CN115586410A - 一种基于无人机的变压器声纹巡检装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的变压器声纹巡检装置及方法，包括无人机本体、控制器以及安装在无人机本体上的检测模块，控制器用于控制无人机本体移动，调整检测模块与目标变压器之间的相对位置以对目标变压器进行多点检测，检测模块通过声纹信号传感器获取目标变压器不同检测点的声纹信号，所述控制器包括：获取模块，用于接收声纹信号并根据声纹信号判断目标变压器不同检测点是否存在局部放电故障，若是，则根据不同检测点的声纹信号获取多个与声纹信号对应的放电位置点；聚类模块，用于对获取多个与声纹信号对应的放电位置点进行聚类；定位模块，用于根据聚类结果定位目标变压器放电发生位置点。

Description

一种基于无人机的变压器声纹巡检装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于无人机的变压器声纹巡检装置及方法。

背景技术

局部放电是指在绝缘介质的局部由于电场不均匀或电场集中，在绝缘介质的局部区域发生放电而没有击穿，即放电没有贯穿施加电压的导体之间的现象。局部放电可能发生在绝缘介质内部、绝缘介质的交界面以及绝缘介质表面。对设备开展局部放电检测，及早准确地发现放电源，可防止事故发生，确保电力系统安全可靠运行。目前，变压器局部放电定位方法主要有电气定位法、特高频定位法和超声波定位法三种。

申请号为201210353417.7的专利公开了一种变压器局部放电检测定位方法，其通过在变压器油箱外侧检测内部局部放电产生的超声波，利用获得的超声波信号结合双曲面定位法，确定局部放电点的位置。又如申请号为201110182614.2的专利公开了一种用于变压器局部放电定位的十字形超声阵列传感器及方法，其利用高阶累积量技术对十字形阵列进行虚拟扩展，可得到超声波在变压器中的传播时延，从而进行定位。再如申请号为201910347117.X的专利公开了一种变压器局部放电超声波定位方法，其通过计算超声波在经过固体介质时的传播时间和在油中传播时间的差修正了超声波在变压器中的传播时间，能有效提高变压器局部放电超声波定位的准确性。

由此可见，如何提高变压器故障定位的准确性是在实际应用中亟待处理的问题。一些变电站变压器会安装在距离地面较远的高位，现有的变压器局部放电定位装置，往往只能利用特高频传感器以及超声波传感器在地面对目标变压器进行局部放电定位检测。若将定位装置移动到高处对高位变压器进行检测的话，一来移动麻烦，二来属于高空作业，对检测人员而言存在较高的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于无人机的变压器声纹巡检装置及方法，利用无人机携带的检测设备，对高空变压器进行动态巡检，通过动态的获取变压器声纹信号，对获取变压器声纹信号进行区分并进行多种方式的处理，提高了变压器故障定位的准确性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于无人机的变压器声纹巡检装置，包括无人机本体、控制器以及安装在无人机本体上的检测模块，控制器用于控制无人机本体移动，调整检测模块与目标变压器之间的相对位置以对目标变压器进行多点检测，其中：检测模块通过声纹信号传感器获取目标变压器不同检测点的声纹信号，所述控制器包括：

获取模块，用于接收声纹信号并根据声纹信号判断目标变压器不同检测点是否存在局部放电故障，若是，则根据不同检测点的声纹信号获取多个与声纹信号对应的放电位置点；

聚类模块，用于对获取多个与声纹信号对应的放电位置点进行聚类；

定位模块，用于根据聚类结果定位目标变压器放电发生位置点。

方案进一步是：所述检测模块包括：

特高频检测单元，用于获取目标变压器不同检测点的超高频电磁信号；

超声波检测单元，用于获取目标变压器不同检测点的超声波信号；

其中，声纹信号包括超高频电磁信号以及超声波信号。

方案进一步是：所述基于无人机的变压器声纹巡检装置还包括：

红外测温模块，用于获取目标变压器的红外热成像。

一种基于无人机的变压器声纹巡检方法，是基于所述变压器声纹巡检装置的方法，包括如下步骤：

S1，控制无人机起飞环绕目标变压器，对目标变压器进行多点检测；

S2，获取目标变压器不同检测点的声纹信号；

S3，将声纹信号输入声纹信号判断模型判断目标变压器不同检测点是否存在局部放电故障，若是，则根据不同检测点的声纹信号获取多个与声纹信号对应的放电位置点；

S4，对获取多个与声纹信号对应的放电位置点进行聚类；

S5，根据聚类结果定位目标变压器放电发生位置点；

其中：所述声纹信号判断模型是通过事先获取的无故障变压器声纹信号和故障变压器声纹信号训练得到的判断模型。

方案进一步是：基于无人机的变压器声纹巡检方法还包括如下步骤：

通过一个红外测温模块获取目标变压器的红外热成像，并根据目标变压器的红外热成像，获取目标变压器的表面放电故障位置点，由表面放电故障位置点验证定位目标变压器放电发生位置点。

方案进一步是：所述验证定位目标变压器放电发生位置点的过程是：在根据聚类结果定位目标变压器放电发生位置点后，首先判断目标变压器放电发生位置点是否位于目标变压器的表面，如果是，则表面放电故障位置点与放电发生位置点为一致点；如果不是，并且表面放电故障位置点与放电发生位置点出现偏差：当偏差小于一个设定值时，取两个位置点距离的中间点为最终放电发生位置点。

方案进一步是：当偏差大于设定值时，则对获取的多个与声纹信号对应的放电位置点以及表面放电故障位置点一起重新进行聚类，直至聚类后的放电发生位置点以及表面放电故障位置点的最小偏差小于设定值。

方案进一步是：所述声纹信号包括超高频电磁信号以及超声波信号。

本发明的有益效果是：利用无人机搭载变压器局部放电检测单元以获取目标变压器的声纹信号，可以实现对高空目标变压器局部放电的检测与定位，其克服将现有的变压器局部放电定位装置移动到高处对高位变压器进行检测所存在的移动麻烦以及对检测人员存在较高安全隐患的问题；利用无人机携带的检测设备，通过动态的获取变压器声纹信号，对获取变压器声纹信号进行区分并进行多种方式的处理，提高了变压器故障定位的准确性。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1为本发明无人机结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种基于无人机的变压器声纹巡检装置，如图1所示，包括无人机本体1、控制器（在地面的遥控器，图中未示出）以及安装在无人机本体上的检测模块2红外测温模块3，红外测温模块，用于获取目标变压器的红外热成像。控制器用于控制无人机本体移动，调整检测模块2和红外测温模块3与目标变压器之间的相对位置以对目标变压器进行多点检测，其中：检测模块通过声纹信号传感器获取目标变压器不同检测点的声纹信号，所述控制器包括：

获取模块，用于通过无线网络接收声纹信号并根据声纹信号判断目标变压器不同检测点是否存在局部放电故障，若是，则根据不同检测点的声纹信号获取多个与声纹信号对应的放电位置点；

聚类模块，用于对获取多个与声纹信号对应的放电位置点进行聚类；

定位模块，用于根据聚类结果定位目标变压器放电发生位置点。

所述检测模块包括：特高频检测单元，用于获取目标变压器不同检测点的超高频电磁信号；超声波检测单元，用于获取目标变压器不同检测点的超声波信号；声纹信号包括超高频电磁信号以及超声波信号。在变电站中，电气设备高压引线端部表面由于绝缘恶化，绝缘强度下降，产生局部放电，当局部放电发生时，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于1ns，并激发频率高达数GHz的电磁波。特高频局放检测是通过特高频传感器对电力设备中局部放电时产生的特高频电磁波信号进行检测。当然，也可以利用电力设备局部放电时产生的超声波信号实现局部放电位置的定位。

实施例2：

一种基于无人机的变压器声纹巡检方法，是基于实施例1所述一种基于无人机的变压器声纹巡检装置的变压器声纹巡检方法，因此，实施例1中的内容适用于本实施例，所述方法包括如下步骤：

S1，控制无人机起飞环绕目标变压器，对目标变压器进行多点检测；

S2，获取目标变压器不同检测点的声纹信号；

S3，将声纹信号输入声纹信号判断模型判断目标变压器不同检测点是否存在局部放电故障，若是，则根据不同检测点的声纹信号获取多个与声纹信号对应的放电位置点；

S4，对获取多个与声纹信号对应的放电位置点进行聚类；

S5，根据聚类结果定位目标变压器放电发生位置点；

其中：所述声纹信号判断模型是通过事先获取的无故障变压器声纹信号和故障变压器声纹信号训练得到的判断模型。具体而言，可以事先获取多个同类型变压器存在局部放电故障时产生的故障声纹信号，并利用各故障声纹信号对神经网络模型进行训练，然后利用训练好的神经网络模型对不同检测点下的目标变压器的声纹信号进行识别，判断目标变压器是否存在局部放电故障。

实施例通过获取目标变压器局部放电时产生的声纹信号实现对目标变压器局部放电位置的定位。通过将检测模块安装在无人机本体上，可以利用无人机将检测模块搭载至高空目标变压器附近，获取目标变压器局部放电时产生的声纹信号，进而利用声纹信号实现对高空目标变压器局部放电位置的定位，其克服了将现有的变压器局部放电定位装置移动到高处对高位变压器进行检测所存在的移动麻烦以及对检测人员存在较高安全隐患的问题。

另外，由于无人机本体在高空悬浮时，其存在震动问题。即是说，由于无人机本体的震动，检测模块相对于高空目标变压器的位置，也在变化当中，其位置坐标存在一定误差。实施例通过不同检测点下的目标变压器的声纹信号对局部放电故障进行定位，获取与不同检测点下的目标变压器的声纹信号对应的局部放电故障位置点，再通过对多个局部放电故障位置点进行聚类，利用聚类后的局部放电故障位置点获取目标变压器的放电故障位置点，可以克服通过单个检测点下目标变压器声纹信号进行局部放电故障定位所存在的误差较大的问题。实施例通过多个不同检测点下的局部放电故障位置点来获取目标变压器的放电故障位置点，克服通过单个检测点下目标变压器声纹信号进行局部放电故障定位所存在的误差较大的问题，提高变压器局部放电故障定位的准确度。并且，在一些情况下，目标变压器可能存在不止一个局部放电位置点。本实施例通过对与不同检测点下的目标变压器的声纹信号对应的局部放电故障位置点进行聚类，可以利用目标变压器的声纹信号，实现至少一个局部放电故障位置点的检测与定位，丰富了其功能以及适用范围。

实施例中：所述方法还包括如下步骤：

通过红外测温模块获取目标变压器的红外热成像，并根据目标变压器的红外热成像，获取目标变压器的表面放电故障位置点，并由表面放电故障位置点验证定位目标变压器放电发生位置点。目标变压器局部放电时，目标变压器局部放电点的温度相对其他位置，升高较快。因此，通过获取目标变压器的红外热成像并根据目标变压器的红外热成像，获取目标变压器局部放电点的温升，也可以实现目标变压器的表面放电故障位置点的定位。

在这里，红外测温模块用于获取连续多张的目标变压器的红外热成像，并根据红外热成像获取目标变压器表面温度上升较快的位置点，经过判断，所述位置点可作为目标变压器的表面放电故障位置点。

在实施例中，所述定位模块进一步包括：将定位模块根据聚类后的目标变压器放电发生位置点以及表面放电故障位置点进行综合验证判断，来定位目标变压器放电发生位置点。

因此：所述验证定位目标变压器放电发生位置点的过程是：在根据聚类结果定位目标变压器放电发生位置点后，首先判断目标变压器放电发生位置点是否位于目标变压器的表面，如果是，则表面放电故障位置点与放电发生位置点为一致点；如果不是，并且表面放电故障位置点与放电发生位置点出现偏差：当偏差小于一个设定值时，取两个位置点距离的中间点为最终放电发生位置点。

根据聚类后的局部放电故障位置点以及表面放电故障位置点获取放电发生位置点，能够克服通过单一检测点获取目标变压器声纹信号对局部放电故障进行定位可能出现的定位不准确的问题，进一步提高了目标变压器局部放电故障位置点定位的准确度。 其中：当偏差大于设定值时（例如大于200mm），则对获取的多个与声纹信号对应的放电位置点以及表面放电故障位置点一起重新进行聚类；直至聚类后的放电发生位置点以及表面放电故障位置点的最小偏差小于设定值，或者，则认为红外测温模块获取目标变压器的表面放电故障位置点是另一个放电发生位置点。

实施例中：所述声纹信号包括超高频电磁信号以及超声波信号。当然，在获取不同检测点下的目标变压器的声纹信号后，对声纹信号需要进行预处理（包括但不限于比如滤波以及降噪等），以去除声纹信号的噪声，提高目标变压器局部放电故障位置点定位的准确度。

另一种方式是：在根据聚类后的局部放电故障位置点获取目标变压器的放电发生位置点后，先判断目标变压器的放电发生位置点是否位于目标变压器的表面，若目标变压器的放电发生位置点位于目标变压器的表面，则获取目标变压器的红外热成像，进一步确认放电发生位置点。在通过红外热成像获取目标变压器的表面放电故障位置点后，根据聚类后的局部放电故障位置点以及表面放电故障位置点获取目标变压器的放电发生位置点。

具体地，获取一个可将所有聚类后的局部放电故障位置点以及表面放电故障位置点的最小半径圆球，判断所述最小半径圆球的直径是否大于预设阈值，若否，则以最小半径圆球的球心作为目标变压器的放电故障位置点，即：取两个位置点的中间点为放电发生位置点，若是，则对与不同检测点下的目标变压器的声纹信号对应的局部放电位置点以及表面放电故障位置点进行重新聚类，直至一个可将所有聚类后的局部放电故障位置点以及表面放电故障位置点的最小半径圆球的直径不大于预设阈值。

利用聚类后的局部放电故障位置点以及表面放电故障位置点获取目标变压器的预测放电故障位置点，充分考虑多个局部放电故障位置点以及表面放电故障位置点，可以提高目标变压器局部放电位置点定位的准确度。

另外，通过设置预设阈值以及重新聚类，直至一个可将所有聚类后的局部放电故障位置点以及表面放电故障位置点的最小半径圆球的直径不大于预设阈值，也可以更好地对一个以上的局部放电故障位置点进行定位，避免出现将两个及以上局部放电故障位置点当成一个的问题。

上述基于无人机的变压器声纹巡检装置及方法实施例，利用无人机搭载变压器局部放电检测单元以获取目标变压器的声纹信号，可以实现对高空目标变压器局部放电的检测与定位，其克服将现有的变压器局部放电定位装置移动到高处对高位变压器进行检测所存在的移动麻烦以及对检测人员存在较高安全隐患的问题；利用无人机携带的检测设备，通过动态的获取变压器声纹信号，对获取变压器声纹信号进行区分并进行多种方式的处理，提高了变压器故障定位的准确性。

Claims (8)

1.一种基于无人机的变压器声纹巡检装置，包括无人机本体、控制器以及安装在无人机本体上的检测模块，控制器用于控制无人机本体移动，调整检测模块与目标变压器之间的相对位置以对目标变压器进行多点检测，其特征在于，检测模块通过声纹信号传感器获取目标变压器不同检测点的声纹信号，所述控制器包括：

获取模块，用于接收声纹信号并根据声纹信号判断目标变压器不同检测点是否存在局部放电故障，若是，则根据不同检测点的声纹信号获取多个与声纹信号对应的放电位置点；

聚类模块，用于对获取多个与声纹信号对应的放电位置点进行聚类；

定位模块，用于根据聚类结果定位目标变压器放电发生位置点。

2.如权利要求1所述的一种基于无人机的变压器声纹巡检装置，其特征在于，所述检测模块包括：

特高频检测单元，用于获取目标变压器不同检测点的超高频电磁信号；

超声波检测单元，用于获取目标变压器不同检测点的超声波信号；

其中，声纹信号包括超高频电磁信号以及超声波信号。

3.如权利要求2所述的一种基于无人机的变压器声纹巡检装置，其特征在于，所述基于无人机的变压器声纹巡检装置还包括：

红外测温模块，用于获取目标变压器的红外热成像。

4.一种基于无人机的变压器声纹巡检方法，是基于权利要求1所述变压器声纹巡检装置的方法，其特征在于，所述基于无人机的变压器声纹巡检方法包括如下步骤：

S1，控制无人机起飞环绕目标变压器，对目标变压器进行多点检测；

S2，获取目标变压器不同检测点的声纹信号；

S3，将声纹信号输入声纹信号判断模型判断目标变压器不同检测点是否存在局部放电故障，若是，则根据不同检测点的声纹信号获取多个与声纹信号对应的放电位置点；

S4，对获取多个与声纹信号对应的放电位置点进行聚类；

S5，根据聚类结果定位目标变压器放电发生位置点；

其中：所述声纹信号判断模型是通过事先获取的无故障变压器声纹信号和故障变压器声纹信号训练得到的判断模型。

5.如权利要求4所述的一种基于无人机的变压器声纹巡检方法，其特征在于，基于无人机的变压器声纹巡检方法还包括如下步骤：

通过一个红外测温模块获取目标变压器的红外热成像，并根据目标变压器的红外热成像，获取目标变压器的表面放电故障位置点，由表面放电故障位置点验证定位目标变压器放电发生位置点。

6.如权利要求5所述的一种基于无人机的变压器声纹巡检方法，其特征在于，所述验证定位目标变压器放电发生位置点的过程是：在根据聚类结果定位目标变压器放电发生位置点后，首先判断目标变压器放电发生位置点是否位于目标变压器的表面，如果是，则表面放电故障位置点与放电发生位置点为一致点；如果不是，并且表面放电故障位置点与放电发生位置点出现偏差：当偏差小于一个设定值时，取两个位置点距离的中间点为最终放电发生位置点。

7.如权利要求6所述的一种基于无人机的变压器声纹巡检方法，其特征在于，当偏差大于设定值时，则对获取的多个与声纹信号对应的放电位置点以及表面放电故障位置点一起重新进行聚类，直至聚类后的放电发生位置点以及表面放电故障位置点的最小偏差小于设定值。

8.如权利要求4所述的一种基于无人机的变压器声纹巡检方法，其特征在于，所述声纹信号包括超高频电磁信号以及超声波信号。

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