[發(fā)明專利]基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310427663.7
• 申請日: 2013-09-20
• 公開（公告）號: CN103529364A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝慶;律方成;李燕青;程述一
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務(wù)所有限公司 13108
• 代理人: 李羨民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種浸沒于絕緣油中的電氣設(shè)備有多個局部放電源時的檢測定位方法，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

局部放電超聲陣列檢測方法是一種對局部放電進行檢測的新方法，具有抗干擾能力強、采樣信號一致性好等優(yōu)點，其基本原理是利用傳感器采集電氣設(shè)備內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲陣列信號，再通過陣列信號處理理論中的波達方向估計方法對其進行處理，得到局放源的方位角和俯仰角信息。其中，局部放電超聲陣列傳感器是其技術(shù)核心。

工程實際中，利用現(xiàn)有方法對局部放電進行定位尚存在以下問題：

(1)?實際情況下，經(jīng)常存在兩個或兩個以上的放電源，已有技術(shù)中解決的均為單局放源情況下的油中局部放電源的定位問題，若勉強將其應用于多局部放電源的定位中，會導致定位誤差增大，甚至失敗。

(2)?大部分陣列信號的波達方向估計算法均需要知道信號源數(shù)，當辨識的局放源數(shù)目與真實的數(shù)目不一致時，空間譜曲線中的峰值個數(shù)與實際源數(shù)不相同，造成漏警或虛警，從而對真實信號方位的確定產(chǎn)生嚴重影響。因此，準確辨識局放源個數(shù)是一個關(guān)鍵問題。在實際檢測中，局放源數(shù)往往是個未知數(shù)，需要首先準確辨識局放源的數(shù)目，才能估計局放源的方位。

(3)?局部放電超聲陣列傳感器的聲學性能（測向、定位精度等）隨著陣元個數(shù)增加而提高。但是過多的陣元數(shù)會顯著增加檢測系統(tǒng)的復雜程度并提高硬件制作難度和成本，因此，如何在保證足夠良好聲學性能的前提下，對超聲陣列傳感器結(jié)構(gòu)進行“稀疏”處理是本領(lǐng)域技術(shù)人員急待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法，以實現(xiàn)多局部放電源的準確定位。

本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法，它利用超聲陣列傳感器檢測局部放電源發(fā)出的超聲信號，利用寬頻信號聚焦與修正蓋氏圓準則相結(jié)合的辨識方法對油中局部放電源的個數(shù)進行辨識，再利用局部放電超聲陣列信號的測向方法進行多局放源的波達方向估計，并最終對多局部放電源進行定位。

上述基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法，油中局部放電源個數(shù)按如下步驟辨識：

設(shè)均勻陣列由????????????????????????????????????????????????個等間距的陣元組成，寬帶信號從遠場入射，則陣列接收的信號矢量如下式所示：

??????????????????????????

其中，為經(jīng)過TCT算法聚焦后的局部放電超聲陣列信號，A為陣列流型矩陣，為信號所包含的方位信息，S(t)為原始信號數(shù)據(jù)矩陣，N_s(t)為噪聲矩陣；當噪聲為空間高斯白噪聲時，接收信號的協(xié)方差矩陣為：?

是信號源協(xié)方差矩陣，是高斯白噪聲的能量，是的單位陣；若設(shè)的各列向量為，則；其中，為A(Θ)的各個行向量；

對陣列接收信號的協(xié)方差矩陣進行奇異值分解并假定奇異值降序排列：

???

其中，是奇異值分解所得到的特征向量空間；

取?????

其中，，是1到M中的任意一個數(shù)；顯然，與蓋氏圓準則中的信源判據(jù)結(jié)構(gòu)相同；中對應于噪聲的為零（），而對應于信號的是一個相對較大的數(shù)；可以得到個向量，；分別對每一個用類似于蓋氏圓準則對信源數(shù)作辨識：

??

其中是快拍數(shù)；是的遞減函數(shù)，?k依次取1，2，…，M，如果當時，為第一個比零小的值，則信源數(shù)的辨識值取；將次估計結(jié)果進行加權(quán)平均，所得到的結(jié)果即為最終辨識出的信源數(shù)。

上述基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法，局放源坐標位置按如下步驟確定：

假設(shè)空間有3個傳感器，每個傳感器有條測向線，從每個傳感器的測向線中任取一條進行組合，共有種組合；對每種組合利用用遺傳算法進行空間搜索，求取距離表達式，可得到個；對距離集合依次個最小值，其所對應的坐標即為局放源坐標位置。

上述基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法，超聲陣列傳感器按如下步驟確定其稀疏結(jié)構(gòu)：

a、確定在考慮稀疏分布情況下，局部放電超聲陣列傳感器的稀疏陣列指向性函數(shù)表達式；

b、根據(jù)稀疏陣列指向性函數(shù)表達式，結(jié)合局部放電超聲陣列傳感器聲學性能評價指標，確定相應情況下優(yōu)化搜索的目標函數(shù)；