[发明专利]一种电气设备局部放电定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测电气设备内部局部放电位置的方法和检测系统，属检测技术领域。

背景技术

局部放电的检测与精确定位对于及时发现电气设备内部的潜伏性绝缘缺陷、预防事故的发生具有重要意义。

局部放电的检测方法有多种，超声波法因具有原理简单、定位方便等优点，已得到广泛应用。但由于超声波在变压器内部的传播较为复杂，普通超声传感器在某些情况下难以检测到超声波信号，因此相关研究中采用具有强干扰抑制能力和高空间分辨能力的超声阵列传感器代替单个超声传感器，利用阵列信号处理技术实现局部放电的准确定位。

研究表明，阵列信号定位方法是目前电气设备局部放电检测的一种行之有效的手段。但现有的超声阵列定位方法存在以下不足：

 (1) 局部放电超声阵列定位方法方面的不足。

传统的阵列信号测向算法一般适用于窄带信号的测向估计，而电气设备的局放信号是一种典型的宽带信号，现有的聚焦算法运算量较大，精度不高，不适用于电气设备局放信号的处理；

传统的MUSIC测向算法收敛速度慢，且在低信噪比和小样本条件下不能分辨空间距离比较近的信号；

传统的几何定位方法，如测向交叉定位方法和双平台公垂线中点定位方法原理简单、计算方便，能在一定程度上找出局部放电源的几何空间位置。但是，这些方法仍然存在精度不够、误差放大等问题。

(2) 局部放电超声阵列信号去噪方法方面的不足。

电气设备运行时所处环境极其复杂，周围存在强烈的背景噪声，由于局放超声信号十分微弱，常常被湮没在强背景噪声中，使得局部放电检测的精度大大下降甚至造成检测失败。传统的去噪方法对于单通道、单阵元超声信号具有良好的去噪效果，但是，对于电气设备局放超声阵列定位方法而言，目前缺乏一套成熟的去噪方法，若使用传统去噪方法，则阵列信号的相位差信息丢失严重，而这正是局放定位的关键数据。

(3) 局部放电超声阵列传感器设计方面的不足。

现有定位方法中所用的超声阵列传感器大都采用平面方形阵列和直线型阵列传感器，平面方形阵列传感器可以获得局放源二维方位角和俯仰角信息，但由于阵元个数多，成本较高；直线型阵列传感器原理简单，在保证一定测向精度的同时，可以减少冗余阵元，大大降低了成本，但只能获取局放源的一维方位信息，忽略了信号的空域特征。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种新的电气设备局部放电定位方法，实现局部放电的精确定位，同时，本发明还对超声阵列传感器进行了改进。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种电气设备局部放电定位方法，它首先利用三个超声阵列传感器在电气设备的不同位置接收局部放电超声波信号，并形成阵列模型；然后应用基于总体最小二乘法（TLS）的宽频聚焦算法将三个超声阵列传感器所接收的宽带信号转换成窄带信号，再采用相位匹配原理和云优化搜索相结合的窄带测向算法获得局放源的方位信息，最后采用全局优化搜索的局放源定位算法确定电气设备局部放电的具体位置。

上述电气设备局部放电定位方法，它包括以下步骤：

a、利用三个超声阵列传感器在电气设备的不同位置接收局部放电超声波信号；

b、应用基于TLS的宽频聚焦算法将三个超声阵列传感器所接收的宽带信号转换成窄带信号：

假设宽带阵列信号模型为：                                                ，

式中，是阵列信号的接收数据矢量；的方向矩阵，整个宽频带共分为J个窄带；为原始信号的数据矢量；为第j段接收数据噪声空间数据矩阵。

转换的基本步骤为：

估计信号的初始值，并选定参考频率；

利用信号的初始值，构造各频率点的阵列流型，其中，为第j段接收数据的阵列流型，为聚焦变换矩阵；

构造各频率点的聚焦矩阵：，其中，为各频率点的聚焦矩阵，，和分别是的左奇异矢量和右奇异矢量组成的矩阵；

利用一系列聚焦矩阵对阵列接收数据进行聚焦变换，得到单一频率点的数据协方差阵。

c、采用相位匹配原理和云优化搜索相结合的窄带测向算法获得局放源的方位信息：

假设到达原点O的声信号为s(t),且到达基元的信号幅值相同，n(t)为白噪声，那么基元的接收信号分别为：