CN109917252B - 变压器内局部放电源定位方法、装置和服务器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变压器内局部放电源定位方法、装置和服务器，其中，该方法包括：通过设置在变压器预设位置上的多个声学传感器，采集变压器内局部放电产生的声学信号；对每个声学传感器对应的声学信号进行降噪处理；根据降噪处理后的声学信号的信号能量或信息量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度；根据每个声学传感器的位置和时间长度，确定变压器内局部放电源的位置。本发明中，以每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点为基准确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度，这种相对时间的方式有利于优化后续变压器内局部放电源定位的计算方式，从而提高变压器内局部放电源定位的精确性。

Description

变压器内局部放电源定位方法、装置和服务器

技术领域

本发明涉及变压器检测技术领域，尤其是涉及一种变压器内局部放电源定位方法、装置和服务器。

背景技术

局部放电(Partial Discharge，简称PD)检测是评估绝缘系统状态的一种有效的非破坏性方法。局部放电检测一方面可以用于检测局部放电信号大小和放电类型，另一方面可以用于局部放电源的定位。及时、准确地确定局部放电源的位置，有助于及时发现设备缺陷，防止事故发生，有助于安排检修计划和减少维护成本。

相关技术中，根据局部放电产生的声学信号的到达时间，可以在三维空间中确定局部放电的位置，即变压器的缺陷发生位置；因此，声学信号的到达时间的精确性最终会影响局部放电定位的精确性。但是，受各种干扰因素的影响，现有的声学信号的到达时间的计算精确度较低，导致变压器内局部放电源定位方式精确度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变压器内局部放电源定位方法、装置和服务器，以提高变压器内局部放电源定位的精确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种变压器内局部放电源定位方法，该方法包括：通过设置在变压器预设位置上的多个声学传感器，采集变压器内局部放电产生的声学信号；对每个声学传感器对应的声学信号进行降噪处理；根据降噪处理后的声学信号的信号能量或信息量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度；其中，时间长度基于每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点确定；根据每个声学传感器的位置和时间长度，确定变压器内局部放电源的位置。

在本发明较佳的实施例中，上述对每个声学传感器对应的声学信号进行降噪处理的步骤，包括：针对每个声学传感器，计算该声学传感器对应的声学信号的平均值；根据计算结果对该声学传感器对应的声学信号进行降噪处理。

在本发明较佳的实施例中，上述对每个声学传感器对应的声学信号进行降噪处理的步骤，包括：针对每个声学传感器，将该声学传感器对应的声学信号进行小波变换，得到声学信号对应的小波系数；将小波系数中，低于预设阈值的小波系数置零处理，得到处理后的小波系数；将处理后的小波系数进行小波反变换处理，得到降噪后的声学信号。

在本发明较佳的实施例中，上述预设阈值为

其中，K为预设常数；N为预设系数；σ为预设的标准偏差的估计值。

在本发明较佳的实施例中，上述根据降噪处理后的声学信号的信号能量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度的步骤，包括：按照时间顺序，统计降噪处理后的声学信号在预设时间点的信号累积能量；确定信号累积能量最小的时间点；将确定的时间点与每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点的差值，确定为声学信号的时间长度。

在本发明较佳的实施例中，上述统计降噪处理后的声学信号在预设时间点的信号累积能量的步骤，包括：计算声学信号在时间点i的信号累积能量

其中，i为时间点；S_i为声学信号在预设时间点的信号能量；δ为负方向变量，

S_N为声学信号的总能量；α为预设值；N为声学信号的信号长度；x_k为在时间点k的声学信号。

在本发明较佳的实施例中，上述根据降噪处理后的声学信号的信息量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度的步骤，包括：计算降噪处理后的声学信号在预设时间点的AIC函数值；确定AIC函数值中全局最小值对应的时间点；将确定的时间点与每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点的差值，确定为声学信号的时间长度。

在本发明较佳的实施例中，上述声学传感器的数量为三个；上述根据每个声学传感器的位置和时间长度，确定变压器内局部放电源的位置的步骤，包括：根据每个声学传感器的位置和时间长度，建立方程组：

(x-x_s1)²+(y-y_s1)²+(z-z_s1)²＝(v_s·(T′_s1-Δt))²

(x-x_s2)²+(y-y_s2)²+(z-z_s2)²＝(v_s·(T′_s2-Δt))²

(x-x_s3)²+(y-y_s3)²+(z-z_s3)²＝(v_s·(T′_s3-Δt))²

(x-x_s4)²+(y-y_s4)²+(z-z_s4)²＝(v_s·(T′_s4-Δt))²；

其中，坐标(x,y,z)为变压器内局部放电源的位置；(x_si,y_si,z_si)为第i个声学传感器的位置，i＝1，2，3；v_s为声学信号的传播速度；T′_si为第i个声学传感器对应的时间长度；Δt为局部放电源的放电时间点与每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点的差值；通过迭代算法或GPS定位算法求解方程组，得到变压器内局部放电源的位置。

第二方面，本发明实施例提供了一种变压器内局部放电源定位装置，该装置包括：信号采集模块，用于通过设置在变压器预设位置上的多个声学传感器，采集变压器内局部放电产生的声学信号；降噪模块，用于对每个声学传感器对应的声学信号进行降噪处理；时间长度确定模块，用于根据降噪处理后的声学信号的信号能量或信息量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度；其中，时间长度基于每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点确定；位置确定模块，用于根据每个声学传感器的位置和时间长度，确定变压器内局部放电源的位置。

第三方面，本发明实施例提供了一种服务器，包括处理器和机器可读存储介质，机器可读存储介质存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行机器可执行指令以实现上述变压器内局部放电源定位方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种变压器内局部放电源定位方法、装置和服务器，通过设置在变压器预设位置上的多个声学传感器，采集变压器内局部放电产生的声学信号；根据每个声学传感器对应的降噪处理后的声学信号的信号能量或信息量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度；再根据每个声学传感器的位置和时间长度，确定变压器内局部放电源的位置。该方式中，以每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点为基准确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度，这种相对时间的方式有利于优化后续变压器内局部放电源定位的计算方式，从而提高变压器内局部放电源定位的精确性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的声学信号传播路径示意图；

图2为本发明实施例提供的声学信号示意图；

图3为本发明实施例提供的一种变压器内局部放电源定位方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的变压器上设置声学传感器的位置示意图；

图5为本发明实施例提供的经平均值去噪和未经平均值去噪的声学信号的示意图；

图6为本发明实施例提供的不同K值下通过信号能量和AIC函数得到的到达时间计算的到达时间示意图；

图7为本发明实施例提供的声学信号曲线和对应的信号累积能量曲线的示意图；

图8为本发明实施例提供的T′_si与Δt的含义的示意图；

图9为本发明实施例提供的T_Si的含义的示意图；

图10为本发明实施例提供的T和τ_1i的含义的示意图；

图11为本发明实施例提供的变压器上设置声学传感器和PD点的位置示意图；

图12为本发明实施例提供的声学传感器2测量到的等效放电量为575pC的单脉冲声学信号；

图13为本发明实施例提供的采用能量法和AIC法估计的到达时间的平均相对误差示意图；

图14为本发明实施例提供的一种变压器内局部放电源定位装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

绝缘系统是电力变压器的主要组成部分，绝缘系统的完整性对于变压器的安全运行具有决定作用。绝缘系统可能会存在一些自身缺陷，另外短路、雷击或开关操作的瞬变等外部应力引起的故障也可能破坏绝缘系统。因此，需要对绝缘系统的状态进行评估和诊断。相关技术中，通过分析局部放电的统计特征和波形特征，可以得到绝缘系统的状态；具体而言，可以分析局部放电产生的电信号、声学信号和电磁信号，可以实现对油纸绝缘变压器内的局部放电检测。

其中，使用电信号在对变压器进行离线或在线局部放电测量时存在一些缺点和限制；在使用声学信号和电磁信号时，由于变压器内部结构复杂，声学信号和电磁信号在变压器的传播路径也较为复杂，存在多路径传播的情况；比如结构传播路径问题，该问题可以影响声学信号的到达时间的计算精确度，导致计算得到的到达时间提前。如图1所示，当声波到达壳体后，形成沿壳体表面传播的机械波，由于其波速大于油中的波速，沿着壳体传播的声学信号会先到达传感器，因此测量到的声学信号实际上是由壳体传播的信号和油中传播信号叠加而成的，如果采用到达时间差计算传感器与信号源之间的距离，由于到达时间差计算中，假设信号均是直线传播，这将导致放电源和传感器之间的距离不正确，如图2所示。在采用声学信号进行局部放电定位置，平均声速主要与油中直线传播分量有关，这部分信号称为“局部放电信号”，而结构传播的干扰可以被称为“局部放电噪声”。

基于此，本发明实施例提供的一种变压器内局部放电源定位方法、装置和服务器，该技术可以应用于检测变压器局部放电、监控变压器绝缘系统状态中。为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种变压器内局部放电源定位方法进行详细介绍。

参见图3所示的一种变压器内局部放电源定位方法的流程图；该方法包括如下步骤：

步骤S302，通过设置在变压器预设位置上的多个声学传感器，采集变压器内局部放电产生的声学信号；

声学传感器是一种可以接收声波并且能够把声信号转换成电测仪器能够识别的电信号的装置。该声学传感器可以为动圈式声学传感器、压电陶瓷式声学传感器、电容式声学传感器等。声学传感器通常设置在变压器油箱的外部；如图4所示，该变压器油箱的外部设置了多个传感器，第i个传感器设置在位置S_i上，可以预先设置坐标系，如笛卡尔坐标系，基于该坐标系，每个位置S_i对应有坐标(x_si，y_si，z_si)。图4中，PD点(x，y，z)为局部放电源，该PD点通常位于电压器的内部；该PD点发生放电时，会在三维空间内释放声学信号，设置在变压器上的多个声学传感器会先后接收到声学信号。

步骤S304，对每个声学传感器对应的声学信号进行降噪处理；

具体可以采用多种算法对声学信号进行降噪处理，如均值滤波、小波去噪等。对于一个声学传感器，受多路径传播的影响，可能会先后接收到多个声学信号，通过对这些声学信号进行降噪处理，可以提高后续局部放电源定位的准确性。

步骤S306，根据降噪处理后的声学信号的信号能量或信息量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度；其中，该时间长度基于每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点确定；

由于局部放电随时可能发生，因而声学传感器大多为实时开启状态。基于此，上述基准时间点可以为局部放电时间点之前的时间点，该基准时间点时，各个声学传感器接收到的信号应当均为零值。在实际实现时，可以以该基准时间点作为零时刻，进而确定局部放电时间点、以及各个声学传感器接收到声学信号的时间，即上述每个声学传感器接收到声学信号的时间长度。该时间长度也可以称为声学信号的“伪时间”。通过该时间长度，可以消除对后续变压器内局部放电源定位过程中对初始值的依赖性，使得定位结果更加精确、稳定。

根据声学信号中各个采样点的信号能量或信息量，可以计算出从基准时间点开始，每个采样点与基准时刻点之间声学信号的信号能量或信息量的积累值；当该积累值达到某个极值时，如极大值或极小值，将该极值对应的时间点与基准时间点的距离作为该传感器接收到声学信号的时间长度。

步骤S308，根据每个声学传感器的位置和时间长度，确定变压器内局部放电源的位置。

由于声学信号由唯一的局部放电源发出，且声学信号在介质中的传播速度为固定值，因而对于每个声学传感器，该声学传感器与局部放电源的距离等于传播速度与时间长度的乘积；基于此，根据每个声学传感器的位置和时间长度可以建立一组方程组，通过求解该方程组可以得到压器内局部放电源的位置。

本发明实施例提供的一种变压器内局部放电源定位方法，通过设置在变压器预设位置上的多个声学传感器，采集变压器内局部放电产生的声学信号；根据每个声学传感器对应的降噪处理后的声学信号的信号能量或信息量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度；再根据每个声学传感器的位置和时间长度，确定变压器内局部放电源的位置。该方式中，以每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点为基准确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度，这种相对时间的方式有利于优化后续变压器内局部放电源定位的计算方式，从而提高变压器内局部放电源定位的精确性。

下面进一步描述对每个声学传感器对应的声学信号进行降噪处理的具体过程。其中一种实现方式中，可以采用平均值去噪。具体地，针对每个声学传感器，计算该声学传感器对应的声学信号的平均值；根据计算结果对该声学传感器对应的声学信号进行降噪处理。

该方式中，如果声学信号包含的是白噪声，则声学信号中的噪声的平均值约为零，且多个声学信号相互叠加不影响噪声的特点。该平均法去噪的过程中，通常需要一个信号采集触发信号，如UHF(Ultra High Frequency，特高频)信号，该触发信号与声学信号一同实现局部放电源的定位，该触发信号还有利于发现变压器上更微小的缺陷。图5中，黑线示出了视在放电量132pC的局部放电产生的单脉冲声学信号；灰线示出了由UHF信号触发且经平均值去噪的声学信号，该声学信号的视在放电量为9pC、叠加次数为500次；两个声学信号源自相同的变压器，通过对500次的声学信号进行平均值去噪，声学信号具有明显可见的脉冲；并且，UHF信号可检测到低至视在放电量5pC的放电。

考虑到在一些情况下，声学信号在使用上述平均值去噪之前，声学信号已经达到了较为理想的状态，此时，基于小波的去噪方法成为进一步增强声学信号信噪比的方法。具体而言，针对每个声学传感器，将该声学传感器对应的声学信号进行小波变换，得到声学信号对应的小波系数；将小波系数中，低于预设阈值的小波系数置零处理，得到处理后的小波系数；将处理后的小波系数进行小波反变换处理，得到降噪后的声学信号。

在基于小波的去噪方法中，通过预设阈值可以消除由噪声引起的大部分小波系数，同时使有效的声学信号的小波系数保持不变。该预设阈值可以表示为

其中，K为预设常数；N为预设系数；σ为预设的标准偏差的估计值。该σ的取值可以为σ＝MAD/0.6745，该MAD是归一化小波系数的绝对值的中间值。根据小波族与局部放电信号的特征，Daubechies小波族(小波db2-db7)最适合用于分析局部放电产生的声学信号，其中小波db5使用较为频繁。

根据预设阈值的取值不同，可以将小波去噪方法划分为标准小波去噪和过度小波去噪。对于标准小波去噪，预设阈值中的K＝1。下述表1示出了经标准小波去噪和未经小波去噪情况下的基于平均值去噪得到的到达时间(即上述时间长度)的计算结果。

表1不同算法下的达到时间估计结果

当声学信号的叠加次数较大时(如1000和2500)，平均值去噪后的声学信号具有已经足够的信噪比，经信号能量和AIC函数得到的到达时间差(300μs和288.2μs)与实际的到达时间差(298.5μs)均较为接近。但是对于较低噪声比的声学信号，当未使用小波去噪时，通过200次叠加后，经信号能量和AIC函数得到的到达时间与实际的到达时间偏差较大，而采用小波去噪后，通过200次叠加后，经信号能量和AIC函数得到的到达时间与实际的到达时间较为接近。

对于过度小波去噪的方式，预设阈值中的K大于1，该方式下可能会导致去噪后的声学信号的平滑度较低，且声学信号的均方误差上升，但是可以去除大部分结构传播路径问题产生的噪声。图6示出了不同K值下通过信号能量和AIC函数得到的到达时间计算的到达时间，每个到达时间的计算均采用UHF信号作为触发信号，且实际的到达时间为t＝220.95μs。由图6可知，通过AIC函数计算得到的到达时间早于实际到达时间，而通过能量法计算得到的到达时间与实际到达时间更加接近。同时，从图6还可以看出，当K值取值较高时，通过信号能量和AIC函数计算得到的到达时间近似相等，如当K＝55时，能量法计算得到的到达时间t＝215.47μs，AIC函数计算得到的到达时间t＝214.97μs。

下面进一步描述确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度的具体过程；其中一种方式中，可以统计降噪处理后的声学信号的信号能量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度；具体地，可以按照时间顺序，统计降噪处理后的声学信号在预设时间点的信号累积能量；确定信号累积能量最小的时间点；将确定的时间点与每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点的差值，确定为声学信号的时间长度。

该方式中，根据信号能量含量的变化判断到达时间，信号能量可以通过声学信号的幅值的平方值表示。因此，当声学信号已知时，可以在该声学信号上预设多个采样点，计算每个采样点的幅值的平方值，即可得到该声学信号对应的能量曲线。为了区分声学信号中的噪声和信号本身，在统计降噪处理后的声学信号在预设时间点的信号累积能量的过程中，需要引入负方向变量，该负方向变量的取值受声学信号的总能量和信号长度的影响。图7示出了声学信号曲线和对应的信号累积能量曲线。信号累积能量曲线中的最低点，即信号累积能量最小的点，该点对应的时间点即声学信号的到达时间，即上述声学信号的时间长度。

上述统计降噪处理后的声学信号在预设时间点的信号累积能量，具体可以通过下述公式的方式实现：计算声学信号在时间点i的信号累积能量

其中，i为时间点，也可以称为采样点；S_i为声学信号在预设时间点的信号能量；δ为负方向变量，

S_N为声学信号的总能量；α为预设值，α可以大于1，也可以等于1；N为声学信号的信号长度；x_k为在时间点k的声学信号。

上述通过信号累积能量的方式可以自动获取声学信号的时间长度，且准确度较高。

另一种方式中，可以统计降噪处理后的声学信号的信息量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度；具体地，可以计算降噪处理后的声学信号在预设时间点的AIC(Akaike Information Criterion，赤池信息量准则)函数值；确定AIC函数值中全局最小值对应的时间点；将确定的时间点与每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点的差值，确定为声学信号的时间长度。

自回归(AR)时间选择算法是建立在假设声学信号都是独立出现基础上的，即多个声学信号互补叠加，此时可以被划分为两个局部静止段(包括信号发生之前的段和之后的段)，两个局部静止段可以用两个不同的自回归过程进行建模。随着连续段的特性改变，自回归处理过程的顺序或一个(或者两个)自回归系数值都会改变。AIC函数值通常可以反映一个AR拟合时间序列的顺序或者系数值。AIC函数值可以直接从长度为N的声学信号x计算得出，且信号的到达时间(即时间长度)与AIC函数值的全局最小值一致。

上述通过信息量的方式可以自动获取声学信号的时间长度，且准确度较高。

确定了每个声学传感器接收到声学信号的时间长度之后，即可根据每个声学传感器的位置和时间长度，确定变压器内局部放电源的位置；下面进一步描述确定变压器内局部放电源的位置的具体过程，以变压器安装有三个声学传感器为例；具体地，首先根据每个声学传感器的位置和时间长度，建立方程组：

(x-x_s1)²+(y-y_s1)²+(z-z_s1)²＝(v_s·(T′_s1-Δt))²

(x-x_s2)²+(y-y_s2)²+(z-z_s2)²＝(v_s·(T′_s2-Δt))²

(x-x_s3)²+(y-y_s3)²+(z-z_s3)²＝(v_s·(T′_s3-Δt))²

(x-x_s4)²+(y-y_s4)²+(z-z_s4)²＝(v_s·(T′_s4-Δt))²；

其中，坐标(x,y,z)为变压器内局部放电源的位置；(x_si,y_si,z_si)为第i个声学传感器的位置，i＝1，2，3；v_s为声学信号的传播速度；T′_si为第i个声学传感器对应的时间长度；Δt为局部放电源的放电时间点与每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点的差值；图8示出了T′_si与Δt的含义。

再通过迭代算法或GPS定位算法求解方程组，得到变压器内局部放电源的位置。其中，迭代算法是一种不断用变量的旧值递推新值的过程，因而迭代算法对变量的初始值存在强烈的依赖性，该初始值通常需要由用户提供。与迭代算法相对应的是直接法，即一次性求解方程组，上述GPS定位算法即属于直接法。直接法无需设置初始值。

在GPS定位算法中，通常根据卫星瞬间的位置作为输入数据，采用空间距离后方交会的方法确定待测点的位置；以四台卫星为例，第i台卫星的位置(x_i，y_i，z_i)与待测点位置(x，y，z)距离d_i＝((x_i-x)²+(y_i-y)²+(z_i-z)²)²+c(v_ti-v_to)；d_i＝cΔt_i；其中，c为信号传播速度，即光速；Δt_i为第i台卫星发射的信号到达待测点的位置上接收机的时间；v_ti为第i台卫星的卫星钟的钟差，v_ti可以由卫星星历提供；v_to为待测点的位置接收机的钟差。通过四台卫星可以列四个上述方程式，求解上述方程式即可得到待测点位置。

与GPS定位算法类似，直接求解根据每个声学传感器的位置和时间长度建立的方程组，即可得到变压器内局部放电源的位置，即坐标(x,y,z)，以及局部放电源的放电时间点与每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点的差值，即Δt。

另外，还可以通过绝对时间法或时差法建立上述方程组。如绝对时间法中，对于声学传感器(x_si，y_si，z_si)与局部放电源位置(x，y，z)之间的球函数，设到达时间为T_Si，假定声学速度为vs，则有如下关系：

(x-x_s1)²+(y-y_s1)²+(z-z_s1)²＝(v_s·T_s1)²

(x-x_s2)²+(y-y_s2)²+(z-z_s2)²＝(v_s·T_s2)²

(x-x_s3)²+(y-y_s3)²+(z-z_s3)²＝(v_s·T_s3)²

图9示出了T_Si的含义，即以局部放电源发生放电的时刻为基准，各个声学传感器接收到声学信号的时间长度。

在时差法中，声学信号首先到达的声学传感器同时触发所有传感器开始采集，得到三个时间差，即τ_1i。从几何角度讲，局部放电位置被定义为旋转对称双曲面的交点。

(x-x_s2)²+(y-y_s2)²+(z-z_s2)²＝(v_s·(T+τ₁₂))²

(x-x_s3)²+(y-y_s3)²+(z-z_s3)²＝(v_s·(T+τ₁₃))²

(x-x_s4)²+(y-y_s4)²+(z-z_s4)²＝(v_s·(T+τ₁₄))²

图10示出了τ_1i的含义，T为声学信号从局部放电源到达第一个声学传感器所需的时间。

上述变压器内局部放电源定位方法中，通过引入局部放电声学信号的平均值算法有助于增强声学检测的灵敏度，这使得声学检测可以识别放电较小的局部放电，并确定其达到时间差。采用如自动确定到达时间方法或基于小波的去噪算法，可以进一步提高了整体定位精度。该方式中还提出了声学去噪技术和达到时间估计方法，并基于伪时间的定位算法，使用鲁棒性好的直接求解器进行放电源位置求解，代替了先前使用的迭代算法，从而提高了变压器内局部放电源定位的精确度。

基于上述变压器内局部放电源定位方法，本实施例还提供一个试验案例；试验所需的试验模型包含高压盘绕组件，由两个压板包围带有受激PD的气缸，位于线圈内侧，浸入充油变压器油箱。变压器外壳位于高压实验室，尺寸为1.77m x0.8m x 1.56m，如图11所示。局部放电声学发生器(即图11中的PD点)能够发出等效放电量为575pC的超声信号(相当于上述声学信号)，其噪音水平为9pC。UHF信号通道为触发信号，UHF传感器通过标准化的油阀插入，其信号未经放大器放大。在壳体外部安装了四个压电声学传感器(相当于上述声学传感器)，即图11中的点1、点2、点3和点4的位置，以及60dB放大器，以采集局部放电产生的声学信号。UHF的模拟带宽为3GHz，作为触发信号；局部放电声学信号的模拟带宽为200MHz，同时根据IEC 60270标准进行局部放电脉冲电流测量。

在试验过程中，罐中的油温为21℃，声速为1417m/s。图12示出了声学传感器2测量到的等效放电量为575pC的单脉冲声学信号，最大幅值约为202.5mV，其噪声带约为30-45mV。其他通道测量的声学信号与其非常相似。对声学传感器2所得的500个超声信号进行平均值处理，噪声带从30-45m减小到大约3.2mV。

针对四个声学传感器的声学信号，对于放电量为575pC的放电信号，采用两种方法(能量法和AIC法)估计到达时间，见图13。从图13中可以看出，基于能量法的相对到达时间的平均误差为2.3％，基于AIC的到达时间的平均相对误差为3.1％；对于9pC的放电信号，两种方法的到达时间的平均误差均较高，分别对于6.5％(能量法)和9.5％(AIC法)。对于两种放电量，利用基于能量法估计到达时间，代入基于伪时间方法的方程，通过直接求解器计算得到定位结果分别有2.8cm(575pC)和12.1cm(9pC)的空间偏差。

在现场测量过程中，针对1台200MVA单相变压器，进行了现场局部放电定位测试。该变压器的油中气体诊断显示内部存在局部放电。于是在该变压器运行过程中，在变压器箱体上安装了4个超声传感器(相当于上述声学传感器)，连续若干个月在线获取放电信号。之后，当该变压器停电后，又对该变压器进行符合IEC60270的离线局部放电试验，在耐压过程中，发现局部放电最大视在放电量达到600pC，同时安装在变压器箱体上的4个声学传感器记录了试验过程中的声学信号。

表2局部放电定位结果

测量结果	x(m)	y(m)	z(m)
				离线测量1	1.4	3.12	2.27
在线测量2	1.25	3.19	2.23
				在线测量3	1.27	3.22	2.19

在表2中，总结了在线和离线定位的结果，其中到达时间差的计算均采用能量法，在线定位的求解方法采用直接求解法，而离线试验时的定位求解算法采用迭代法。从表2中可以看出，两次在线测量中局部放电定位的位置几乎相同(空间偏差为5.4cm)，从而证明了结果具有一定的可靠性，且离线测试的定位结果与在线测试的定位结果相差较小。“测量1”和“测量2”之间的空间偏差是17.0cm，而“测量1”和“测量3”之间的空间偏差是18.2cm。

对应于上述方法实施例，参见图14所示的一种变压器内局部放电源定位装置的结构示意图；该装置包括：

信号采集模块140，用于通过设置在变压器预设位置上的多个声学传感器，采集变压器内局部放电产生的声学信号；

降噪模块141，用于对每个声学传感器对应的声学信号进行降噪处理；

时间长度确定模块142，用于根据降噪处理后的声学信号的信号能量或信息量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度；其中，时间长度基于每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点确定；

位置确定模块143，用于根据每个声学传感器的位置和时间长度，确定变压器内局部放电源的位置。

本发明实施例提供的一种变压器内局部放电源定位装置，通过设置在变压器预设位置上的多个声学传感器，采集变压器内局部放电产生的声学信号；根据每个声学传感器对应的降噪处理后的声学信号的信号能量或信息量，确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度；再根据每个声学传感器的位置和时间长度，确定变压器内局部放电源的位置。该方式中，以每个声学传感器同时开始采集信号的基准时间点为基准确定每个声学传感器接收到声学信号的时间长度，这种相对时间的方式有利于优化后续变压器内局部放电源定位的计算方式，从而提高变压器内局部放电源定位的精确性。

本发明实施例还提供一种服务器，包括处理器和机器可读存储介质，机器可读存储介质存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行机器可执行指令以实现上述变压器内局部放电源定位方法。

本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述变压器内局部放电源定位方法，具体实现可参见方法实施方式，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的服务器和机器可读存储介质，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和/或装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本公开的具体实施例，用以说明本公开的技术方案，而非对其限制，本公开的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种变压器内局部放电源定位方法，其特征在于，所述方法包括：

通过设置在变压器预设位置上的多个声学传感器，采集所述变压器内局部放电产生的声学信号；

对每个所述声学传感器对应的声学信号进行降噪处理；

根据降噪处理后的所述声学信号的信号能量，确定每个所述声学传感器接收到所述声学信号的时间长度；其中，所述时间长度基于每个所述声学传感器同时开始采集信号的基准时间点确定；

根据每个所述声学传感器的位置和所述时间长度，确定所述变压器内局部放电源的位置；

根据降噪处理后的所述声学信号的信号能量，确定每个所述声学传感器接收到所述声学信号的时间长度的步骤，包括：

按照时间顺序，统计降噪处理后的所述声学信号在预设时间点的信号累积能量；

确定所述信号累积能量最小的时间点；

将确定的所述时间点与每个所述声学传感器同时开始采集信号的基准时间点的差值，确定为所述声学信号的时间长度；

统计降噪处理后的所述声学信号在预设时间点的信号累积能量的步骤，包括：

计算所述声学信号在时间点i的信号累积能量

其中，i为时间点；S_i为所述声学信号在预设时间点的信号能量；δ为负方向变量，

S_N为所述声学信号的总能量；α为预设值；N为所述声学信号的信号长度；x_k为在时间点k的声学信号；

所述基准时间点为所述变压器进行局部放电之前的时间点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对每个所述声学传感器对应的声学信号进行降噪处理的步骤，包括：

针对每个所述声学传感器，计算该声学传感器对应的声学信号的平均值；

根据计算结果对该声学传感器对应的声学信号进行降噪处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对每个所述声学传感器对应的声学信号进行降噪处理的步骤，包括：

针对每个所述声学传感器，将该声学传感器对应的声学信号进行小波变换，得到所述声学信号对应的小波系数；

将所述小波系数中，低于预设阈值的小波系数置零处理，得到处理后的小波系数；

将处理后的所述小波系数进行小波反变换处理，得到降噪后的所述声学信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设阈值为

其中，K为预设常数；N为预设系数；σ为预设的标准偏差的估计值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述声学传感器的数量为四个；

根据每个所述声学传感器的位置和所述时间长度，确定所述变压器内局部放电源的位置的步骤，包括：

根据每个所述声学传感器的位置和所述时间长度，建立方程组：

(x-x_s1)²+(y-y_s1)²+(z-z_s1)²＝(v_s·(T′_s1-Δt))²

(x-x_s2)²+(y-y_s2)²+(z-z_s2)²＝(v_s·(T′_s2-Δt))²

(x-x_s3)²+(y-y_s3)²+(z-z_s3)²＝(v_s·(T′_s3-Δt))²

(x-x_s4)²+(y-y_s4)²+(z-z_s4)²＝(v_s·(T′_s4-Δt))²；

其中，坐标(x,y,z)为所述变压器内局部放电源的位置；(x_si,y_si,z_si)为第i个声学传感器的位置，i＝1，2，3，4；v_s为所述声学信号的传播速度；所述T′_si为第i个声学传感器对应的时间长度；Δt为局部放电源的放电时间点与每个所述声学传感器同时开始采集信号的基准时间点的差值；

通过迭代算法或GPS定位算法求解所述方程组，得到所述变压器内局部放电源的位置。

6.一种变压器内局部放电源定位装置，其特征在于，所述装置包括：

信号采集模块，用于通过设置在变压器预设位置上的多个声学传感器，采集所述变压器内局部放电产生的声学信号；

降噪模块，用于对每个所述声学传感器对应的声学信号进行降噪处理；

时间长度确定模块，用于根据降噪处理后的所述声学信号的信号能量，确定每个所述声学传感器接收到所述声学信号的时间长度；其中，所述时间长度基于每个所述声学传感器同时开始采集信号的基准时间点确定；

位置确定模块，用于根据每个所述声学传感器的位置和所述时间长度，确定所述变压器内局部放电源的位置；

所述时间长度确定模块还用于：

按照时间顺序，统计降噪处理后的所述声学信号在预设时间点的信号累积能量；

确定所述信号累积能量最小的时间点；

将确定的所述时间点与每个所述声学传感器同时开始采集信号的基准时间点的差值，确定为所述声学信号的时间长度；

统计降噪处理后的所述声学信号在预设时间点的信号累积能量的步骤，包括：

计算所述声学信号在时间点i的信号累积能量

其中，i为时间点；S_i为所述声学信号在预设时间点的信号能量；δ为负方向变量，

S_N为所述声学信号的总能量；α为预设值；N为所述声学信号的信号长度；x_k为在时间点k的声学信号；

所述基准时间点为所述变压器进行局部放电之前的时间点。

7.一种服务器，其特征在于，包括处理器和机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1至5任一项所述的方法。

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