CN116482501A - 用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统 - Google Patents

用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116482501A
CN116482501A CN202310704013.6A CN202310704013A CN116482501A CN 116482501 A CN116482501 A CN 116482501A CN 202310704013 A CN202310704013 A CN 202310704013A CN 116482501 A CN116482501 A CN 116482501A
Authority
CN
China
Prior art keywords
partial discharge
sound source
ultrasonic
cable joint
degree phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310704013.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116482501B (zh
Inventor
严学文
程辰
董军
白磊
王国龙
肖子晗
张稳稳
高伟
刘继红
任凯利
梁磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Xian University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Posts and Telecommunications filed Critical Xian University of Posts and Telecommunications
Priority to CN202310704013.6A priority Critical patent/CN116482501B/zh
Publication of CN116482501A publication Critical patent/CN116482501A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116482501B publication Critical patent/CN116482501B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1209—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing using acoustic measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/22—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00—Pattern recognition
    • G06F18/10—Pre-processing; Data cleansing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/30—Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统，通过柔性电流传感器获取高压电缆屏蔽层接地线上的工频交流电压信号，得到相位信息后，在0度相位和90度相位两个时刻，分别通过麦克风阵列拾取局部放电产生的超声波信号，并通过模数转换器进行同步采样；红外激光测距模块获取麦克风阵列与待测电缆接头距离，并通过可见光摄像头模块抓取实景图，运用波束形成算法获取声源点位图；将声源点位图与局部放电发生时实景图进行叠加，对比两个不同时刻采样获得的图像，判断获取的超声信号是否为待检电缆接头局部放电产生的有效信号，避免环境噪声等无用信号的干扰，加强电缆接头局部放电超声检测和定位的准确度，具有更好的检测性能。

Description

用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统
技术领域
本发明涉及高压电力电缆绝缘检测技术领域，更具体地说，涉及一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统。
背景技术
高压电力设备绝缘老化会产生局部放电现象，对电力设备进行局部放电检测是及时发现故障隐患、保障设备安全运行的重要手段。目前，针对局部放电检测的技术主要有：光测法、化学检测法、脉冲电流法和超声检测法等，其中超声检测法相较于其它方法具有很多独有的优势，如无接触，远距离，可视性强等，可保证检修人员安全，便于对故障快速排查定位。传统的超声检测方法一般采用单个超声波传感器安装在待测电缆接头附近，检测局部放电产生的超声信号，存在易受环境噪声干扰、无法可视化定位故障点的缺陷。
现有超声成像的系统，采用多个超声波传感器组成麦克风阵列，同步采集局部放电产生的超声波信号，采用波束成形算法对局部放电点进行定位，配合可见光摄像头，可以实现局部放电可视化检测。但是，由于电缆接头安装的环境可能存在多个超声干扰源、电缆沟道狭小空间可能造成超声波多次反射与声源信号叠加的复杂情况，会出现电缆接头超声定位精度不够，易受环境噪声干扰生成多个声源点等问题。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统，以解决上述的问题。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法，包括以下步骤：
S1：获取工频相位：柔性电流传感器感应获取待检电缆屏蔽层接地线处工频交流电压，通过设计电路将正弦电压转换为方波，获取相位信息对超声信号进行采样控制；
S2：测量拍摄：通过麦克风阵列中心放置的红外激光测距仪获取待检测电缆接头距离d，并通过可见光摄像头拍取实景图像；
S3：信号转化：在0度相位和90度相位两个时刻，延时一段时间（与S2测得的距离d有关），通过麦克风阵列对待检电缆接头处产生的超声波信号进行拾取，并通过信号调理模块和信号采集模块将超声波信号转化为两组数字信号；
S4：滤噪定位：通过在ARM核中运行声源定位算法，先对采集得到的数字信号进行滤波处理，后将得到的滤波结果传入波束形成算法中，算法对放电声源点进行定位，获得局部放电声源点位；
S5：叠加处理：将声源点位与同时刻可见光相机图像进行配准叠加，得到局部放电在实景中的位置；
S6：图像分析：对0°相位与90°相位分别做延时处理后获得的两帧叠加图像进行比对分析，如果两帧图像在电缆接头处均有超声定位信息，则确定该超声为环境噪声，是无效检测数据；如果第一帧图像电缆接头处没有超声定位信息，而第二帧图像有超声定位信息，则确定该声源定位为电缆接头由局部放电产生的超声信号，是真实有效的检测数据。
作为本发明的进一步改进，所述S1中正弦转方波电路是由分压电阻与LM393比较器组成，可将50Hz正弦波转换为50Hz方波。
作为本发明的进一步改进，所述S2中将红外激光测距仪获取检测目标与麦克风阵列的距离参数设为d，用于调整信号调理模块的放大倍数以及作为波束形成的参数。
作为本发明的进一步改进，所述S3中麦克风矩阵和模数转换器进行超声波信号采样应在柔性传感器获取到工频信号0°相位和90°相位之后延时一段时间再开始，延时时间t1由S2所测的距离d除以声速v得到，t1=d/v。所述0°相位与90°相位需依据转换后的方波确定，方波上升沿为0°相位，延时5ms后为90°相位（工频周期为20ms）。
作为本发明的进一步改进，所述S3中麦克风阵列为Underbrink多臂螺旋阵列，具体由8个螺旋臂组成，每个螺旋臂包含8个阵元。
作为本发明的进一步改进，所述S4中具体操作步骤包括：
S41：在求解各麦克风之间互谱矩阵时，将经过FFT转为频域的数据信号进行滤波处理，以剔除低于20KHz的信号，减少低频噪声信号的干扰；
S42：将滤波输出数据与激光测距所得距离参数传入传统波束形成算法，得到输出初步的声源定位图；
S43：最后使用CLEAN-SC算法得到准确的声源定位图。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S43中，CLEAN-SC算法具体包括：
步骤4.1，从步骤S42得到杂乱声源图后，设置迭代过程从开始，定义“递退”互 谱矩阵为：，其中为步骤S41得到的互谱矩阵，之后在杂乱声源图中寻找声 源峰值的位置,即在扫描点处获得的声功率为最大值；
步骤4.2，计算由处的声源产生的互谱矩阵，，其中是单个相干声源分量，是单个相干声源分量的转置，，式中是 加权向量；
步骤4.3，将相干声源由清洁波束所代替,式中安全 系数取值为，为决定带宽的参数；
步骤4.4，更新互谱矩阵CSM：;
步骤4.5，更新声像图：将处峰值源的贡献从第/>次的声像图中减去，得到不受此峰值源影响的/>，这样便记作一次迭代完成；
步骤4.6，迭代至终止迭代，最终将清洁波束与剩余声源图叠加，得到最终输出声源图。
作为本发明的进一步改进，所述S5中声源点位图与可见光相机图像配准是将放电点位图等比例放大，与获得的可见光图像进行配准叠加，所述S6中若经叠加后的两帧图像都有放电点则归类为环境噪声，若0°相位图像无放电点，90°图像有放电点则归类为局部放电。
一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像系统，所述超声成像系统包括：
麦克风阵列：用于拾取待检电缆接头产生的超声信号；
可见光摄像头模块：用于拍取待检电缆接头实景图像；
红外激光测距模块：用于获取麦克风矩阵与待检测电缆接头的距离；
柔性电流传感器：用于感应待检电缆接地线处工频交流电压；
信号采集电路：用于对多路信号的高速采集；
信号调理电路：用于放大信号的强度以及提高信号的质量；
FPGA双核处理器：用于对采集的数据进行分析计算、存储和传输；
显示屏：用于显示叠加的图像信息。
作为本发明的进一步改进，所述信号采集模块是通过FPGA模块结合8片AD7606，所述信号调理模块包括两级放大电路，第一级固定放大倍数，第二级放大倍数可调，实现自适应远近的局放超声信号采集，所述第二级放大电路通过数控电阻来实现放大倍数可调，且倍数的多少由获得的距离参数决定。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）由于高压电缆的屏蔽层和纤芯以及其中的绝缘介质（一般为交联聚乙烯），相当于一个电容，在90°相位时刻，施加在绝缘介质上的电压是最大的，绝缘介质其中的电场也是最大的，此时最容易产生局部放电；在0相位时刻，施加在绝缘介质上的电压为0，基本上不会产生局部放电，本发明增加了柔性电流钳，感应高压电缆屏蔽层接地线上的工频信号，并通过电路转换成方波信号，上升沿处即为0度相位时刻，延迟5ms后获得90度相位时刻，并通过增加的激光测距仪获取被测电缆接头与麦克风阵列的距离，计算出超声波信号从电缆接头传播到麦克风阵列的时间，在延时相应时间后使用麦克风阵列对超声信号进行采集，从而可以确保麦克风阵列和模数转换器采集到的超声波信号是在0°和90°工频相位时刻发生的，通过对这两个时刻超声成像的比对，可以排除噪声声源干扰，提高电缆接头局部放电检测的准确性。
（2）本发明中的激光测距仪可以测量麦克风阵列和被测电缆接头的距离，该参数用来确定信号调理电路的放大倍数，放大倍数与该距离成正比，从而确保不同的测量距离下，放大后的信号幅值比较理想，提高了测量的准确性。
附图说明
图1为本发明的实施例一超声成像局放检测方法的流程示意图；
图2为本发明的实施例一设计Underbrink麦克风多臂螺旋阵列示意图；
图3为本发明的实施例一声源定位算法示意图；
图4为本发明的实施例一声源定位算法对麦克风阵列性能的测试示意图；
图5为本发明的实施例二高压电缆局部放电超声检测装置示意图；
图6为本发明的实施例二电缆接口模拟检测效果示意图；
图7为本发明的实施例二超声成像系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1-4，一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法，包括以下步骤：
S1：柔性电流传感器感应获取待检高压电缆屏蔽层接地线处工频交流电压信号，通过正弦转方波电路后，50Hz正弦信号转为50Hz方波信号，方波上升沿为0°相位时刻，延时5ms后为90°相位时刻，用于后续区分噪声信号与有效放电信号；
S2：红外激光测距仪获取待检测电缆接头的距离d，可见光摄像头拍取实景图像。
S3：在0度相位和90度相位两个时刻，延时一段时间（与S2测得的距离有关），通过设计的麦克风阵列对高压电缆局部放电产生的超声波信号进行拾取，并通过信号调理模块和信号采集模块将超声波信号转化为两组数字信号；
具体过程为：
S31：超声信号的拾取在柔性传感器获取到0°或90°相位电压之后延时一段时间再开始，延时时间t1由S2所测的距离d除以声速v得到，t1=d/v；
S32：S31所述0°相位与90°相位需依据转换后的方波确定，方波上升沿为0°相位，延时5ms后为90°相位（工频周期为20ms）。
步骤S3中通过信号调理模块和信号采集模块获取麦克风拾取到的信号，具体包括：
（1）经过信号调理电路进行倍数可调的放大，实现自适应远近的局放超声信号采集；
（2）信号采集模块由FPGA模块结合8个AD7606芯片组成，实现64通道同步采样。
S4：使用声源定位算法得到声源定位标注图，具体过程为：
S41：首先在求解各麦克风之间互谱矩阵时，将经过FFT转为频域的数据信号进行滤波处理，以剔除低于20KHz的信号，减少其他噪声信号的干扰；
S42：将滤波输出数据传入传统波束形成算法，得到输出较为杂乱的声源图；
S43：最后使用CLEAN-SC算法得到准确的声源定位图。
本步骤中，使用整体的算法对S3设计的麦克风阵列性能做了测试，对不同阵型进行比对，得到的部分对比结果如图4所示，最终确定使用64元Underbrink阵列，结合上述算法可以得到声源的准确定位。
步骤S43中，CLEAN-SC算法具体包括：
步骤4.1，从步骤S42得到杂乱声源图后，设置迭代过程从开始，定义“递退”互 谱矩阵为：，其中为步骤S41得到的互谱矩阵，之后在杂乱声源图中寻找声 源峰值的位置,即在扫描点处获得的声功率为最大值；
步骤4.2，计算由处的声源产生的互谱矩阵，，其中是单个相干声源分量，是单个相干声源分量的转置，，式中是 加权向量；
步骤4.3，将相干声源由清洁波束所代替,式中安全 系数取值为，为决定带宽的参数；
步骤4.4，更新互谱矩阵CSM：;
步骤4.5，更新声像图：将处峰值源的贡献从第/>次的声像图中减去，得到不受此峰值源影响的/>，这样便记作一次迭代完成；
步骤4.6，迭代至终止迭代，最终将清洁波束与剩余声源图叠加，得到最终输出声源图。
S5：将声源点位图参照可见光图像等比例放大，进行图像配准和叠加，得到最终定位结果图。
S6：对0°相位与90°相位处获得的两帧叠加图像进行分析对比，若经叠加后的两帧图像都有放电点则归类为噪声信号，若0°相位无放电点，90°相位有放电点则归类为局部放电信号。
在局部放电超声检测中，首先使用柔性电流传感器感应获取工频交流电压，转方波后确定相位点，在0°相位与90°相位处分别延时一段时间后作为超声采样点，接着麦克风拾取到的超声信号通过信号调理和信号采集电路转换为数字信号，然后将数字信号通过软件滤噪处理，去掉低频环境噪声，再把滤噪后的信号送入声源定位算法得到声源点位图，并将声源点位图和可见光图像进行叠加，最后对比分析0°相位与90°相位处获得的两帧叠加图像，得到局部放电超声检测结果。
针对距离远近不同的高架电缆等设备，利用声学成像技术，通过柔性电流传感器感应待检高压电缆屏蔽层接地线上的工频交流电压以控制采样点，设计麦克风阵列对待检设备因局部放电而产生的超声信号进行拾取，再经由波束形成算法进行声源定位，通过结合检测局放工频相位信息以及算法滤噪两种对无用信号的过滤方法，得到局部放电的准确位置，达到局部放电的检测目的。
实施例二：
请参阅图5-7，一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像系统，超声成像系统包括：
麦克风阵列：用于拾取待检电缆接头产生的超声信号；
可见光摄像头模块：用于拍取待检电缆接头实景图像；
红外激光测距模块：用于获取麦克风矩阵与待检测电缆接头的距离；
柔性电流传感器：用于感应待检电缆接地线处工频交流电压；
信号采集电路：用于对多路信号的高速采集；
信号调理电路：用于放大信号的强度以及提高信号的质量；
FPGA双核处理器：用于对采集的数据进行分析计算、存储和传输；
显示屏：用于显示叠加的图像信息。
其中，柔性电流传感器用来感应获取工频交流电压，将0°相位与90°相位时刻分别延时一段时间（与S2测得的距离有关）作为采样点，使用麦克风阵列来拾取高架电缆接口处的超声信号，并通过红外激光测距仪获取待测物距离，之后该超声信号被传输到信号调理电路，进行自适应放大，并通过信号采集电路将其转换为数字信号。
经过软件滤噪处理，去掉低频环境噪声信号后，数据通过声源定位算法进行运算，得到声源点位图，并将声源点位图与得到的可见光图像进行叠加。最后对比0°相位与90°相位处获得的两帧叠加图像，得到最终检测结果。
显示屏用于输出检测图像以及识别结果，附图6为电缆接口模拟检测效果图。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：获取工频相位：柔性电流传感器感应获取待检电缆屏蔽层接地线处工频交流电压，通过设计电路将正弦电压转换为方波，获取相位信息，对超声信号进行采样控制；
S2：测量拍摄：在0°相位时刻，通过麦克风阵列中心放置的红外激光测距仪获取与待检测电缆接头的距离d，并通过可见光摄像头拍取电缆接头实景图像；
S3：信号转化：在0°相位和90°相位两个时刻，延时一段时间（与S2测得的距离d有关），麦克风阵列对高压电缆接头局部放电产生的超声信号进行拾取，并通过信号调理模块和信号采集模块将局部放电产生的超声波信号转化为数字信号；
S4：滤噪定位：通过在ARM核中运行声源定位算法，先对采集得到的数字信号进行频域滤波处理，后将得到的滤波结果传入波束形成算法中，算法对放电声源点进行定位，获得局部放电声源点位；
S5：叠加处理：将声源点位与同时刻可见光相机图像进行配准叠加，得到局部放电在实景中的位置；
S6：图像分析：对0°相位与90°相位延时一段时间获得的两帧叠加图像进行比对分析，确定是否为待检电缆接头局部放电产生的超声波信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法，其特征在于：所述S1中正弦转方波电路是由分压电阻与LM393比较器组成，可将50Hz正弦波转换为50Hz方波。
3.根据权利要求1所述的一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法，其特征在于：所述S1中采样点选取在0°相位时刻与90°相位分别延时一段时间后，均拾取一次超声数据并拍一帧图像，所述0°相位时刻与90°相位时刻需依据正弦波转换后的方波确定，方波上升沿为0°相位时刻，延时5ms后为90°相位时刻。
4.根据权利要求1所述的一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法，其特征在于：所述S2中红外激光测距仪获取检测目标与麦克风阵列的距离参数设为d，用于调整信号调理模块的放大倍数以及作为波束形成的参数，S2中可见光摄像头包括供电电路和过流保护电路。
5.根据权利要求1所述的一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法，其特征在于：所述S3中麦克风阵列为Underbrink多臂螺旋阵列，具体由8个螺旋臂组成，每个螺旋臂包含8个阵元，所述S3中超声信号的拾取需要在柔性传感器获取到0°相位与90°相位电压之后延时一段时间再开始，延时时间t1由S2所测的距离d除以声速v得到，t1=d/v。
6.根据权利要求1所述的一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法，其特征在于：所述S4中具体操作步骤包括：
S41：在求解各麦克风之间互谱矩阵时，将经过FFT转为频域的数据信号进行滤波处理，以剔除低于20KHz的信号，减少低频噪声信号的干扰；
S42：将滤波输出数据与激光测距所得距离参数传入传统波束形成算法，得到输出较为杂乱的声源图；
S43：最后使用CLEAN-SC算法得到准确的声源定位图。
7.根据权利要求6所述的一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法，其特征在于：所述步骤S43中，CLEAN-SC算法具体包括：
步骤4.1，从步骤S42得到杂乱声源图后，设置迭代过程从开始，定义“递退”互谱矩阵为：/>，其中/>为步骤S41得到的互谱矩阵，之后在杂乱声源图中寻找声源峰值的位置/>,即在扫描点/>处获得的声功率/>为最大值/>；
步骤4.2，计算由处的声源产生的互谱矩阵/>，/>，其中/>是单个相干声源分量，/>是单个相干声源分量的转置，/>，式中/>是加权向量；
步骤4.3，将相干声源由清洁波束所代替,式中安全系数/>取值为/>，/>为决定带宽的参数；
步骤4.4，更新互谱矩阵CSM：;
步骤4.5，更新声像图：将处峰值源的贡献从第/>次的声像图中减去，得到不受此峰值源影响的/>，这样便记作一次迭代完成；
步骤4.6，迭代至终止迭代，最终将清洁波束与剩余声源图叠加，得到最终输出声源图。
8.根据权利要求1所述的一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法，其特征在于：所述S5中声源点位图与可见光相机图像配准是将放电点位图等比例放大，与获得的可见光图像进行配准叠加，所述S6中若经叠加后的两帧图像都有放电点则归类为噪声信号，若0°相位无放电点，90°有放电点则归类为局部放电信号。
9.一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像系统，其特征在于：所述超声成像系统包括：
麦克风阵列：用于拾取待检电缆接头产生的超声信号；
可见光摄像头模块：用于拍取待检电缆接头实景图像；
红外激光测距模块：用于获取麦克风矩阵与待检测电缆接头的距离；
柔性电流传感器：用于感应待检电缆接地线处工频交流电压；
信号采集电路：用于对多路信号的高速采集；
信号调理电路：用于放大信号的强度以及提高信号的质量；
FPGA双核处理器：用于对采集的数据进行分析计算、存储和传输；
显示屏：用于显示叠加的图像信息。
10.根据权利要求9所述的一种用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像系统，其特征在于：所述信号采集模块是通过FPGA模块结合8片AD7606，所述信号调理模块包括两级放大电路，第一级固定放大倍数，第二级放大倍数可调，实现自适应远近的局放超声信号采集，所述第二级放大电路通过数控电阻来实现放大倍数可调，且倍数的多少由获得的距离参数d决定。
CN202310704013.6A 2023-06-14 2023-06-14 用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统 Active CN116482501B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310704013.6A CN116482501B (zh) 2023-06-14 2023-06-14 用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310704013.6A CN116482501B (zh) 2023-06-14 2023-06-14 用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116482501A true CN116482501A (zh) 2023-07-25
CN116482501B CN116482501B (zh) 2023-08-29

Family

ID=87215942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310704013.6A Active CN116482501B (zh) 2023-06-14 2023-06-14 用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116482501B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101650404A (zh) * 2009-09-18 2010-02-17 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种高压超高压电缆电缆附件施工缺陷检测识别方法
JP2014169867A (ja) * 2013-03-01 2014-09-18 Meidensha Corp 部分放電検出装置及び部分放電検出方法
CN105738779A (zh) * 2016-01-26 2016-07-06 国网上海市电力公司 一种基于多源图像融合的局部放电检测方法
US20160274176A1 (en) * 2013-10-29 2016-09-22 Prysmian S.P.A. Partial discharge detection system and method employing a synthetized synchronization signal
CN110161386A (zh) * 2019-05-06 2019-08-23 贵州电网有限责任公司 一种便携式高压电缆接头局部放电检测装置及方法
CN110275094A (zh) * 2019-05-05 2019-09-24 电子科技大学 一种高压电缆局部放电声光联合检测方法及系统
CN111579939A (zh) * 2020-04-23 2020-08-25 天津大学 基于深度学习进行高压电力电缆局部放电现象检测方法
CN113917281A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种架空线路局部放电带电检测系统及方法
CN217213004U (zh) * 2021-12-31 2022-08-16 北京安恒网安科技有限公司 一种电缆放电检测设备
KR20220170653A (ko) * 2021-06-23 2022-12-30 한국전력공사 초음파 가시화와 위상분해 분석을 적용한 부분방전 진단 방법 및 장치
CN115639434A (zh) * 2022-06-14 2023-01-24 辽宁省电力有限公司铁岭供电公司 超声与红外融合的变电站一次设备局放源联合定位方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101650404A (zh) * 2009-09-18 2010-02-17 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种高压超高压电缆电缆附件施工缺陷检测识别方法
JP2014169867A (ja) * 2013-03-01 2014-09-18 Meidensha Corp 部分放電検出装置及び部分放電検出方法
US20160274176A1 (en) * 2013-10-29 2016-09-22 Prysmian S.P.A. Partial discharge detection system and method employing a synthetized synchronization signal
CN105738779A (zh) * 2016-01-26 2016-07-06 国网上海市电力公司 一种基于多源图像融合的局部放电检测方法
CN110275094A (zh) * 2019-05-05 2019-09-24 电子科技大学 一种高压电缆局部放电声光联合检测方法及系统
CN110161386A (zh) * 2019-05-06 2019-08-23 贵州电网有限责任公司 一种便携式高压电缆接头局部放电检测装置及方法
CN111579939A (zh) * 2020-04-23 2020-08-25 天津大学 基于深度学习进行高压电力电缆局部放电现象检测方法
KR20220170653A (ko) * 2021-06-23 2022-12-30 한국전력공사 초음파 가시화와 위상분해 분석을 적용한 부분방전 진단 방법 및 장치
CN113917281A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种架空线路局部放电带电检测系统及方法
CN217213004U (zh) * 2021-12-31 2022-08-16 北京安恒网安科技有限公司 一种电缆放电检测设备
CN115639434A (zh) * 2022-06-14 2023-01-24 辽宁省电力有限公司铁岭供电公司 超声与红外融合的变电站一次设备局放源联合定位方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
田密;韩军;吴飞斌;龙晋桓;黄惠玲;: "基于统计法纹理描绘子的超声图像分割算法", 中国测试, no. 08 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116482501B (zh) 2023-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113267330B (zh) 一种基于声学成像的gis设备机械故障检测系统及方法
JP4368798B2 (ja) 音源探査システム
CN107942206B (zh) 一种gis局部放电定位方法
CN109872323A (zh) 输电线路的绝缘子缺陷检测方法及装置
CN113030671B (zh) 一种电气设备局部放电故障现场检测与定位装置及方法
CN101666850A (zh) 一种电力电缆绝缘缺陷的声电检测装置
WO2017016080A1 (zh) 基于共轭电磁收发阵列宽频探测及可视显示安检系统及方法
KR101204499B1 (ko) 영상기능이 부가된 전력설비진단용 초음파 진단장치
CN114414963A (zh) 一种变电站域故障智能监测的声学成像定位系统及方法
JP2003111183A (ja) 音源探査システム
CN106249114A (zh) 基于wifi传输的多功能带电检测装置及方法
JP2011015050A (ja) ビームフォーミング用のアレイ、及びそれを用いた音源探査測定システム
CN102625912A (zh) 缺陷检测方法和系统
CN110807901A (zh) 一种非接触式工业异常声音检测方法
CN107238610A (zh) 基于微波波段反射特性的复合绝缘子缺陷无损检测系统
CN105675126B (zh) 一种用于检测多频多源复杂稳定声场声压的新方法
CN205507005U (zh) 一种便携式超声、红外、紫外检测仪
KR20220163311A (ko) 이상 음원 결정 방법 및 ai 음향 영상 카메라
CN116482501B (zh) 用于高压电缆接头局部放电检测的超声成像方法及系统
CN102866209A (zh) 一种自适应超声波相控阵检测装置系统误差的方法
CN112731293A (zh) 一种非接触式的声音与振动联合检测系统及检测方法
CN116243111A (zh) 一种电缆束故障检测定位方法及系统
KR20220170653A (ko) 초음파 가시화와 위상분해 분석을 적용한 부분방전 진단 방법 및 장치
CN113049931A (zh) 机器人、检测方法、装置和系统
JP5749060B2 (ja) 碍子の劣化診断装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant