；

从时间时延信息波形中切出具有不同长度的N个波形段L_n(n＝1,2，...，N)，每个波形段都从波形起始的地方开始切；

应用相关估计法从所述N个波形段L_n中估计出N个时延；

从估计出的所述N个时延中去除时差异常值，计算出所述N个时延的均值μ和标准差σ，所述时差异常值满足τ_n＞μ+2σ或τ_n＜μ-2σ(τ_n是时差，n＝1,2，...，N)，重复此步骤直到过滤掉所有的所述时差异常值；

计算最终获得的时延τ_p(p＝1,2，...，N-Q，其中Q是异常值的个数)的平均值，即获得所述第一时域测试系统、第三时域测试系统以及第四时域测试系统中的天线分别相对于所述第二时域测试系统中的第二天线与接收信号的时间时延τ₂₁、τ₂₃及τ₂₄。

可选的，所述根据所述时间时延信息建立时差-距离差方程，求解电晕放电点的坐标估计值，具体包括：

采用公式：

估计所述电晕放电点的方向；

其中，α、β分别为所述第二天线到所述电晕放电点的方位角和仰角；

式中：c是电磁波的传播速度，τ₁₂表示所述第一时域测试系统中的第一天线和所述第二时域测试系统中的第二天线之间的时差，τ₂₃表示所述第二天线和所述第三时域测试系统中的第三天线之间的时差，θ₁₂表示所述第一天线和所述第二天线的连线与所述第二天线与电晕放电估计点连线的方向夹角，θ₂₃表示所述第三天线和所述第二天线的连线与所述第二天线与电晕放电估计点连线的方向夹角；

式(3)中能看出所述第二天线到所述电晕放电点的方位角α和所述第二天线到所述电晕放电点的仰角β与τ₁₂和τ₂₃的关系；

通过估计出的电晕放电点方向，采用公式：

r₁-r₂＝c·τ₂₄ (6)

建立时差-距离差方程，通过求解方程即可得到电晕放电点的坐标的估计值；

其中，τ₂₄是第二天线和第四天线之间电磁波到达时间的差异，

r₁和r₂分别表示所述第二天线和所述第四天线到电晕放电点的距离，

y＝xtanα (9)

将所述第二天线指定为参考点，坐标为(0,0,0)；所述第四天线和所述电晕放电点的坐标分别由(x₄,y₄,z₄)和(x,y,z)表示；

将式(7)-(10)代入式(6)中，得到一个关于变量x的方程f(x)＝0，求解x、y和z的值，即得到了电晕放电点的位置坐标；

利用所述第四天线和所述第一天线组成待测天线，建立时差-距离差方程，或利用所述第四天线和所述第三天线组成待测天线，建立时差-距离差方程，结合式(6)-(10)求解得到另外两组电晕放电点的位置坐标(x',y',z')和(x”,y”,z”)；并将这三组坐标取平均值作为电晕放电点位置坐标的估计值(x_e,y_e,z_e)：

可选的，将所述电晕放电点的坐标估计值作为迭代初值，采用最小二乘原理设定定位误差约束；利用牛顿迭代法进行迭代运算，计算迭代误差，当相邻两次迭代误差的模小于所述定位误差约束，所述迭代运算结束，得到电晕放电点的坐标准确值，具体包括：

将所述电晕放电点的坐标估计值作为迭代初值，采用公式：

其中：t₂表示所述电晕放电点产生的信号传播到所述第二天线的时间，进行迭代运算；

t₂＝r₁/c；

具体求解过程如下：设式(12)的解为

将f(X)在其解附近一点X₀(x₀,y₀,z₀,t₂₀)处展开成泰勒级数，并忽略其二次及以上余项，令X＝(x,y,z,t₂)^T，其中X为解向量，得到如下形式的线性方程组：

将式(13)表示为牛顿迭代形式：

X¹＝X⁰-J^-1·f(X⁰) (14)

其中：J为雅可比行列式为：

采用公式：

获得所述电晕放电点的坐标准确值；

其中，δ为基于最小二乘原理设定的定位误差约束，当在相邻两次迭代误差的模小于定位精度约束ε时，即满足式(16)的条件时迭代结束，所得到的结果即为所述电晕放电点的坐标准确值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种输电线路电晕放电点定位系统及其定位方法，采用四个无线电干扰电场强度时域测试系统构成测试阵列，通过适当地设置阵列中天线之间的间距，可以满足天线间测试信号时间差估计的要求，不仅能获得准确的电晕放电无线电干扰电场强度时域特性，还能根据不同位置处的波形特性；基于改进的相关系数法得到准确的不同天线接收信号时间延时信息，并结合不同位置天线的时间延时信息，实现了对电晕放电点的位置的有效估计，在此基础上结合定位方程，将估计值作为迭代初值，采用牛顿迭代法实现了对高压直流输电线路电晕放电点的准确定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，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1输电线路电晕放电点定位系统的结构示意图；

图2为本发明实施例2输电线路电晕放电点定位方法的流程示意图；

图3为本发明实施例2输电线路电晕放电点定位方法中第一、二、三天线与电晕放电点的位置示意图；

图4为本发明实施例2输电线路电晕放电点定位方法中第四天线、第二天线与电晕放电点的位置示意图；

图5为本发明实施例3输电线路电晕放电点定位系统中天线阵列接收到的无线电干扰波形示意图。

其中，图中标号为：第一时域测试系统101、第二时域测试系统102、第三时域测试系统103、第四时域测试系统104。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供了一种输电线路电晕放电点定位系统及其定位方法，能实现对输电线路电晕放电点的准确定位，定位精度高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

图1为本发明实施例1输电线路电晕放电点定位系统的结构示意图。

如图1所示，一种输电线路电晕放电点定位系统，包括：

定位装置、数据采集装置以及计算机，所述定位系统与所述数据采集装置相连，所述数据采集装置与所述计算机相连；所述四个时域测试系统分别为第一时域测试系统101、第二时域测试系统102、第三时域测试系统103以及第四时域测试系统104，所述第一时域测试系统101、所述第二时域测试系统102和所述第三时域测试系统103分别位于虚拟等腰直角三角形的三个顶点上，所述第二时域测试系统102放置于所述虚拟等腰直角三角形的直角顶点上，所述第四时域测试系统104放置于所述虚拟等腰直角三角形外侧，且所述第四时域测试系统104位于所述虚拟等腰直角三角形的直角的角平分线的反向延长线上；

所述第四时域测试系统104至所述第二时域测试系统102之间的距离大于所述第一时域测试系统101至所述第二时域测试系统102的距离；

每个所述时域测试系统均包括天线、采样电阻、电压探头、绝缘板以及接地金属板，所述绝缘板放置在所述接地金属板上方，所述绝缘板上连接有天线，所述天线与所述接地金属板之间连接有所述采样电阻，所述电压探头连接在所述采样电阻的两端，所述时域测试系统用于测量电晕放电无线电干扰电场强度；定位装置根据天线不同位置处的波形特性得到不同天线接收信号时间的时延信息；所述数据采集装置用于采集所述定位装置输出的时延信号，并传输给所述计算机，所述计算机采用所述天线不同位置处的时间时延信息，得到输电线路电晕放电点的位置。

所述天线的长度为40cm。

所述采样电阻的阻值为10kΩ。

实施例2

图2为本发明实施例2输电线路电晕放电点定位方法的流程示意图；图3为本发明实施例2输电线路电晕放电点定位方法中第一、二、三天线与电晕放电点的位置示意图；图4为本发明实施例2输电线路电晕放电点定位方法中第四天线、第二天线与电晕放电点的位置示意图；

如图2-4所示，一种输电线路电晕放电点定位方法，应用于所述输电线路电晕放电点定位系统中，该定位方法包括：

步骤201：以所述第二时域测试系统102为基准，采用相关估计法确定所述第一时域测试系统101、第三时域测试系统103以及第四时域测试系统104中的天线分别相对于所述第二时域测试系统102中的天线接收信号的时间时延信息；

步骤202：根据所述时间时延信息建立时差-距离差方程，求解电晕放电点的坐标估计值；

步骤203：将所述电晕放电点的坐标估计值作为迭代初值，采用最小二乘原理设定定位误差约束；

步骤204：利用牛顿迭代法进行迭代运算，计算迭代误差，当相邻两次迭代误差的模小于所述定位误差约束，所述迭代运算结束，得到电晕放电点的坐标准确值。

所述步骤201：以所述第二时域测试系统102为基准，采用相关估计法确定所述第一时域测试系统101、第三时域测试系统103以及第四时域测试系统104中的天线分别相对于所述第二时域测试系统102中的天线接收信号的时间时延信息，具体包括：

由所述第一时域测试系统和所述第二时域测试系统中的两个天线测得的离散信号为x₁(i)和x₂(j)(1≤i,j≤N)，则两信号的互相关函数定义为：

其中：N为测量数据的总长度，R₁₂为测量信号x₁和x₂的相关系数，1≤n≤N，当n＝m时，互相关函数达到最大，则x₁(i)和x₂(j)两信号之间的时间差τ₁₂为：

τ₁₂＝m×T_S (2)

其中：T_S为采样时间间隔，m表示互相关函数达到最大时的数据长度；

从时间时延信息波形中切出具有不同长度的N个波形段L_n(n＝1,2，...，N)，每个波形段都从波形起始的地方开始切；

应用相关估计法从所述N个波形段L_n中估计出N个时延；

从估计出的所述N个时延中去除时差异常值，计算出所述N个时延的均值μ和标准差σ，所述时差异常值满足τ_n＞μ+2σ或τ_n＜μ-2σ(τ_n是时差，n＝1,2，...，N)，重复此步骤直到过滤掉所有的所述时差异常值；

计算最终获得的时延τ_p(p＝1,2，...，N-Q，其中Q是异常值的个数)的平均值，即获得所述第一时域测试系统、第三时域测试系统以及第四时域测试系统中的天线分别相对于所述第二时域测试系统中的第二天线与接收信号的时间时延τ₂₁、τ₂₃及τ₂₄。

所述步骤202：根据所述时间时延信息建立时差-距离差方程，求解电晕放电点的坐标估计值，具体包括：

采用公式：

估计所述电晕放电点的方向；

其中，α、β分别为所述第二天线到所述电晕放电点的方位角和仰角；

式中：c是电磁波的传播速度，τ₁₂表示所述第一时域测试系统中的第一天线和所述第二时域测试系统中的第二天线之间的时差，τ₂₃表示所述第二天线和所述第三时域测试系统中的第三天线之间的时差，θ₁₂表示所述第一天线和所述第二天线的连线与所述第二天线与电晕放电估计点连线的方向夹角，θ₂₃表示所述第三天线和所述第二天线的连线与所述第二天线与电晕放电估计点连线的方向夹角；

式(3)中能看出所述第二天线到所述电晕放电点的方位角α和所述第二天线到所述电晕放电点的仰角β与τ₁₂和τ₂₃的关系；

通过估计出的电晕放电点方向，采用公式：

r₁-r₂＝c·τ₂₄ (6)

建立时差-距离差方程，通过求解方程即可得到电晕放电点的坐标的估计值；

其中，τ₂₄是第二天线和第四天线之间电磁波到达时间的差异，

r₁和r₂分别表示所述第二天线和所述第四天线到电晕放电点的距离，

y＝xtanα (9)

将所述第二天线指定为参考点，坐标为(0,0,0)；所述第四天线和所述电晕放电点的坐标分别由(x₄,y₄,z₄)和(x,y,z)表示；

将式(7)-(10)代入式(6)中，得到一个关于变量x的方程f(x)＝0，求解x、y和z的值，即得到了电晕放电点的位置坐标；

利用所述第四天线和所述第一天线组成待测天线，建立时差-距离差方程，或利用所述第四天线和所述第三天线组成待测天线，建立时差-距离差方程，结合式(6)-(10)求解得到另外两组电晕放电点的位置坐标(x',y',z')和(x”,y”,z”)；并将这三组坐标取平均值作为电晕放电点位置坐标的估计值(x_e,y_e,z_e)：

所述步骤103和步骤104，将所述电晕放电点的坐标估计值作为迭代初值，采用最小二乘原理设定定位误差约束；利用牛顿迭代法进行迭代运算，计算迭代误差，当相邻两次迭代误差的模小于所述定位误差约束，所述迭代运算结束，得到电晕放电点的坐标准确值，具体包括：

将所述电晕放电点的坐标估计值作为迭代初值，采用公式：

其中：t₂表示所述电晕放电点产生的信号传播到所述第二天线的时间，进行迭代运算；

t₂＝r₁/c；

具体求解过程如下：设式(12)的解为

将f(X)在其解附近一点X₀(x₀,y₀,z₀,t₂₀)处展开成泰勒级数，并忽略其二次及以上余项，令X＝(x,y,z,t₂)^T，其中X为解向量，得到如下形式的线性方程组：

将式(13)表示为牛顿迭代形式：

X¹＝X⁰-J^-1·f(X⁰) (14)

其中：J为雅可比行列式为：

采用公式：

获得所述电晕放电点的坐标准确值；

其中，δ为基于最小二乘原理设定的定位误差约束，当在相邻两次迭代误差的模小于定位精度约束ε时，即满足式(16)的条件时迭代结束，所得到的结果即为所述电晕放电点的坐标准确值。

实施例3

图5为本发明实施例3输电线路电晕放电点定位系统中天线阵列接收到的无线电干扰波形示意图。

如图5所示，应用本发明提供的一种输电线路电晕放电点定位系统及其定位方法通过结合仿真实例来说明本专利的实施效果。

(1)取天线阵列中，第一天线、第二天线间距为0.5m，第二天线和第三天线的间距为0.5m，第二天线和第四天线的间距为5m。

(2)设高压直流输电线路对地高度为10m，天线阵列距输电线路的水平距离为7.5m。以第二天线的点作为坐标原点建立空间直角坐标系。

(3)假设电晕放电点的坐标分别位于表1中的位置，相应的第二天线与电晕放电点的方位角及仰角也列于表1中。

表1模拟放电点的位置坐标、方位角及仰角

(4)根据模拟的放电点位置及天线位置，编程产生图4所示的4个脉冲波形，用于模拟4个天线接收到的无线电干扰波形，各波形的时间时间差根据模拟的放电点位置及天线位置来确定。根据相应公式计算各天线接收到信号之间的时延。

(5)将用互相关估计法得到的时延代入式(5)～式(11)，得到电晕放电点的方向估计值以及电晕放电点位置坐标的估计值。表2中给出了不同模拟放电点下电晕放电点的方位角和仰角的估计值及位置坐标估计值。对比表1和表2的结果可以得到，方位角的估计值的误差在1.5°以内，仰角的估计值的误差在2°以内，满足估计精度的要求，从而也验证了方向估计方法的准确性。而放电点位置坐标的估计值与模拟放电点坐标有一定的差距。

表2电晕放电点方向估计结果

(6)将电晕放电点位置坐标的估计值作为牛顿迭代法的初始值，按式(12)～式(16)进行迭代求解，将迭代收敛后得到的坐标作为电晕放电点的位置坐标，具体如表3所示。

表3电晕放电点定位结果

通过表3可以发现，在不同的模拟放电点位置的情况下，本专利所提的定位方法都可以实现较好的定位，通过上述仿真验证了本专利所提出的定位方法的准确性。

综上分析效果可以看出，相比于现有线路电晕放电点定位系统和定位方法，本发明提供了一种输电线路电晕放电点定位系统及其定位方法，采用四个无线电干扰电场强度时域测试系统构成测试阵列，通过适当地设置阵列中天线之间的间距，可以满足天线间测试信号时间差估计的要求，不仅能获得准确的电晕放电无线电干扰电场强度时域特性，还能根据不同位置处的波形特性；基于改进的相关系数法得到准确的不同天线接收信号时间延时信息，并结合不同位置天线的时间延时信息，实现了对电晕放电点的位置的有效估计，在此基础上结合定位方程，将估计值作为迭代初值，采用牛顿迭代法实现了对高压直流输电线路电晕放电点的准确定位。

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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

Claims (7)

1.一种输电线路电晕放电点定位系统，其特征在于，包括：

定位装置、数据采集装置以及计算机，所述定位系统与所述数据采集装置相连，所述数据采集装置与所述计算机相连；

所述定位装置为由四个时域测试系统构成的天线阵列，所述四个时域测试系统分别为第一时域测试系统、第二时域测试系统、第三时域测试系统以及第四时域测试系统，所述第一时域测试系统、所述第二时域测试系统和所述第三时域测试系统分别位于虚拟等腰直角三角形的三个顶点上，所述第二时域测试系统放置于所述虚拟等腰直角三角形的直角顶点上，所述第四时域测试系统放置于所述虚拟等腰直角三角形外侧，且所述第四时域测试系统位于所述虚拟等腰直角三角形的直角的角平分线的反向延长线上；

所述第四时域测试系统至所述第二时域测试系统之间的距离大于所述第一时域测试系统至所述第二时域测试系统的距离；

每个所述时域测试系统均包括天线、采样电阻、电压探头、绝缘板以及接地金属板，所述绝缘板放置在所述接地金属板上方，所述绝缘板上连接有天线，所述天线与所述接地金属板之间连接有所述采样电阻，所述电压探头连接在所述采样电阻的两端，所述时域测试系统用于测量电晕放电无线电干扰电场强度；定位装置根据天线不同位置处的波形特性得到不同天线接收信号时间的时延信息；所述数据采集装置用于采集所述定位装置输出的时延信号，并传输给所述计算机，所述计算机采用所述天线不同位置处的时间时延信息，得到输电线路电晕放电点的位置。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路电晕放电点定位系统，其特征在于，所述天线的长度为40cm。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路电晕放电点定位系统，其特征在于，所述采样电阻的阻值为10kΩ。

4.一种输电线路电晕放电点定位方法，应用于如权利要求1-3中任意一项所述输电线路电晕放电点定位系统中，其特征在于，该定位方法包括：

以所述第二时域测试系统为基准，采用相关估计法确定所述第一时域测试系统、第三时域测试系统以及第四时域测试系统中的天线分别相对于所述第二时域测试系统中的天线接收信号的时间时延信息；

根据所述时间时延信息建立时差-距离差方程，求解电晕放电点的坐标估计值；

将所述电晕放电点的坐标估计值作为迭代初值，采用最小二乘原理设定定位误差约束；

利用牛顿迭代法进行迭代运算，计算迭代误差，当相邻两次迭代误差的模小于所述定位误差约束，所述迭代运算结束，得到电晕放电点的坐标准确值。

5.根据权利要求4所述的一种输电线路电晕放电点定位方法，其特征在于，以所述第二时域测试系统为基准，采用相关估计法确定所述第一时域测试系统、第三时域测试系统以及第四时域测试系统中的天线分别相对于所述第二时域测试系统中的天线接收信号的时间时延信息，具体包括：

由所述第一时域测试系统和所述第二时域测试系统中的两个天线测得的离散信号为x₁(i)和x₂(j)(1≤i,j≤N)，则两信号的互相关函数定义为：

其中：N为测量数据的总长度，R₁₂为测量信号x₁和x₂的相关系数，1≤n≤N，当n＝m时，互相关函数达到最大，则x₁(i)和x₂(j)两信号之间的时间差τ₁₂为：

τ₁₂＝m×T_S (2)

其中：T_S为采样时间间隔，m表示互相关函数达到最大时的数据长度；

从时间时延信息波形中切出具有不同长度的N个波形段L_n(n＝1,2，...，N)，每个波形段都从波形起始的地方开始切；

应用相关估计法从所述N个波形段L_n中估计出N个时延；

从估计出的所述N个时延中去除时差异常值，计算出所述N个时延的均值μ和标准差σ，所述时差异常值满足τ_n＞μ+2σ或τ_n＜μ-2σ(τ_n是时差，n＝1,2，...，N)，重复此步骤直到过滤掉所有的所述时差异常值；

计算最终获得的时延τ_p(p＝1,2，...，N-Q，其中Q是异常值的个数)的平均值，即获得所述第一时域测试系统、第三时域测试系统以及第四时域测试系统中的天线分别相对于所述第二时域测试系统中的第二天线与接收信号的时间时延τ₂₁、τ₂₃及τ₂₄。

6.根据权利要求5所述的一种输电线路电晕放电点定位方法，其特征在于，所述根据所述时间时延信息建立时差-距离差方程，求解电晕放电点的坐标估计值，具体包括：

采用公式：

估计所述电晕放电点的方向；

其中，α、β分别为所述第二天线到所述电晕放电点的方位角和仰角；

式中：c是电磁波的传播速度，τ₁₂表示所述第一时域测试系统中的第一天线和所述第二时域测试系统中的第二天线之间的时差，τ₂₃表示所述第二天线和所述第三时域测试系统中的第三天线之间的时差，θ₁₂表示所述第一天线和所述第二天线的连线与所述第二天线与电晕放电估计点连线的方向夹角，θ₂₃表示所述第三天线和所述第二天线的连线与所述第二天线与电晕放电估计点连线的方向夹角；

式(3)中能看出所述第二天线到所述电晕放电点的方位角α和所述第二天线到所述电晕放电点的仰角β与τ₁₂和τ₂₃的关系；

通过估计出的电晕放电点方向，采用公式：

r₁-r₂＝c·τ₂₄ (6)

建立时差-距离差方程，通过求解方程即可得到电晕放电点的坐标的估计值；

其中，τ₂₄是第二天线和第四天线之间电磁波到达时间的差异，

r₁和r₂分别表示所述第二天线和所述第四天线到电晕放电点的距离，

y＝xtanα (9)

将所述第二天线指定为参考点，坐标为(0,0,0)；所述第四天线和所述电晕放电点的坐标分别由(x₄,y₄,z₄)和(x,y,z)表示；

将式(7)-(10)代入式(6)中，得到一个关于变量x的方程f(x)＝0，求解x、y和z的值，即得到了电晕放电点的位置坐标；

利用所述第四天线和所述第一天线组成待测天线，建立时差-距离差方程，或利用所述第四天线和所述第三天线组成待测天线，建立时差-距离差方程，结合式(6)-(10)求解得到另外两组电晕放电点的位置坐标(x',y',z')和(x”,y”,z”)；并将这三组坐标取平均值作为电晕放电点位置坐标的估计值(x_e,y_e,z_e)：

7.根据权利要求5所述的一种输电线路电晕放电点定位方法，其特征在于，所述将所述电晕放电点的坐标估计值作为迭代初值，采用最小二乘原理设定定位误差约束；利用牛顿迭代法进行迭代运算，计算迭代误差，当相邻两次迭代误差的模小于所述定位误差约束，所述迭代运算结束，得到电晕放电点的坐标准确值，具体包括：

将所述电晕放电点的坐标估计值作为迭代初值，采用公式：

其中：t₂表示所述电晕放电点产生的信号传播到所述第二天线的时间，t₂＝r₁/c；

具体求解过程如下：设式(12)的解为将f(X)在其解附近一点X₀(x₀,y₀,z₀,t₂₀)处展开成泰勒级数，并忽略其二次及以上余项，令X＝(x,y,z,t₂)^T，其中X为解向量，得到如下形式的线性方程组：

将式(13)表示为牛顿迭代形式：

X¹＝X⁰-J^-1·f(X⁰) (14)

其中：J为雅可比行列式为：

采用公式：

获得所述电晕放电点的坐标准确值；

其中，δ为基于最小二乘原理设定的定位误差约束，当在相邻两次迭代误差的模小于定位精度约束ε时，即满足式(16)的条件时迭代结束，所得到的结果即为所述电晕放电点的坐标准确值。

Images