一种gis局放自动线性定位系统及方法
技术领域
1.本发明涉及电力设备带电检测，特别是一种gis局放自动线性定位系统及方法。
背景技术：2.gis组合电器内部因绝缘下降、制造质量等原因，在高压电场下会产生局部放电，若对gis气室内部进行检修，费用非常昂贵，因此提前准确确定缺陷的类型、位置，有利于精准快速的开展检修工作。
3.局部放电产生时会产生畸变的电磁波信号，信号在金属构造的组合电器内部沿气室径向向两侧传播，传播至盆式绝缘子浇注孔处传播出来，通过放置在浇筑孔处特高频传感器可测量到该局放信号。在局放源两侧浇筑孔处安放特高频传感器，由于距离局放源位置不同，接收到的时间将会不一致，通过两个传感器所接收到信号的时间差可计算出局放源所在的位置。
4.而局放信号受干扰信号、传播路径、传感器的传递参数的差异等方面的影响，如附图3所示，所接收到的局部放电脉冲信号存在一定的差异，因此，需要获得脉冲起始点位置，才能够较为准确地获得时间差。由于电磁波信号的传播速率为光速，脉冲起点位置选择的不准确，1ns的误差将会有300mm的定位误差产生，也就是说起点位置选择是否准确关系到定位结果的最终误差。
技术实现要素：5.发明目的：本发明的目的是提供一种gis局放自动线性定位系统及方法，从而对所采集到的信号进行处理，获得精确的局放源位置。
6.技术方案：本发明所述的一种gis局放自动线性定位系统，包括以下模块：
7.预处理模块：用于对信号进行滤波、归一化处理；
8.脉冲提取模块：用于从所采集信号对样本s1、s2中提取局放脉冲信号；
9.信号整理模块：用于对信号进行插值、脉冲对齐操作；
10.定位模块：基于平均能量累计法对局放脉冲起始点进行估计，并进行定位计算；用于对多定位结果进行概率统计获得精确定位结果。
11.一种gis局放自动线性定位方法，包括以下步骤：
12.(1)对每个脉冲信号样本进行滤波；
13.(2)数值归一化处理；
14.(3)提取每个信号中的脉冲部分；
15.(4)多重数据波形位移调整；
16.(5)获得脉冲起始位置，并计算局放源定位值；
17.(6)定位位置统计。
18.所述步骤(1)具体为：对s1、s2各信号进行滤波，滤波采用的方法为iir带通滤波计算方法，其中，s1表示传感器1所采集的多组脉冲信号，s1＝{s
11
，s
12
,...,s
1n
}，s2代表传感
器2所采集的多组脉冲信号，s2＝{s
21
，s
22
,...,s
2n
}，s1或s2的任意一个元素s
ij
，i＝{1,2}，分别表示信号1、信号2，j＝{1,2,...,n}，代表脉冲序列顺序编号，其中s
1j
、s
2j
为同一时刻传感器1和传感器2所采集的一组脉冲信号对，s
ij
代表某个脉冲信号波形的m个离散序列{a1,a2,...,am}。
19.所述步骤(2)具体为：取s1、s2所有脉冲序列中最大值a
max
，按公式1对各元素归一化处理；
20.ai＝ai/a
max
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
21.其中，ai为s1或s2中任意一个离散序列中的一个样本值，ai为归一化后的值。
22.所述步骤(3)具体为：设窗口宽度为p，按照步长p移动，通过公式2分别计算鞘度k快速确定局放脉冲所存在的位置，当鞘度大于3时，说明该位置存在信号突变；
[0023][0024]
其中，μ为信号s
ij
的均值，σ为信号s
ij
的标准差，p为窗口宽度；当信号存在较多冲击成分时，峭度值明显增大，冲击越大峭度值也就越大；
[0025]
以窗口中心点为起点，以宽度为p1的窗口，分别向前、后逐点移动，并对窗口p1内的值按公式3进行积分得到em，所计算em分别小于e1、e2后，获得脉冲左侧起始序号x
ij
、右侧起始序号y
ij
，x
ij
、y
ij
间的序列即为要提取的局放脉冲信号，记录每个{x
ij
,y
ij
}，其中，i＝{1,2}，分别表示传感器1和传感器2的信号,j＝{1,2,...,n}，表示传感器1或传感器2所采集的一组信号；
[0026][0027]
取所有脉冲中x
ij
中最小值作为起始位置，取y
ij
中最大值作为结束位置，统一截取等长的s1、s2中所有信号。
[0028]
所述步骤(4)具体为：
[0029]
(4.1)其按照公式4分别计算s1中每个脉冲信号间的互相关函数；
[0030][0031]
式中，i、j分别为同一通道的第i个样本和第j个样本；k为样本序号；s为信号的长度；m为移位的点数，对应连续信号中的时移aj；ai和aj代表两个不同传感器获得的波形数据；
[0032]
(4.2)按公式5计算s1的每个样本与其余样本间的位移之和mi；
[0033]
[0034]
其中，i＝{1,2,...,n},i表示s1中第i个脉冲，j＝{1,2,...,j,...,n-1}，j表示s1中第j个脉冲；
[0035]
(4.3)以mi为最大值所对应的s1中的脉冲为基准，其它样本按照与其的位移进行移位对齐。
[0036]
所述步骤(5)具体为：
[0037]
(5.1)通过公式6计算每组脉冲s
1j
、s
2j
的能量累积曲线；
[0038][0039][0040]
其中，ek为第1个到第k个样本的积分，δ为偏移系数，用以将能量累积曲线负向偏转，系数a取值范围为1～5；
[0041]
(5.2)通过公式8分别计算每组脉冲信号1和信号2的能量累积均值曲线；
[0042][0043]
公式8中，表示m组能量累积曲线，k＝{1,2}，分别代表s1、s2信号对应的能量累积曲线；
[0044]
(5.3)分别对求一阶导数后，最小值所在位置即为脉冲信号起始点所在位置，得到脉冲信号起点时间t1、t2，并得到两信号间的时间差δt＝t
2-t1；
[0045]
(5.4)通过公式9计算局放源相对信号1传感器的位置；
[0046][0047]
其中，x为局放源相对于传感器1的距离，l为传感器1、传感器2间的距离，v为信号的传播速度。
[0048]
所述步骤(6)具体为：重复步骤(1)～(4)，计算获得每一个x值，若x的数量为n，将长度l划分宽度为w的区间，分别统计落在此区间的x值数量pi，pi最大的区间的中点即为局放源的实际位置。
[0049]
一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的一种gis局放自动线性定位方法。
[0050]
一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种gis局放自动线性定位方法。
[0051]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：1、多信号综合定位提高了基于时差定位的准确度；2、实现gis局放定位自动化，降低了现场作业的技术要求及劳动强度。
附图说明
[0052]
图1为自动定位流程图；
[0053]
图2为局放定位示意图；
[0054]
图3为双通道局放脉冲波形对比图；
[0055]
图4为能量均值曲线图；
[0056]
图5为定位统计特性图，其中图5(a)为单点计算定位结果图，5(b)为多脉冲计算定位结果图，5(c)为单点计算定位统计图，5(d)为多脉冲计算定位统计图。
具体实施方式
[0057]
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0058]
一种gis局放自动线性定位系统，包括以下模块：
[0059]
预处理模块：用于对信号进行滤波、归一化处理；
[0060]
脉冲提取模块：用于从所采集信号对样本s1、s2中提取局放脉冲信号；
[0061]
信号整理模块：用于对信号进行差值、脉冲对齐操作；
[0062]
定位模块：基于平均能量累计法对局放脉冲起始点进行估计，并进行定位计算；用于对多此定位结果进行概率统计获得精确定位结果。
[0063]
传感器安置方法如图2所示，图中s1表示传感器1所采集的多组脉冲信号，s1＝{s
11
，s
12
,...,s
1n
}，s2代表传感器2所采集的多组脉冲信号，s2＝{s
21
，s
22
,...,s
2n
}。s1或s2的任意一个元素s
ij
，i＝{1,2}，分别表示信号1、信号2，j＝{1,2,...,n}，代表脉冲序列顺序编号，其中s
1j
、s
2j
为同一时刻传感器1和传感器2所采集的一组脉冲信号对，s
ij
代表某个脉冲信号波形的m个离散序列{a1,a2,...,am}。对s1、s2各信号进行滤波，本发明中采用iir带通滤波计算方法。
[0064]
如图1所示，一种gis局放自动线性定位方法，包括以下步骤：
[0065]
(1)对每个脉冲信号样本进行滤波。
[0066]
对s1、s2的每个脉冲信号样本进行滤波。可采用各类有效的滤波计算方法，本发明中采用常用的带通滤波计算方法，其中阻带边界为ws＝[250mhz，1550mhz]，带通边界wp＝[300mhz,1500mhz]。
[0067]
(2)数值归一化处理。
[0068]
取s1、s2所有脉冲序列中最大值a
max
，按公式1对各元素归一化处理；
[0069]ai
＝ai/a
max
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0070]
其中，ai为s1或s2中任意一个离散序列中的一个样本值，ai为ai归一化后的值。
[0071]
(3)提取每个信号中的脉冲部分。
[0072]
设窗口宽度为p，按照步长p移动，通过公式2分别计算鞘度k快速确定局放脉冲所存在的位置，当鞘度大于3时，说明该位置存在信号突变；
[0073][0074]
其中，μ为信号s
ij
的均值，σ为信号s
ij
的标准差，p为窗口宽度；当信号存在较多冲击成分时，峭度值明显增大，冲击越大峭度值也就越大。
[0075]
以窗口中心点为起点，以宽度为p1的窗口，分别向前、后逐点移动，并对窗口p1内的值按公式3进行积分得到em，所计算em分别小于e1、e2后，获得脉冲左侧起始序号x
ij
、右侧起始序号y
ij
，x
ij
、y
ij
间的序列即为要提取的局放脉冲信号，记录每个{x
ij
,y
ij
}，其中，i＝
{1,2}，分别表示传感器1和传感器2的信号,j＝{1,2,...,n}，表示传感器1或传感器2所采集的一组信号。
[0076][0077]
取所有脉冲中x
ij
中最小值作为起始位置，取y
ij
中最大值作为结束位置，统一截取等长的s1、s2中所有信号。
[0078]
(4)多重数据波形位移调整。
[0079]
(4.1)其按照公式4分别计算s1中每个脉冲信号间的互相关函数；
[0080][0081]
式中，i、j分别为同一通道的第i个样本和第j个样本；k为样本序号；s为信号的长度；m为移位的点数，对应连续信号中的时移aj；ai和aj代表两个不同传感器获得的波形数据。
[0082]
(4.2)按公式5计算s1的每个样本与其余样本间的位移之和mi；
[0083][0084]
其中，i＝{1,2,...,n},i表示s1中第i个脉冲，j＝{1,2,...,j,...,n-1}，j表示s1中第j个脉冲。
[0085]
(4.3)以mi为最大值所对应的s1中的脉冲为基准，其它样本按照与其的位移进行移位对齐。
[0086]
(5)获得脉冲起始位置，并计算局放源定位值。
[0087]
(5.1)通过公式6计算每组脉冲s
1j
、s
2j
的能量累积曲线如附图3所示。
[0088][0089][0090]
其中，为第1个到第k个样本的积分，δ为偏移系数，用以将能量累积曲线负向偏转，系数a取值范围为1～5；本实施例中a＝3。
[0091]
(5.2)通过公式8分别计算每组脉冲信号1和信号2的能量累积均值曲线如附图4所示。
[0092][0093]
公式8中，表示m组能量累积均值曲线，k＝{1,2}，分别代表s1、s2信号对应的能量累积曲线。
[0094]
(5.3)分别对求一阶导数后，最小值所在位置即为脉冲信号起始点所在位置，得到脉冲信号起点时间t1、t2，并得到两信号间的时间差δt＝t
2-t1。
[0095]
(5.4)通过公式9计算局放源相对信号1传感器的位置。
[0096][0097]
其中，x为局放源相对于传感器1的距离，l为传感器1、传感器2间的距离，v为信号的传播速度。
[0098]
(6)定位位置统计。
[0099]
重复步骤(1)～(4)，计算获得每一个x值，其分布如附图5所示。若x的数量为n，将长度l划分宽度为w＝0.05m的区间，分别统计落在此区间的x值数量pi，pi最大的区间的中点即为局放源的实际位置。
技术特征：1.一种gis局放自动线性定位系统，其特征在于，包括以下模块：预处理模块：用于对信号进行滤波、归一化处理；脉冲提取模块：用于从所采集信号对样本s1、s2中提取局放脉冲信号；信号整理模块：用于对信号进行插值、脉冲对齐操作；定位模块：基于平均能量累计法对局放脉冲起始点进行估计，并进行定位计算；用于对多定位结果进行概率统计获得精确定位结果。2.一种gis局放自动线性定位方法，所述方法采用了权利要求1所述的gis局放自动线性定位系统，其特征在于，包括以下步骤：(1)对每个脉冲信号样本进行滤波；(2)数值归一化处理；(3)提取每个信号中的脉冲部分；(4)多重数据波形位移调整；(5)获得脉冲起始位置，并计算局放源定位值；(6)定位位置统计。3.根据权利要求2所述的一种gis局放自动线性定位方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：对s1、s2各信号进行滤波，滤波采用的方法为iir带通滤波计算方法，其中，s1表示传感器1所采集的多组脉冲信号，s1＝{s
11
，s
12
,...,s
1n
}，s2代表传感器2所采集的多组脉冲信号，s2＝{s
21
，s
22
,...,s
2n
}，s1或s2的任意一个元素s
ij
，i＝{1,2}，分别表示信号1、信号2，j＝{1,2,...,n}，代表脉冲序列顺序编号，其中s
1j
、s
2j
为同一时刻传感器1和传感器2所采集的一组脉冲信号对，s
ij
代表某个脉冲信号波形的m个离散序列{a1,a2,...,a
m
}。4.根据权利要求2所述的一种gis局放自动线性定位方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：取s1、s2所有脉冲序列中最大值a
max
，按公式1对各元素归一化处理；a
i
＝a
i
/a
max
(1)其中，a
i
为s1或s2中任意一个离散序列的一个样本值，a
i
为归一化后的值。5.根据权利要求2所述的一种gis局放自动线性定位方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：设窗口宽度为p，按照步长p移动，通过公式2分别计算鞘度k快速确定局放脉冲所存在的位置，当鞘度大于3时，说明该位置存在信号突变；其中，μ为信号s
ij
的均值，σ为信号s
ij
的标准差，p为窗口宽度；当信号存在较多冲击成分时，峭度值明显增大，冲击越大峭度值也就越大；以窗口中心点为起点，以宽度为p1的窗口，分别向前、后逐点移动，并对窗口p1内的值按公式3进行积分得到em，所计算e
m
分别小于e1、e2后，获得脉冲左侧起始序号x
ij
、右侧起始序号y
ij
，x
ij
、y
ij
间的序列即为要提取的局放脉冲信号，记录每个{x
ij
,y
ij
}，其中，i＝{1,2}，分别表示传感器1和传感器2的信号,j＝{1,2,...,n}，表示传感器1或传感器2所采集的一组信号；
取所有脉冲中x
ij
中最小值作为起始位置，取y
ij
中最大值作为结束位置，统一截取等长的s1、s2中所有信号。6.根据权利要求2所述的一种gis局放自动线性定位方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：(4.1)其按照公式4分别计算s1中每个脉冲信号间的互相关函数；式中，i、j分别为同一通道的第i个样本和第j个样本；k为样本序号；s为信号的长度；m为移位的点数，对应连续信号中的时移a
j
；a
i
和a
j
代表两个不同传感器获得的波形数据；(4.2)按公式5计算s1的每个样本与其余样本间的位移之和m
i
；其中，i＝{1,2,...,n},i表示s1中第i个脉冲，j＝{1,2,...,j,...,n-1}，j表示s1中第j个脉冲；(4.3)以m
i
为最大值所对应的s1中的脉冲为基准，其它样本按照与其的位移进行移位对齐。7.根据权利要求2所述的一种gis局放自动线性定位方法，其特征在于，所述步骤(5)具体为：(5.1)通过公式6计算每组脉冲s
1j
、s
2j
的能量累积曲线；的能量累积曲线；其中，e
k
为第1个到第k个样本的积分，δ为偏移系数，用以将能量累积曲线负向偏转，系数a取值范围为1～5；(5.2)通过公式8分别计算每组脉冲信号1和信号2的能量累积均值曲线；公式8中，表示m组能量累积均值曲线，其中k＝{1,2}，分别代表s1、s2信号对应的能量累积曲线；(5.3)分别对求一阶导数后，最小值所在位置即为脉冲信号起始点所在位置，得到脉冲信号起点时间t1、t2，并得到两信号间的时间差δt＝t
2-t1；
(5.4)通过公式9计算局放源相对信号1传感器的位置；其中，x为局放源相对于传感器1的距离，l为传感器1、传感器2间的距离，v为信号的传播速度。8.根据权利要求2所述的一种gis局放自动线性定位方法，其特征在于，所述步骤(6)具体为：重复步骤(1)～(4)，计算获得每一个x值，若x的数量为n，将长度l划分宽度为w的间隔，分别统计落在此间隔的x值数量p
i
，p
i
最大的区间的中点即为局放源的实际位置。9.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求2-8中任一项所述的一种gis局放自动线性定位方法。10.一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求2-8中任一项所述的一种gis局放自动线性定位方法。
技术总结本发明公开了一种GIS局放自动线性定位系统及方法，所述系统包括预处理模块、脉冲提取模块、信号整理模块和定位模块；所述方法步骤如下：对每个脉冲信号样本进行滤波；数值归一化处理；提取每个信号中的脉冲部分；多重数据波形位移调整；获得脉冲起始位置，并计算局放源定位值；定位位置统计。采用本发明所述的系统及方法能够对所采集到的信号进行处理，获得精确的局放源位置。精确的局放源位置。精确的局放源位置。
技术研发人员：徐洪海 张勇 刘文松 胡飞 潘尚举 李煜 许超 潘宏晨 汤水成 王伟伟 于立岩 王玉玮 夏清普
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司南京市江宁区供电分公司
技术研发日：2022.07.14
技术公布日：2022/11/1
