一种基于单光子探测的GIS放电追迹系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单光子探测的GIS放电追迹系统及方法。其中，方法包括：计算终端按照真实尺寸，对气体绝缘金属封闭开关设备进行几何建模，得到气体绝缘金属封闭开关设备的几何模型；成像物镜接收气体绝缘金属封闭开关设备尖端缺陷辐射光子，光子由导光

【技术实现步骤摘要】
一种基于单光子探测的GIS放电追迹系统及方法


[0001]本专利技术涉及电力设备状态评估
，并且更具体地，涉及一种基于单光子探测的GIS放电追迹系统及方法。

技术介绍

[0002]在电力系统中，气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear，GIS)是关键的变电设备之一，应用越来越广泛，在电力传输过程中有着至关重要的作用。GIS设备是将各组成元件封闭组合，一般不受外界环境的干扰，噪声小，电磁波干扰弱，后期维护工作少；同时集成度高的设备布局大大减少设备间固有安装距离，大大降低设备的带电距离。由于上述优势和特点，尽管GIS设备造价昂贵，但在人口密集区或大中城市区域，大型敞开式的变电站被占地面积小、集成度高的GIS设备取代越来越成为一种趋势。随着电网规模的不断扩大和供电要求的不断提高，近年来GIS设备在电力行业的增长速度迅猛。
[0003]国内针对GIS内部紫外光、可见光和红外光的光谱特征及传播规律的研究。目前，傅中介绍了利用光栅单色仪、锁相放大器等设备检测交流电晕放电光谱特性的实现方法和软件设计并分析了光谱特性，得出了特征波长上光谱峰值的大小可作为判断电晕放电强度的参考量。对设备故障性的监测方面，通过实验分析发生故障时GIS中SF6分解产物的特点，并应用紫外光谱(UV)测量SO2实现放电故障早期预警，其中利用一阶导数法和Savitzky
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Golay滤波进行快速基线校正和光谱平滑，290～310nm被选为特征区进行SO2检测及定量，从而研制了一套从检测原理、全封闭循环在线取样系统等两个方面来监测SF6分解产物的含量及变化趋势。对于放电故障在线监测的问题，应用紫外光谱快速在线鉴别设备中的SO2组分，利用快速Fourier变换分析、自相关分析、功率谱密度分析对209～219nm及295～305nm两个特征区数据进行处理，选取相关峰数目、相邻峰间距离的期望和标准差、以及快速Fourier变换和功率谱密度的最大峰值处频域分量5个特征值，采用表决原理实现设备内微量SO2组分判别。针对漏气设备检修策略的研究，利用SF6气体特定红外吸收光谱的特性，在设备不停电的状况下对泄漏部位进行快速、准确的定位，使泄漏气体直观有效，为提供了充分的信息支持。
[0004]国外在GIS内部紫外光、可见光和红外光的光谱特征及传播规律的研究中。R.Borrego
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Varillas综述了二维紫外光谱的发展现状并且讨论了该技术的科学案例的基本原理，回顾了它的模拟实验和开发的计算工具，应用一些实例突出了二维紫外光谱的发展潜力。通过做实验预测齐墩果酸(OA)和熊果酸(UA)在不同溶剂中的溶解度，从而初步确定哪些溶剂适合从含有至少一种此类三萜的任何植物材料中提取，开发了一种新颖、简单的紫外光谱分析方法。接下来回顾了近功能性近红外光谱和成像(fNIRS/fNIRI)的当前状态和连续波fNIRI的方法，从简单的将Beer
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Lambert定律修改为当今使用的复杂图像重建和数据分析方法，fNIRI已成为一种广泛用于神经科学研究的商业仪器。通过在近红外(NIR)光谱在制药技术中的应用通过近红外光谱监测许多制造过程中，如造粒、混合或干燥，以确定这些过程的终点，还包括药物化合物质量和数量的测定、最终药物物理化学参数
的测量和控制的一些检查。最终强调了该方法的一些缺点，并展望了未来的发展前景。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的GIS设备状态检测手段准确率低和操作复杂的问题，本专利技术提供一种基于单光子探测的GIS放电追迹系统及方法。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于单光子探测的GIS放电追迹系统，包括：
[0007]导光
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传像光纤、成像物镜、光电倍增管、采集终端和计算终端；其中
[0008]成像物镜与导光
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传像光纤相连，成像物镜放置于气体绝缘金属封闭开关设备壳体内部；
[0009]导光
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传像光纤的一端从气体绝缘金属封闭开关设备壳体穿过一定距离，另一端连接光电倍增管；
[0010]光电倍增管接收到光子后产生脉冲电压信号，并将脉冲电压信号传输至采集终端；
[0011]采集终端将接收到的脉冲电压信号传输至计算终端；
[0012]计算终端根据脉冲电压信号进行射线追迹，并计算光子轨迹与光场分布图。
[0013]优选地，成像物镜为石英材质。
[0014]优选地，计算终端根据脉冲电压信号进行射线追迹的操作，包括：
[0015]计算终端根据脉冲电压信号计算光子幅值、波长；
[0016]计算终端根据光子幅值、波长和预先建立的几何模型，进行射线追迹。
[0017]优选地，计算终端计算光场分布图的操作，包括：
[0018]计算终端根据射线追迹结果，在几何模型中绘制光子幅值分布图，形成光子轨迹与光场分布图。
[0019]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于单光子探测的GIS放电追迹方法，包括：
[0020]计算终端按照真实尺寸，对气体绝缘金属封闭开关设备进行几何建模，得到气体绝缘金属封闭开关设备的几何模型；
[0021]成像物镜接收气体绝缘金属封闭开关设备尖端缺陷辐射光子，光子由导光
‑
传像光纤传输至光电倍增管；
[0022]光电倍增管输出脉冲电压信号至采集终端，由采集终端将脉冲电压信号发送至计算终端；
[0023]计算终端根据脉冲电压信号进行射线追迹；
[0024]计算终端根据射线追迹结果，在几何模型的几何空间中绘制光子幅值分布图，形成光子轨迹与光场分布图。
[0025]优选地，计算终端根据脉冲电压信号进行射线追迹的操作，包括：
[0026]以成像物镜为起始点，反推1ns前光子移动的路径，并进行表面遮挡判断和相应场值计算；
[0027]保留当前光子行进轨迹和幅值，再反推1ns的路径，并进行表面遮挡判断和相应场值计算；
[0028]当光子幅值达到信噪比，或者反推路径大于预设阈值时终止计算。
[0029]优选地，所述预设阈值为10m。
[0030]优选地，表面遮挡判断和相应场值计算，包括：
[0031]当结构发生表面绕射，且源点位于亮区场时，绕射射线的场值函数如式(1)所示：
[0032][0033]其中，为绕射场并矢系数；s为源点与场点的距离；为与起始绕射点有关的常数；R0为场点；R
s
为源点；k为光线传播常数；为源点处的曲面法向量；为射线的法向量；Z为介质的波阻抗；为从法线方向向量，M、N为过程参数。
[0034]优选地，表面遮挡判断和相应场值计算，包括：
[0035]当发生表面绕射，且源点位于暗区场时，绕射场的场值函数如式(2)所示：
[0036][0037]其中，为场点的单位矢量；S
d1
为当前追迹位置的方向矢量；S
d2<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单光子探测的GIS放电追迹系统，其特征在于，包括：导光
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传像光纤、成像物镜、光电倍增管、采集终端和计算终端；其中成像物镜与导光
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传像光纤相连，成像物镜放置于气体绝缘金属封闭开关设备壳体内部；导光
‑
传像光纤的一端从气体绝缘金属封闭开关设备壳体穿过一定距离，另一端连接光电倍增管；光电倍增管接收到光子后产生脉冲电压信号，并将脉冲电压信号传输至采集终端；采集终端将接收到的脉冲电压信号传输至计算终端；计算终端根据脉冲电压信号进行射线追迹，并计算光子轨迹与光场分布图。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，成像物镜为石英材质。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，计算终端根据脉冲电压信号进行射线追迹的操作，包括：计算终端根据脉冲电压信号计算光子幅值、波长；计算终端根据光子幅值、波长和预先建立的几何模型，进行射线追迹。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，计算终端计算光场分布图的操作，包括：计算终端根据射线追迹结果，在几何模型中绘制光子幅值分布图，形成光子轨迹与光场分布图。5.一种基于单光子探测的GIS放电追迹方法，其特征在于，包括：计算终端按照真实尺寸，对气体绝缘金属封闭开关设备进行几何建模，得到气体绝缘金属封闭开关设备的几何模型，其中几何模型用于判断光子轨迹是否存在遮挡，当遮挡时，根据几何模型判断是否发生反射和绕射；成像物镜接收气体绝缘金属封闭开关设备尖端缺陷辐射光子，光子由导光
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传像光纤传输至光电倍增管；光电倍增管输出脉冲电压信号至采集终端，由采集终端将脉冲电压信号发送至计算终端；计算终端根据脉冲电压信号进行射线追迹；计算终端根据射线追迹结果，在几何模型的几何空间中绘制光子幅值分布图，形成光子轨迹与光场分布图。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，计算终端根据脉冲电压信号进行射线追迹的操作，包括：以成像物镜为起始点，反推1ns前光子移动的路径，并进行表面遮挡判断和相应场值计算；保留当前光子行进轨迹和幅值，再反推1ns的路径，并进行表面遮挡判断和相应场值计算；当光子幅值达到信噪比，或者反推路径大于预设阈值时终止计算。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜非，袁帅，毕建刚，常文治，许渊，弓艳朋，李杰，李晓龙，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司沈阳工业大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：