CN109061421A - 一种用于gil击穿定位的可听声测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于GIL击穿定位的可听声测量装置及方法，装置包括声学传感器、中央处理模块；声学传感器沿GIL管廊排布；中央处理模块，用于：获得声学传感器采集的多个声学信号；对获得的声学信号，进行实时初步处理，判断为击穿声学信号时，提取达到触发条件的声学信号数据；基于提取的声学信号数据，利用定位算法，计算得到击穿位置。得到击穿位置后能够反馈到GIL设备控制系统，从而实现GIL击穿定位的实时在线监测。
Description
技术领域
本发明属于变电站运检装备技术领域，具体涉及一种用于GIL击穿定位的可听声测量装置及方法。
背景技术
GIL(Gas-insulated Transmission Lines)气体绝缘管道母线是架空线的安全和灵活的替代方案，其优点是占用更少的空间的情况下能够提供相同的功率传输，并且由于其外观相对美观，具有最小的电磁辐射使得它们也可以在靠近建筑物甚至在建筑物内使用。
又因为具有输电容量大、损耗低、占地少、布置灵活、可靠性高、安全防护性好、免维护、寿命长与环境互相影响小等优点。使得近年来GIL气体绝缘管道母线在我国输电线路，尤其是大型发电领域得到了大量应用。
GIL作为电力输送通道，其运行的安全稳定性对于电站来说至关重要，其设备运行中的主要隐患是设备的绝缘问题，目前业内主要采用对其内部局部放电、气体压力、温度、SF6气体泄漏、火灾自动报警等进行监测，对GIL内部绝缘击穿和短路的故障定位在线监测尚属于开发研究阶段。
在GIL击穿前故障部位会出现局部放电现象，在某些情况下局部放电能够存在数月甚至更长时间，每次局部放电都会对设备造成一定程度的损坏，这种损坏会逐渐累积，当累积损坏量足够大时，就会击穿绝缘介质进而造成短路使得GIL设备损坏造成击穿，局部放电是一种脉冲放电，会在电力设备内部和周围空间产生一系列的光、声、热、电气和机械设备的振动等物理现象和化学变化，而对于管廊中的GIL设备光、热等物理现象不易采集，目前已有的在线监测手段，主要有通过振动传感器进行击穿信号捕捉和使用超声传感器进行测量两种手段，这两种测量方法均需在管廊壁上布置传感器进行接触式测量，不可避免的受到GIL设备的电磁干扰及管廊外部因素的影响，除对传感器的耐用性及抗干扰能力有较高要求外，还容易受到局部放电的影响造成传感器损坏，从而导致测量效果不稳定且装置成本也较高。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于GIL击穿定位的可听声测量装置及方法，通过对可听声的测量从而实现对GIL击穿信号的非接触式测量，有效降低来自设备的干扰，尤其是GIL设备的电磁干扰，提高测量的效果并且降低传感器的损耗，提高效果的同时能够降低装置成本。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种可听声测量方法，其特征在于：沿GIL管廊长度方向排布多个声学传感器，
方法包括：
获得声学传感器采集的多个声学信号；
对获得的声学信号，进行实时初步处理，判断为击穿声学信号时，提取达到触发条件的声学信号数据；
基于提取的声学信号数据，利用定位算法，计算得到击穿位置。
进一步的，所述实时初步处理包括：
对获得的声学信号分别进行调理转换，得到相应的数字信号；
基于得到的数字信号，判断是否为击穿声学信号。
进一步的，所述的可听声测量方法，其特征在于：
基于得到的数字信号，判断为设备正常运行声音时，存储。
本发明还提供一种可听声测量装置，其特征在于：包括声学传感器、中央处理模块；
所述声学传感器沿GIL管廊排布；
所述中央处理模块，用于：
获得声学传感器采集的多个声学信号；
对获得的声学信号，进行实时初步处理，判断为击穿声学信号时，提取达到触发条件的声学信号数据；
基于提取的声学信号数据，利用定位算法，计算得到击穿位置。
进一步的，所述的可听声测量装置，其特征在于：所述实时初步处理包括：
对获得的声学信号分别进行调理转换，得到相应的数字信号；
基于得到的数字信号，判断是否为击穿声学信号。
进一步的，所述的可听声测量装置，其特征在于：还包括储存单元，基于得到的数字信号，判断为设备正常运行声音时，存储。
作为优选方案，所述的可听声测量装置，其特征在于：所述储存单元沿管廊长度方向均匀排布，通过无线或有线方式与中央处理模块信号连接。
本发明的一种用于GIL击穿定位的可听声测量装置，
声学传感器沿GIL管廊均匀排布，每个声学传感器的输出端设置一个模数转换模块；一定长度范围内的模数转换模块通过线缆连接到同一个采集储存单元；多个采集储存单元沿管廊长度方向均匀排布，通过无线或有线方式，实现同步采集存储及数据初步处理；且采集储存单元与中央处理模块信号连接；
声学传感器采集到的模拟声音信号经过模数转换模块调理转换，将采集到的模拟声音信号转换为便于计算和不容易受到电磁干扰的数字信号并输出；
采集储存单元对接受到的声学信号进行实时初步处理，判断为设备正常运行声音时存储在本地端，判断为击穿声学信号时，达到触发条件的其中部分或者全部采集储存单元通过有线或者无线方式将声学信号数据传输至中央处理模块；
中央处理模块在接收到部分或者全部采集储存单元传输过来的声学信号后运行定位算法，计算得到击穿位置后反馈到GIL设备控制系统，从而实现GIL击穿定位的实时在线监测。极大的提高GIL设备发生击穿故障后的维护效率。
经过转换后的音频信号通过有线方式传输至分布式的采集储存单元，采集储存单元初步处理判断采集到的声学信号设备运行的正常声音信号还是GIL击穿的声学信号，通过无线或者有线方式将单个模块采集到的数据或者多个模块采集到的数据以同步的方式传输至中央处理模块。
采集储存单元只有在判断在击穿发生时才将音频信号传输至中央处理模块，可以保持中央处理模块一直处于待机状态，在击穿发生时能够及时响应。中央处理模块也无需同时处理整个GIL管路上的所有传感器采集到的信号，只需要处理发生击穿试件的位置的单个或多个采集储存单元所传送的信号，所以大幅的提高了处理系统的灵活性和实时性能。中央处理模块接受到小型采集储存单元传输过来的声学信号后，运行定位算法，计算得到击穿发生的位置。
击穿事件发生时声学传感器采集到击穿声学信号，通过线缆传输至数模转换模块经过调理转换后传输给采集储存单元。
作为优选方案，所述声学传感器为可进行瞬间高声压信号采集的高灵敏度的声学传感器，具备高性能、低功耗、全向采集特性。
作为优选方案，所述的可听声测量装置，其特征在于：还包括模数转换模块，
每个声学传感器的输出端设置一个模数转换模块；一定长度范围内的模数转换模块通过线缆连接到同一个储存单元；声学传感器采集到的模拟声音信号经过模数转换模块调理转换，将采集到的模拟声音信号转换为数字信号并输出。
进一步的，所述模数转换模块能够将采集到的模拟声音信号转换为数字信号，内置信号调理电路、模数转换器、抗混叠滤波器、电源管理电路；
所述信号调理电路用于对获得的声学信号进行调理，得到符合模数转换器需要的声学信号；
所述模数转换器用于对调理过的声学信号进行转换处理，得到数字信号；
所述抗混叠滤波器用于对转换后得到的数字信号进行滤波处理，得到滤波处理过的数字信号；
所述电源管理电路用于为整个模数转换模块提供电源。
进一步的，所述模数转换模块提供24-bit I2S输出接口，通过I2S接口与储存单元之间进行数据传输。模数转换模块具有较高的信噪比，平坦的频率响应等特点，能够高度保留采集到的声音信号所包含的信息，同时又能够大幅压缩需要传输的数据量，相对于模拟信号，经过转换后的数字信号能够更快的被处理，能够大幅降低对分布式的小型采集储存单元的资源的消耗，提高小型采集储存单元运算处理的实时能力。数字化的数据在GIL工作环境下也具备更可靠的数据传输能力，模数转换模块使用业界广泛使用的针对数字音频数据传输使用的I2S数据传输协议与中控系统进行数据传输，系统中无需使用音频编解码器，提高了系统的运行效率。进一步增加了定位系统的实时性能。
作为优选方案，所述线缆为具有金属屏蔽层的低阻抗的麦克风线缆；能够有效屏蔽GIL设备的电磁辐射，降低设备电磁辐射对采集到的信号的干扰。具备数据传输及给声学传感器的供电能力。
作为优选方案，所述储存单元为多个分布式的采集储存单元，具备多通道的数据采集能力，能够协同同步采集，能够进行初步的数据分析，以判断区别采集到的声学信号为设备正常运行声音和GIL击穿声学信号。能够单个的或者多个同步的通过有线或者无线的方式将采集到的GIL击穿声学信号传输到中央处理模块。
作为优选方案，所述中央处理模块为FPGA现场可编程门阵列，能够进行并行计算。能够运行GIL击穿声学信号定位算法判断GIL击穿发生的位置。相对于普通的计算处理模块能够根据需要进行门电路编程，形成更适合运行定位算法的高速硬件处理能力，模块具备后期根据实际使用情况进行算法的升级的能力。
所述中央处理模块能够通过有线或者无线方式接收到分布于管廊各长度处的单个或多个采集储存单元采集到的GIL击穿声学信号，能够运行GIL击穿声学信号定位算法判断GIL击穿发生的位置。
中央处理模块能够进行高负载的并行计算，能够同时计算一个或者多个小型采集储存单元传送过来的一次或者多次的击穿的数据，并判断数据属于一处或者多处的一次或者多次击穿事件。
中央处理模块提供计算结果的输出接口，能够向GIL设备的控制中心实时提供定位结果，以实现实时监测。
由多个模数转换模块到小型采集储存单元，多个小型采集储存单元到中央处理模块组成的两级多个分布式的系统能够对采集到的数据进行高负荷的并行运算处理，优化处理能力的配置，降低了对定位系统的运算资源的消耗，提高了定位系统的工作效率和响应速度。为系统能够长范围大规模的部署提供了便利，同时也有效的降低了系统建设成本。
所述的数模转换模块、采集储存单元、中央处理模块，组成了一个能够进行高负荷的并行采集、运算、传输工作的分布式计算网络。
所述的用于GIL击穿定位的可听声测量装置，能够向GIL中控系统提供击穿定位结果，具备实时在线监测能力。
有益效果：本发明提供的用于GIL击穿定位的可听声测量装置及方法，与现有技术相比，具有以下优点：1）非接触式测量降低测量装置受到的GIL设备的干扰，提高了采集到的击穿能量信号的质量；2）非接触式的测量装置不会收到GIL局放的影响、不存在受到被击穿等影响造成传感器的损耗，提高传感器的耐用性，传感器选型时也不需要特别考虑传感器的抗干扰能力，从而降低测量系统的经济成本和维护成本。为系统的长距离大规模部署和维护提供便利；3）使用了多级的分布式采集运算处理系统，优化了系统资源的配置，提高了系统的实时响应能力，降低了系统长距离大规模部署所需要的采集设备和中央处理系统的成本。4）具备实时在线监测能力。
附图说明
图1为本发明实施例装置的布置示意图；
图2为本发明实施例装置的原理示意图；
图中：声学传感器1，模数转换模块2，线缆3，采集储存单元4，中央处理模块5。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种可听声测量方法，其特征在于：沿GIL管廊长度方向排布多个声学传感器，
方法包括：
获得声学传感器采集的多个声学信号；
对获得的声学信号，进行实时初步处理，判断为击穿声学信号时，提取达到触发条件的声学信号数据；
基于提取的声学信号数据，利用定位算法，计算得到击穿位置。
进一步的，所述实时初步处理包括：
对获得的声学信号分别进行调理转换，得到相应的数字信号；
基于得到的数字信号，判断是否为击穿声学信号。
进一步的，所述的可听声测量方法，其特征在于：
基于得到的数字信号，判断为设备正常运行声音时，存储。
实施例2
如图1和图2所示，本发明提供了一种用于GIL击穿定位的可听声测量装置，包括声学传感器1，模数转换模块2，给声学传感器供电及模数转换模块与用于FPGA中央处理模块数据传输的线缆3，小型采集储存单元4，FPGA中央处理模块5。
所述声学传感器沿GIL管廊排布；
所述中央处理模块，用于：
获得声学传感器采集的多个声学信号；
对获得的声学信号，进行实时初步处理，判断为击穿声学信号时，提取达到触发条件的声学信号数据；
基于提取的声学信号数据，利用定位算法，计算得到击穿位置。
所述实时初步处理包括：对获得的声学信号分别进行调理转换，得到相应的数字信号；基于得到的数字信号，判断是否为击穿声学信号。
进一步的，所述的可听声测量装置，其特征在于：还包括储存单元，基于得到的数字信号，判断为设备正常运行声音时，存储。
声学传感器1沿GIL管廊均匀排布，声学传感器1经过模数转换模块2调理转换，将采集到的模拟信号转换为便于计算和不容易受到电磁干扰的数字信号并通过I2S接口输出。一定长度范围内的模数转换模块2通过线缆3连接到同一个小型采集储存单元4。多个小型采集储存单元4沿管廊长度方向均匀排布，通过无线或有线方式实现同步采集存储及数据初步处理。击穿事件发生时声学传感器1采集到击穿声学信号，通过线缆3传输至数模转换模块2经过调理转换后传输给小型采集储存单元4，小型采集储存单元4对接受到的声学信号进行实时初步处理，判断为设备正常运行声音时存储在本地端，判断为击穿声学信号时，达到触发条件的其中部分或者全部小型采集储存单元通过有线或者无线方式将声学信号数据传输至中央处理模块5。中央处理模块5在接收到部分或者全部小型采集储存单元传输过来的声学信号后运行定位算法，计算得到击穿位置后反馈到GIL设备控制系统，从而实现GIL击穿定位的实时在线监测。极大的提高GIL设备发生击穿故障后的维护效率。
声学传感器1为可进行瞬间高声压信号采集的高灵敏度的声学传感器，具备高性能、低功耗、全向采集特性。
模数转换模块2可以将采集到的模拟声音信号转换为数字信号，其内置了信号调理电路、模数转换器、抗混叠滤波器、电源管理电路；所述信号调理电路用于对获得的声学信号进行调理，得到符合模数转换器需要的声学信号；所述模数转换器用于对调理过的声学信号进行转换处理，得到数字信号；所述抗混叠滤波器用于对转换后得到的数字信号进行滤波处理，得到滤波处理过的数字信号；所述电源管理电路用于为整个模数转换模块提供电源。模数转换模块2提供24-bit I2S输出接口，通过I2S接口与采集储存单元之间进行数据传输。
线缆3为具有金属屏蔽层的低阻抗的麦克风线缆。
储存单元为多个分布式的采集储存单元4，具备多通道的数据采集能力，能够协同同步采集，能够进行初步的数据分析，以判断区别采集到的声学信号为设备正常运行声音和GIL击穿声学信号。能够单个的或者多个同步的通过有线或者无线的方式将采集到的GIL击穿声学信号传输到中央处理模块。
中央处理模块5为FPGA现场可编程门阵列，能够进行并行计算。能够运行GIL击穿声学信号定位算法判断GIL击穿发生的位置。
本发明，可用于GIL击穿的快速定位，使用的以可听声作为测量物理量的测量方法实现非接触式的测量，可以根本的区别于当前已有的振动和超声波测量的接触式的测量方法。实现GIL击穿测试方法上的根本改变。
采用非接触式的测试方法，有效的降低了采集传感器的采购和维护成本，为GIL击穿定位系统采集传感器损耗高、维护成本高、维护难度大的问题提供了解决办法。在长距离大规模的部署应用中具有明显的实际意义。
同时在GIL击穿定位系统中应用了能够进行高并发采集、运算、传输工作的分布式处理系统，解决了GIL击穿定位系统长距离大规模的部署应用中处理系统成本高、处理效率低下等问题。
由于采用分布式处理系统，大幅的提高了定位系统的实时响应能力，为对GIL击穿定位的实时监测提供了可能。
综合以上两点为GIL击穿定位系统实际意义上的应用提供了有效的解决方案。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可听声测量方法，其特征在于：沿GIL管廊长度方向排布多个声学传感器，
方法包括：
获得声学传感器采集的多个声学信号；
对获得的声学信号，进行实时初步处理，判断为击穿声学信号时，提取达到触发条件的声学信号数据；
基于提取的声学信号数据，利用定位算法，计算得到击穿位置。
2.根据权利要求1所述的可听声测量方法，其特征在于：所述实时初步处理包括：
对获得的声学信号分别进行调理转换，得到相应的数字信号；
基于得到的数字信号，判断是否为击穿声学信号。
3.根据权利要求2所述的可听声测量方法，其特征在于：
基于得到的数字信号，判断为设备正常运行声音时，存储。
4.一种可听声测量装置，其特征在于：包括声学传感器、中央处理模块；
所述声学传感器沿GIL管廊排布；
所述中央处理模块，用于：
获得声学传感器采集的多个声学信号；
对获得的声学信号，进行实时初步处理，判断为击穿声学信号时，提取达到触发条件的声学信号数据；
基于提取的声学信号数据，利用定位算法，计算得到击穿位置。
5.根据权利要求4所述的可听声测量装置，其特征在于：所述实时初步处理包括：
对获得的声学信号分别进行调理转换，得到相应的数字信号；
基于得到的数字信号，判断是否为击穿声学信号。
6.根据权利要求4所述的可听声测量装置，其特征在于：还包括储存单元，基于得到的数字信号，判断为设备正常运行声音时，存储。
7.根据权利要求6所述的可听声测量装置，其特征在于：所述储存单元沿管廊长度方向均匀排布，通过无线或有线方式与中央处理模块信号连接。
8.根据权利要求6所述的可听声测量装置，其特征在于：还包括模数转换模块，
每个声学传感器的输出端设置一个模数转换模块；一定长度范围内的模数转换模块通过线缆连接到同一个储存单元；声学传感器采集到的模拟声音信号经过模数转换模块调理转换，将采集到的模拟声音信号转换为数字信号并输出。
9.根据权利要求8所述的可听声测量装置，其特征在于：所述模数转换模块内置信号调理电路、模数转换器、抗混叠滤波器、电源管理电路；
所述信号调理电路用于对获得的声学信号进行调理，得到符合模数转换器需要的调理过的声学信号；
所述模数转换器用于对调理过的声学信号进行转换处理，得到数字信号；
所述抗混叠滤波器用于对转换后得到的数字信号进行滤波处理，得到滤波处理过的数字信号；
所述电源管理电路用于为整个模数转换模块提供电源。
10.根据权利要求8所述的可听声测量装置，其特征在于：所述模数转换模块提供24-bit I2S输出接口，通过I2S接口与储存单元之间进行数据传输。
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