CN111856225A - 一种gil击穿位置识别装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GIL击穿位置识别装置，包括定位阵列装置和信号采集处理装置，定位阵列装置包括阵列臂，阵列臂的前侧面上设置有声音采集传感器直线阵列，声音采集传感器直线阵列中的所有声音采集传感器均连接信号采集处理装置。同时公开了相应的方法。本发明采用声音采集传感器直线阵列进行多路同步信号采集，直线性排布的阵列结构，使得声音采集传感器在空间位置中也呈线性规律排布，有效提高异响识别的动态响应范围，有效提高了信号采集的抗干扰能力，从而增强了定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种GIL击穿位置识别装置及方法，属于GIL测试领域。
背景技术
气体绝缘金属封闭输电线路(Gas Insulated Metal-enclosed TransmissionLines,英文简称GIL)是一种采用SF6气体或者SF6/N2混合气体绝缘，外壳与导体同轴布置的高电压、大电流输电设备，具有输电容量大，传输损耗小，占地少，可靠性高等优点，亦称为管道输电线路。
因为GIL一系列的优点，GIL设备通常应用在电力系统超高压、特高压输变电工程中，其承受的工作场强通常也很高。多年的运行经验表明，虽然GIL具有较高的运行可靠性、安全性，但由于在实际生产、制造、运输、安装过程中遇到的各种工艺问题，各项相关技术还未达到设计所需的要求，其内部可能存在一些小的绝缘缺陷，比如制造过程中可能在电极上出现金属毛刺、绝缘介质中存在气隙、运输和安装时由于技术的不成熟等引起的部件松动或接触不良、针状突起物、长期满负荷运行造成的绝缘老化以及可能出现的金属自由微粒等，这些因素都有可能不同程度的导致GIL内部在运行过程中电场发生畸变，GIL中长期运行在稍不均匀电场中，当电压发生变化时，局部电场会随之加强而产生局部放电(Partial Discharge，简称PD，局放)，并可能发展成危险的放电通道，最终可能导致绝缘损坏，甚至发生击穿。
现有的GIL击穿位置识别装置大多如专利CN201811054787.4所述，采用均匀分布的声学传感器进行声音信号采集，通过预处理装置对声音信号进行预测量，然后通过识别算法识别击穿位置，此种装置的信号采集抗干扰能力较差，定位精度差。
发明内容
本发明提供了一种GIL击穿位置识别装置及方法，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种GIL击穿位置识别装置，包括定位阵列装置和信号采集处理装置，定位阵列装置包括阵列臂，阵列臂的前侧面上设置有声音采集传感器直线阵列，声音采集传感器直线阵列中的所有声音采集传感器均连接信号采集处理装置。
定位阵列装置还包括阵列支架，阵列臂通过旋转结构设置在阵列支架上。
阵列支架为伸缩支架，阵列臂通过旋转结构设置在阵列支架顶端。
阵列支架的底端设置有三脚架。
旋转结构包括转轴，转轴的两端分别与阵列臂和阵列支架转动连接，转轴靠近阵列臂的一端设置有阵列臂限位结构。
阵列臂限位结构包括设置在转轴上的板体，板体的上端高于阵列臂上侧，板体上端的两侧分别设置有固定挡块和自复位活动挡块，固定挡块和自复位活动挡块之间的间距与阵列臂宽度匹配，板体的下端低于阵列臂下侧，板体下端的一侧设置有自复位活动挡块，板体下端的自复位活动挡块与板体上端的自复位活动挡块相对，并且两者的间距与阵列臂宽度匹配。
转轴与阵列臂中心转动连接。
阵列臂的后侧面上设置有线槽，声音采集传感器连接有线缆，线缆通过线槽从阵列臂中心位置引出连接信号采集处理装置。
一种GIL击穿位置识别方法，包括，
获取声音采集传感器直线阵列采集的多路同步击穿信号；
根据击穿信号，采用空间谱估计技术对击穿信号的波达方向进行估计；
根据估计的波达方向确定击穿位置。
采用空间谱估计技术对击穿信号的波达方向进行超分辨率估计，具体过程为，
获取击穿信号的协方差矩阵；
对协方差矩阵进行特征值分解，根据特征值的大小，获取噪声矩阵；
根据噪声矩阵，计算谱函数，通过寻求峰值获得波达方向的估计值。
本发明所达到的有益效果：本发明采用声音采集传感器直线阵列进行多路同步信号采集，直线性排布的阵列结构，使得声音采集传感器在空间位置中也呈线性规律排布，有效提高异响识别的动态响应范围，有效提高了信号采集的抗干扰能力，从而增强了定位精度。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为定位阵列装置的结构示意图；
图3为阵列臂的后侧面示意图；
图4为旋转结构的结构示意图；
图5为单信源的识别结果；
图6为两信源识别结果；
图7为三信源识别结果。
具体实施方式
下面结合附图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。
如图1所示，一种GIL击穿位置识别装置，包括定位识别装置1、若干定位阵列装置3和若干信号采集处理装置2。
定位阵列装置3布置于GIL管廊2～4m处，如图2所示，定位阵列装置3包括阵列臂5和阵列支架4。
阵列臂5的前侧面上可拆卸式固定有声音采集传感器直线阵列，声音采集传感器直线阵列有八个声音采集传感器6，且直线型均匀分布，相邻声音采集传感器6之间的间距为0.1mm，离阵列臂5中心最近的两个声音采集传感器6与阵列臂5中心的距离均为0.05m，声音采集传感器6为1/4英寸电容式传声器，灵敏度50mv/Pa，最高测试声压级126dB。
如图3所示，阵列臂5的后侧面上开有线槽9，声音采集传感器6连接有线缆，线缆通过线槽9从阵列臂5中心位置引出连接信号采集处理装置2。
阵列支架4为伸缩支架，采用三节伸缩杆，每节伸缩杆最长可伸出400mm，最大高度为1200mm。阵列支架4的底端固定有三脚架8，通过三脚架8保证定位阵列装置3的稳定。
阵列臂5通过旋转结构7设置在阵列支架4顶端，如图3所示，旋转结构7包括转轴10，转轴10的两端分别与阵列臂5中心和阵列支架4转动连接，转轴10靠近阵列臂5的一端设置有阵列臂限位结构。
阵列臂限位结构包括固定在转轴10上的板体11，板体11的上端高于阵列臂5上侧，板体11上端的两侧分别设置有固定挡块13和自复位活动挡块12，固定挡块13和自复位活动挡块12之间的间距与阵列臂5宽度匹配，板体11的下端低于阵列臂5下侧，板体11下端的一侧设置有自复位活动挡块12，板体11下端的自复位活动挡块12与板体11上端的自复位活动挡块12相对，并且两者的间距与阵列臂5宽度匹配。
自复位活动挡块12包括挡块，挡块嵌入板体11的凹口内，挡块与凹口底部之间设置有弹簧，下压挡块弹簧收缩，挡块完全嵌入凹口，撤去压力，挡块在弹簧作用下复位。阵列臂5水平时，两个自复位活动挡块12限制阵列臂5转动，按下两个自复位活动挡块12，阵列臂5仅能顺时针转动90°到达垂直状态，此时板体11上端的固定挡块13和自复位活动挡块12限制阵列臂5转动。阵列臂5通过上述的结构可实现水平、垂直两个方向的调节，实现多个方向的信号采集。
信号采集处理装置2与定位阵列装置3一一对应，即一个定位阵列装置3连接一个信号采集处理装置2，信号采集处理装置2通过采集传感器直线阵列进行击穿信号的同步采集，并对其进行预处理，将预处理后的信号发送给定位识别装置1，定位识别装置1一般为电脑，所有信号采集处理装置2预处理后的信号均发送至定位识别装置1进行定位识别。
定位识别装置1采用的GIL击穿位置识别方法，具体包括：
步骤1，获取声音采集传感器直线阵列采集的多路同步击穿信号。
步骤2、根据击穿信号，采用空间谱估计技术对击穿信号的波达方向进行超分辨率估计。
具体过程为：
21)获取击穿信号的协方差矩阵。
其中，Rx为协方差矩阵，X(i)为击穿信号，XH(i)为X(i)的共轭转置，N为采样次数。
22)对协方差矩阵进行特征值分解，根据特征值的大小，获取噪声矩阵。
协方差矩阵进行特征值分解，具体公式为，
Rx＝ARSAH+σ2I
其中，A表示阵列的方向矩阵，σ2I表示加性噪声的协方差，RS表示信号的协方差。
按特征值的大小顺序，把与信号个数D相等的特征值和对应的特征向量看作信号部分空间，把剩下的M-D个特征值和特征向量看作噪声部分空间，得到噪声矩阵；
AHvi′＝0i′＝D+1,D+2,...,M
En＝[vD+1,vD+2,...,vM]
其中，En为噪声矩阵，vi′为第i′个信号特征值对应的信号子空间向量；
23)根据噪声矩阵，计算谱函数，通过寻求峰值获得波达方向的估计值。使θ变化，按照式
来计算谱函数，通过寻求峰值获得波达方向的估计值；其中，θ为空间搜索范围，Pmu(θ)为谱峰搜索结果，a(θ)为含信号参数的导向矢量。
步骤3，根据估计的波达方向确定击穿位置，即波达方向所指向的GIL管路位置即为击穿位置。
图5为基于波达方向(DOA)估计的声源定位方法对于GIS单个击穿的模拟识别结果，声源来波角度为10°，图6为基于波达方向(DOA)估计的声源定位方法对于两个声源的模拟识别结果，声源来波角度分别为(-30°，30°)，图7为基于波达方向(DOA)估计的声源定位方法对于三个声源的模拟识别结果，声源来波角度分别为(-30°，0°，30°)，从不同声源的识别结果可以看出，该方法对于单个及多个声源均能精确的估计出声源的波达方向，可以用于GIL的击穿定位。
本发明采用声音采集传感器直线阵列进行多路同步信号采集，直线性排布的阵列结构，使得声音采集传感器6在空间位置中也呈线性规律排布，有效提高异响识别的动态响应范围，有效提高了信号采集的抗干扰能力，从而增强了定位精度；同时本发明可拆卸伸缩的组合结构，方便测试使用，测试人员可以根据测试范围灵活布置。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种GIL击穿位置识别装置，包括定位阵列装置和信号采集处理装置，其特征在于：定位阵列装置包括阵列臂，阵列臂的前侧面上设置有声音采集传感器直线阵列，声音采集传感器直线阵列中的所有声音采集传感器均连接信号采集处理装置。
2.根据权利要求1所述的一种GIL击穿位置识别装置，其特征在于：定位阵列装置还包括阵列支架，阵列臂通过旋转结构设置在阵列支架上。
3.根据权利要求2所述的一种GIL击穿位置识别装置，其特征在于：阵列支架为伸缩支架，阵列臂通过旋转结构设置在阵列支架顶端。
4.根据权利要求2所述的一种GIL击穿位置识别装置，其特征在于：阵列支架的底端设置有三脚架。
5.根据权利要求2所述的一种GIL击穿位置识别装置，其特征在于：旋转结构包括转轴，转轴的两端分别与阵列臂和阵列支架转动连接，转轴靠近阵列臂的一端设置有阵列臂限位结构。
6.根据权利要求5所述的一种GIL击穿位置识别装置，其特征在于：阵列臂限位结构包括设置在转轴上的板体，板体的上端高于阵列臂上侧，板体上端的两侧分别设置有固定挡块和自复位活动挡块，固定挡块和自复位活动挡块之间的间距与阵列臂宽度匹配，板体的下端低于阵列臂下侧，板体下端的一侧设置有自复位活动挡块，板体下端的自复位活动挡块与板体上端的自复位活动挡块相对，并且两者的间距与阵列臂宽度匹配。
7.根据权利要求5所述的一种GIL击穿位置识别装置，其特征在于：转轴与阵列臂中心转动连接。
8.根据权利要求1所述的一种GIL击穿位置识别装置，其特征在于：阵列臂的后侧面上设置有线槽，声音采集传感器连接有线缆，线缆通过线槽从阵列臂中心位置引出连接信号采集处理装置。
9.一种GIL击穿位置识别方法，其特征在于：包括，
获取声音采集传感器直线阵列采集的多路同步击穿信号；
根据击穿信号，采用空间谱估计技术对击穿信号的波达方向进行估计；
根据估计的波达方向确定击穿位置。
10.根据权利要求9所述的一种GIL击穿位置识别方法，其特征在于：采用空间谱估计技术对击穿信号的波达方向进行估计，具体过程为，
获取击穿信号的协方差矩阵；
对协方差矩阵进行特征值分解，根据特征值的大小，获取噪声矩阵；
根据噪声矩阵，计算谱函数，通过寻求峰值获得波达方向的估计值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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