基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法
【專利摘要】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(cè)局部放電源發(fā)出的超聲信號(hào)，利用寬頻信號(hào)聚焦與修正蓋氏圓準(zhǔn)則相結(jié)合的辨識(shí)方法對(duì)油中局部放電源的個(gè)數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，再利用局部放電超聲陣列信號(hào)的測(cè)向方法進(jìn)行多局放源的波達(dá)方向估計(jì)，并最終對(duì)多局部放電源進(jìn)行精確定位。本發(fā)明具有一定的可靠性與工程實(shí)用價(jià)值，為電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修奠定了基礎(chǔ)。
【專利說(shuō)明】基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種浸沒(méi)于絕緣油中的電氣設(shè)備有多個(gè)局部放電源時(shí)的檢測(cè)定位方法，屬于檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]局部放電超聲陣列檢測(cè)方法是一種對(duì)局部放電進(jìn)行檢測(cè)的新方法，具有抗干擾能力強(qiáng)、采樣信號(hào)一致性好等優(yōu)點(diǎn)，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(hào)，再通過(guò)陣列信號(hào)處理理論中的波達(dá)方向估計(jì)方法對(duì)其進(jìn)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。
[0003]工程實(shí)際中，利用現(xiàn)有方法對(duì)局部放電進(jìn)行定位尚存在以下問(wèn)題:
(I)實(shí)際情況下，經(jīng)常存在兩個(gè)或兩個(gè)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(wèn)題，若勉強(qiáng)將其應(yīng)用于多局部放電源的定位中，會(huì)導(dǎo)致定位誤差增大，甚至失敗。
[0004](2)大部分陣列信號(hào)的波達(dá)方向估計(jì)算法均需要知道信號(hào)源數(shù)，當(dāng)辨識(shí)的局放源數(shù)目與真實(shí)的數(shù)目不一致時(shí)，空間譜曲線中的峰值個(gè)數(shù)與實(shí)際源數(shù)不相同，造成漏警或虛警，從而對(duì)真實(shí)信號(hào)方位的確定產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，準(zhǔn)確辨識(shí)局放源個(gè)數(shù)是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。在實(shí)際檢測(cè)中，局放源數(shù)往往是個(gè)未知數(shù)，需要首先準(zhǔn)確辨識(shí)局放源的數(shù)目，才能估計(jì)局放源的方位。
[0005](3)局部放電超聲陣列傳感器的聲學(xué)性能(測(cè)向、定位精度等)隨著陣元個(gè)數(shù)增加而提高。但是過(guò)多的陣元數(shù)會(huì)顯著增加檢測(cè)系統(tǒng)的復(fù)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(xué)性能的前提下，對(duì)超聲陣列傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)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】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)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(shí)現(xiàn)多局部放電源的準(zhǔn)確定位。
[0007]本發(fā)明所述問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)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(cè)局部放電源發(fā)出的超聲信號(hào)，利用寬頻信號(hào)聚焦與修正蓋氏圓準(zhǔn)則相結(jié)合的辨識(shí)方法對(duì)油中局部放電源的個(gè)數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，再利用局部放電超聲陣列信號(hào)的測(cè)向方法進(jìn)行多局放源的波達(dá)方向估計(jì)，并最終對(duì)多局部放電源進(jìn)行定位。
[0008]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(gè)數(shù)按如下步驟辨識(shí):
設(shè)均勻陣列由K個(gè)等間距的陣元組成，寬帶信號(hào)從遠(yuǎn)場(chǎng)入射，則陣列接收的信號(hào)矢量如下式所示:
X(t')^ A(B)Sff)+ Ns(￡)其中，m為經(jīng)過(guò)TCT算法聚焦后的局部放電超聲陣列信號(hào)，A為陣列流型矩陣，?為信號(hào)所包含的方位信息，s(i)為原始信號(hào)數(shù)據(jù)矩陣，Λ； (?)為噪聲矩陣；當(dāng)噪聲為空間高斯白噪聲時(shí)，接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣為:
【權(quán)利要求】
1.一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，其特征在于，它利用超聲陣列傳感器檢測(cè)局部放電源發(fā)出的超聲信號(hào)，利用寬頻信號(hào)聚焦與修正蓋氏圓準(zhǔn)則相結(jié)合的辨識(shí)方法對(duì)油中局部放電源的個(gè)數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，再利用局部放電超聲陣列信號(hào)的測(cè)向方法進(jìn)行多局放源的波達(dá)方向估計(jì)；最后，對(duì)多局部放電源進(jìn)行定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法，其特征在于，油中局部放電源個(gè)數(shù)按如下步驟辨識(shí): 設(shè)均勻陣列由If個(gè)等間距的陣元組成，寬帶信號(hào)從遠(yuǎn)場(chǎng)入射，則陣列接收的信號(hào)矢量如下式所示:
X(t) = A(?)S(i) + NJi) 其中，Χ(?)為經(jīng)過(guò)TCT算法聚焦后的局部放電超聲陣列信號(hào)，A為陣列流型矩陣，Θ為信號(hào)所包含的方位信息，S(i)為原始信號(hào)數(shù)據(jù)矩陣，Λ； (?)為噪聲矩陣；當(dāng)噪聲為空間高斯白噪聲時(shí)，接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣為:R 從=E(Xif)X (ff、= ΑζΘ^ΑζΘ^' + σ2! K是信號(hào)源協(xié)方差矩陣σ是高斯白噪聲的能量，I是Af.χΜ的單位陣?，若設(shè)^的各列向量為;其中，?為ΑΘ)的各個(gè)行向量； 對(duì)陣列接收信號(hào)的協(xié)方差矩陣&進(jìn)行奇異值分解并假定奇異值降序排列: R 益=^M 其中，R^是奇異值分解所得到的特征向量空間；` 取 4=(P1^-,pMf=ΙΦ,?=< 1?:4(Θ)||^?/1=kp^A(?)\ 其中，&=|巧為1, j是I到#中的任意一個(gè)數(shù)；顯然，巧與蓋氏圓準(zhǔn)則中的信源判據(jù)hi結(jié)構(gòu)相同；IJi中對(duì)應(yīng)于噪聲的A為零(;'=1,2,…,If-1 ),而對(duì)應(yīng)于信號(hào)的JJi是一個(gè)相對(duì)較大的數(shù)；可以得到M個(gè)向量巧二 1?! ,J=IX--M ;分別對(duì)每一個(gè)巧用類似于蓋氏圓準(zhǔn)則對(duì)信源數(shù)作辨識(shí):
,,DQI) ^, Zj(t) = W- h I >0 其中況是快拍數(shù)；D(的e[0，l]是廠的遞減函數(shù)，k依次取1，2，…，M，如果當(dāng)無(wú)時(shí)，為第一個(gè)比零小的值，則信源數(shù)的辨識(shí)值取岣-〗；將亞次估計(jì)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，所得到的結(jié)果即為最終辨識(shí)出的信源數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法，其特征在于，局放源坐標(biāo)位置按如下步驟確定: 假設(shè)空間有3個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器有《條測(cè)向線，從每個(gè)傳感器的測(cè)向線中任取一條進(jìn)行組合，共有，種組合；對(duì)每種組合利用用遺傳算法進(jìn)行空間搜索，求取距離表達(dá)式4^，可得到H3個(gè);對(duì)距離集合依次個(gè)最小值，其所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)即為局放源坐標(biāo)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于超聲稀疏陣列傳感器的油中多局部放電源定位方法，其特征在于，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(dá)式； b、根據(jù)稀疏陣列指向性函數(shù)表達(dá)式，結(jié)合局部放電超聲陣列傳感器聲學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定相應(yīng)情況下優(yōu)化搜索的目標(biāo)函數(shù)； C、利用混沌猴群算法，包括混沌初始化、步長(zhǎng)遞減爬過(guò)程、參數(shù)遞增混沌望過(guò)程以及邊緣跳過(guò)程，確定對(duì)應(yīng)稀疏陣列 下，局部放電超聲陣列傳感器的優(yōu)化的稀疏結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK103529364SQ201310427663
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月20日
【發(fā)明者】謝慶, 律方成, 李燕青, 程述一 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）