CN109283443B - 一种基于紫外光的电气设备局部放电定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于紫外光的电气设备局部放电定位系统及方法。本发明系统包括多个光信号传输单元、多个信号调理单元、数据采集卡以及数据终端。本发明方法利用开关柜建立三维坐标系；将多个准直镜探头分成多组并成对称放置的状态；通过多路准直镜探头采集局部放电产生的紫外光信号并传输给数据终端；数据终端建立脉冲数组矩阵以及多个等级放电功率的映射；根据三维坐标系对长方体内部进行划分；选择开关柜内部区域建立不同局放功率的特征方差与开关柜内部区域映射；实际所测脉冲序列进行筛选得到小长方体候选区域；根据实际所测脉冲序列得到实际所测脉冲序列加权值对应的放电强度；构建候选区域矩阵与实际所测脉冲序列进行计算得到放电区域。

Description

一种基于紫外光的电气设备局部放电定位系统及方法

技术领域

本发明属于电气设备局部放电监测技术领域，具体涉及一种基于紫外光的电气设备局部放电定位系统及方法。

背景技术

我国电力系统正向着大规模、远距离、特高压、智能化、交直流混合输电方适用于正向着大规模、远距离、特高压、智能化、交直流混合输电方向发展的电力系统中的电气绝缘组合电器(GIS)是一种全新的绝缘电气装置。GIS将变电站中电流电压互感器、断路器、隔离开关等在高压环境中工作装置的集合置于接地金属外壳同时，并向金属壳内充入压强为0.6MPa的SF₆惰性气体。GIS以其在行使收纳功能的同时也因惰性气体的充入保证变电环节安全性的能力相比于传统高压电器装置具备了独特优势。

虽然投入使用的GIS以其稳定性大大提升了设备检修周期，但这绝非一劳永逸。设备故障调查发现，随着电压等级的升高，绝缘故障占所有故障类型的比重高达58％。

局部放电检测是判断电气设备绝缘性能的有效手段和评估方法，然而对于因设备绝缘性能下降导致的局部放电需要有效的定位方法来反映设备过分压状况，从而指导维修人员能针对性地对于过分压导致局部放电的区域进行及时有效的检修。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于紫外光的局部放电定位系统及方法。本发明的硬件部分经光电传感器组对局部放电含有的紫外波段光信号的转换输出的脉冲电流作为整个监测系统的基础。

本发明系统的技术方案为一种基于紫外光的电气设备局部放电定位系统，其特征在于，包括第一光信号传输单元、...、第N光信号传输单元，第一信号调理单元、...、第N信号调理单元，数据采集卡、数据终端，N＞0；

所述第一光信号传输单元与所述第一信号调理单元通过光纤连接；...；所述第N光信号传输单元与所述第N信号调理单元通过通过光纤连接；所述第一信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；...；所述第N信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；所述数据采集卡与所述数据终端连接。

作为优选，所述第i光信号传输单元，其特征在于，包括准直镜探头、紫外光纤；所述准直镜探头与所述紫外光纤连接，i∈[1,N],N＞0。

作为优选，所述第i信号调理单元，其特征在于，包括电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器、RC振荡器；所述第i光信号传输单元中紫外光纤与所述光电传感器通过光耦合方式连接；所述的电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器通过导线依次串联连接；所述光电传感器与所述 RC振荡器通过导线连接；所述RC振荡器与所述数据采集卡通过导线连接，i∈ [1,N],N＞0。

作为优选，在所述第i光信号传输单元中，所述准直镜探头通过减小光束发散角的方式降低耦合进入紫外光纤的损耗；所述紫外光纤用于紫外光信号的传输；所述聚焦镜探头对尾纤出射的光信号进行聚焦并耦合至所述第i信号调理单元中光电传感器。

作为优选，在所述第i信号调理单元中，所述电压调节整流模块用于将市电转换为低压交流电，将低压交流电转换为低压直流电；所述滤波模块用于对低压直流电进行滤除纹波稳定电压；所述高压模块用于将滤波后低压直流电通过直流变换为高压直流电，并驱动所述光电传感器；所述电压传感器在高压直流电驱动下，将GIS开关柜中导出的加强后入射光通过光电转换转换为监测电信号；所述 RC振荡器将监测电信号转换为脉冲电信号，i∈[1,N],N＞0。

作为优选，所述数据采集卡将第i信号调理单元输出的脉冲电信号转换为第 i信号调理单元的脉冲数字信号，所述数据终端对第i(i∈[1,N]，N＞0)信号调理单元的脉冲数字信号进行分析处理。

作为优选，所述数据终端用于进行基于紫外光的电气设备局部放电定位方法。

本发明方法的技术方案为一种基于紫外光的电气设备局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用开关柜建立三维坐标系，开关柜的长度、宽度以及高度分别与三维坐标系的轴重合；

步骤2：将进行局放检测所需的N个光信号传输单元带有的准直镜探头分成多组，并成对称放置的状态；

步骤3：通过N路准直镜采集局部放电产生的紫外光信号，经光纤传输、聚焦镜出射进入光信号调理单元中的光电传感器进行光电变换后，电信号由振荡器输出脉冲信号，最后再由数据采集卡采集电压数据传输给数据终端。数据终端统计实时电压数字信号的脉冲数并进行加权计算，将标准高压局放源置于开关柜内部并设定多个等级放电功率构建脉冲数组矩阵，通过脉冲数组矩阵以及多个等级放电功率建立两者之间的映射；

步骤4：根据开关柜建立长宽高分别与坐标轴重合的三维坐标系，对长方体内部进行划分；

步骤5：选择开关柜内部区域，设置局放源在不同局部放电功率下获取标准脉冲序列，不同局放强度构成一个标准二维脉冲数据矩阵，根据标准二维脉冲数据矩阵构建三维矩阵，建立不同局放功率的特征方差与开关柜内部区域映射；

步骤6：在建立经标定后的数据库后，若系统在监测开关柜设备的过程中，开关柜内部因绝缘缺陷导致设备产生局部放电，由在开关柜上安放的各个准直镜探头及其相应模块实际所测脉冲序列进行筛选得到小长方体候选区域；

步骤7：根据步骤6由准直镜探头得到实际所测脉冲序列，根据步骤3中所述方法进行脉冲加权值计算得到实际所测脉冲序列加权值，并通过向量映射关系得到实际所测脉冲序列加权值对应的放电强度；

步骤8：在小长方体候选区域所对应的标准数据矩阵中挑选映射局放源强度的子行重新组成候选区域矩阵，将实际所测脉冲序列与候选区域矩阵每一行进行计算得到放电区域；

作为优选，步骤1中所述开关柜的长度、宽度以及高度分别与三维坐标系的轴重合为：

开关柜的长度为a与坐标轴x重合，开关柜的宽度为b与坐标轴y重合，开关柜的高度为c与坐标轴z重合；

作为优选，步骤2中所述N为偶数；

步骤2中所述N个光信号传输单元带有的准直镜成对分成N/2组；

步骤2中所述对称放置的状态为：

在依开关柜所建立的长方体模型中的面上，每组包含的两个准直镜探头分别呈犄角置于平行的两个面的中心；

在顶角上，每组包含的两个准直镜探头分别呈犄角置于体对角线的两个顶点；

在棱边上，每组包含的两个准直镜探头分别呈犄角置于由两个平行平面相平行的对角线构成的平面与该长方体相交的两条棱边的中点；

各个位点的准直镜探头记为L₁,L₂,L₃……L_N；

作为优选，步骤3中第i路采集得到的脉冲数记为A_i i∈[1,N]；

步骤3中所述进行加权计算为：

根据步骤1中所述开关柜所建立模型体积为abc，设开关柜区域内局部放电的概率处处相等，则放电概率密度函数表达式为：

f＝1/abc

在第一光信号传输单元至第N光信号传输单元中的N个准直镜探头可覆盖整个开关柜内部区域的条件下，概率密度函数f对N个准直镜探头中所能监控的有效空间范围的积分，即为第i个准直镜探头的加权系数：

其中，Ω_i为第i个准直镜能够检测的空间大小，故对于整个系统所统计出的脉冲密度权值和记为：

步骤3中所述将高压局放源置于开关柜内部模拟电气设备因绝缘劣化导致的局放，并设定局放放电功率P_j，j∈[1,M],M＞0；

步骤3中所述设定多个等级放电功率构建脉冲数组矩阵为：在改变高压局放功率的条件下测试得到M组在不同局放源功率下统计脉冲数组矩阵H：

其中，A_j,i j∈[1,M],i∈[1,N]为第j组局放放电功率中第i个准直镜的脉冲数；

按上述加权方式处理矩阵的每一行得到加权向量W_j：

其中，W_j第j组局放放电功率的脉冲密度权值和；

步骤3中所述局部放电的强度分级为：

可得到脉冲加权向量向局放强度的映射，第j组局放放电功率的脉冲密度权值和W_j与第j组局放源功率P_j对应，j∈[1,M],M＞0；

作为优选，步骤4中所述根据开关柜建立长宽高分别与坐标轴重合的三维坐标系，对长方体内部进行划分为：

将开关柜长a均分为d份，均分点记为e₁,e₂,e₃,……,e_d-1以切面

m₁,m₂,m₃,……,m_d-1(m_d-1//平面yoz且e_d-1∈m_d-1)对开关柜进行划分；

将开关柜宽b均分为l份，均分点记为

以切面δ₁,δ₂,δ₃,……,δ_l-1(δ_l-1//平面xoz且

)对开关柜进行划分；

再将开关柜高c均分为q份，均分点记为φ₁,φ₂,φ₃,……,φ_q-1，以切面χ₁,χ₂,χ₃,……,χ_q-1(χ_q-1//平面xoy且φ_q-1∈χ_q-1)对开关柜进行划分；

最后开关柜内部区域被均等地划分为数量为d·l·q，体积为

的长方体；

把这些长方体记为V_α-β-γ(α∈[1,d],β∈[1,l],γ∈[1,q],且α,β,γ为正整数)，并将 V_α-β-γ与V_t,t∈[1,s],(s＝d·l·q)对应起来；

对应的方式为：

V_α-β-γ＝V_{(α-1)·l+(β-1})_·q+γ＝V_t

作为优选，步骤5中所述开关柜内部区域为步骤4中所述V_t

步骤5中所述不同局部放电功率为P_j(j∈[1,M])；

步骤5中所述标准二维脉冲数据矩阵为：

其中，A_t,j,i表示第t个区域，在局放源在P_j的条件下，由第i个准直镜输出的脉冲数,将高压局放源置与不同区域进行多组测试，可得到三维矩阵U，处理三维的每行可得标准方差；

步骤5中所述三维矩阵U可表示如下：

通过第t个区域标准矩阵h_t t∈[1,s],(s＝d·l·q),可以计算出在此区域，统计脉冲序列所对应不同局放功率的特征方差

即：

步骤5中所述建立不同局放功率的特征方差与开关柜内部区域映射为：

进一步地，计算该区域的脉冲特征方差：

基于上述，最终可获得不同区域特征方差

并且这些特征方差通过h₁,h₂,…,h_t,…,h_s对应着各个不同的区域V₁,V₂,…,V_t,…,V_s,即

对应h_t,h_t对应V_t；

以上过程皆是通过设置不同强度局部放电源的条件下，将其置在开关柜长方体模型中以得到大量标准数据的标定工作，该过程的进行保证在设备局部放电的实时监测中得到对数据可靠的判定标准；

作为优选，步骤6中所述实际所测脉冲序列为：

A_detect＝A_detect,1,A_detect,2,…,A_detect,i,…,A_detect,N

步骤6中所述进行筛选得到小长方体候选区域为：

由公式：

求得方差

并与

进行对比筛选出体积为abc/dlq小长方体候选区域

筛选的具体方式为：

η为给出的筛选门限值，若该划分区域的特征方差与实际检测得到序列方差的在筛选门限内，则该区域被选中；

方差的大小反映区域相对于开关柜体心的距离，由空间对称性，通过

筛选得到小长方体区域很明显是关于开关柜长方体模型体心呈中心对称的小长方体候选区域

筛选得到每个区域对应着相应的标准数据表h₁,h₂,…,h_λ,…,h_ε；

作为优选，步骤7中所述实际所测脉冲序列为：

A_detect＝A_detect,1,A_detect,2,…,A_detect,i,…,A_detect,N

步骤7中所述输出实际所测脉冲序列加权值为W_detect；

步骤7中所述通过向量映射关系得到脉冲序列加权值对应的放电强度为：

求得min|W_j-W_detect|,j∈[1,M]，若W_j与W_detect的差最小，则输出脉冲序列加权值W_detect≈W_j，W_j为第j组局放放电功率的脉冲密度权值和，根据步骤3可知与第j组局放源功率P_j对应，j∈[1,M],M＞0；

作为优选，步骤8中所述小长方体候选区域为：

步骤8中所述标准数据矩阵为h₁,h₂,…,h_λ,…,h_ε；

从h₁,h₂,…,h_λ,…,h_ε中挑选映射局放源强度为P_j的子行重新组成候选区域矩阵：

步骤8中所述将实际所测脉冲序列A_detect＝A₁,A₂,…,A_i,…,A_N与候选区域矩阵Γ每一行进行计算得到放电区域为：

在确定最小值后，该最小值表示检测得到的实际脉冲序列与标准数据表中序列吻合的程度最高，而实际脉冲序列所吻合的标准数据表序列对应着开关柜中一个划分区域，故根据步骤6中映射由

得到放电区域K_λ。

本发明的有益效果是：

(1)本发明设涉及的光无源器件以其在高压环境下良好的抗干扰和只对紫外波段响应以避免大气光谱对系统实时检测干扰的特性，提高了系统的安全性与可靠性。

(2)本发明将局部放电所携带的紫外光能量转换为信号脉冲作为监测手段大大降低了对局部放电进行直接检测的难度。

(3)本发明是在局部放电强度评估上，利用脉冲权值与局放强度的关系进一步深层挖掘局部放电定位与脉冲权值、局放强度之间的关系。该过程对局部放电的定位工作是重要且有效的。

附图说明

图1：本发明系统结构框图；

图2：本发明方法流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明系统整体拓扑图。本发明系统的技术方案为一种基于紫外光的电气设备局部放电定位系统，其特征在于，包括第一光信号传输单元、...、第N光信号传输单元，第一信号调理单元、...、第N信号调理单元，数据采集卡、数据终端，N＞0；

所述第一光信号传输单元与所述第一信号调理单元通过光纤连接；...；所述第N光信号传输单元与所述第N信号调理单元通过通过光纤连接；所述第一信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；...；所述第N信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；所述数据采集卡与所述数据终端连接。

所述第i光信号传输单元，其特征在于，包括准直镜探头、紫外光纤；所述准直镜探头与所述紫外光纤连接，i∈[1,N],N＞0。

所述第i信号调理单元，其特征在于，包括电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器、RC振荡器；所述第i光信号传输单元中紫外光纤与所述光电传感器通过光耦合方式连接；所述的电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器通过导线依次串联连接；所述光电传感器与所述RC振荡器通过导线连接；所述RC振荡器与所述数据采集卡通过导线连接，i∈[1,N],N＞0。

在所述第i光信号传输单元中，所述准直镜探头通过减小光束发散角的方式降低耦合进入紫外光纤的损耗；所述紫外光纤用于紫外光信号的传输；所述聚焦镜探头对尾纤出射的光信号进行聚焦并耦合至所述第i信号调理单元中光电传感器。

在所述第i信号调理单元中，所述电压调节整流模块用于将市电转换为低压交流电，将低压交流电转换为低压直流电；所述滤波模块用于对低压直流电进行滤除纹波稳定电压；所述高压模块用于将滤波后低压直流电通过直流变换为高压直流电，并驱动所述光电传感器；所述电压传感器在高压直流电驱动下，将GIS 开关柜中导出的加强后入射光通过光电转换转换为监测电信号；所述RC振荡器将监测电信号转换为脉冲电信号，i∈[1,N],N＞0。

所述数据采集卡将第i信号调理单元输出的脉冲电信号转换为第i信号调理单元的脉冲数字信号，所述数据终端对第i(i∈[1,N]，N＞0)信号调理单元的脉冲数字信号进行分析处理。

所述数据终端用于进行基于紫外光的电气设备局部放电定位方法。

所述准直镜探头型号为W-75UV；所述紫外光纤型号为XSR600-3.0；所述光电传感器型号为R2868；所述电压调节整流模块型号为S-15-9；所述滤波模块型号为L7809CV；所述高压模块型号为HVW9P-325NG3/1；所述数据采集卡选型为 USB3200以及所述数据终端选型为PC；N＝12，M＝20。

本发明具体实施方式为一种基于紫外光的电气设备局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用开关柜建立三维坐标系，开关柜的长度、宽度以及高度分别与三维坐标系的轴重合；

步骤1中所述开关柜的长度、宽度以及高度分别与三维坐标系的轴重合为：

开关柜的长度为a与坐标轴x重合，开关柜的宽度为b与坐标轴y重合，开关柜的高度为c与坐标轴z重合；

步骤2：将进行局放检测所需的N＝12个光信号传输单元带有的准直镜探头分成多组，并成对称放置的状态；

步骤2中所述N＝12为偶数；

步骤2中所述N＝12个光信号传输单元带有的准直镜成对分成N/2组；

步骤2中所述对称放置的状态为：

在依开关柜所建立的长方体模型中的面上，每组包含的两个准直镜探头分别呈犄角置于平行的两个面的中心；

在顶角上，每组包含的两个准直镜探头分别呈犄角置于体对角线的两个顶点；

在棱边上，每组包含的两个准直镜探头分别呈犄角置于由两个平行平面相平行的对角线构成的平面与该长方体相交的两条棱边的中点；

各个位点的准直镜探头记为L₁,L₂,L₃……L_N；

步骤3：通过N＝12路准直镜采集局部放电产生的紫外光信号，经光纤传输、聚焦镜出射进入光信号调理单元中的光电传感器进行光电变换后，电信号由振荡器输出脉冲信号，最后再由数据采集卡采集电压数据传输给数据终端。数据终端统计实时电压数字信号的脉冲数并进行加权计算，将标准高压局放源置于开关柜内部并设定多个等级放电功率构建脉冲数组矩阵，通过脉冲数组矩阵以及多个等级放电功率建立两者之间的映射；

步骤3中第i路采集得到的脉冲数记为A_i i∈[1,N]；

步骤3中所述进行加权计算为：

根据步骤1中所述开关柜所建立模型体积为abc，设开关柜区域内局部放电的概率处处相等，则放电概率密度函数表达式为：

f＝1/abc

在第一光信号传输单元至第N＝12光信号传输单元中的N＝12个准直镜探头可覆盖整个开关柜内部区域的条件下，概率密度函数f对N＝12个准直镜探头中所能监控的有效空间范围的积分，即为第i个准直镜探头的加权系数：

其中，Ω_i为第i个准直镜能够检测的空间大小，故对于整个系统所统计出的脉冲密度权值和记为：

步骤3中所述将高压局放源置于开关柜内部模拟电气设备因绝缘劣化导致的局放，并设定局放放电功率P_j，M＝20，j∈[1,M],M＞0；

步骤3中所述设定多个等级放电功率构建脉冲数组矩阵为：在改变高压局放功率的条件下测试得到M＝20组在不同局放源功率下统计脉冲数组矩阵H：

其中，A_j,i j∈[1,M],i∈[1,N]为第j组局放放电功率中第i个准直镜的脉冲数， N＝12,M＝20；

按上述加权方式处理矩阵的每一行得到加权向量W_j：

其中，W_j第j组局放放电功率的脉冲密度权值和；

步骤3中所述局部放电的强度分级为：

可得到脉冲加权向量向局放强度的映射，第j组局放放电功率的脉冲密度权值和W_j与第j组局放源功率P_j对应，j∈[1,M],M＞0；

步骤4：根据开关柜建立长宽高分别与坐标轴重合的三维坐标系，对长方体内部进行划分；

步骤4中所述根据开关柜建立长宽高分别与坐标轴重合的三维坐标系，对长方体内部进行划分为：

将开关柜长a均分为d份，均分点记为e₁,e₂,e₃,……,e_d-1以切面

m₁,m₂,m₃,……,m_d-1(m_d-1//平面yoz且e_d-1∈m_d-1)对开关柜进行划分；

将开关柜宽b均分为l份，均分点记为

以切面δ₁,δ₂,δ₃,……,δ_l-1(δ_l-1//平面xoz且

)对开关柜进行划分；

再将开关柜高c均分为q份，均分点记为φ₁,φ₂,φ₃,……,φ_q-1，以切面χ₁,χ₂,χ₃,……,χ_q-1(χ_q-1//平面xoy且φ_q-1∈χ_q-1)对开关柜进行划分；

最后开关柜内部区域被均等地划分为数量为d·l·q，体积为

的长方体；

把这些长方体记为V_α-β-γ(α∈[1,d],β∈[1,l],γ∈[1,q],且α,β,γ为正整数)，并将 V_α-β-γ与V_t,t∈[1,s],(s＝d·l·q)对应起来；

对应的方式为：

V_α-β-γ＝V_{(α-1)·l+(β-1)·q+γ}＝V_t

步骤5：选择开关柜内部区域，设置局放源在不同局部放电功率下获取标准脉冲序列，不同局放强度构成一个标准二维脉冲数据矩阵，根据标准二维脉冲数据矩阵构建三维矩阵，建立不同局放功率的特征方差与开关柜内部区域映射；

步骤5中所述开关柜内部区域为步骤4中所述V_t

步骤5中所述不同局部放电功率为P_j(j∈[1,M])，M＝20；

步骤5中所述标准二维脉冲数据矩阵为：

其中，A_t,j,i表示第t个区域，在局放源在P_j的条件下，由第i个准直镜输出的脉冲数,将高压局放源置与不同区域进行多组测试，可得到三维矩阵U，处理三维的每行可得标准方差；

步骤5中所述三维矩阵U可表示如下：

通过第t个区域标准矩阵h_t t∈[1,s],(s＝d·l·q),可以计算出在此区域，统计脉冲序列所对应不同局放功率的特征方差

即：

步骤5中所述建立不同局放功率的特征方差与开关柜内部区域映射为：

进一步地，计算该区域的脉冲特征方差：

基于上述，最终可获得不同区域特征方差

并且这些特征方差通过h₁,h₂,…,h_t,…,h_s对应着各个不同的区域V₁,V₂,…,V_t,…,V_s,即

对应h_t,h_t对应V_t；

以上过程皆是通过设置不同强度局部放电源的条件下，将其置在开关柜长方体模型中以得到大量标准数据的标定工作，该过程的进行保证在设备局部放电的实时监测中得到对数据可靠的判定标准；

步骤6：在建立经标定后的数据库后，若系统在监测开关柜设备的过程中，开关柜内部因绝缘缺陷导致设备产生局部放电，由在开关柜上安放的各个准直镜探头及其相应模块实际所测脉冲序列进行筛选得到小长方体候选区域；

步骤6中所述实际所测脉冲序列为：

A_detect＝A_detect,1,A_detect,2,…,A_detect,i,…,A_detect,N

步骤6中所述进行筛选得到小长方体候选区域为：

由公式：

求得方差

并与

进行对比筛选出体积为abc/dlq小长方体候选区域

筛选的具体方式为：

η为给出的筛选门限值，若该划分区域的特征方差与实际检测得到序列方差的在筛选门限内，则该区域被选中；

方差的大小反映区域相对于开关柜体心的距离，由空间对称性，通过

筛选得到小长方体区域很明显是关于开关柜长方体模型体心呈中心对称的小长方体候选区域

筛选得到每个区域对应着相应的标准数据表h₁,h₂,…,h_λ,…,h_ε；

步骤7：根据步骤6由准直镜探头得到实际所测脉冲序列，根据步骤3中所述方法进行脉冲加权值计算得到实际所测脉冲序列加权值，并通过向量映射关系得到实际所测脉冲序列加权值对应的放电强度。

步骤7中所述实际所测脉冲序列为：

A_detect＝A_detect,1,A_detect,2,…,A_detect,i,…,A_detect,N

步骤7中所述输出实际所测脉冲序列加权值为W_detect；

步骤7中所述通过向量映射关系得到脉冲序列加权值对应的放电强度为：

求得min|W_j-W_detect|,j∈[1,M]，若W_j与W_detect的差最小，则输出脉冲序列加权值W_detect≈W_j，W_j为第j组局放放电功率的脉冲密度权值和，根据步骤3可知与第j组局放源功率P_j对应，j∈[1,M],M＞0；

步骤8：在小长方体候选区域所对应的标准数据矩阵中挑选映射局放源强度的子行重新组成候选区域矩阵，将实际所测脉冲序列与候选区域矩阵每一行进行计算得到放电区域；

步骤8中所述小长方体候选区域为：

步骤8中所述标准数据矩阵为h₁,h₂,…,h_λ,…,h_ε；

从h₁,h₂,…,h_λ,…,h_ε中挑选映射局放源强度为P_j的子行重新组成候选区域矩阵：

步骤8中所述将实际所测脉冲序列A_detect＝A₁,A₂,…,A_i,…,A_N与候选区域矩阵Γ每一行进行计算得到放电区域为：

在确定最小值后，该最小值表示检测得到的实际脉冲序列与标准数据表中序列吻合的程度最高，而实际脉冲序列所吻合的标准数据表序列对应着开关柜中一个划分区域，故根据步骤6中映射由

得到放电区域K_λ。

尽管本文较多地使用了光信号传输单元、信号调理单元，数据采集卡、数据终端、准直镜探头、紫外光纤、电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器、RC振荡器等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于紫外光的电气设备局部放电定位系统的定位方法，其特征在于：所述紫外光的电气设备局部放电定位系统包括：第一光信号传输单元、...、第N光信号传输单元，第一信号调理单元、...、第N信号调理单元，数据采集卡、数据终端，N＞0；

所述第一光信号传输单元与所述第一信号调理单元通过光纤连接；...；所述第N光信号传输单元与所述第N信号调理单元通过通过光纤连接；所述第一信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；...；所述第N信号调理单元与所述数据采集卡通过导线连接；所述数据采集卡与所述数据终端连接；

所述第i光信号传输单元由准直镜探头、紫外光纤、聚焦镜探头构成；所述准直镜探头与所述紫外光纤连接；所述紫外光纤与所述聚焦镜探头连接；

所述第i信号调理单元，由电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器、RC振荡器构成；所述第i光信号传输单元中紫外光纤与所述光电传感器通过光耦合方式连接；所述的电压调节整流模块、滤波模块、高压模块、光电传感器通过导线依次串联连接；所述光电传感器与所述RC振荡器通过导线连接；所述RC振荡器与所述数据采集卡通过导线连接，i∈[1,N],N＞0；

在所述第i光信号传输单元中，所述准直镜探头通过减小光束发散角的方式降低耦合进入紫外光纤的损耗；所述紫外光纤用于紫外光信号的传输；所述聚焦镜探头对尾纤出射的光信号进行聚焦并耦合至所述第i信号调理单元中光电传感器；

在所述第i信号调理单元中，所述电压调节整流模块用于将市电转换为低压交流电，将低压交流电转换为低压直流电；所述滤波模块用于对低压直流电进行滤除纹波稳定电压；所述高压模块用于将滤波后低压直流电通过直流变换为高压直流电，并驱动所述光电传感器；所述电压传感器在高压直流电驱动下，将GIS开关柜中导出的加强后入射光通过光电转换转换为监测电信号；所述RC振荡器将监测电信号转换为脉冲电信号；

所述数据采集卡将第i信号调理单元输出的脉冲电信号转换为第i信号调理单元的脉冲数字信号，所述数据终端对第i信号调理单元的脉冲数字信号进行分析处理，i∈[1,N],N＞0；

所述数据终端用于进行基于紫外光的电气设备局部放电定位系统的定位方法；

所述定位方法，包括以下步骤：

步骤1：利用开关柜建立三维坐标系，开关柜的长度、宽度以及高度分别与三维坐标系的轴重合；

步骤2：将进行局放检测所需的N个光信号传输单元带有的准直镜探头分成多组，并成对称放置的状态；

步骤3：通过N路准直镜采集局部放电产生的紫外光信号，经光纤传输、聚焦镜出射进入光信号调理单元中的光电传感器进行光电变换后，电信号由振荡器输出脉冲信号，最后再由数据采集卡采集电压数据传输给数据终端，数据终端统计实时电压数字信号的脉冲数并进行加权计算，将标准高压局放源置于开关柜内部并设定多个等级放电功率构建脉冲数组矩阵，通过脉冲数组矩阵以及多个等级放电功率建立两者之间的映射；

步骤4：根据开关柜建立长宽高分别与坐标轴重合的三维坐标系，对长方体内部进行划分；

步骤5：选择开关柜内部区域，设置局放源在不同局部放电功率下获取标准脉冲序列，不同局放强度构成一个标准二维脉冲数据矩阵，根据标准二维脉冲数据矩阵构建三维矩阵，建立不同局放功率的特征方差与开关柜内部区域映射；

步骤6：在建立经标定后的数据库后，若系统在监测开关柜设备的过程中，开关柜内部因绝缘缺陷导致设备产生局部放电，由在开关柜上安放的各个准直镜探头及其相应模块实际所测脉冲序列进行筛选得到小长方体候选区域；

步骤7：根据步骤6由准直镜探头得到实际所测脉冲序列，根据步骤3中所述方法进行脉冲加权值计算得到实际所测脉冲序列加权值，并通过向量映射关系得到实际所测脉冲序列加权值对应的放电强度；

步骤8：在小长方体候选区域所对应的标准数据矩阵中挑选映射局放源强度的子行重新组成候选区域矩阵，将实际所测脉冲序列与候选区域矩阵每一行进行计算得到放电区域。

2.根据权利要求1所述的基于紫外光的电气设备局部放电定位系统的定位方法，其特征在于，步骤1中所述开关柜的长度、宽度以及高度分别与三维坐标系的轴重合为：

开关柜的长度为a与坐标轴x重合，开关柜的宽度为b与坐标轴y重合，开关柜的高度为c与坐标轴z重合。

3.根据权利要求1所述的基于紫外光的电气设备局部放电定位系统的定位方法，其特征在于，步骤2中所述N为偶数；

步骤2中所述N个光信号传输单元带有的准直镜成对分成N/2组；

步骤2中所述对称放置的状态为：

在依开关柜所建立的长方体模型中的面上，每组包含的两个准直镜探头分别呈犄角置于平行的两个面的中心；

在顶角上，每组包含的两个准直镜探头分别呈犄角置于体对角线的两个顶点；

在棱边上，每组包含的两个准直镜探头分别呈犄角置于由两个平行平面相平行的对角线构成的平面与该长方体相交的两条棱边的中点；

各个位点的准直镜探头记为L₁,L₂,L₃……L_N。

4.根据权利要求1所述的基于紫外光的电气设备局部放电定位系统的定位方法，其特征在于，步骤3中第i路采集得到的脉冲数记为A_ii∈[1,N]；

步骤3中所述进行加权计算为：

根据步骤1中所述开关柜所建立模型体积为abc，设开关柜区域内局部放电的概率处处相等，则放电概率密度函数表达式为：

f＝1/abc

在第一光信号传输单元至第N光信号传输单元中的N个准直镜探头可覆盖整个开关柜内部区域的条件下，概率密度函数f对N个准直镜探头中所能监控的有效空间范围的积分，即为第i个准直镜探头的加权系数：

其中，Ω_i为第i个准直镜能够检测的空间大小，故对于整个系统所统计出的脉冲密度权值和记为：

步骤3中所述将高压局放源置于开关柜内部模拟电气设备因绝缘劣化导致的局放，并设定局放放电功率P_j，j∈[1,M],M＞0；

步骤3中所述设定多个等级放电功率构建脉冲数组矩阵为：在改变高压局放功率的条件下测试得到M组在不同局放源功率下统计脉冲数组矩阵H：

其中，A_j,i j∈[1,M],i∈[1,N]为第j组局放放电功率中第i个准直镜的脉冲数；

按上述加权方式处理矩阵的每一行得到加权向量W_j：

其中，W_j第j组局放放电功率的脉冲密度权值和；

步骤3中所述局部放电的强度分级为：

可得到脉冲加权向量向局放强度的映射，第j组局放放电功率的脉冲密度权值和W_j与第j组局放源功率P_j对应，j∈[1,M],M＞0。

5.根据权利要求1所述的基于紫外光的电气设备局部放电定位系统的定位方法，其特征在于，步骤4中所述根据开关柜建立长宽高分别与坐标轴重合的三维坐标系，对长方体内部进行划分为：

将开关柜长a均分为d份，均分点记为e₁,e₂,e₃,……,e_d-1，以切面m₁,m₂,m₃,……,m_d-1(m_d-1//平面yoz且e_d-1∈m_d-1)对开关柜进行划分；

将开关柜宽b均分为l份，均分点记为

以切面δ₁,δ₂,δ₃,……,δ_l-1(δ_l-1//平面xoz且

)对开关柜进行划分；

再将开关柜高c均分为q份，均分点记为φ₁,φ₂,φ₃,……,φ_q-1，以切面χ₁,χ₂,χ₃,……,χ_q-1(χ_q-1//平面xoy且φ_q-1∈χ_q-1)对开关柜进行划分；

最后开关柜内部区域被均等地划分为数量为d·l·q，体积为

的长方体；

把这些长方体记为V_α-β-γ(α∈[1,d],β∈[1,l],γ∈[1,q],且α,β,γ为正整数)，并将V_α-β-γ与V_t,t∈[1,s],(s＝d·l·q)对应起来；

对应的方式为：

V_α-β-γ＝V_{(α-1)·l+(β-1)·q+γ}＝V_t。

6.根据权利要求1所述的基于紫外光的电气设备局部放电定位系统的定位方法，其特征在于，步骤5中所述开关柜内部区域为步骤4中所述V_t

步骤5中所述不同局部放电功率为P_j(j∈[1,M])；

步骤5中所述标准二维脉冲数据矩阵为：

其中，A_t,j,i表示第t个区域，在局放源在P_j的条件下，由第i个准直镜输出的脉冲数,将高压局放源置与不同区域进行多组测试，可得到三维矩阵U，处理三维的每行可得标准方差；

步骤5中所述三维矩阵U可表示如下：

通过第t个区域标准矩阵h_t t∈[1,s],(s＝d·l·q),可以计算出在此区域，统计脉冲序列所对应不同局放功率的特征方差

即：

步骤5中所述建立不同局放功率的特征方差与开关柜内部区域映射为：

进一步地，计算该区域的脉冲特征方差：

基于上述，最终可获得不同区域特征方差

并且这些特征方差通过h₁,h₂,…,h_t,…,h_s对应着各个不同的区域V₁,V₂,…,V_t,…,V_s,即

对应h_t,h_t对应V_t；

以上过程皆是通过设置不同强度局部放电源的条件下，将其置在开关柜长方体模型中以得到大量标准数据的标定工作，该过程的进行保证在设备局部放电的实时监测中得到对数据可靠的判定标准。

7.根据权利要求1所述的基于紫外光的电气设备局部放电定位系统的定位方法，其特征在于，步骤6中所述实际所测脉冲序列为：

A_detect＝A_detect,1,A_detect,2,…,A_detect,i,…,A_detect,N

步骤6中所述进行筛选得到小长方体候选区域为：

由公式：

求得方差

并与

进行对比筛选出体积为abc/dlq小长方体候选区域

筛选的具体方式为：

η为给出的筛选门限值，若该划分区域的特征方差与实际检测得到序列方差的在筛选门限内，则该区域被选中；

方差的大小反映区域相对于开关柜体心的距离，由空间对称性，通过

筛选得到小长方体区域很明显是关于开关柜长方体模型体心呈中心对称的小长方体候选区域

筛选得到每个区域对应着相应的标准数据表h₁,h₂,…,h_λ,…,h_ε。

8.根据权利要求1所述的基于紫外光的电气设备局部放电定位系统的定位方法，其特征在于，步骤7中所述实际所测脉冲序列为：

A_detect＝A_detect,1,A_detect,2,…,A_detect,i,…,A_detect,N

步骤7中所述输出实际所测脉冲序列加权值为W_detect；

步骤7中所述通过向量映射关系得到脉冲序列加权值对应的放电强度为：

求得min|W_j-W_detect|,j∈[1,M]，若W_j与W_detect的差最小，则输出脉冲序列加权值W_detect≈W_j，W_j为第j组局放放电功率的脉冲密度权值和，根据步骤3可知与第j组局放源功率P_j对应，j∈[1,M],M＞0。

9.根据权利要求1所述的基于紫外光的电气设备局部放电定位系统的定位方法，其特征在于，步骤8中所述小长方体候选区域为：

步骤8中所述标准数据矩阵为h₁,h₂,…,h_λ,…,h_ε；

从h₁,h₂,…,h_λ,…,h_ε中挑选映射局放源强度为P_j的子行重新组成候选区域矩阵：

步骤8中所述将实际所测脉冲序列A_detect＝A₁,A₂,…,A_i,…,A_N与候选区域矩阵Γ每一行进行计算得到放电区域为：

在确定最小值后，该最小值表示检测得到的实际脉冲序列与标准数据表中序列吻合的程度最高，而实际脉冲序列所吻合的标准数据表序列对应着开关柜中一个划分区域，故根据步骤6中映射由

得到放电区域K_λ。

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