空间放电定位阵列及其确定空间放电源位置的方法与流程

本发明涉及定位装置技术领域，具体而言，涉及一种空间放电定位阵列及其确定空间放电源位置的方法。

背景技术：

随着时代的进步，电网已深入人们的各个方面，因此电力设备的安全运行历来受到人们的高度重视，而影响电力设备安全运行的主要威胁为自身的绝缘性能，其中电力设备的局部放电是影响电力设备绝缘性能的主要因素。

目前，国内外对局部放电监测方式大致为两种，分别为接触式和非接触式。其中，接触式为将检测设备与被测设备相连接，直接进行检测，此种方法往往存在耗时长、工作量大、需断电操作等不便；另外，一般非接触式通过监测局部放电信号、射频信号、声信号或者其它化学量或物理量来实现，非接触式对局部放电位置的定位，不需要设备断电，提高检修效率，但也存在着定位不准确，无法快速全面检测等问题。

现有电力监测设备众多，其中外壳绝缘的设备例如GIS(六氟化硫封闭式组合电器)或绝缘子等无法采用接触式检测，因此此类设备只能采用非接触式在线监测的方法。而目前，在线监测装置主要采用螺旋式、矩形和偶极子等天线阵列，但这些阵列定位精度差、定位不准确，导致无法准确定位空间放电源。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种空间放电定位阵列及其确定空间放电源位置的方法，旨在解决现有定位装置定位不准确的问题。

一方面，本发明提出了一种空间放电定位阵列，该空间放电定位阵列包括：天线固定装置、信号处理装置和至少四个传感器；其中，所述天线固定装置包括：第一支臂、第二支臂和第三支臂；其中，所述第一支臂和所述第二支臂分别置于所述第三支臂的两侧且均与所述第三支臂呈钝角设置，并且，所述第一支臂的第一端和所述第二支臂的第一端分别连接于所述第三支臂的端部；所述第一支臂和所述第二支臂均连接有所述传感器，并且，所述第三支臂沿长度方向设置有至少两个所述传感器，所述传感器用于接收空间放电源辐射的电磁波信号并发送计算信号给所述信号处理装置；所述信号处理装置与各所述传感器电连接，用于接收所述计算信号，以及根据所述计算信号确定所述空间放电源的位置。

进一步地，上述空间放电定位阵列中，所述第三支臂包括：第一弯折部、第二弯折部和连接部；其中，所述第一支臂和所述第二支臂与所述第三支臂的夹角分别为第一预设角度和第二预设角度；所述第一弯折部和所述第二弯折部分别置于所述连接部的两侧且与所述连接部的端部相连接，并且，所述第一弯折部和所述第二弯折部与所述连接部的夹角分别为所述第一预设角度和所述第二预设角度；所述第一支臂与所述第一弯折部相连接且共线设置；所述第二支臂与所述第二弯折部相连接且共线设置；所述连接部沿长度方向设置有至少两个所述传感器。

进一步地，上述空间放电定位阵列中，所述第一支臂的第二端与所述传感器相连接；所述第二支臂的第二端与所述传感器相连接；所述连接部的两端均与所述传感器相连接。

进一步地，上述空间放电定位阵列中，所述第一支臂、所述第二支臂和所述第三支臂均设置有减重孔。

进一步地，上述空间放电定位阵列中，所述第一支臂、所述第二支臂和所述第三支臂在同一平面内。

进一步地，上述空间放电定位阵列中，各所述传感器均通过螺栓与所述天线固定装置相连接。

进一步地，上述空间放电定位阵列中，所述天线固定装置为铝合金板。

进一步地，上述空间放电定位阵列中，所述第三支臂设置有固定机构，所述固定机构用于支撑所述天线固定装置。

进一步地，上述空间放电定位阵列中，该空间放电定位阵列还包括：图像采集装置，用于采集并显示放电区域的图像；所述信号处理装置与所述图像采集装置电连接，用于接收所述图像并在所述图像中标识所述空间放电源的位置。

本发明提供的空间放电定位阵列将多个传感器沿上下和左右方向排布，所以该空间放电定位阵列可以增大多个传感器之间的距离，如此便减小了多个传感器之间接收到电磁波信号的时延差的误差值，根据该时延差确定空间放电源位置的误差也随之降低，所以该空间放电定位阵列提高了定位装置的定位精度，提高了确定放电源位置的效率进而及时解决放电源局部放电的问题，降低了电力设备受放电源局部放电导致的绝缘性降低的可能性，减少了电力设备发生安全事故的可能性。

另一方面，本发明还提出了一种空间放电定位阵列中信号处理装置确定空间放电源位置的方法，该方法包括如下步骤：各个所述传感器均标记为第i个传感器，i＝1，2，......，n；n等于所述传感器的个数；确定空间圆点和各个所述传感器的空间坐标为标记(x_i，y_i，z_i)，并且，设定所述空间放电源的坐标为(x_s，y_s，z_s)；根据信号处理装置接收到所述计算信号确定各个所述传感器接收所述电磁波信号的时间并记为ti，并且，设定第1个传感器接收到所述电磁波信号的时间和第i个传感器接收到所述电磁波信号的时间差为t_1i；根据空间几何分析，

Ct₁₂＝d₁-d₂

Ct₁₃＝d₁-d₃

Ct₁₄＝d₁-d₄

Ct_1i＝d₁-d_i (1)

式中，d_i为所述空间放电源到第i个传感器的距离，其中，c为电磁波传播速度；任意3个程联立即可确定所述空间放电源的位置。

本发明提供的空间放电定位阵列中信号处理装置确定空间放电源位置的方法的效果与上述空间放电定位阵列相同，故不赘述。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的天线固定装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的空间放电定位阵列中，第三支臂的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的空间放电定位阵列中，第一支臂的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的空间放电定位阵列中，第二支臂的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的空间放电定位阵列中，传感器的结构剖视图；

图6为本发明实施例提供的空间放电定位阵列中，固定装置的结构示意图图；

图7为图6的A-A截面图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

空间放电定位阵列实施例：

参见图1，图中示出了本发明实施例提供的天线固定装置的优选结构。如图所示，该空间放电定位阵列可以包括：天线固定装置1、信号处理装置和至少四个传感器2。具体实施时，四个传感器2可以确定空间放电源的位置，为进一步提高定位的准确度，也可以设置更多的传感器2，所以本实施例中传感器2至少为四个。

其中，天线固定装置1可以包括：第一支臂11、第二支臂12和第三支臂13。其中，第一支臂11和第二支臂12可以分别置于第三支臂13的两侧。第一支臂11和第二支臂12可以均与第三支臂13呈钝角设置，第一支臂11的第一端(图1所示的右上端)和第二支臂12的第一端(图1所示的左下端)分别连接于第三支臂13的端部。

具体实施时，第一支臂11可以置于第三支臂13的下方(相对于图1所示位置而言)且与第三支臂13呈钝角设置，第一支臂11的第一端(图1所示的右上端)可以与第三支臂的第一端(图1所示的左端)通过螺栓相连接；第二支臂12可以置于第三支臂13的上方(相对于图1所示位置而言)且与第三支臂13呈钝角设置，第二支臂12的第一端(图1所示的左下端)可以与第三支臂的第二端(图1所示的右端)可以通过螺栓相连接。优选地，为增加天线固定装置1的稳定性，第一支臂11和第二支臂12与第三支臂13的夹角可以相同。更进一步优选地，为增加天线固定装置1的强度，第一支臂11、第二支臂12和第三支臂13可以一体成型而成。

第一支臂11和第二支臂12均可以连接有传感器2，第三支臂13沿长度方向可以设置有至少两个传感器2，传感器2可以用于接收空间放电源发射的电磁波信号并发射计算信号给信号处理装置。具体实施时，第一支臂11和第二支臂12上可以连接有一个传感器，第三支臂13沿长度方向(图1所示的水平方向)可以设置有两个传感器2，其他的传感器2可以设置在第一支臂11、第二支臂12或/和第三支臂13的其他位置。传感器2可以接收空间放电源发射的电磁波信号，并且记录保存接收到电磁波信号的时间，同时发射计算信号给信号处理装置。天线固定装置1按照一定的排列方式连接有传感器2，优选地，为进一步增大该空间放电定位阵列的定位精度，传感器2固定后呈“Z”型排布，

信号处理装置可以与各传感器2电连接，用于接收计算信号，以及根据计算信号确定空间放电源的位置。具体实施时，信号处理装置可以根据计算信号确定各个传感器2接收到电磁波信号的时间，并且根据时延差结算确定空间放电源的三维坐标即位置。传感器2的位置确定后，空间放电源的位置与各个传感器接收电磁波信号的时间差存在一一对应的关系，下面对这一一对应的关系进行详细说明。已知第i个传感器的三维坐标为(x_i，y_i，z_i)，假设空间放电源的三维坐标为(x_s，y_s，z_s).第1个传感器接收到信号的时间和第i个传感器接收到信号的时间差为t_1i，由空间几何分析，可知：

Ct₁₂＝d₁-d₂

Ct₁₃＝d₁-d₃

Ct₁₄＝d₁-d₄

Ct_1i＝d₁-d_i (1)

式中，d_i为空间放电源到第i个传感器的距离，其中，

c为电磁波传播速度，c＝3.0×10⁸m/s。任意3个方程联立即可确定空间放电源的位置，多个方程可以有效提高定位的准确度。

本发明提供的空间放电定位阵列可以将多个传感器沿上下和左右方向排布，所以该空间放电定位阵列可以增大多个传感器之间的距离，如此便减小了多个传感器之间接收到电磁波信号的时间差的误差，根据该时间差确定空间放电源位置的误差也随之降低，所以该空间放电定位阵列提高了定位装置的定位精度，提高了确定放电源位置的效率进而及时解决放电源局部放电的问题，降低了电力设备受放电源局部放电导致的绝缘性降低的可能性，减少了电力设备发生安全事故的可能性。

参见图1和图2，进一步地，第三支臂13可以包括第一弯折部131、第二弯折部132和连接部133。其中，第一支臂11和第二支臂12与第三支臂13连接部133的夹角分别为第一预设角度α和第二预设角度β，第一弯折部131和第二弯折部132分别置于连接部133的两侧且与连接部133的端部相连接，并且，第一弯折部131和第二弯折部132与连接部133的夹角分别为第一预设角度α和第二预设角度β。具体实施时，第一弯折部131可以置于连接部133的下方(相对于图2所示位置而言)，并且，第一弯折部131与连接部133的夹角和第一支臂11与第三支臂13的夹角α相同，第一弯折部131的一端(图2所示的右上端)与连接部133的第一端(图2所示的左端)相连接；第二弯折部132可以置于连接部133的上方(相对于图2所示位置而言)，并且，第二弯折部131与连接部133的夹角和第二支臂11与第三支臂13的夹角β相同，第二弯折部131的一端(图2所示的左下端)与连接部133的第二端(图2所示的右端)相连接。

第一支臂11可以与第一弯折部131相连接且共线设置，第二支臂12可以与第二弯折部132相连接且共线设置。具体实施时，第一支臂11的第一端(图1所示的右上端)可以与第一弯折部131的第二端(图1所示的左下端)，第二支臂12的第一端(图1所示的左下端)可以与第二弯折部132的第二端(图1所示的右上端)相连接。由于第一弯折部131与连接部133的夹角和第一支臂11与第三支臂13的夹角α相同，所以第一弯折部131与第一支臂11共线设置，同样第二弯折部132与第二支臂12也共线设置。

连接部133沿长度方向(图1所示的水平方向)设置有至少两个传感器2。

本实施例中，第三支臂13为折弯件，结构简单易于制造。另外，折弯件的弯折连接处的强度高，可以增大第三支臂13的强度，增大了第三支臂的使用寿命。

继续参见图1和图2，更进一步地，第一支臂11的第二端(图1所示的左下端)与传感器2相连接，第二支臂12的第二端(图1所示的右上端)与传感器2相连接，连接部133的两端均与传感器2相连接。具体实施时，第三支臂13的连接部133的第一端(图2所示的右端)和第二端(图2所示的左端)均连接有一个传感器2。当然，其他的传感器2可以设置在第一支臂11、第二支臂12或/和第三支臂13的其他位置，本实施例对其不做任何限定。

本实施例中，传感器2设置于第一支臂11、第二支臂12和连接部133的端部，可以充分利用天线固定装置1的空间位置，进一步增大传感器2之间的距离，进而进一步增大该空间放电定位阵列的定位精度。

参见图2至图4，在上述各实施例中，第一支臂11、第二支臂12和天线第三支臂13并列均匀设置有多个减重孔。具体实施时，减重孔可以沿第一支臂11、第二支臂12和第三支臂13的长度方向并列均匀设置。减重孔可以是菱形孔也可以是圆形孔，本实施例中对其形状不做任何限定。另外，减重孔可以是通孔或盲孔，本实施例对其也不做任何限定。

可以看出，本实施例中，减重孔的设置不仅可以减轻天线固定装置1的重量，还可以节省材料和制作成本。

进一步地，参见图1，第一支臂11、第二支臂12和第三支臂13可以在同一平面内。优选地，为减小计算难度，传感器2可以设置在天线固定装置1的同一侧，即传感器2也可以在同一平面内。

本实施例中，第一支臂11、第二支臂12和第三支臂13在同一平面时，可以进一步增大传感器2之间的距离，进而增大了多个传感器2接收电磁波信号的时延差，同时，可以防止传感器2受其他传感器2的遮挡或干扰导致定位精度低，所以可以进一步提高该空间放电定位阵列的定位精度。另外，第一支臂11、第二支臂12和第三支臂13在同一平面时便于加工装配。

更进一步地，每个传感器2均可以通过螺栓与天线固定装置1相连接。具体实施时，为增加传感器2的稳定性，每个传感器2可以通过多个螺栓与天线固定装置1相连接。本实施例中，该结构装配简单，并且螺栓为标准件，采购简单成本低。

上述各实施例中，天线固定装置1可以为铝合金板。本实施例中，铝合金板力学性能好，强度高，重量轻，便于携带，因此增大了天线固定装置1的力学性能，减轻了天线固定装置1的质量，所以该天线固定装置1便于运输和携带。

继续参见图1、图6和图7，更进一步地，第三支臂13可以设置有固定机构3，固定机构3用于支撑天线固定装置1。具体实施时，固定装置3可以置于第三支臂13的连接部133中心位置的下方(相对于图1所示位置而言)，并且，固定装置3均可以开设有两个并列设置的螺纹通孔，螺栓穿设于该螺纹孔与连接部133相连接。

可以看出，本实施例中，固定机构3的设置可以增大该空间放电定位阵列的固定稳定性，可以直接放置在需要测试的位置进行测试。

该空间放电定位阵列还可以包括图像采集装置(图1中未示出)，该图像采集装置用于采集并显示放电区域的图像。信号处理装置可以与图像采集装置电连接，信号处理装置用于接收图像并在图像中标识空间放电源的位置。

参见图2，具体实施时，连接部133的中心位置可以开设圆形通孔，连接部133于该圆形通孔的顶部(相对于图2的位置而言)可以开设有螺纹孔，图像采集装置可以穿设在圆形通孔内，螺栓穿设螺纹孔与图像采集装置相连接且将图像采集装置固定。图像采集设备可以采集放电区域的一个方向的图像，此时可以通过松紧螺栓后旋转图像采集装置来采集不同方向的图像，当然，图像采集装置也可以放电区域的各个方向的图像，并显示出放电区域的图像。信号处理装置可以在显示的图像上以星号或其他显眼形式标识出信号处理装置所确定的空间放电源位置。

可以看出，本实施例中，图像采集设备可以以图像形式显示出放电区域的设备，并且可以将信号处理装置确定的放电源位置以可见图像形式显示，因此检测人员可以直接通过图像确定放电源的空间区域、空间放电的设备、空间放电设备放电的具体部位。所以，该空间放电定位阵列可以通过图像形式呈现空间放电源的位置，如此便使得空间放电源一目了然，减少通过坐标推测空间放电设备和放点具体部位的时间。

下面对本实施例提供的空间放电定位阵列进行更为详细的说明。

如图1至图7所示，该空间放电定位阵列包括天线固定装置1、四个传感器2、信号处理装置和图像采集装置。天线固定装置1为铝合金板且天线固定装置1上并列均匀设置有多个菱形减重通孔。天线固定装置1包括置于同一平面的第一支臂11、第二支臂12和第三支臂13。其中，第三支臂13包括第一弯折部131、第二弯折部132和连接部133，其长度分别为152mm、152mm和1004mm，第一弯折部131和第二弯折部132的结构相同，第一弯折部131的第二端(图2所示的左下端)和第二弯折部132的第二端(图2所示的右上端)均并列设置有两个圆形通孔，连接部132的中心位置设置有圆形通孔，用于安装图像采集装置。连接部133水平(相对于图2的位置而言)设置，第一弯折部131置于连接部133的下方(相对于图2的位置而言)，并且，第一弯折部131与连接部133呈145°设置，第三支臂13整体大致呈Z型设置。第一弯折部131的第一端(图2所示右上端)与连接部133的第一端(图2所示左端)相连接，第二弯折部132的第一端(图2所示左下端)与连接部133的第二端(图2所示右端)相连接，而且第一弯折部131、第二弯折部132和连接部133一体成型而成。第一支臂11和第二支臂12均为长度为700mm的铝合金直板且结构相同，第一支臂11和第二支臂12的两端均设置有两个并列的螺纹孔，分别与第三支臂13和传感器2相连接，而且，传感器2均置于同一平面。第一支臂11的第二端(图3所示的右端)和第二支臂12的第二端(图4所示的右端)的两个螺纹孔之间均设置有一个圆形通孔。第一支臂11、第二支臂12分别于第一弯折部131和第二弯折部132共线设置，并且，第一支臂11的第一端(图1所示的右上端)与第一弯折部131的第二端(图1所示的左下端)通过螺栓相连接，第二支臂12的第一端(图1所示的左下端)与第二弯折部132的第二端(图1所示的右上端)通过螺栓相连接，所以天线固定装置1关于连接部133中心位置的圆形通孔呈中心对称。传感器2为传感器，外壳为锥台形，传感器的PCB板通过螺栓连接于外壳顶部(相对于图5所示位置而言)，底部开设有两个螺纹孔和一个圆形通孔，分别用于固定和走线。第一支臂11的第二端(图1所示的左下端)和第二支臂12的第二端(图1所示的右上端)通过螺栓分别与第一传感器201、第二传感器202相连接，连接部133的两端也通过螺栓分别与第三传感器203和第四传感器204相连接，而且，天线固定装置1与传感器2连接处于传感器2圆形通孔的下方开设有圆形通孔，用于传感器2的走线，其中，第一传感器201与第三传感器203的水平和竖直距离均为700mm，第二传感器202与第四传感器204的水平和竖直距离均为700mm，第三传感器203与第四传感器204水平设置，其水平距离为700mm。另外，固定机构3沿水平方向(相对于图6所示位置而言)并列开设有两个螺纹孔，连接部133中心位置圆形通孔的底部(相对于图1所示位置而言)也沿水平方向并列开设有两个螺纹孔，固定机构3置于连接部133的下方(相对于图1所示位置而言)且通过螺栓与连接部133的底部相连接。连接部133中心位置圆形通孔的顶部(相对于图1所示位置而言)也开设有螺纹孔，通过螺栓穿设于该螺纹孔将图像采集装置固定于连接部133中心位置的圆形通孔处。夹设连接部133中心位置圆形通孔的圆心为原点即坐标为(0，0，0)，则第一传感器201、第二传感器202、第三传感器203和第四传感器204的三维坐标分别为(-105，-70，0)、(-105，70，0)、(-35，0，0)和(35，0，0)。信号处理装置根据时延差结算确定空间放电源的三维坐标即位置，并将该位置在图像采集并显示图像的对应位置以星号形式显示。

综上，本发明提供的空间放电定位阵列将多个传感器沿上下左右方向排布，所以有利于该空间放电定位阵列接收不同方向的电磁波信号，可以增大多个传感器之间的距离，如此便减小了多个传感器之间接收到电磁波信号的时间差误差值，根据该时间差确定空间放电源位置的误差也随之降低，所以该空间放电定位阵列提高了定位装置的定位精度，提高了确定放电源位置的效率进而及时解决放电源局部放电的问题，降低了电力设备受放电源局部放电导致的绝缘性降低的可能性，减少了电力设备发生安全事故的可能性。

上述空间放电定位阵列中信号处理装置确定空间放电源位置的方法实施例：

上述空间放电定位阵列中的信号处理装置可以接收传感器接收电磁波信号的时间，并且根据时延差结算确定空间放电源的三维坐标即位置。

各个传感器2均标记为第i个传感器，i＝1，2，......，n；n等于所述传感器2的个数。具体地，对每个传感器2进行一一标记，分别标记第i个传感器，其中，i＝1，2，......，n，且n等于该定位阵列中传感器2的个数。

确定空间圆点和各个所述传感器(2)的空间坐标为标记(x_i，y_i，z_i)，并且，设定所述空间放电源的坐标为(x_s，y_s，z_s)。具体地，设定空间一点为圆点其坐标记为(0，0，0)，则已知第i个传感器的三维坐标为(x_i，y_i，z_i)，并且假设空间放电源的三维坐标为(x_s，y_s，z_s)。

根据信号处理装置接收到计算信号确定各个传感器2接收电磁波信号的时间并记为t_i，并且，设定第1个传感器接收到电磁波信号的时间和第i个传感器接收到电磁波信号的时间差为t_1i。

根据空间几何分析，可知：

Ct₁₂＝d₁-d₂

Ct₁₃＝d₁-d₃

Ct₁₄＝d₁-d₄

Ct_1i＝d₁-d_i (1)

式中，d_i为空间放电源到第i个传感器的距离，其中，

c为电磁波传播速度，本领域技术人员所熟知的是c＝3.0×10⁸m/s。任意3个方程联立即可确定空间放电源的位置，多个方程可以有效提高定位的准确度。

本实施例提供的空间放电定位阵列中信号处理装置确定空间放电源位置的方法的效果与上述空间放电定位阵列相同，故不赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。