CN110286302A - 局部放电信号的检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种局部放电信号的检测方法及系统，其中方法包括：获取至少两种样本数据；样本数据具有相应的时间戳信息，样本数据包括对应监测点的原始波形信号数据，以及对应监测点的包络信号数据；对原始波形信号数据中的信号进行分类，以得到至少一种信号类型的分组信号；根据时间戳信息以及分组信号，对其余样本数据进行分类以更新所述分组信号；辨识分组信号，以检测出分组信号中的局部放电信号。原始波形信号数据是检测局部放电信号的基础，在此基础上，可以结合其他类型的采样数据丰富不同信号类型的分组信号，从而可以拓展局部放电信号的检测范围。

Description

局部放电信号的检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，具体涉及局部放电信号的检测方法及检测系统。

背景技术

对电网设备的健康状况和运行状态进行在线监测是保证电网安全运行、降低人工维护成本、提高资产管理水平和延长设备工作寿命的重要保证。电网设备中存在多种绝缘保护，在长期的机械、电、热、化学作用下这些绝缘逐渐老化，在电场强度较高的区域，电荷在绝缘较弱的部位定向移动，形成局部放电但不击穿绝缘。因此，局部放电(局放)是电网设备可能出现故障的早期征兆，对局放信号进行检测和定位是一种应用广泛的电网在线监测和智能预测性维护方法。

其中，基于特高频(UHF)无线传感技术的局放检测和定位具有非接触性信号获取、现场部署灵活、空间覆盖面广和灵敏度高等显著有点，被广泛应用于电气设备的局部放电带电检测中。

现有技术中一般采用使用高采样率和高精度时间同步的脉冲宽带传感器，从所有电磁脉冲信号中有效检测和识别出局放信号，然后再对局放信号进行局放源定位。由于UHF信号的传输速度接近光速，UHF信号到达UHF传感器的时间差在纳秒级，所以需要UHF传感器与信号采集系统之间实现高精度的时间同步才能保证相对准确的定位精度，这意味着为了实现高精度时间同步的同轴电缆或光纤布线将难以避免。另外，为了在变电站复杂电磁环境下有效区分局放信号和脉冲型干扰信号，需要高采样率的信号采集系统以确保信号波形的保真度，进一步导致了更高的数据存贮、传输和处理要求，增加了对高速有线数据通信的依赖。上述要求最终导致了高昂的硬件成本和相对不够灵活的传感器部署方式，从而导致局部防线信号的监测范围较小。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种局部放电信号的检测方法及检测系统，以解决局放信号的检测范围较小的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种局部放电信号的检测方法，包括：

获取至少两种样本数据；其中，所述样本数据具有相应的时间戳信息，所述样本数据包括对应监测点的原始波形信号数据，以及对应监测点的包络信号数据；

对所述原始波形信号数据中的信号进行分类，以得到至少一种信号类型的分组信号；

根据所述时间戳信息以及所述分组信号，对其余样本数据进行分类以更新所述分组信号；

辨识所述分组信号，以检测出所述分组信号中的局部放电信号。

本发明实施例提供的局部放电信号的检测方法，在获取到的样本数据中包括至少两种不同类型的数据，其中，原始波形信号数据是检测局部放电信号的基础，在此基础上，可以结合其他类型的采样数据丰富不同信号类型的分组信号。因此，在原始波形信号数据的基础上，结合包括包络信号数据在内的其他样本数据，可以丰富样本数据的类型，从而可以拓展局部放电信号的检测范围。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述根据所述时间戳信息以及所述分组信号，对其余样本数据进行分类以更新所述分组信号，包括：

利用所述时间戳信息，在时间轴上将所述其余样本数据与所述原始波形信号数据进行对齐；

将同一时间检测到的其余样本数据与所述原始波形信号数据中的信号归为一类，以更新所述分组信号。

本发明实施例提供的局部放电信号的检测方法，通过对原始波形信号数据中的进行分类得到分组信号，再利用时间戳信息对其他样本数据进行分类，使得其他样本数据具备了信号分类的参考，可以拓宽局部放电信号的检测范围。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述辨识所述分组信号，以检测出所述分组信号中的局部放电信号的步骤之后，还包括：

对所述局部放电信号进行定位的步骤。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述对所述局部放电信号进行定位，包括：

基于所述原始波形信号数据中的所述局部放电信号的到达时间差，对所述局部放电信号进行初步定位；

基于所述包络信号数据中的局部放电信号的接收信号强度指示，在所述初步定位的基础上进行二次定位。

本发明实施例提供的局部放电信号的检测方法，通过到达时间差基于原始波形信号数据中的局部放电信号进行局放信号的初步定位，再结合接收信号强度指示进行二次定位；即，通过两种不同的定位方法对同一局放信号进行定位，能够提高定位的准确性。

在第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述基于所述原始波形信号数据中的所述局部放电信号的到达时间差，对所述局部放电信号进行初步定位，还包括：

基于所述原始波形信号数据中的所述局部放电信号的接收信号强度指示，对所述局部放电信号进行初步定位。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述基于所述包络信号数据中的局部放电信号的接收信号强度指示，在所述初步定位的基础上进行二次定位，包括：

获取所述包络信号数据中的局部放电信号的接收信号强度指示；

将所述接收信号强度指示输入对应监测点的信号传输衰减模型，以实现所述局部放电信号的二次定位；其中，所述信号传输衰减模型是基于接收信号强度指示以及所述监测点的坐标所构建的。

本发明实施例提供的局部放电信号的检测方法，由于电网设备的现场实际信号容易对利用接收信号强度指示的定位精度产生影响，因此，通过建立信号传输衰减模型可以模拟实际信号的传输衰减，以减少对信道模型的依赖，提高定位的准确性。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述信号传输衰减模型是采用如下方式构建的：

获取预设测试点产生的具有固定接收信号强度指示的无线脉冲信标；

记录所述固定接收信号强度指示的值以及所述预设测试点的坐标，以建立对应于所述预设测试点的信号传输衰减模型。

本发明实施例提供的局部放电信号的检测方法，在局放检测现场利用无线脉冲信标实现对信道的测量，获得实际信道的传输衰减，提高定位准确性。

根据第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明第一方面，或第一方面任一项实施方式中所述的局部放电信号的检测方法。

根据第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明第一方面，或第一方面任一项实施方式中所述的局部放电信号的检测方法。

根据第四方面，本发明实施例还提供了一种局部放电信号的检测系统，包括：

至少两种类型的传感器，用于采集至少两种样本数据，所述传感器之间时间同步；其中，所述样本数据具有相应的时间戳信息，所述样本数据包括对应监测点的原始波形信号数据，以及对应监测点的包络信号数据；

电子设备，与所有所述传感器连接，用于基于所述样本数据对局部放电信号进行检测；其中，所述局部放电信号的检测是根据本发明第一方面，或第一方面任一项实施方式中所述的局部放电信号的检测方法检测得到的。

本发明实施例提供的局部放电信号的检测系统，通过设置至少两种类型的传感器，以使得电子设备所获取到的样本数据中包括至少两种不同类型的数据，其中，原始波形信号数据是检测局部放电信号的基础，在此基础上，可以结合其他类型的采样数据丰富不同信号类型的分组信号。因此，在原始波形信号数据的基础上，结合包括包络信号数据在内的其他样本数据，可以丰富样本数据的类型，从而可以拓展局部放电信号的检测范围。

根据第四方面，在第四方面第一实施方式中，所述传感器为第一特高频传感器以及第二特高频传感器；其中，所述第一特高频传感器用于采集所述原始波形信号数据，所述第二特高频传感器用于采集所述包络信号数据。

根据第四方面第一实施方式，在第四方面第二实施方式中，所述第一特高频传感器为特高频脉冲宽带传感器或具有全向电磁信号接收能力的特高频传感器；

所述第二特高频传感器为特高频脉冲包络传感器或具有定向电磁信号接收能力的特高频传感器。

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是根据本发明实施例的局部放电信号的检测方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的局部放电信号的检测方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的局部放电信号的检测方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的局部放电信号的检测装置的结构框图；

图5是本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图；

图6是根据本发明实施例的局部放电信号的检测系统的结构框图；

图7是根据本发明实施例的局部放电信号的检测系统的结构框图；

图8是根据本发明实施例的UHF脉冲包络传感器的结构框图；

图9a-9b是根据本发明实施例的UHF脉冲宽带传感器的结构框图；

图10是根据本发明实施例的传感数据融合分析的结构框图；

图11是根据本发明实施例的UHF脉冲宽带传感器之间的有线时间同步的结构框图；

图12是根据本发明实施例的特高压换流站部署实施示意图。

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。

需要说明的是，本发明实施例提供的局部放电信号的检测方法，是采用至少两种不同类型的传感器对监测点的信号进行采集，所采集到的样本数据中包括有监测点的原始波形信号数据以及包络信号数据。其中，原始波形信号数据可以利用高采样率的传感器采集得到，包络信号数据可以利用低采样率的传感器采集得到。因此，在电网设备的局放信号采集系统中，可以部署至少两种不同类型的传感器，将不同类型的传感器部署为融合传感器阵列，实现优势互补，拓展局放检测系统的覆盖范围和纵深。同时，本发明实施例所述的电网系统的频率工作范围大概是50MHz–800MHz，属于甚高频(30MHz～300 MHz)/特高频(300MHz～3GHz)范围。在下文的描述中，将其称之为特高频。

例如，通过部署一定数量的高采样率的UHF脉冲宽带传感器，可以确保对局放信号和脉冲干扰信号的可靠辨识。由于与高采样了的脉冲宽带传感器之间的时间同步，低采样率的UHF脉冲包络传感器具备了信号辨识的参考，不再需要自行承担干扰检测和辨识的任务，因此可以充分发挥其低成本和易部署的优势，根据电网设备测试现场需求，灵活部署，从而托找局放检测系统的覆盖范围和纵深。其中，脉冲包括传感器可以贴近需要重点观察的电气设备，提高局放检测和定位的灵敏度、可靠性和准确性。

根据本发明实施例，提供了一种局部放电信号的检测方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中提供了一种局部放电信号的检测方法，可用于上述的电子设备，该电子设备可以用于局放信号检测系统中的检测主机，图1是根据本发明实施例的局部放电信号的检测方法流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

S11，获取至少两种样本数据。

其中，所述样本数据具有相应的时间戳信息，所述样本数据包括对应监测点的原始波形信号数据，以及对应监测点的包络信号数据。

电子设备所获取到的样本数据可以是通过分布在电网设备的检测区域内的传感器所检测到的，其中，至少两种样本数据对应于至少两种类型的传感器。例如，请参见图12，在图12中示出了分布在检测区域内的两种不同的传感器，即宽带传感器以及无线包络传感器。其中，宽带传感器用于采集检测点的原始波形信号数据，无线包络传感器用于采集检测点的包络信号数据。当然，本实施例中也可以采用其他类型的传感器，在此对传感器的具体类型并不做任何限制，只需保证电子设备能够获取到至少两种样本数据，且样本数据包括监测点的原始波形信号数据以及监测点的包络信号数据。

对于每个样本数据而言，其具有相应的时间戳信息，该时间戳信息用于表示该样本数据的采集时间，或产生时间。该时间戳信息在后续步骤中用于在原始波形信号数据的基础上，对其余样本数据中的信号进行分类。该时间戳信息可以是电子设备在获取到样本数据之后添加上的，也可以是传感器在采集到数据之后添加上的。

S12，对原始波形信号数据中的信号进行分类，以得到至少一种信号类型的分组信号。

电子设备可以利用原始波形信号数据中各信号的波形特征和其时域上出现的统计规律，对原始波形信号数据中的信号进行分类。其中，常用的波形特征有波形本身、频谱、上升沿、下降沿、最高点、波形宽带、持续时间等等。常用的时域统计参数有：PRPD(Phase-resolved partial discharge pattern局部放电谱相位图)，脉冲信号抵达间隔时间，和时间序列特征等等。在此对分类方法并不作任何限制。

例如，对原始波形信号数据中的信号分类后得到3组分类信号，每组中包括多个信号且信号的类型相同。即，信号类型可以是干扰信号、局放信号以及其他信号等等。

S13，根据时间戳信息以及分组信号，对其余样本数据进行分类以更新分组信号。

由于每个样本信号均包括有对应的时间戳信息，那么可以在原始波形信号数据分类的基础上利用时间戳信息对其余样本数据进行分类。这是由于，每个传感器均具有一定的检测范围，而不同传感器之间的检测范围可能存在有重复的区域，因此，重复区域内的同一信号被不同的传感器所检测到，那么不同传感器所检测到的同一信号必然具有相同的时间戳信息(不同传感器在同一时间，例如可以是一小段时间内，例如1微妙，检测到的信号，即认为是来自同一个信号源的同类信号)。进而可以以原始波形信号数据的分类作为参考依据，利用时间戳信息对其余样本数据进行分类，实现对S12中得到的分组信号的更新，从而使得更新后的分组信号中不仅包括有原始波形信号数据中的信号，也包括有其余样本数据中的信号。

S14，辨识分组信号，以检测出分组信号中的局部放电信号。

电子设备所得到的更新后的分组信号，可以对各个类型的信号进行辨识，以得到局放信号。进一步地，可以采用排除法，将分组信号的干扰信号以及其余类型的信号排除。这是由于，真正的局放信号很稀少，可遇不可求，现场更多的(99.x％)是各种干扰信号，所以一定要把各种干扰信号识别并排除，防止误警误报。

关于干扰信号以及其余信号的辨识，可以采用特征分析，或数据建模等方式，在此对信号的辨识方法不做具体限定，只需保证能够辨识出局放信号即可。

本实施例提供的局部放电信号的检测方法，在获取到的样本数据中包括至少两种不同类型的数据，其中，原始波形信号数据是检测局部放电信号的基础，在此基础上，可以结合其他类型的采样数据丰富不同信号类型的分组信号。因此，在原始波形信号数据的基础上，结合包括包络信号数据在内的其他样本数据，可以丰富样本数据的类型，从而可以拓展局部放电信号的检测范围。

在本实施例中提供了一种局部放电信号的检测方法，可用于上述的电子设备，该电子设备可以用于局放信号检测系统中的检测主机，图2是根据本发明实施例的局部放电信号的检测方法流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

S21，获取至少两种样本数据。

其中，所述样本数据具有相应的时间戳信息，所述样本数据包括对应监测点的原始波形信号数据，以及对应监测点的包络信号数据。

详细请参见图1所示实施例的S11，在此不再赘述。

S22，对原始波形信号数据中的信号进行分类，以得到至少一种信号类型的分组信号。

详细请参见图2所示实施例的S12，在此不再赘述。

S23，根据时间戳信息以及分组信号，对其余样本数据进行分类以更新分组信号。

如上述S13中关于时间戳信息的描述，电子设备利用该时间戳信息即可实现对其余样本数据的分类，具体地，包括：

S231，利用时间戳信息，在时间轴上将其余样本数据与原始波形信号数据进行对齐。

电子设备依次提取每个样本数据中的时间戳信息，在时间轴上以原始波形信号数据为对比依据，依次在时间轴上将其余样本数据与该原始波形信号数据进行对其，以判断两者是否属于同一种类型。

例如，如S11中所述，当传感器为宽带传感器以及无线包络传感器时，对应的样本数据为宽带信号样本数据以及脉冲包络信号样本数据。那么，可以根据脉冲包络样本数据以及宽带信号样本数据的同步时间戳信息，将两类传感器检测到的脉冲信号在时间轴上进行对齐。

S232，将同一时间检测到的其余样本数据与原始波形信号数据中的信号归为一类，以更新分组信号。

如上文所示的实例，电子设备将同一时间检测到的脉冲宽带信号和脉冲包络信号视为一路，据此参照脉冲宽带信号的分类和信号辨识结果，进一步基于脉冲包络信号进行分类。

S24，辨识分组信号，以检测出分组信号中的局部放电信号。

详细请参见图1所示实施例的S14，在此不再赘述。

本实施例提供的局部放电信号的检测方法，通过对原始波形信号数据中的进行分类得到分组信号，再利用时间戳信息对其他样本数据进行分类，使得其他样本数据具备了信号分类的参考，可以拓宽局部放电信号的检测范围。

在本实施例中提供了一种局部放电信号的检测方法，可用于上述的电子设备，该电子设备可以用于局放信号检测系统中的检测主机，图3是根据本发明实施例的局部放电信号的检测方法流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

S31，获取至少两种样本数据。

其中，所述样本数据具有相应的时间戳信息，所述样本数据包括对应监测点的原始波形信号数据，以及对应监测点的包络信号数据。

详细请参见图2所示实施例的S21，在此不再赘述。

S32，对原始波形信号数据中的信号进行分类，以得到至少一种信号类型的分组信号。

详细请参见图2所示实施例的S22，在此不再赘述。

S33，根据时间戳信息以及分组信号，对其余样本数据进行分类以更新分组信号。

详细请参见图2所示实施例的S23，在此不再赘述。

S34，辨识分组信号，以检测出分组信号中的局部放电信号。

详细请参见图2所示实施例的S24，在此不再赘述。

S35，对局部放电信号进行定位。

电子设备在辨识出局部放电信号之后，可以采用定位算法确定局放信号的具体位置。具体地，包括以下步骤：

S351，基于原始波形信号数据中的局部放电信号的到达时间差，对局部放电信号进行初步定位。

由于原始波形信号数据是具有高采样率、高保真度的数据，利用原始波形信号数据中的局放放电信号的到达时间差对局部放电信号进行初步定位，可以保证初步定位的准确性。

S352，基于包络信号数据中的局部放电信号的接收信号强度指示，在初步定位的基础上进行二次定位。

电子设备在初步定位的基础上，再利用接收信号强度指示(RSSI)对包络信号数据中的局部放电信号进行二次定位，以提高定位的准确性。

请参见图12所示的实施例，先基于脉冲宽带信号的抵达时间差(TODA)进行定位。UHF脉冲宽带传感器的数量有限且部署位置相对不灵活，不能保证4个及以上UHF脉冲宽带传感器12同时检测到局放信号。而且，即使局放脉冲信号被4个及以上UHF脉冲宽带传感器同时检测到了，基于TODA的定位方法也只能保证对在传感器阵列内的信号源获得相对准确的定位结果，对于在传感器阵列外的信号源，其定位精确度会随着距离增加而迅速下降，直至变得模糊。所以，有必要基于脉冲包络信号的接收信号强度指示(RSSI)和各传感器的增益补偿进行定位。通过两种定位方法结合使用，可以在融合传感器阵列覆盖范围降低定位模糊度，准确确定局放源位置。

作为本实施例的一种可选实施方式，上述S351还包括：基于原始波形信号数据中的局部放电信号的接收信号强度指示，对局部放电信号进行初步定位。即，在初步定位时，是利用TODA以及RSSI对原始波形信号数据中的局部放电信号进行初步定位。

进一步地，由于电网设备现场实际信道容易会对RSSI定位方法的精确度产生影响，因此，在利用RSSI定位方法中，采用信号传输衰减模型进行定位。其中，在对原始波形信号数据中的局部放电信号进行初步定位，以及对包络信号数据进行二次定位时均使用RSSI定位方法。那么，在初步定位以及二次定位时，均需要利用信号传输衰减模型进行。在下文的描述中，仅以二次定位为例，即利用包络信号数据对局部放电信号进行定位为例进行详细描述。具体地，包括以下步骤：

(1)获取包络信号数据中的局部放电信号的接收信号强度指示。

(2)将接收信号强度指示输入对应监测点的信号传输衰减模型，以实现局部放电信号的二次定位。其中，所述信号传输衰减模型是基于接收信号强度指示以及所述监测点的坐标所构建的。

基于RSSI定位方法的精确度容易受到换流变现场实际信道的影响，例如金属遮挡、墙壁反射等，如果使用的信号传输衰减模型过于简单，往往会有较大的误差。可以在局放检测现场利用无线脉冲信标实现对信道的测量，获得实际信道的传输衰减，以减少对信道模型的依赖，提高定位准确性。

可选地，信号传输衰减模型是采用如下方式构建的：

(1)获取预设测试点产生的具有固定接收信号强度指示的无线脉冲信标。

(2)记录固定接收信号强度指示的值以及预设测试点的坐标，以建立对应于预设测试点的信号传输衰减模型。

具体地，首先，在局放监测区域安排一组测试点，由模拟放电源产生固定RSSI值的无线脉冲信标。UHF传感器检测到无线脉冲信标，记录其RSSI值和相应的测试点坐标，以建立局放监测区域不同位置的实际信道传输衰减模型。其次，在在线监测阶段，当有脉冲信号产生时，脉冲信号的RSSI值由UHF传感器阵列测量获得，用于通过预构建的实际信道传输衰减模型估计脉冲信号源的位置。需要说明的是，在换流站现场实施本发明的方法和系统时，UHF传感器的部署位置，尤其是包络传感器的部署位置，可以根据上述局放源定位结果的反馈进行调整，以期达到最佳的局放检测和定位精确度。

由于电网设备的现场实际信号容易对利用接收信号强度指示的定位精度产生影响，因此，通过建立信号传输衰减模型可以模拟实际信号的传输衰减，以减少对信道模型的依赖，提高定位的准确性。

本实施例提供的局部放电信号的检测方法，通过到达时间差基于原始波形信号数据中的局部放电信号进行局放信号的初步定位，再结合接收信号强度指示进行二次定位；即，通过两种不同的定位方法对同一局放信号进行定位，能够提高定位的准确性。

在本实施例中还提供了一种局部放电信号的检测装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

本实施例提供一种局部放电信号的检测装置，如图4所示，包括：

获取模块41，用于获取至少两种样本数据；其中，所述样本数据具有相应的时间戳信息，所述样本数据包括对应监测点的原始波形信号数据，以及对应监测点的包络信号数据。

分类模块42，用于对所述原始波形信号数据中的信号进行分类，以得到至少一种信号类型的分组信号。

更新模块43，用于根据所述时间戳信息以及所述分组信号，对其余样本数据进行分类以更新所述分组信号。

辨识模块44，用于辨识所述分组信号，以检测出所述分组信号中的局部放电信号。

本实施例提供的局部放电信号的检测装置，在获取到的样本数据中包括至少两种不同类型的数据，其中，原始波形信号数据是检测局部放电信号的基础，在此基础上，可以结合其他类型的采样数据丰富不同信号类型的分组信号，可以减少对原始波形信号数据进行数据采集的设备。因此，在原始波形信号数据的基础上，结合包括包络信号数据在内的其他样本数据，可以丰富样本数据的类型，从而可以拓展局部放电信号的检测范围。

本实施例中的局部放电信号的检测装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。

上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种移动终端，具有上述图4所示的局部放电信号的检测装置。

请参阅图5，图5是本发明可选实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：至少一个处理器51，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口53，存储器54，至少一个通信总线52。其中，通信总线52用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口53可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口53还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器54可以是高速RAM存储器(Random Access Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器54可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器51的存储装置。其中处理器51可以结合图4所描述的装置，存储器54中存储应用程序，且处理器51调用存储器54中存储的程序代码，以用于执行上述任一方法步骤。

其中，通信总线52可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。通信总线52可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器54可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard diskdrive，缩写：HDD)或固态硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器54还可以包括上述种类的存储器的组合。

其中，处理器51可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。

其中，处理器51还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。

可选地，存储器54还用于存储程序指令。处理器51可以调用程序指令，实现如本申请图1至3实施例中所示的局部放电信号的检测方法。

本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的局部放电信号的检测方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(HardDisk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

本发明实施例还提供了一种局部放电信号的检测系统，如图6所示，该系统包括：

至少两种类型的传感器，用于采集至少两种样本数据，所述传感器之间时间同步；其中，所述样本数据具有相应的时间戳信息，样本数据包括对应监测点的原始波形信号数据，以及对应监测点的包络信号数据。

电子设备，与所有传感器连接，用于基于所述样本数据对局部放电信号进行检测；其中，所述局部放电信号的检测是根据本发明第一方面，或第一方面任一项实施方式中所述的局部放电信号的检测方法检测得到的。

其中，电子设备与各个传感器之间的连接，可以基于无线传感网，也可以基于有线传感网进行连接。进一步地，各个传感器之间的时间同步可以采用有线同步方式，也可以采用无线同步方式等等，具体的同步方式可以根据实际情况进行具体设置。

本实施例提供的局部放电信号检测系统，通过设置至少两种类型的传感器，以使得电子设备所获取到的样本数据中包括至少两种不同类型的数据，其中，原始波形信号数据是检测局部放电信号的基础，在此基础上，可以结合其他类型的采样数据丰富不同信号类型的分组信号，可以减少对原始波形信号数据进行数据采集的设备。因此，在原始波形信号数据的基础上，结合包括包络信号数据在内的其他样本数据，可以丰富样本数据的类型，从而可以拓展局部放电信号的检测范围。

作为本实施例的一种可选实施方式，其中，该系统中用于局放检测的传感器为两种，即第一特高频传感器以及第二特高频传感器；其中，第一特高频传感器用于采集原始波形信号数据，第二特高频传感器用于采集包络信号数据。

进一步可选地，第一特高频传感器为特高频脉冲宽带传感器或具有全向电磁信号接收能力的特高频传感器。第二特高频传感器为特高频脉冲包络传感器或具有定向电磁信号接收能力的特高频传感器。

具体地，在下文的描述中，以第一特高频传感器为特高频脉冲宽带传感器(以下简称为脉冲宽带传感器)，第二特高频传感器为特高频脉冲包络传感器(以下简称为脉冲包络传感器)为例。其中，如图7示出了采用脉冲宽带传感器以及脉冲包络传感器构成局部放电信号的检测系统的示意图。如图7所示，该系统同步集成了高采样率的脉冲宽带传感器和低成本的脉冲包络传感器形成传感器阵列，监测主机通过无线和有线通信收集传感数据进行融合分析和局放检测和定位，获得局放源的位置。

本发明的系统框图如图7所示，传感器阵列10由若干个UHF脉冲包络传感器11和若干个UHF脉冲宽带传感器12组成，UHF脉冲包络传感器10通过无线传感器网20与局放在线监测主机40实现通信连接，UHF脉冲宽带传感器12通过有线通信网30或者无线传感器网20与局放在线监测主机40实现通信连接，来自UHF脉冲包络传感器11的数据也可以通过无线传感器网20先与UHF脉冲宽带传感器12的数据进行融合，然后统一和局放在线监测主机40建立通信连接。本发明实施时选择何种或者某几种通信方式，应视具体应用场景和传感器上传数据量的大小综合考虑决策，在此不做限制。

为了确保基于到达时间差(TDOA)的局放源定位，不同UHF脉冲宽带传感器12之间的时间同步要求在纳秒级，因此一般使用有线同步方式，例如同轴电缆、光纤和WhiteRabbit等，但也可能使用无线同步方式，例如GPS、公共无线脉冲信标或无线时间同步协议等。本发明实施时选择何种或者某几种同步方式应视具体应用场景选择，在此不做限制。

为了确保传感器阵列10中的不同传感器对同一个电磁脉冲信号的同步检测和定位，不同UHF脉冲包络传感器11之间，以及UHF脉冲包络传感器11和UHF脉冲宽带传感器12之间，也需要实现时间同步，不失一般性的，同步精度要求在微秒级，远低于不同UHF脉冲宽带传感器12之间的时间同步要求。为了充分发挥UHF脉冲包络传感器11灵活易部署的优势，不失一般性的，本发明实施时倾向选择无线同步方式，例如GPS、公共无线宽带脉冲信标或无线时间同步协议，如IEEE 1588、NTP、TPSN、DMTS等协议。

UHF脉冲包络传感器11的结构框图如图8所示，由天线111、滤波增益调节单元112、包络检波器113、低速数据采集器114、计算控制单元115和通信模块116组成。天线111用于对预设频率范围内特高频电磁信号的耦合接收，可以是全向或者定向天线，也可以是宽带或窄带天线。滤波增益调节单元112用于对天线耦合接收到的高频率射频信号进行滤波和增益调节等模拟调理处理，一般包含带通滤波器、低噪声放大器、可调衰减器和可调增益放大器等元器件，还可包含对可调衰减器和可调增益放大器的施加电压进行数字调控的模块。包络检波器113负责将模拟调理过的高频率射频信号通过功率检波转变成低频率的包络信号，以满足低速采样、信号处理和数据传输的要求。低速数据采集器114负责将降频处理后的包络检波信号进行模数转换和数字信号处理，一般应包括低速A/D转换器(几十MHz)和可选的数字信号处理器，如DSP、FPGA或ASIC等；数字信号处理器可以对连续采样的信号进行脉冲检测和实时边缘计算处理，只保留和检测到的脉冲对应的样本，从而减少数据量并提高检测效率。计算控制单元115是传感器的智能中心处理单元，负责对模拟调理和采样检测的本地控制决策以及与局放在线监测主机的信息数据交互，一般包括微处理器或CPU、DRAM、ROM和数据通信接口等。通信模块116负责传感器和局放在线监测主机以及其他传感器之间的通信，一般基于无线通信技术，如IEEE802.11、IEEE802.15.4、NB-IOT、LoRa、Sigfox等。UHF脉冲包络传感器11还应具备与其他传感器之间的时间同步功能，一般可基于GPS、公共无线脉冲信标或无线时间同步协议等技术；取决于本发明实施时具体选择的时间同步技术，可能需要增加额外的硬件模块，如GPS模块。

UHF脉冲宽带传感器12的结构框图如图9a以及9b所示，可以有两种实现方式，主要区别是：图9a采用了单通道的数据采集器，部署更加灵活和分布式，但多传感器同步协调和系统集成难度较高；图9b采用了多通道的数据采集器对来自多个传感器的模拟信号进行集中采样和数据处理，由于需要考虑同轴电缆布线，部署相对集中和不灵活，但系统集成难度较低且方便多通道协调管理。

UHF脉冲宽带传感器12由宽带天线121、滤波增益调节单元122、高速数据采集器a123(或，高速数据采集器b126)，计算控制单元a124(或，高速数据采集器b127)和通信模块a125(或，通信模块b128)组成。宽带天线121用于对预设频率范围内特高频电磁信号进行耦合接收，由于脉冲宽带传感器12负责对变电站固定区域进行全局监测，所以一般选择全向天线以充分耦合接收来自不同方向的特高频电磁信号，但不排除特殊情况下使用定向天线。滤波增益调节单元122用于对天线耦合接收到的高频率射频信号进行滤波和增益调节等模拟调理处理，一般包含带通滤波器、低噪声放大器、可调衰减器和可调增益放大器等元器件，还可包含对可调衰减器和可调增益放大器的施加电压进行数字调控的模块。高速数据采集器a123(或，高速数据采集器b126)负责对模拟调理后的高频率射频宽带信号进行高保真采样和数字信号处理，一般应包括高速A/D转换器(GHz)和可选的数字信号处理器，如DSP、FPGA或ASIC等；数字信号处理器可以对连续采样的信号进行脉冲检测和实时边缘计算处理，只保留和检测到的脉冲对应的样本，从而减少数据量并提高检测效率。计算控制单元a124(或，高速数据采集器b127)是传感器的智能中心处理单元，负责对模拟调理和采样检测的本地控制决策以及与局放在线监测主机的信息数据交互，一般包括微处理器或CPU、DRAM、ROM和数据通信接口等。通信模块a125(或，通信模块b128)负责传感器和局放在线监测主机以及其他传感器之间的通信，由于数据量较大，一般基于有线或无线宽带通信技术，如以太网、USB、PCI、IEEE802.11或4G/5G等；在传感器本地边缘计算能力和数据分析能力较强的情况下，也可以基于较低速率的无线通信技术，如802.15.4，只进行控制命令和分析结果的传输。

由于脉冲宽带传感器12的采样率远远高于脉冲包络传感器11，前者的数字信号处理器和计算控制单元对数据处理能力、存储容量和通信带宽的要求要明显高于后者。在脉冲宽带传感器12的两种实现方式中，图9b对数字信号处理器和计算控制单元的资源要求也要明显高于图9a。由于图9b中的计算控制单元b127已经汇聚了来自多个传感器的数据，可以基于这些数据做初步的融合分析处理，以减少对数据通信带宽的要求。在本发明的一种实施方案中，来自脉冲包络传感器11的数据也可以通过无线传感网络传输到计算控制单元b127中，如图10所示。计算控制单元b127行使了边缘处理计算和综合网关的功能，对来自两类传感器的数据进行融合处理和局放诊断分析，然后把分析结果上传到局放监测主机。

UHF脉冲宽带传感器12还应具备与其他传感器之间的时间同步功能，可以使用有线时间同步方式，例如同轴电缆、光纤和White Rabbit等，或者无线时间同步方式，例如GPS、公共无线脉冲信标或无线时间同步协议等。脉冲宽带传感器12和脉冲包络传感器11之间的时间同步精度要求不高，一般选择无线同步方式。不同脉冲宽带传感器12之间的时间同步精度要求达到纳秒级，因此一般倾向选择有线同步方式，尤其是采用实现方式图9b的情况下，可以通过同轴电缆或光纤连接不同高速数据采集器b126实现高精度的时间同步，如图11所示。取决于本发明实施时具体选择的时间同步技术，UHF脉冲宽带传感器12可能需要增加额外的硬件模块，如GPS模块或光纤同步接口模块。

局放在线监测主机40接收到来自所有传感器的特高频脉冲采样数据后，对数据进行融合处理和分析，辨识干扰和局放信号，并计算出局放源位置。如上文所述，对传感数据的融合处理和分析也可以在更靠近传感器且具备一定边缘计算能力的计算控制单元b127中进行，局放在线监测主机仅负责远程配置和分析结果展示。

图12示出了局部放电信号的检测系统的一个具体应用实例，请参见图12，特高压换流站电力设备多而分布相对分散，室内和室外都有部署，电磁环境复杂且信号传播途径多样，给传统的特高频局放检测和定位方法带来挑战。本发明融合使用高采样率的UHF脉冲宽带传感器和低成本易部署的UHF脉冲包络传感器，因地制宜，在换流站主要设备和套管等特高频信号易泄露的部位附近有针对性的部署传感器，拓展局放在线检测系统的覆盖范围和纵深，提高局放检测和定位的准确性。

图12是本发明方法和系统在一个典型特高压换流站中的部署实施示意图。其中，UHF宽带传感器通过同轴电缆连接到高速数字采集器，再和局放在线监测主机通信，UHF包络传感器通过无线路由器和监测主机连接。两类UHF传感器的部署位置并不固定，需根据现场情况确定，这在下文会展开描述。在图12中，来自高压直流输电网的直流电通过换流阀和换流变的整流和逆变后转变成交流电并入交流输电网，换流阀和换流变一般各自有金属封闭的大厅。需要说明的是，图12并没有显示所有的电力设备，一个独立运行的换流站包含Y/Y三相和Y/Δ三相，因此需要6套换流阀和换流变；另外，换流站一般还包含平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、控制调节系统等设备。换流变和换流阀以及与它们连接的套管是重点的局放监测对象。

如图12所示，为了在特高频换流站实施本发明方法和系统，首先要基于特高频脉冲信号在电力设备本体和套管传播特性的认识，结合现场的电磁信道测试，了解特高频脉冲信号在变电站实际工作环境的传播路径和衰减特性，进而确定分布式UHF传感器的在室内和室外的部署位置。UHF脉冲宽带传感器由于多使用全向天线一般部署在相对空旷但可以覆盖到主设备和套管的位置，例如换流变厅和换流阀厅内的过道以及室外靠近套管和高压输电线的位置，这样可以对变电站电磁信号进行全局监测和信号特征分析。另外，因为宽带传感器通过同轴电缆与高速数字采集器连接，其部署位置也要考虑变电站布线和射频信号传输的要求。为了保证射频信号的传输质量，宽带传感器到高速数据采集器的同轴电缆长度一般会控制在20米内(具体长度视同轴电缆参数决定)，根据变电站现场情况可以考虑分布式部署多个时间同步的高速数据采集器来缩短同轴电缆长度(参考图11)。UHF脉冲包络传感器由于成本低、数据量小和支持无线传输，省去了布线麻烦，可以在更大空间范围内部署或者在部分重点区域更加密集部署。包络传感器既可以像宽带传感器一样使用全向天线部署在较空旷的位置，也可以根据情况使用定向天线灵活地部署在临近主设备和套管衔接口的位置，以获得更高的局放检测灵敏度和定位可靠性。

完成系统部署后，局放在线监测主机通过UHF脉冲宽带和包络混合传感器阵列，同步采集特高压换流站的电磁脉冲信号，生成包含高采样率脉冲宽带信号和低采样率脉冲包络信号的数据样本，再根据上述图1-图3中局部放电信号的检测方法步骤进行传感数据融合处理和分析，辨识干扰和局放信号，确定局放源的位置。其中，对局放源的定位一般分两个步骤实施。首先，通过在室内室外空旷位置部署的使用全向天线的UHF传感器阵列，结合TDOA和RSSI两种定位方法，初步确定局放源的大概位置。其次，通过在主设备和套管衔接口附近部署的使用定向天线的UHF脉冲包络传感器，进一步确认局放源的位置，锁定和局放信号相关联的主设备或套管。需要说明的是，由于特高频检测方法的非侵入式特性，本发明方法只能将局放定位至某个设备，不能用于定位换流变或换流阀等电力设备内部的局放源的具体位置。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (12)

1.一种局部放电信号的检测方法，其特征在于，包括：

获取至少两种样本数据；其中，所述样本数据具有相应的时间戳信息，所述样本数据包括对应监测点的原始波形信号数据，以及对应监测点的包络信号数据；

对所述原始波形信号数据中的信号进行分类，以得到至少一种信号类型的分组信号；

根据所述时间戳信息以及所述分组信号，对其余样本数据进行分类以更新所述分组信号；

辨识所述分组信号，以检测出所述分组信号中的局部放电信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述时间戳信息以及所述分组信号，对其余样本数据进行分类以更新所述分组信号，包括：

利用所述时间戳信息，在时间轴上将所述其余样本数据与所述原始波形信号数据进行对齐；

将同一时间检测到的其余样本数据与所述原始波形信号数据中的信号归为一类，以更新所述分组信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辨识所述分组信号，以检测出所述分组信号中的局部放电信号的步骤之后，还包括：

对所述局部放电信号进行定位的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述局部放电信号进行定位，包括：

基于所述原始波形信号数据中的所述局部放电信号的到达时间差，对所述局部放电信号进行初步定位；

基于所述包络信号数据中的局部放电信号的接收信号强度指示，在所述初步定位的基础上进行二次定位。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述原始波形信号数据中的所述局部放电信号的到达时间差，对所述局部放电信号进行初步定位，还包括：

基于所述原始波形信号数据中的所述局部放电信号的接收信号强度指示，对所述局部放电信号进行初步定位。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述包络信号数据中的局部放电信号的接收信号强度指示，在所述初步定位的基础上进行二次定位，包括：

获取所述包络信号数据中的局部放电信号的接收信号强度指示；

将所述接收信号强度指示输入对应监测点的信号传输衰减模型，以实现所述局部放电信号的二次定位；其中，所述信号传输衰减模型是基于接收信号强度指示以及所述监测点的坐标所构建的。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述信号传输衰减模型是采用如下方式构建的：

获取预设测试点产生的具有固定接收信号强度指示的无线脉冲信标；

记录所述固定接收信号强度指示的值以及所述预设测试点的坐标，以建立对应于所述预设测试点的信号传输衰减模型。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1-7中任一项所述的局部放电信号的检测方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7中任一项所述的局部放电信号的检测方法。

10.一种局部放电信号的检测系统，其特征在于，包括：

至少两种类型的传感器，用于采集至少两种样本数据，所述传感器之间时间同步；其中，所述样本数据具有相应的时间戳信息，所述样本数据包括对应监测点的原始波形信号数据，以及对应监测点的包络信号数据；

电子设备，与所有所述传感器连接，用于基于所述样本数据对局部放电信号进行检测；其中，所述局部放电信号的检测是根据权利要求1-7中任一项所述的局部放电信号的检测方法检测得到的。

11.根据权利要求10所述的检测系统，其特征在于，所述传感器为第一特高频传感器以及第二特高频传感器；其中，所述第一特高频传感器用于采集所述原始波形信号数据，所述第二特高频传感器用于采集所述包络信号数据。

12.根据权利要求11所述的检测系统，其特征在于，所述第一特高频传感器为特高频脉冲宽带传感器或具有全向电磁信号接收能力的特高频传感器；

所述第二特高频传感器为特高频脉冲包络传感器或具有定向电磁信号接收能力的特高频传感器。