CN112904139A - 考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法及系统，将TEV探测仪检测的高压开关柜的局部放电源初步定位在一个球形空间内；采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻的传播时间差；根据球形空间、传播时间差和超声波传播路径的温度分布情况，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离；基于超声波传感器与局部放电源之间的预测距离，计算出超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；基于所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置，寻找最优解，获得局部放电源所在的精确位置。本发明具有定位精度高的优点。

Description

考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法及系统

技术领域

本申请涉及局部放电定位技术领域，特别是涉及考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本申请相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

高压开关柜作为接受、分配网络电能及控制、保护和监测用电设备等用途的成套开关设备，被广泛应用于各变电所站。相对高压电网而言，由于高压开关柜在设计、制造、安装和运行维护等方面存在着不同程度的问题，故而事故率较高。据不完全统计，在诸多性质的开关柜事故中，绝缘故障导致开关柜发生事故的台次占开关柜总事故台次的比例为68％，容量占事故总容量的比例为74％，且绝缘事故多发生于10KV及以上电压等级。各类绝缘缺陷发展到最终击穿之前，往往先经过局部放电阶段，因此快速准确检测开关柜内局部放电对于及时排除设备缺陷、提高供电可靠性具有重要意义。

高压开关柜的局部放电检测方法包括脉冲电流法、超声波法、暂态低电压法(TEV)以及超高频法，但采用单一局部放电采集方法往往会存在定位精度差、放电类型不准确等问题，同时由于敏感度不同，单一传感器还可能发生遗漏数据等异常情况，故而目前大多利用多类别传感器进行同时测量来提高检测及定位精确度。发明人发现，现有技术都未考虑柜中温度场数值变化对超声波传播速度的影响，局放源距离计算不精准，致使局部放电定位精度较低。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本申请提供了考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法及系统；有效地减小了声波信号传播的距离误差，提高了局部放电源定位精准度，进一步确保了高压开关柜运行的可靠性。

第一方面，本发明提供了考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法；

考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法，包括：

将TEV探测仪检测的高压开关柜的局部放电源初步定位在一个球形空间内；

采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻的传播时间差T_i；i的取值范围为1～m；

根据球形空间、传播时间差T_i和超声波传播路径的温度分布情况，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i；

基于第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i，结合约束条件计算出第i个超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；同理，得到所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；

基于所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置，寻找最优解，获得局部放电源所在的精确位置。

第二方面，本发明提供了考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位系统；

考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位系统，包括：

球形空间定位模块，其被配置为：将TEV探测仪检测的高压开关柜的局部放电源初步定位在一个球形空间内；

传播时间差获取模块，其被配置为：采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻的传播时间差T_i；i的取值范围为1～m；

预测距离计算模块，其被配置为：根据球形空间、传播时间差T_i和超声波传播路径的温度分布情况，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i；

坐标位置计算模块，其被配置为：基于第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i，结合约束条件计算出第i个超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；同理，得到所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；

精确位置获得模块，其被配置为：基于所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置，寻找最优解，获得局部放电源所在的精确位置。

第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述第一方面所述的方法。

第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用TEV信号初步定位与超声波信号精准定位相结合的定位方式，通过TEV信号初步定位缩小了各超声波传播路径的方位角与俯仰角约束条件的满足范围，降低了后续超声波信号在进行精准定位时的计算压力。

2、将每个超声波传感器测量到异常信号的起始时刻与TEV探测仪检测到最强TEV信号计时起点的传播时间差，和每个超声波传感器与局部放电源之间的距离运用到定位过程中，提高了超声波信号计时起始时刻的准确度，减小了时间差的计算误差。

3、充分考虑到高压开关柜中温度场数值变化对超声波传播速度的影响，结合三维温度场综合计算各传感器与局部放电源之间的距离，有效地减小了声波信号传播的距离误差。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为第一个实施例的方法流程图；

图2为第一个实施例的方向角示意图；

图3为第一个实施例的俯仰角示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例提供了考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法；

如图1所示，考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法，包括：

S101：将TEV探测仪检测的高压开关柜的局部放电源初步定位在一个球形空间内；

S102：采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到最强TEV信号的时刻的传播时间差T_i；i的取值范围为1～m；

S103：根据球形空间、传播时间差T_i和超声波传播路径的温度分布情况，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i；

S104：基于第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i，结合约束条件计算出第i个超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；同理，得到所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；

S105：基于所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置，寻找最优解，获得局部放电源所在的精确位置。

进一步地，所述S101：将TEV探测仪检测的高压开关柜的局部放电源初步定位在一个球形空间内；具体包括：

构建高压开关柜三维坐标系；高压开关柜底面的一个角点为原点，底面的与原点相连的两条边分别为X轴和Y轴，与原点相连且与X轴和Y轴均垂直向上的线为Z轴；使用TEV探测仪对高压开关柜内部进行多点检测，将TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻作为计时起点，通过能量衰减法初步得出一个局部放电源位置，以此位置作为球心构建一个设定半径的球形空间。

示例性的，所述设定半径，例如是指150mm-300mm。

进一步地，S102：采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻的传播时间差T_i；具体包括：

采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，对第i个超声波传感器检测的异常声波信号进行波形处理，得到第i个超声波传感器采集到异常声波信号的起始时刻；所述异常声波信号，是指声波信号的振幅超过设定阈值；

进而得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻的传播时间差T_i；i的取值范围是1～m；m为正整数。

进一步地，采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量；具体是指：

m个超声波传感器安装在高压开关柜柜体同一侧外表面上，该表面均分成m个矩形区域，各个超声波传感器安装在各矩形区域的中心点位置；采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量。

进一步地，对第i个超声波传感器检测的异常声波信号进行波形处理，得到第i个超声波传感器采集到异常声波信号的起始时刻；具体包括：

当测量到异常声波信号时，选用db4小波基对噪声环境下的信号进行3层小波分解，通过小波阈值去噪中软硬阈值的改进折中法得到改进阈值函数，进一步重构出降噪后的声波信号，最后通过能量法计算波形计时起点。

软硬阈值的改进折中法就是在现有软硬阈值折中法去噪模型的基础上添加了一个下限阈值，构建出新的阈值函数；其构建过程为：

首先，对于小波系数绝对值大于阈值部分由符号函数向阈值点作收缩处理，保留大部分有用信息；

其次，引入下限阈值，将小波系数位于两阈值之间部分进行高阶函数处理，提取剩余少量的有用信息；

最后，将小于下限阈值的小波系数置零；进而得到改进阈值函数。

示例性的，所述改进阈值函数如下：

其中ω_j,k为原始小波系数；

为阈值处理后的小波系数；sign()为符号函数；α与b为调节系数，α与b为小于1的实常数；λ为上限阈值，0.4λ为下限阈值。

利用去噪后的小波系数和尺度系数重构出降噪后的声波信号，再通过能量法计算波形计时起点。

进一步的，所述通过能量法计算波形计时起点，具体步骤包括：

首先，对原有能量积累曲线进行修正；

然后，采用平滑滤波器进行平滑处理，经处理后的能量积累曲线的全局最小值所对应的时刻即为波形信号计时起点。

示例性的，所述对原有能量积累曲线进行修正，能量积累曲线函数为：

其中，x_k为信号波上第k个点的值，i为波形记录点的值，N为信号的总采样数，F_N为信号总能量。

进一步地，所述采用平滑滤波器进行平滑处理的过程为：

其中F_i”为S阶平滑处理后的能量积累曲线函数，其全局最小值即为波形突变点。

进一步地，S103：所述根据球形空间、传播时间差T_i和超声波传播路径的温度分布情况，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i；具体包括：

S1031：将第i个超声波传感器的中心点a_i与球形空间的球心Q采用直线进行连接，所述直线穿过球心后延伸至球形空间的球壁，与球形空间的球壁形成一个交点c_i；将第i个超声波传感器的中心点a_i与交点c_i之间进行连线，得到线段a_ic_i；

S1032：构建高压开关柜三维温度场，得到超声波传播路径的温度分布情况，以第i个超声波传感器的中心点a_i为起点，以交点c_i为终点，每间隔设定温差确定一个节点，根据节点将线段a_ic_i划分为l个子线段，从三维温度场中确定每个子线段的长度；

S1033：根据每个子线段的长度，和每个子线段内超声波的传播速度v_if，计算出每个子线段内超声波的传播时间t_if；f的取值范围为1～l；

S1034：根据前f个子线段的超声波传播时间之和不大于T_i，且前f+1个子线段的超声波传播时间之和不小于T_i的原则，得到f的取值；

S1035：根据f的取值，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i。

进一步地，所述S1032：所述设定温差为5K。

进一步地，所述S1032中构建高压开关柜三维温度场，得到超声波传播路径的温度分布情况；具体包括：

使用三维建模软件建立1：1等效高压开关柜三维模型；

将模型导入有限元分析软件中进行模型预处理，采用非结构网格进行划分，构建高压开关柜有限元模型；

对高压开关柜有限元模型进行电磁场仿真，加载边界条件后通过时谐磁场分析求解高压开关柜热源，包括柜内载流导体的焦尔损耗、磁导体内的涡流和磁滞损耗；

进行温度场与流体场的耦合仿真，将高压开关柜热源作为荷载同各种边界条件一起加载至热场以及流体场中，迭代计算重新求解开关柜流体--温度场，并计算相邻两步温度计算误差直至温差小于设定阈值0.1K，得到高压开关柜的温度分布。

进一步地，所述S1032步骤之后，所述S1033步骤之前，还包括：

S1032-3：以每个子线段中间点的温度值作为当前子线段的平均温度，计算超声波在每个子线段内的传播速度v_if；f的取值范围是1～l。

进一步地，所述计算第i个超声波传感器发射的超声波在第f个子线段内的传播速度v_if；具体步骤包括：

其中，R_a为摩尔气体常数，8.31451J/(mol·K)；γ＝1.4，代表空气的比热容比；W与热力学温度W_th的关系式为W＝(1+0.51q)W_th，式中q代表比湿。

进一步地，所述S1034根据前f个子线段的超声波传播时间之和不大于T_i，且前f+1个子线段的超声波传播时间之和不小于T_i的原则，得到f的取值；用公式表达为：

其中，t_ih表示第i个超声波传感器所构建线段a_ic_i中的第h个子线段的超声波传播时间。

进一步地，所述S1035中，根据f的取值，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i；具体包括：

其中，v_ih表示第i个超声波传感器所构建线段a_ic_i中的第h个子线段的超声波传播速度；v_i(f+1)表示第i个超声波传感器所构建线段a_ic_i中的第f+1个子线段的超声波传播速度；t_ih表示第i个超声波传感器所构建线段a_ic_i中的第h个子线段的超声波传播时间。

进一步地，所述S104：基于第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i，结合约束条件计算出第i个超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；具体包括：

在得到第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i后，以第i个超声波传感器坐标为球心，以预测距离L_i为半径，得到一个球形方程：

其中，(x_i,y_i,z_i)表示第i个超声波传感器的坐标位置；(x'_ig,y'_ig,z'_ig)表示第i个超声波传感器预测的第g组局部放电源的坐标位置；

然后，将球形方程，与第i个超声波传感器和初步定位球形空间的角度约束条件结合，得到一个曲面；所述曲面是所述球形方程所形成的球形上的曲面；

然后，将曲面进行网格化处理，网格化后的曲面上的所有网格节点均为第i个超声波传感器预测的局部放电源候选位置点；

其中，网格化处理的原则是：网格化处理的过程中，网格上水平方向相邻或垂直方向相邻的两个节点与第i个超声波传感器坐标进行连线，连线后，两条连线与第i个超声波传感器坐标点形成一个球心角，所述球心角的夹角为1度；

根据角度约束条件给出的方向角最小值、方向角最大值、俯仰角最小值和俯仰角最大值；方向角在给出的最小值基础上按照1度为梯度进行递增，在每个方向角下，每增加1°俯仰角，就求出一组(x'_ig,y'_ig,z'_ig)值；g＝(1,2,…,n_i)；方向角递增结束的标准是方向角达到方向角的最大值；

或者，俯仰角在给出的最小值基础上按照1度为梯度进行递增，在每个俯仰角下，每增加1°方向角，就求出一组(x'_ig,y'_ig,z'_ig)值；俯仰角递增结束的标准是俯仰角达到俯仰角的最大值；

x'_ig、y'_ig、z'_ig三者之间存在以下关系：

θ_ig表示方向角；φ_ig表示俯仰角；

最后，每个超声波传感器得出n_i组放电源预测位置。

进一步地，所述角度约束条件；具体包括：

定义初步定位球形空间球心位置坐标为(x_q,y_q,z_q)，初步定位球形空间半径为r_q，超声波传感器的位置点为P_i(x_i,y_i,z_i)，其中，i＝1,2,3,...,m；m≥4；

首先计算方向角θ_ig的约束条件，方向角θ_ig为第i个超声波传感器坐标点与初步定位球形空间之间在水平方向上两条切线之间的角度，其约束条件为：

其中，

为初步定位球形空间球心位置与超声波传感器位置竖直投影在xy轴上的直线与X轴的正向夹角；

表示超声波传感器位置点与初步定位球形空间边界在xy平面上的切线，和初步定位球形空间球心位置与超声波传感器位置竖直投影在xy平面上的直线间的夹角；

然后计算俯仰角φ_ig的约束条件，俯仰角φ_ig为第i个超声波传感器坐标点与球形空间之间在竖直方向上两条切线之间的角度，其约束条件为：

其中，

为初步定位空间球心位置与超声波传感器位置水平投影在yz轴上的直线与Z轴的正向夹角；

表示超声波传感器位置点与初步定位空间边界在yz平面上的切线，和初步定位空间球心位置与超声波传感器位置水平投影在yz平面上的直线间的夹角。

所述约束条件，是指各超声波传播路径的方位角与俯仰角的约束条件；如图2和图3所示。

进一步地，S105中，所述基于所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置，寻找最优解，获得局部放电源所在的精确位置；具体包括：

S1051：定义所求的局部放电源精确位置坐标为(x_o,y_o,z_o)，根据第i个超声波传感器的n_i组局部放电源预测坐标位置(x'_ig,y'_ig,z'_ig)，g的取值范围是1,2,…,n_i，得到第i个超声波传感器预测的局部放电源坐标点与局部放电源精确坐标点间的最短距离d_i；

其中，(x'_ig,y'_ig,z'_ig)表示第i个超声波传感器的第g组局部放电源预测位置坐标。

S1052：对m个超声波传感器预测的局部放电源坐标点与局部放电源精确坐标点间的最短距离作和，得到距离和函数：

其中，d表示m个超声波传感器预测的局部放电源坐标点与局部放电源精确坐标点间的最短距离之和；d_i表示第i个超声波传感器预测的局部放电源坐标点与局部放电源精确坐标点间的最短距离；

S1053：结合所述距离和函数，寻找使得d最小的最优解，以此获得局部放电源所在的精确位置。

进一步地，所述S1053：结合所述最短距离公式与和函数，寻找使得d最小的最优解，以此获得局部放电源所在的位置；具体包括：

采用基于粒子群算法的混合鱼群算法与序列二次规划算法相结合的混合优化算法进行全局与局部搜索，寻找一组最优解使得d最小。

进一步地，所述采用基于粒子群算法的混合鱼群算法与序列二次规划算法相结合的混合优化算法进行全局与局部搜索；具体步骤包括：

初始化混合鱼群算法参数与种群，执行觅食、聚群和追尾行为，选出适应度最优的人工鱼状态作为粒子群中粒子初始状态，开始执行粒子群算法，利用粒子群快速寻优的优势进行迭代搜索，得到全局最优计算结果；

将得到的全局最优计算结果作为序列二次规划算法的初始点，进行局部区域精准搜索，得到局部最优计算结果；

对全局最优计算结果与局部最优计算结果进行对比判断，取二者中的最小值作为最优解。

本申请公开了一种考虑温度场变化特性的实现高压开关柜局放精准定位方法，包括：将采集到的最强TEV信号作为计时起点，并将局部放电源初步定位在某空间内；获得各个超声波传感器的信号起始时刻，得到传播时间差；得到各超声波传播路径的方位角与俯仰角的约束条件；根据超声波传播路径的温度分布情况综合计算各传感器与局部放电源的距离；将各传感器与局部放电源的距离输入到定位方程中，得到各超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置，结合最短距离公式与和函数寻得局部放电源精确位置坐标的最优解。本申请考虑到柜中温度场数值变化对超声波传播速度的影响，将三维温度场数值分析与局部放电定位方法相结合，有效地减小了声波信号传播的距离误差，在没有明显增加设备的情况下提高了局部放电源定位精度，为高压开关柜故障查找提供了依据。

实施例二

本实施例提供了考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位系统；

考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位系统，包括：

球形空间定位模块，其被配置为：将TEV探测仪检测的高压开关柜的局部放电源初步定位在一个球形空间内；

传播时间差获取模块，其被配置为：采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到最强TEV信号的时刻的传播时间差T_i；i的取值范围为1～m；

预测距离计算模块，其被配置为：根据球形空间、传播时间差T_i和超声波传播路径的温度分布情况，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i；

坐标位置计算模块，其被配置为：基于第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i，结合约束条件计算出第i个超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；同理，得到所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；

精确位置获得模块，其被配置为：基于所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置，寻找最优解，获得局部放电源所在的精确位置。

此处需要说明的是，上述球形空间定位模块、传播时间差获取模块、预测距离计算模块、坐标位置计算模块和精确位置获得模块对应于实施例一中的步骤S101至S105，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。

所提出的系统，可以通过其他的方式实现。例如以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时，可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另外一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

实施例三

本实施例还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述实施例一所述的方法。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASiC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

实施例四

本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一所述的方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法，其特征是，包括：

将TEV探测仪检测的高压开关柜的局部放电源初步定位在一个球形空间内；

采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻的传播时间差T_i；i的取值范围为1～m；

根据球形空间、传播时间差T_i和超声波传播路径的温度分布情况，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i；

基于第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i，结合约束条件计算出第i个超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；同理，得到所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；

基于所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置，寻找最优解，获得局部放电源所在的精确位置。

2.如权利要求1所述的考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法，其特征是，将TEV探测仪检测的高压开关柜的局部放电源初步定位在一个球形空间内；具体包括：

构建高压开关柜三维坐标系；高压开关柜底面的一个角点为原点，底面的与原点相连的两条边分别为X轴和Y轴，与原点相连且与X轴和Y轴均垂直向上的线为Z轴；使用TEV探测仪对高压开关柜内部进行多点检测，将TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻作为计时起点，通过能量衰减法初步得出一个局部放电源位置，以此位置作为球心构建一个设定半径的球形空间。

3.如权利要求1所述的考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法，其特征是，采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻的传播时间差T_i；具体包括：

采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，对第i个超声波传感器检测的异常声波信号进行波形处理，得到第i个超声波传感器采集到异常声波信号的起始时刻；所述异常声波信号，是指声波信号的振幅超过设定阈值；

进而得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻的传播时间差T_i；i的取值范围是1～m；m为正整数。

4.如权利要求1所述的考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法，其特征是，所述根据球形空间、传播时间差T_i和超声波传播路径的温度分布情况，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i；具体包括：

将第i个超声波传感器的中心点a_i与球形空间的球心Q采用直线进行连接，所述直线穿过球心后延伸至球形空间的球壁，与球形空间的球壁形成一个交点c_i；将第i个超声波传感器的中心点a_i与交点c_i之间进行连线，得到线段a_ic_i；

构建高压开关柜三维温度场，得到超声波传播路径的温度分布情况，以第i个超声波传感器的中心点a_i为起点，以交点c_i为终点，每间隔设定温差确定一个节点，根据节点将线段a_ic_i划分为l个子线段，从三维温度场中确定每个子线段的长度；

根据每个子线段的长度，和每个子线段内超声波的传播速度v_if，计算出每个子线段内超声波的传播时间t_if；f的取值范围为1～l；

根据前f个子线段的超声波传播时间之和不大于T_i，且前f+1个子线段的超声波传播时间之和不小于T_i的原则，得到f的取值；

根据f的取值，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i。

5.如权利要求1所述的考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法，其特征是，基于第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i，结合约束条件计算出第i个超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；具体包括：

在得到第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i后，以第i个超声波传感器坐标为球心，以预测距离L_i为半径，得到一个球形方程：

其中，(x_i,y_i,z_i)表示第i个超声波传感器的坐标位置；(x'_ig,y'_ig,z'_ig)表示第i个超声波传感器预测的第g组局部放电源的坐标位置；

然后，将球形方程，与第i个超声波传感器和初步定位球形空间的角度约束条件结合，得到一个曲面；所述曲面是所述球形方程所形成的球形上的曲面；

然后，将曲面进行网格化处理，网格化后的曲面上的所有网格节点均为第i个超声波传感器预测的局部放电源候选位置点；

其中，网格化处理的原则是：网格化处理的过程中，网格上水平方向相邻或垂直方向相邻的两个节点与第i个超声波传感器坐标进行连线，连线后，两条连线与第i个超声波传感器坐标点形成一个球心角，所述球心角的夹角为1度；

根据角度约束条件给出的方向角最小值、方向角最大值、俯仰角最小值和俯仰角最大值；方向角在给出的最小值基础上按照1度为梯度进行递增，在每个方向角下，每增加1°俯仰角，就求出一组(x'_ig,y'_ig,z'_ig)值；g＝(1,2,…,n_i)；方向角递增结束的标准是方向角达到方向角的最大值；

或者，俯仰角在给出的最小值基础上按照1度为梯度进行递增，在每个俯仰角下，每增加1°方向角，就求出一组(x'_ig,y'_ig,z'_ig)值；俯仰角递增结束的标准是俯仰角达到俯仰角的最大值；

x'_ig、y'_ig、z'_ig三者之间存在以下关系：

θ_ig表示方向角；φ_ig表示俯仰角；

最后，每个超声波传感器得出n_i组放电源预测位置。

6.如权利要求1所述的考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法，其特征是，所述角度约束条件；具体包括：

定义初步定位空间球心位置坐标为(x_q,y_q,z_q)，球形空间半径为r_q，超声波传感器的位置点为P_i(x_i,y_i,z_i)，其中，i＝1,2,3,...,m；m≥4；

首先计算方向角θ_ig的约束条件，方向角θ_ig为第i个传感器坐标点与初步定位球形空间之间在水平方向上两条切线之间的角度，其约束条件为：

其中，

为初步定位球形空间球心位置与超声波传感器位置竖直投影在xy轴上的直线与X轴的正向夹角；

表示超声波传感器位置点与初步定位球形空间边界在xy平面上的切线，和初步定位球形空间球心位置与超声波传感器位置竖直投影在xy平面上的直线间的夹角；

然后计算俯仰角φ_ig的约束条件，俯仰角φ_ig为第i个传感器坐标点与球形空间之间在竖直方向上两条切线之间的角度，其约束条件为：

其中，

为初步定位空间球心位置与超声波传感器位置水平投影在yz轴上的直线与Z轴的正向夹角；

表示超声波传感器位置点与初步定位空间边界在yz平面上的切线，和初步定位空间球心位置与超声波传感器位置水平投影在yz平面上的直线间的夹角。

7.如权利要求1所述的考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位方法，其特征是，所述基于所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置，寻找最优解，获得局部放电源所在的精确位置；具体包括：

定义所求的局部放电源精确位置坐标为(x_o,y_o,z_o)，根据第i个超声波传感器的n_i组局部放电源预测坐标位置(x'_ig,y'_ig,z'_ig)，g的取值范围是1,2,…,n_i，得到第i个超声波传感器预测的局部放电源坐标点与局部放电源精确坐标点间的最短距离d_i；

其中，(x'_ig,y'_ig,z'_ig)表示第i个超声波传感器的第g组局部放电源预测位置坐标；

对m个超声波传感器预测的局部放电源坐标点与局部放电源精确坐标点间的最短距离作和，得到距离和函数：

其中，d表示m个超声波传感器预测的局部放电源坐标点与局部放电源精确坐标点间的最短距离之和；d_i表示第i个超声波传感器预测的局部放电源坐标点与局部放电源精确坐标点间的最短距离；

结合所述距离和函数，寻找使得d最小的最优解，以此获得局部放电源所在的精确位置。

8.考虑温度场变化的高压开关柜局部放电定位系统，其特征是，包括：

球形空间定位模块，其被配置为：将TEV探测仪检测的高压开关柜的局部放电源初步定位在一个球形空间内；

传播时间差获取模块，其被配置为：采用m个超声波传感器对高压开关柜进行局部放电测量，得到第i个超声波传感器采集到的异常声波信号起始时刻与TEV探测仪检测到的最强TEV信号的时刻的传播时间差T_i；i的取值范围为1～m；

预测距离计算模块，其被配置为：根据球形空间、传播时间差T_i和超声波传播路径的温度分布情况，计算出第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i；

坐标位置计算模块，其被配置为：基于第i个超声波传感器与局部放电源之间的预测距离L_i，结合约束条件计算出第i个超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；同理，得到所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置；

精确位置获得模块，其被配置为：基于所有超声波传感器预测的局部放电源的坐标位置，寻找最优解，获得局部放电源所在的精确位置。

9.一种电子设备，其特征是，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

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