基于時延估計的超高頻局放信號空間定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于時延估計的超高頻局放信號空間定位方法，屬于電力檢測技 術領域。
【背景技術】
[0002] 局部放電（PartialDischarge，PD)信號能反映變壓器絕緣的老化特征，對其定位 是檢測制造與安裝中的缺陷、避免絕緣擊穿故障的有效手段。ro信號是一個高電流窄脈沖 信號，富含的頻率成分相當多，超高頻（UHF)電磁波具有抗干擾性強、靈敏度高和傳播速度 穩(wěn)定等優(yōu)點，檢測局部放電中的UHF電磁波，將其應用于局部放電定位及故障診斷是目前 的研宄熱點之一。
[0003]目前對變電站設備的局部放電檢測和定位主要是針對氣體絕緣組合開關（GIS)、 變壓器、容性設備等具體單一設備進行，而變電站中任意高壓設備均有可能發(fā)生局部放電 事故。局放空間定位改變以往對單個設備安裝在線監(jiān)測裝置的常規(guī)做法，在全站的空間內(nèi) 通過超高頻傳感器陣列接收局部放電發(fā)出的UHF電磁波信號，用一套裝置對全站設備進行 局部放電的監(jiān)測和預警，獲取并分析整個變電站站域的放電情況。
[0004] 局部放電定位中信號時延估計和定位算法是兩個關鍵的環(huán)節(jié)。時延估計算法主要 有閾值法、能量積累法和相關估計法等，當信號發(fā)生畸變時，各種方法求得時延均有較大誤 差。定位算法主要采用幾何定位法、模擬退火法、螞蟻算法等，但以上方法計算時間較長，而 且存在可能無解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于時延估計的超高頻局放 信號空間定位方法，解決現(xiàn)有技術中局放信號定位不準確的技術問題。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：基于時延估計的超高頻局放 信號空間定位方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟一：信號采集與存儲：通過四通道采集系統(tǒng)對天線陣列接收到的超高頻局放 信號進行同步觸發(fā)采集，然后通過數(shù)據(jù)傳輸將采集到的局放信號傳送到主機進行存儲并處 理；
[0008] 步驟二：閾值設定：依據(jù)觸發(fā)電平設置一定閾值；
[0009] 步驟三：高階插值的過零點確定：將超過閾值后的波形的第一個過零點作為信號 的波前時刻，通過高階插值法尋找過零點時間；
[0010] 步驟四：手動校正：對于定位誤差較大時，利用鼠標指定波前時刻過零點的大概 位置，然后自動尋找計算第一個過零點時間；
[0011] 步驟五：空間定位：根據(jù)過零點時間分別求得第1個天線與第i個天線接收到同 一局放信號的時間差，并將時間差代入時延方程計算超高頻局放信號的空間位置。
[0012] 步驟一中所述四通道采集系統(tǒng)在采集局放信號時均進行了濾波處理，具體方法 為：將超高頻局放信號的頻段分成若干頻段判斷各頻段干擾信號的幅度大小，獲得干擾信 號幅度最小的頻段，若兩個頻段干擾信號幅度相同，則選擇頻段高的頻段作為干擾信號幅 度最小的頻段；在干擾信號幅度最小的頻段中選擇信噪比最高的頻點作為局放信號的接收 頻率。
[0013] 局放信號的存儲遵循先進先出的原理，采集系統(tǒng)保留預觸發(fā)的數(shù)據(jù)，當波形點滿 足了觸發(fā)條件時，該點就被固定在存儲器定義的觸發(fā)點上，這時存儲器變成了只進不出，直 到填滿存儲深度為止，存儲器起點到觸發(fā)點這段時間記錄的波形數(shù)據(jù)就是預觸發(fā)數(shù)據(jù)。
[0014] 步驟二中所述閾值設定方法如下：
[0015] 假設數(shù)據(jù)采集以第一路信號為觸發(fā)信號，依據(jù)觸發(fā)電平設置閥值，可設為Vt，尋找 超過閥值的波形的第一個峰值，在此基礎上，往后尋找第一個過零點，作為第一路信號的波 前時刻；
[0016] 剩余三路信號，閥值設置為kiVt，其中，依據(jù)該路信號幅度與第一路信號幅度比較， 取匕不同值；設四路波形的幅值為Vi，則匕的取值為：
【主權項】
1. 基于時延估計的超高頻局放信號空間定位方法，其特征在于；包括如下步驟： 步驟一；信號采集與存儲：通過四通道采集系統(tǒng)對天線陣列接收到的超高頻局放信號 進行同步觸發(fā)采集，然后通過數(shù)據(jù)傳輸將采集到的局放信號傳送到主機進行存儲并處理； 步驟二；闊值設定：依據(jù)觸發(fā)電平設置一定闊值； 步驟高階插值的過零點確定：將超過闊值后的波形的第一個過零點作為信號的波 前時刻，通過高階插值法尋找過零點時間； 步驟四：手動校正；對于定位誤差較大時，利用鼠標指定波前時刻過零點的大概位置， 然后自動尋找計算第一個過零點時間； 步驟五：空間定位；根據(jù)過零點時間分別求得第1個天線與第i個天線接收到同一局 放信號的時間差，并將時間差代入時延方程計算超高頻局放信號的空間位置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于時延估計的超高頻局放信號空間定位方法，其特征在 于；步驟一中所述四通道采集系統(tǒng)在采集局放信號時均進行了濾波處理，具體方法為：將 超高頻局放信號的頻段分成若干頻段判斷各頻段干擾信號的幅度大小，獲得干擾信號幅度 最小的頻段，若兩個頻段干擾信號幅度相同，則選擇頻段高的頻段作為干擾信號幅度最小 的頻段；在干擾信號幅度最小的頻段中選擇信噪比最高的頻點作為局放信號的接收頻率。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于時延估計的超高頻局放信號空間定位方法，其特征在 于；局放信號的存儲遵循先進先出的原理，采集系統(tǒng)保留預觸發(fā)的數(shù)據(jù)，當波形點滿足了觸 發(fā)條件時，該點就被固定在存儲器定義的觸發(fā)點上，該時存儲器變成了只進不出，直到填滿 存儲深度為止，存儲器起點到觸發(fā)點該段時間記錄的波形數(shù)據(jù)就是預觸發(fā)數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于時延估計的超高頻局放信號空間定位方法，其特征在 于；步驟二中所述闊值設定方法如下： 假設數(shù)據(jù)采集W第一路信號為觸發(fā)信號，依據(jù)觸發(fā)電平設置閥值，可設為Vt，尋找超過 閥值的波形的第一個峰值，在此基礎上，往后尋找第一個過零點，作為第一路信號的波前時 刻； 剩余=路信號，閥值設置為kiVt，其中，依據(jù)該路信號幅度與第一路信號幅度比較，取ki不同值；設四路波形的幅值為Vi，則ki的取值為：
〇
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于時延估計的超高頻局放信號空間定位方法，其特征在 于；步驟=中高階插值的過零點確定方法如下： 假設采用線性插值，找到超過閥值的第一個峰值后，繼續(xù)尋找，找到符號發(fā)生變化的兩 個采樣點S[i]、S[i+l]; 假定采樣間隔為線性插值得到的過零點的時刻為： '
"〇
6. 根據(jù)權利要求1所述的基于時延估計的超高頻局放信號空間定位方法，其特征在 于；步驟五中空間定位的具體方法如下： 假定局放信號從輸變電設備某一點傳播到第i個天線的時刻記為ti，i= 1，2,. . .，n， 設第i個天線的S維坐標為（X。y。Zi)，局放源的S維坐標為（X,，y,，z,)，第1個天線接收到 局放信號的時間和第i個天線接收到局放信號的時間差為tii，此處i= 2,. . .，n，由空間幾 何分析，可知 cti2=dI_d2 Cti3= di-dg cti4= d 1-CI4ct、二d - d 1j. (1)
對放電源到第i個天線的距離，c 為電磁波傳播速度；通過時延估計得到tii，聯(lián)立任意3個方程即可確定局放源的位置； 將非線性方程組（1)寫成F00 =0的形式，其中X= [x，y，z]T，
(2) 利用牛頓迭代法求解，若牛頓迭代法不能收斂，用逐層網(wǎng)絡捜索法選取該初值，在牛頓 迭代法仍然不收斂的情況下，認為網(wǎng)格捜索的結(jié)果即為方程組的解。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時延估計的超高頻局放信號空間定位方法，包括如下步驟：信號采集與存儲：通過四通道對天線陣列接收到的超高頻局放信號進行同步觸發(fā)采集，通過數(shù)據(jù)傳輸將采集到的局放信號傳送到主機進行存儲并處理；閾值設定：依據(jù)觸發(fā)電平設定一定閾值；高階插值的過零點確定：將超過閾值后的波形的第一個過零點作為信號的波前時刻，通過高階插值法尋找過零點時間；手動校正：對于定位誤差較大時，利用鼠標指定波前時刻過零點的大概位置，然后自動尋找計算第一個過零點時間；空間定位：將過零點時間代入時延方程計算超高頻局放信號的空間位置。本發(fā)明方法計算量小且能夠提高時延估計精度，從而提高定位準確性。
【IPC分類】G01R31-12
【公開號】CN104849636
【申請?zhí)枴緾N201510279137
【發(fā)明人】陳昱同, 王天正, 俞華, 晉濤, 高鵬
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月27日