【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力设备在线监测，具体涉及一种基于超声波传感器的局放立体定位方法及装置。
技术介绍
1、局部放电的产生原因是绝缘结构中各区域的电场不均匀，通常是由于介质不均匀引起的。局部放电所释放的能量较小，短期内一般不会对绝缘系统造成影响，然而长期的局部放电则很有可能造成绝缘故障。
2、超声波检测法测量的是放电时产生的超声波信号。近年来，由于声电换能元件效率的提升和电子技术的发展，超声检测的灵敏度有了较大的提高，同时超声波的传输速率远小于电磁波的传输速率，因此具有较大的时间差便于使用tdoa技术来实现局部放电点的位置定位。
3、现有的超声波局部放电定位方法普遍采用多个传感器采集接收到局放信号的时间差，然后直接以超声波的传输速度与时间差来推算距离，未考虑到不同的传输介质、传输路径对超声波传输的影响，其精度不高，特别是在如变压器、gis等结构复杂的设备中，其包含气体、液体、固体、还有不同的材质等，进一步降低了定位的精度，导致推广应用受限。
4、另有部分技术方案考虑了非视距(nlos)的影响，普遍采用计算机建立仿真模型来拟合参数，缺乏具体可供实施的非视距测量方法，同时由于电力设备种类和厂商繁多，不同厂商的结构、设计、生产等方式不完全相同，仿真的模型在实际应用中具有较大的限制性。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种准确性高、适用性强的基于超声波传感器的局放立体定位方法；本专利技术的第二目的是提供一种基于超声波传感器的局放立体定
2、技术方案：本专利技术所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，包括：
3、(1)通过测绘录入方式建立变电设备本体坐标系及本体模型；
4、(2)根据变电设备本体坐标系及本体模型，建立超声局放传输坐标系及传输模型，采用现场自校的方式对超声局放传输模型进行标定；超声局放传输坐标系由与变电设备本体坐标系相对应的x横轴、y纵轴、z竖轴，以及用以表征超声波局部放电信号传输路径特征的参数k，共同组成四维坐标系；
5、(3)建立两个坐标系的坐标转换传递函数；
6、(4)采集局放信号，计算出局放故障点在超声局放传输坐标系中的位置；
7、(5)根据坐标转换传递函数，将局放故障点位置转换至变电设备本体坐标系中，实现局放发生位置在设备本体中的精确定位。
8、进一步地，四维坐标系中，x、y、z三轴的单位表征为局放故障点的到达时间。
9、进一步地，步骤(2)中，建立超声局放传输模型，包括：以变电设备本体上安装超声波局放传感器的位置限定超声局放传输模型的轮廓，超声波局放传感器安装在变电设备本体的各个顶点及关键点位置。
10、进一步地，步骤(2)中，采用现场自校的方式对超声局放传输模型进行标定，包括：
11、以原点位置的顶点、x轴顶点、y轴顶点和z轴顶点为四个基准点，分别在x轴顶点、y轴顶点和z轴顶点处放置超声波发射传感器，发射特征波形信号，以发射时间为起始时间零时刻，记录安装于原点位置的超声波局放传感器接收到该特征波形信号的时间差，获取四个基准点的四维坐标(x，y，z，k)，该四个基准点的传输路径特征参数k为1；
12、确定其余顶点的四维坐标：
13、依次在其余顶点处放置超声波发射传感器，发射特征波形信号，以发射时间为起始时间零时刻，记录安装于该顶点对角线位置的超声波局放传感器及共面相邻顶点位置的超声波局放传感器接收到特征波形信号的时间差，以共面相邻顶点位置的超声波局放传感器接收到特征波形信号的时间差计算出该顶点位置在超声局放传输坐标系中的空间坐标(x，y，z)，以该顶点位置与对角顶点位置的坐标时间计算值与对角线位置的超声波局放传感器接收到特征波形信号的时间差的比值，作为该顶点位置的传输路径特征参数k。
14、进一步地，步骤(2)中，采用现场自校的方式对超声局放传输模型进行标定，还包括：确定关键点的四维坐标：
15、依次在各关键点位置放置超声波发射传感器，以同样的方法，确定关键点位置在超声局放传输坐标系中的空间坐标，计算出关键点的传输路径特征参数。
16、进一步地，步骤(3)中，两个坐标系的坐标转换传递函数为：
17、
18、其中，(x，y，z)为对应于变电设备本体坐标系中放电点的对应空间坐标位置，(x’，y’，z’)为超声局放传输坐标系中对应的空间坐标位置，k为在超声局放传输坐标系中该坐标点对应的传输路径特征参数；tx、ty、tz为超声局放传输坐标系与变电设备本体坐标系的对应三维轴向传递系数。
19、进一步地，步骤(4)包括：通过各超声波局放传感器同步监测局放信号，当有一只超声波局放传感器监测到局放发生信号时，执行以下步骤：
20、(401)以此时刻为零时刻，等待tmax延时，在等待tmax延时到达后，依次读取其余超声波局放传感器的到达时间，tmax为最大延时参数；
21、(402)局放故障点待求解参数为其在超声局放传输坐标系中的空间位置(x，y，z)及其相对于首只检测到局放信号的超声波局放传感器的发生时刻，对应一组对角线及三个沿坐标轴平行方向的顶点，共5个超声波局放传感器；
22、根据各顶点接收到局放信号的实际时间建立方程组，求解得到局放故障点p的空间位置(xp，yp，zp)；
23、再求解由对角线上的两个顶点和局放故障点p构成的三角形，结合对角位置已知的传输路径系数，求解得到局放故障点在超声局放传输坐标系中的传输路径参数kp，从而得到局放故障点的p四维坐标。
24、进一步地，步骤(4)还包括：根据其他三组对角线及各自对应的三个沿坐标轴方向的顶点，按照同样的方法，分组求解局放故障点p的四维坐标，通过取平均优化局放故障点p的坐标参数。
25、进一步地，选取所有对角线位置超声波局放传感器接收到特征波形信号的时间差的最大值，以2倍余量作为最大延时参数tmax。
26、本专利技术所述的基于超声波传感器的局放立体定位装置，包括存储器、处理器、多通道超声波局放传感器采集模块、一路或多路超声波信号发生模块，各超声波局放传感器一一对应接入多通道超声波局放传感器采集模块的各个超声波接收通道，多通道具有精确的时间同步，能够记录特征波形信号到达的时间；超声波发射传感器接入一路或多路超声波信号发生模块的超声波发射通道；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法中的步骤。
27、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：本专利技术通过现场校准方式准确建立超声局放传输模型，在传统tdoa基础上，引入局放信号在设备本体传输路径的特征参数，具有更高的准确性，局放立体定位方法还具有更强的适用性。本专利技术可确定变电设备发生局部放电立体位置，进而确定局部放电的对应部件，对变电设备的运维与检修具有重要意义。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，四维坐标系中，X、Y、Z三轴的单位表征为局放故障点的到达时间。
3.根据权利要求2所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，步骤(2)中，建立超声局放传输模型，包括：以变电设备本体上安装超声波局放传感器的位置限定超声局放传输模型的轮廓，超声波局放传感器安装在变电设备本体的各个顶点及关键点位置。
4.根据权利要求3所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，步骤(2)中，采用现场自校的方式对超声局放传输模型进行标定，包括：
5.根据权利要求4所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，步骤(2)中，采用现场自校的方式对超声局放传输模型进行标定，还包括：确定关键点的四维坐标：
6.根据权利要求4所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，步骤(3)中，两个坐标系的坐标转换传递函数为：
7.根据权利要求4所述的基于超声波传感器的局放立体定位
8.根据权利要求7所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，步骤(4)还包括：根据其他三组对角线及各自对应的三个沿坐标轴方向的顶点，按照同样的方法，分组求解局放故障点p的四维坐标，通过取平均优化局放故障点p的坐标参数。
9.根据权利要求7所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，选取所有对角线位置超声波局放传感器接收到特征波形信号的时间差的最大值，以2倍余量作为最大延时参数TMax。
10.一种基于超声波传感器的局放立体定位装置，其特征在于，包括存储器、处理器、多通道超声波局放传感器采集模块、一路或多路超声波信号发生模块，各超声波局放传感器一一对应接入多通道超声波局放传感器采集模块的各个超声波接收通道，多通道具有精确的时间同步，能够记录特征波形信号到达的时间；超声波发射传感器接入一路或多路超声波信号发生模块的超声波发射通道；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9中任一项所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，四维坐标系中，x、y、z三轴的单位表征为局放故障点的到达时间。
3.根据权利要求2所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，步骤(2)中，建立超声局放传输模型，包括：以变电设备本体上安装超声波局放传感器的位置限定超声局放传输模型的轮廓，超声波局放传感器安装在变电设备本体的各个顶点及关键点位置。
4.根据权利要求3所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，步骤(2)中，采用现场自校的方式对超声局放传输模型进行标定，包括：
5.根据权利要求4所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，步骤(2)中，采用现场自校的方式对超声局放传输模型进行标定，还包括：确定关键点的四维坐标：
6.根据权利要求4所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，步骤(3)中，两个坐标系的坐标转换传递函数为：
7.根据权利要求4所述的基于超声波传感器的局放立体定位方法，其特征在于，步骤(4)包括：通...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡忠林，田小锋，张海滨，周捷，张何，梅徳冬，左红兵，吕顺利，邓烽，张冰，李金波，曹东宏，国中琦，罗欣，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。