[发明专利]变压器局部放电的相控超声定位方法及系统

权利要求书

1.一种变压器局部放电的相控超声定位方法，其特征是，它采用置于变压器上两个不同位置的相控阵超声传感器接收局放源发出的超声宽频信号，并形成阵列模型，然后，应用宽频阵列信号处理算法中的宽带聚焦算法将两个相控阵超声传感器所接收的宽带信号转换成窄带信号，再应用窄带测向算法对两窄带信号分别进行波达方向估计，最后应用交叉定位算法确定局部放电的具体位置。

2.根据权利要求1所述变压器局部放电的相控超声定位方法，其特征是，具体步骤如下：

a、采用两个紧贴于变压器不同位置的相控阵超声传感器接收局放源发出的超声宽频信号；

b、采用TCT宽带聚焦算法，将不同频率下的方向矩阵A_β(f_j)变换到最优参考频率f₀上：

假设宽带信号模型如下：X(f_j)＝A_β(f_j)S(f_j)+N(f_j)j＝1，2，…，J

式中S(f_j)为信号的数据矢量，N(f_j)为第j段接收数据噪声空间数据矩阵，

则经过聚焦矩阵处理后的信号为：T_β(f_j)X(f_j)＝A_β(f₀)S(f₀)+N(f_j)j＝1，2，…，J

其中，为聚焦矩阵，和分别是span{P(f₀)}和span{P(f_j)}的正交基，P(f_j)＝A_β(f_j)R_s(f_j)A_β^H(f_j)；

c、建立局放源坐标系，设相控阵超声传感器A₁，A₂所在平面为XOY面，A₁，A₂连线为X轴，以A₁为原点建立直角坐标系，则局放源S的坐标为(x，y，z)；

d、采用MUSIC算法分别对两窄带信号进行波达方向估计，得到两个相控阵超声传感器测得的局放源的方位角和俯仰角；

e、根据各个相控阵超声传感器测得的局放源的方位角和俯仰角以及各相控阵超声传感器的位置，计算出局放源的空间坐标位置为：

其中，θ₁、θ₂为方位角，θ₁为局放源S点在XOY面投影点S′与A₁连线A₁S′和X轴形成的正向夹角；θ₂为局放源S点在XOY面投影点S′与A₂连线A₂S′和X轴形成的正向夹角；为俯仰角，即局放源S点在XOY面投影点的连线SS′和连线A₁S′形成的夹角，为局放源S点在XOY面投影点的连线SS′和连线A₂S′形成的夹角。

3.根据权利要求2所述变压器局部放电的相控超声定位方法，其特征是，所述MUSIC算法中阵列数据的协方差矩阵采用4阶累积量。

4.根据权利要求3所述变压器局部放电的相控超声定位方法，其特征是，所述相控阵超声传感器为16阵元、4行×4列的平面结构，单个阵元为4×4×16mm长方体立柱，阵元间距5mm，材质为压电陶瓷。

5.一种变压器局部放电相控超声定位系统，其特征是，它由相控阵超声传感器、多通道高速数据同步采集装置(13)及笔记本电脑(14)构成，所述相控阵超声传感器设置两个，分别紧贴于变压器(11)外壳的不同位置，其输出信号经信号放大器(12)接多通道高速数据同步采集装置(13)的输入端，所述多通道高速数据同步采集装置(13)的信号输出端接笔记本电脑(14)的输入接口。

6.根据权利要求5所述的变压器局部放电相控超声定位系统，其特征是，所述相控阵超声传感器为16阵元、4行×4列的平面结构，单个阵元为4×4×16mm长方体立柱，阵元间距5mm，材质为压电陶瓷。