CN110514974B - 一种局部放电定位系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种局部放电定位系统及方法，包括置于GIS设备内部的球形荧光光纤传感器阵列和置于GIS设备外部、与供电装置连接、并依次连接的光电转换装置、数据采集装置、数据发射装置，数据发射装置与数据处理器连接；光电转换装置为基于PMT的光电转换装置；球形荧光光纤传感器阵列包括四个球形荧光光纤传感器，四个球形荧光光纤传感器分别通过光纤并联连接，球形荧光光纤传感器包括1个光锥和34根荧光光纤，34根荧光光纤均匀固定于光锥的外表面。球形荧光光纤传感器阵列和光电转换装置，荧光光纤对光信号的响应只与其到放电源的距离有关，消除了传感器与放电源相对角度对其响应的影响，提高定位准确性。

Description

一种局部放电定位系统及方法
技术领域
本申请涉及开关电力设备状态诊断领域，尤其涉及一种局部放电定位系统及方法。
背景技术
气体绝缘开关设备(GIS设备)绝缘内部不可避免的存有缺陷(如固体绝缘中的气隙，液体绝缘中的气泡)，在设备运行过程中工频电压的作用下，缺陷处的电压超出缺陷处的绝缘强度发生击穿，这种在缺陷处形成的微小放电称之为局部放电。利用定位技术对局部放电产生信号的相关性信息定位变电站内部局部放电的准确位置，不仅可以节省因长时间停电检修带来的经济损失，也可以避免因为寻找放电源而拆卸安装无放电GIS设备而造成的新绝缘缺陷的引入。
当前GIS设备局部放电定位方法应用较多的是基于超高频的局部放电定位方法。基于超高频的局部放电点位方法是基于时差定位方法，具体过程如下：将GIS设备等效为二维同轴设备，则当故障点发生故障时，故障点放电成为放电源，分布在另外两点的传感器与放电源的距离不同，传感器接收到的信号存在时间差。结合两个传感器之间的距离和信号的传播速度，计算出放电源到传感器的距离，进而得出放电源的位置。
但由于实际工况下，GIS设备之间电磁干扰严重，超声信号衰减较快等缺点，使得基于超高频的局部放电点位方法的定位精度存在误差，即定位准确性低。因此，提出了一种局部放电定位系统及方法。
发明内容
本申请提供了一种局部放电定位系统及方法，以解决基于超高频的局部放电点位方位的定位准确性低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了以下技术方案：
一种局部放电定位系统，包括置于GIS设备内部的球形荧光光纤传感器阵列和置于GIS设备外部的光电转换装置、数据采集装置、数据发射装置、供电装置、数据处理器，其中：球形荧光光纤传感器阵列、光电转换装置、数据采集装置、数据发射装置依次电连接，数据发射装置与数据处理器通信连接，光电转换装置、数据采集装置和数据发射装置分别与供电装置电连接；光电转换装置为基于PMT的光电转换装置；球形荧光光纤传感器阵列包括四个球形荧光光纤传感器，四个所述球形荧光光纤传感器分别通过光纤并联连接，球形荧光光纤传感器包括1个光锥和34根荧光光纤，34根荧光光纤均匀固定于光锥的外表面。
可选地，四个球形荧光光纤传感器不能构成一条直线。
可选地，数据发射装置为数据WIFI发射装置。
可选地，数据处理器包括计算模块，计算模块利用光学定位算法对放电点定位。
一种局部放电定位方法，方法包括：球形荧光光纤传感阵列获得放电源释放的光信号；光电转换装置将光信号转换得到电信号；数据采集装置采集电信号，并将电信号进行模数转化得到数字量；数据发射装置将数字量发送给数据处理器；数据处理器利用定位算法计算得到放电源的位置。
可选地，数据处理器利用定位算法计算得到放电源的位置，包括：
放电源的位置由公式(1)计算得到；
Figure BDA0002233051890000021
其中，(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)分别为四个球形荧光光纤传感器的空间坐标；(x0,y0,z0)为放电源的空间坐标；I1、I2和I3分别为四个球形荧光光纤传感器的响应强度。
有益效果：本申请提供了一种局部放电定位系统，包括置于GIS设备内部的球形荧光光纤传感器阵列和置于GIS设备外部的光电转换装置、数据采集装置、数据发射装置、供电装置、数据处理器。各部件之间的连接关系如下：球形荧光光纤传感器阵列、光电转换装置、数据采集装置、数据发射装置依次电连接，数据发射装置与数据处理器通信连接，光电转换装置、数据采集装置和数据发射装置分别与供电装置电连接。使用过程中，球形荧光光纤传感器阵列获取GIS设备内部的光信号，并通过荧光光纤传输给光电转换装置。光电转换装置将光信号转换为电信号。数据采集装置采集电信号，并将电信号进行模数转化得到数字量。数据发射装置将数字量发送给数据处理器。数据处理器利用定位算法计算得到放电源的具体位置。为了方便获取放电源的具体位置，光电转换装置为基于PMT的光电转换装置，球形荧光光纤传感器阵列包括四个球形荧光光纤传感器，四个球形荧光光纤传感器分别通过光纤并联连接，球形荧光光纤传感器包括1个光锥和34根荧光光纤，34根荧光光纤均匀固定于光锥的外表面。使用过程中，34根荧光光纤分别获取放电源的光信号，荧光光纤通过光锥耦合在基于PMT的光电转换装置，基于PMT的光电转换装置将光信号转换为电信号。本申请中，球形荧光光纤传感器阵列和基于PMT的光电转换装置，荧光光纤对光信号的响应只与其到放电源的距离有关，消除了球形荧光光纤传感器与放电源相对角度对其响应的影响，提高了定位准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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为申请提供的一种局部放电定位系统的结构示意图；
图2为申请提供的球形荧光光纤传感器的结构示意图；
附图说明：1-球形荧光光纤传感器阵列，2-光电转换装置，3-数据采集装置，4-数据发射装置，5-供电装置，6-数据处理器，11-球形荧光光纤传感器，111-光锥，112-荧光光纤。
具体实施方式
图1,为本申请提供的一种局部放电定位系统的结构示意图；图2，为本申请提供的球形荧光光纤传感器的结构示意图，参见图1和图2，可知，本申请提供了一种局部放电定位系统，包括置于GIS设备内部的球形荧光光纤传感器阵列1和置于GIS设备外部的光电转换装置2、数据采集装置3、数据发射装置4、供电装置5、数据处理器6。各部件之间的连接关系如下：球形荧光光纤传感器阵列1、光电转换装置2、数据采集装置3、数据发射装置4依次电连接，数据发射装置4与数据处理器6通信连接，光电转换装置2、数据采集装置3和数据发射装置4分别与供电装置5电连接。使用过程中，球形荧光光纤传感器阵列1获取GIS设备内部的光信号，并通过荧光光纤112传输给光电转换装置。光电转换装置2将光信号转换为电信号。数据采集装置3采集电信号，并将电信号进行模数转化得到数字量。数据发射装置4将数字量发送给数据处理器6。数据处理器6利用定位算法计算得到放电源的具体位置。为了方便获取放电源的具体位置，光电转换装置2为基于PMT的光电转换装置，球形荧光光纤传感器阵列1包括四个球形荧光光纤传感器11，四个球形荧光光纤传感器11分别通过光纤并联连接，球形荧光光纤传感器11包括1个光锥111和34根荧光光纤112，34根荧光光纤112均匀固定于光锥111的外表面。使用过程中，34根荧光光纤112分别获取放电源的光信号，荧光光纤112通过光锥111耦合在基于PMT的光电转换装置，基于PMT的光电转换装置将光信号转换为电信号。本申请中，球形荧光光纤传感器阵列1和基于PMT的光电转换装置，荧光光纤112对光信号的响应只与其到放电源的距离有关，消除了球形荧光光纤传感器11与放电源相对角度对其响应的影响，提高了定位准确性。
为了更准确的获取放电源的位置，本实施例中，四个球形荧光光纤传感器11不能构成一条直线。四个球形荧光光纤传感器11不在一条直线上，可多方位获取放电源的三维坐标，为计算放电源三维坐标提供充分信息。
为了减少电缆连接，本实施例中，数据发射装置4为数据WIFI发射装置。数据WIFI发射装置通过WIFI无线模块将数据采集装置3采集并转化好的数字量发送给数据处理器6。
为了方便数据的统一处理，本实施例中，数据处理器6包括计算模块，计算模块利用光学定位算法对放电点定位。使用过程中，数据处理器6的计算模块利用光学定位算法，可以对放电源进行准确定位。统一的后台数据处理器有利于节约计算成本且减少GIS设备周边配套设备的复杂性。
本申请除了提供了一种局部放电定位系统外，还提供了一种局部放电定位方法，方法包括：
S01：球形荧光光纤传感阵列获得放电源释放的光信号。
S02：光电转换装置将光信号转换得到电信号。
球形荧光光纤传感的34根光纤获取放电源的光信号，球形荧光光纤传感的光锥耦合在基于PMT的光电转换装置上，光电转换装置将光信号转换为电信号。其中，PMT的光电传感器装置的偏压设置为-500V。
S03：数据采集装置采集电信号，并将电信号进行模数转化得到数字量。
S04：数据发射装置将数字量发送给数据处理器。
数据发射装置设置的发射频率2.4GHz。使用过程中，多台数据发射装置可以同时给数据处理器进行数据通讯。
S05：数据处理器利用定位算法计算得到放电源的位置。
数据处理器设置有设定阈值的放电信号。当数据处理器采集到的放点血信号超过设定阈值的放电信号，自动启动光学定位算法对放电源的位置进行准确定位。
放电源的位置由公式(1)计算得到；
Figure BDA0002233051890000041
其中，(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)分别为四个球形荧光光纤传感器的空间坐标；(x0,y0,z0)为放电源的空间坐标；I1、I2和I3分别为四个球形荧光光纤传感器的响应强度。
本申请可以通过忽略光源强度的影响，通过光强比值进行放电源定位。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未实用的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种局部放电定位系统，其特征在于，包括置于GIS设备内部的球形荧光光纤传感器阵列(1)和置于GIS设备外部的光电转换装置(2)、数据采集装置(3)、数据发射装置(4)、供电装置(5)、数据处理器(6)，其中：
所述球形荧光光纤传感器阵列(1)、所述光电转换装置(2)、所述数据采集装置(3)、所述数据发射装置(4)依次电连接，所述数据发射装置(4)与所述数据处理器(6)通信连接，所述光电转换装置(2)、所述数据采集装置(3)和所述数据发射装置(4)分别与所述供电装置(5)电连接；
所述光电转换装置(2)为基于PMT的光电转换装置；
所述球形荧光光纤传感器阵列(1)包括四个球形荧光光纤传感器(11)，四个所述球形荧光光纤传感器(11)分别通过光纤并联连接，所述球形荧光光纤传感器(11)包括1个光锥(111)和34根荧光光纤(112)，34根所述荧光光纤(112)均匀固定于所述光锥(111)的外表面；
四个所述球形荧光光纤传感器(11)不能构成一条直线。
2.根据权利要求1所述的局部放电定位系统，其特征在于，所述数据发射装置(4)为数据WIFI发射装置。
3.根据权利要求1所述的局部放电定位系统，其特征在于，所述数据处理器(6)包括计算模块，所述计算模块利用光学定位算法对放电点定位。
4.一种局部放电定位方法，其特征在于，应用于权利要求1-3中任一所述的局部放电定位系统，所述方法包括：
球形荧光光纤传感阵列获得放电源释放的光信号；
光电转换装置将光信号转换得到电信号；
数据采集装置采集电信号，并将电信号进行模数转化得到数字量；
数据发射装置将数字量发送给数据处理器；
数据处理器利用定位算法计算得到放电源的位置；
数据处理器利用定位算法计算得到放电源的位置，包括：
放电源的位置由公式(1)计算得到；
Figure FDA0002972943240000011
其中，(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)分别为四个球形荧光光纤传感器的空间坐标；(x0,y0,z0)为放电源的空间坐标；I1、I2和I3分别为四个球形荧光光纤传感器的响应强度。
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