CN113238125A - 一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位方法。该方法通过磁场传感器获取电缆周围的磁场强度标量数据，并根据采集到的磁场强度标量数据，计算磁场矢量数据；利用采集到的数据实现电缆周围磁矢量分布场进行重构并对局部放电源定位。通过本发明，实现磁矢量分布场重构，不仅反映磁场强度，还反映局部放电产生电磁波的辐射方向，根据局部放电发生时电缆周围磁矢量场的分布特征，即可判断局部放电源的位置。

Description

一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位方法
技术领域
本发明涉及一种磁场重构与电缆局部放电定位方法，主要涉及一种电磁矢量场重构的局部放电检测方法。
背景技术
电缆的局部放电和电缆的绝缘状况息息相关，为了保障输电线路的安全运行，电缆局部放电的检测和定位具有十分重要的现实意义。现有技术中，电缆局部放电检测主要是对声、光、热、电脉冲和电磁波的检测。其中，电磁波信号会随着局部放电的消失而消失，伴随采集到的大量磁场数据较难处理的问题，局部放电源的定位精度不高。
电磁场标量场和电磁矢量场的重构在很多领域中都得到了应用，如仿真作战系统，医学成像和电磁环境检测。在面对容易受电磁影响的各种设施时，利用电磁矢量分布场重构可以更好地解释收集到的电磁信息，实现对设备更优良的控制，使某些电磁相关问题的解决更加简明有效。特别地，电磁矢量分布场的重构，不仅可以反映电磁场的强度，还可以反映电磁波的传播方向。
目前，缺少一种基于电磁矢量分布场重构方法在电缆局部放电检测方面的应用。
发明内容
本发明鉴于背景技术的不足提出一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位方法，实现电磁矢量场的重构，不仅可以反应电磁场的强度，还可以反应电磁波的传播方向，提供检测电缆局部放电的方法，促进磁场矢量场重构方法在电缆局部放电检测方面的发展。
一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.通过磁场传感器获取电缆周围的磁场强度标量数据；
S2.根据采集到的磁场强度标量数据，计算磁场矢量数据；
S3.对电缆周围磁矢量分布场进行重构；
S4.实现局部放电源的定位。
可选的，通过磁场传感器获取电缆周围的磁场强度标量数据，磁场强度标量数据由Q(x,y,z,B)表示，(x,y,z)为空间处某点的位置坐标，B为磁感应强度；
特别地，通过磁场传感器获取的磁场强度标量数据是实时的，通过设置定时器发出时间中断的间隔，来触发传感器采集实时磁场数据，且采样精度可调。
进一步，根据采集到的磁场强度标量数据，计算磁场矢量数据，具体步骤为：
S201.计算每一个传感器和相邻传感器的电磁场标量强度差和距离矢量差；
S202.计算电磁场矢量方向；
S203.计算每一个传感器的电磁场矢量强度；
S204.判断是否将每个传感器的矢量数据计算完毕。
优选的，实现电磁矢量场的可视化，对原数据进行二次采样，并对二次采样得到的数据进行缩放，以用Hedgehog方法对电缆周围的电磁空间矢量建模，重构电缆周围的磁矢量分布场。
优选的，根据电缆周围磁分布特性，判断局部放电源的位置，方法为：
判断实时矢量场与预置电磁矢量场是否一致，若是，则没有发生局部放电；否则，电缆发生局部放电。
进一步地，定位局部放电源的具体步骤为：
S401.用高斯电流脉冲模拟局部放电源，运用时域有限差分算法获得脉冲电流的幅值；
S402.运用基于四阶累积量的music-like算法估计近场距离；
S403.引入矢量磁位，由磁感应强度值和矢量磁位之间的关系获得局部放电源的位置。
优选的，用高斯脉冲函数组拟合局部放电发生时的电流，
Figure BDA0003048338040000031
其中Ai表示幅值，τi表示脉冲宽度，tOi表示脉冲峰值对应的时刻，n表示脉冲电流峰值个数，
Figure BDA0003048338040000032
为单位方向矢量；
优选的，运用时域有限差分算法求电缆FDTD模型的解，其中，电缆FDTD模型包括电缆本体、磁场传感器和局部放电源的FDTD模型；
优选的，通过磁场传感器的测量值对局部放电产生的电流脉冲幅值进行反演，建立电流脉冲幅值和磁感应强度的关系K·I(t,Ai)＝Bi(t,Ai),i＝1,2,……n,其中K：I→B为正算子；
优选的，对局部放电产生的电流脉冲幅值的寻优问题进行求解，结合模拟退火算法和时域有限差分算法得到电流脉冲幅值；
优选的，运用基于四阶累积量的music-like算法获得近场距离估计值
Figure BDA0003048338040000041
k＝1,……K1，
Figure BDA0003048338040000042
为近场DOA估计值，分离近场和远场，确定传感器安装位置处磁感应强度的计算式；
特别的，考虑洛伦兹条件，可以简化麦克斯韦动态方程，则矢量磁位A的计算方法为：
Figure BDA0003048338040000043
其中，V代表电荷的分布空间，δc代表电流密度；
特别的，近场磁感应强度的计算方法为：
Figure BDA0003048338040000044
远场磁感应强度的计算方法为：
Figure BDA0003048338040000045
其中，
Figure BDA0003048338040000046
k表示相位系数，λ表示波长，μ表示磁导率；
特别的，磁感应强度和矢量磁位的关系如下表述：
Figure BDA0003048338040000047
本发明的有益效果是：通过本发明，可以实现磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位，不仅可以反应磁场强度，还可以反映局部放电发生时电磁波的辐射方向，提供一种更加直观的电缆局部放电检测方法。
附图说明
附图1为本发明的一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细阐述。
如图1所示，本发明的用于一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位方法包括以下步骤：
S1.通过磁场传感器获取电缆周围的磁场强度标量数据；
S2.根据采集到的磁场强度标量数据，计算磁场矢量数据；
S3.对电缆周围磁矢量分布场进行重构；
S4.实现局部放电源的定位。
在本实施例中，作为优选实施方式，步骤S1中，电磁标量场的数据按照Q(x,y,z,B)的形式存储，(x,y,z)是空间中某点的坐标，B为磁感应强度。
在本实施例中，作为优选实施方式，步骤S2具体包括以下步骤：
S201.计算每一个传感器和相邻传感器的电磁场标量强度差和距离矢量差；
S202.计算电磁场矢量方向；
S203.计算每一个传感器的电磁场矢量强度；
S204.判断是否将每个传感器的矢量数据计算完毕。
步骤S202中，电磁场的矢量方向ED的计算方法如下：
Figure BDA0003048338040000061
其中，
Figure BDA0003048338040000062
为电磁场相邻绘制单元的电磁场标量强度差，Vi D电磁场标量距离矢量差。
步骤S203中，每一个单元的电磁场矢量强度计算方法如下：
Figure BDA0003048338040000063
步骤S204中，判断是否将每个电磁场可视化单元计算完毕，若没有计算完毕，则再重复步骤S201-S204。
在本实施例中，作为优选实施方式，步骤S3还包括对原数据进行二次采样，并对二次采样得到的数据进行缩放。
在本实施例中，作为优选实施方式，步骤S3中，用Hedgehog方法绘制电缆周围的电磁空间矢量，得到电缆周围电磁矢量分布。判断实时矢量分布场与预置电磁矢量场是否一致，若是，则没有发生局部放电；否则，电缆发生局部放电。
在本实施例中，作为优选实施方式，步骤S4中实现局部放电源的定位，具体包括以下步骤：
S401.用高斯电流脉冲模拟局部放电源，运用时域有限差分算法获得脉冲电流的幅值；
S402.运用基于四阶累积量的music-like算法估计近场距离；
S403.引入矢量磁位，由磁感应强度值和矢量磁位之间的关系获得局部放电源的位置。
步骤S401中，获得局部放电产生脉冲电流的幅值的方法，通过磁场传感器的测量值对局部放电产生的电流脉冲幅值进行反演，寻求脉冲电流幅值的最优解
Figure BDA0003048338040000071
满足如下表达式：
Figure BDA0003048338040000072
其中，定义I、B为Hilbert空间，K·I(t,A)＝[B1(t),…,Bn(t)]T，I为电缆局部放电产生的电流脉冲，Bi为(xi,yi,zi)处的第i个传感器测得的磁感应强度；A为电缆局部放电产生的电流脉冲幅值，A的可行域为Λ＝{A1，A2，…，An}；Bi为(xi,yi,zi)处的第i个传感器测得的磁感应强度；
结合模拟退火算法和时域有限差分算法得到满足精度的重构结果。
步骤S402中，获得近场距离估计值的方法，运用基于四阶累积量的music-like算法获得近场距离估计值为
Figure BDA0003048338040000073
k＝1,……K1，
Figure BDA0003048338040000074
是由近场DOA估计值得到的一维MUSIC谱峰搜索，其中，
Figure BDA0003048338040000075
为近场DOA估计值；
特别的，考虑洛伦兹条件，可以简化麦克斯韦动态方程，则矢量磁位A的计算方法为：
Figure BDA0003048338040000081
其中，V代表电荷的分布空间，δc代表电流密度；
特别的，近场区域存在条件kr＜＜1，则近场磁感应强度的计算公式可简化为：
Figure BDA0003048338040000082
远场区域存在条件kr＞＞1，则远场磁感应强度的计算公式可简化为：
Figure BDA0003048338040000083
其中，
Figure BDA0003048338040000084
k表示相位系数，λ表示波长，μ表示磁导率；
进一步地，通过磁感应强度和矢量磁位的关系可以获得局部放电源位置坐标(x’,y’,z’)，磁感应强度和矢量磁位的关系如下表述：
Figure BDA0003048338040000085
通过本发明，可以实现一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位，不仅可以反应磁场强度，还可以反映局部放电发生时电磁波的辐射方向，定位局部放电源，提供一种更加直观的电缆局部放电检测方法。研究人员可以通过用该种方法获取的局部放电源位置在巡检范围内快速定位故障点。

Claims (3)

1.一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.通过磁场传感器获取电缆周围的磁场强度标量数据；
S2.根据采集到的磁场强度标量数据，计算磁场矢量数据；
S3.对电缆周围磁矢量分布场进行重构；
S4.实现局部放电源的定位。
2.根据权利要求1所述的一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位方法，其特征在于，步骤S3运用Hedgehog方法建模，绘制电磁空间矢量，实现磁矢量分布场重构，反映磁场分布。判断该矢量分布场与预置电磁矢量场是否一致，若是，则没有发生局部放电；否则，电缆发生局部放电。
3.根据权利要求1所述的一种磁矢量分布场重构与电缆局部放电定位方法，其特征在于，步骤S4实现局部放电源定位的方法，引入磁矢量位，由磁感应强度和矢量磁位之间的关系获得局部放电源的位置。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5315308A (en) * 1992-11-04 1994-05-24 Yale University Method for eletromagnetic source localization
CN103149513A (zh) * 2013-02-26 2013-06-12 中国科学院电工研究所 一种变压器局部放电超声源重建的定位方法及装置
WO2015029151A1 (ja) * 2013-08-28 2015-03-05 株式会社日立製作所 部分放電計測法およびそれを用いて検査した高電圧機器
CN104950233A (zh) * 2015-06-18 2015-09-30 国家电网公司 基于场源逆问题反演的开关柜局部放电源定位与重构方法
WO2016019666A1 (zh) * 2014-08-07 2016-02-11 国家电网公司 电缆局部放电的检测方法及装置
CN106093733A (zh) * 2016-07-30 2016-11-09 清华大学 电晕电流的测量装置及用其进行多点电晕电流定位方法
CN108181557A (zh) * 2017-12-29 2018-06-19 上海交通大学 一种确定特高频局部放电信号方位的方法
US20200158792A1 (en) * 2018-11-16 2020-05-21 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Method for examining a magnetic field source
CN112540269A (zh) * 2020-12-04 2021-03-23 广东电网有限责任公司 一种提升配电电缆局部放电定位精度的方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5315308A (en) * 1992-11-04 1994-05-24 Yale University Method for eletromagnetic source localization
CN103149513A (zh) * 2013-02-26 2013-06-12 中国科学院电工研究所 一种变压器局部放电超声源重建的定位方法及装置
WO2015029151A1 (ja) * 2013-08-28 2015-03-05 株式会社日立製作所 部分放電計測法およびそれを用いて検査した高電圧機器
WO2016019666A1 (zh) * 2014-08-07 2016-02-11 国家电网公司 电缆局部放电的检测方法及装置
CN104950233A (zh) * 2015-06-18 2015-09-30 国家电网公司 基于场源逆问题反演的开关柜局部放电源定位与重构方法
CN106093733A (zh) * 2016-07-30 2016-11-09 清华大学 电晕电流的测量装置及用其进行多点电晕电流定位方法
CN108181557A (zh) * 2017-12-29 2018-06-19 上海交通大学 一种确定特高频局部放电信号方位的方法
US20200158792A1 (en) * 2018-11-16 2020-05-21 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Method for examining a magnetic field source
CN112540269A (zh) * 2020-12-04 2021-03-23 广东电网有限责任公司 一种提升配电电缆局部放电定位精度的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周力行 等: "电磁矢量传感器用于变压器局部放电在线检测", 《高电压技术》 *

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