基于天线阵列的局放检测装置的多局放点定位和分辨方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于天线阵列的局放检测装置的多局放点定位方法，还涉及一种 基于天线阵列的局放检测装置的多局放点分辨方法，属于电力检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 局部放电会产生电磁波、声、光、热等物理及化学现象，根据对这些量的分析处理 可以得到局部放电源的位置。应用阵列技术对局部放电进行定位是近年来出现的一种新兴 的方法，该方法定位精度较高，并且能对同时发生的多个局部放电源进行定位。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于天线阵列的局放检测装置的多局放点定位方法， 解决现有技术中的局部放电点定位不准确的技术问题。
[0004] 本发明所采用的技术方案是：基于天线阵列的局放检测装置的多局放点定位方 法，根据所述天线阵列中各检测天线接收到的局部放电信号的时间差，建立关于局部放电 点的位置方程，求解局部放电点的方向角；
[0005] 主控制计算机根据输入的方向角，控制各检测天线的云台旋转，直至各检测天线 在同一时刻接收到局部放电信号；
[0006] 主控计算机控制摄像机拍摄，从而获得局部放电点的图像，实现局部放电点定位。
[0007] 具体包括如下步骤：
[0008] 步骤201:信号采集：天线阵列检测接收局部放电信号产生的电磁波信号，信号采 集系统对天线阵列中各检测天线进行同步信号采集；
[0009] 步骤202 :信号处理：数据处理系统经小波阈值法对信号进行降噪，并将处理后的 信号进行有序存储；
[0010] 步骤203 :局部放电点定位：利用二次插值法计算出信号波形过零点的时刻，计算 电磁波信号到达天线阵列中各检测天线的时间差，建立关于局部放电点的位置方程，求局 部放电点到各检测天线的距离，确定局部放电点的方向角；
[0011] 步骤204 :输出控制：主控计算机根据输入的方向角，控制各检测天线的云台旋 转，直至各检测天线在同一时刻接收到局部放电信号；
[0012] 步骤205 :局部放电点图像拍摄：主控计算机控制摄像机拍摄，从而获得局部放电 点的图像，实现局部放电点定位。
[0013] 建立的局部放电点位置方程的具体方法如下：
[0014] 假设局部放电点信号从局部放电点传输到天线阵列中第i个检测天线的时间为 ti,i= 1，2, 3,…，n;n等于天线阵列中检测天线的个数；
[0015] 设第i个检测天线的三维坐标为O^ypZi)，局部放电点的三维坐标为 (xs，ys，zs)，第1个检测天线接收到放电信号的时间和第i个检测天线接收到放电信号的时 间差为tn，由空间几何分析，可得局部放电点位置方程
[0016] ct12=d「d2
[0017] ct13=d (1)
[0018]
[0019] ct14=d「d4
[0020]
[0021] 式中，di为局部放电点到第i个检测天线的距离，
【主权项】
1. 基于天线阵列的局放检测装置的多局放点定位方法，其特征在于，根据所述天线阵 列中各检测天线接收到的局部放电信号的时间差，建立关于局部放电点的位置方程，求解 局部放电点的方向角； 主控制计算机根据输入的方向角，控制各检测天线的云台旋转，直至各检测天线在同 一时刻接收到局部放电信号； 主控计算机控制摄像机拍摄，从而获得局部放电点的图像，实现局部放电点定位。
2. 根据权利要求1所述的基于天线阵列的局放检测装置的多局放点定位方法，其特征 在于，具体包括如下步骤： 步骤201 :信号采集：天线阵列检测接收局部放电信号产生的电磁波信号，信号采集系 统对天线阵列中各检测天线进行同步信号采集； 步骤202 :信号处理：数据处理系统经小波阈值法对信号进行降噪，并将处理后的信号 进行有序存储； 步骤203 :局部放电点定位：利用二次插值法计算出信号波形过零点的时刻，计算电磁 波信号到达天线阵列中各检测天线的时间差，建立关于局部放电点的位置方程，求局部放 电点到各检测天线的距离，确定局部放电点的方向角； 步骤204 :输出控制：主控计算机根据输入的方向角，控制各检测天线的云台旋转，直 至各检测天线在同一时刻接收到局部放电信号； 步骤205 :局部放电点图像拍摄：主控计算机控制摄像机拍摄，从而获得局部放电点的 图像，实现局部放电点定位。
3. 根据权利要求2所述的基于天线阵列的局放检测装置的多局放点定位方法，其特征 在于，建立的局部放电点位置方程的具体方法如下： 假设局部放电点信号从局部放电点传输到天线阵列中第i个检测天线的时间为h，i=1，2,3...，n;n等于天线阵列中检测天线的个数； 设第i个检测天线的三维坐标为（Xpyyzj,局部放电点的三维坐标为（xs,ys,zs),第 1个检测天线接收到放电信号的时间和第i个检测天线接收到放电信号的时间差为，由 空间几何分析，可得局部放电点位置方程 ct12 -d ct13=d「d3 (1) ct14=d厂d4 ctn=d「屯 式中，屯为局部放电点到第i个检测天线的距离，
c为电磁波传播速度，c= 3. 0X108m/s;任意 3个方程联立即可确定局部放电点的位置。
4. 根据权利要求2所述的基于天线阵列的局放检测装置的多局放点定位方法，其特征 在于，信号采集系统的采样频率为l〇GS/S。
5. 基于天线阵列的局放检测装置的多局放点分辨方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤501 :采用正则相关技术估计局部放电源的个数： 假设k个独立的窄带信号源从不同方向入射到两个空间分离的阵列，每个阵列分别有 P个和q个阵元，则阵列接收的数据为X(n)=AxSx+Nx (3) Y(m) =AySy+Ny (4) 式中X(n)、Y(m)为各阵列接收信号向量；AX、AY为两阵列各自的阵列流型；假设Z(n)=[X(n)，Y(n) ]T，则整个阵列的数据协方差矩阵为：
式中L为快拍数；H表示共轭转置；定义矩阵R并对其进行奇异值分解，则有
(6) 式中u、v分别为左右奇异矩阵；r为奇异值组成的对角阵，rzdiagPi，s2，l，sp}， 且奇异值满足如下关系 1 ^ 8 ^ 6L^ 6 〇 (7) 式（7)中的奇异值也称为正则相关因子，正则相关因子在特定的条件下满足Bartlett's近似，定义如下系列
ilwjiji-丄，z,丄，p-丄；疋|=|1±1 反户J 口、jalu以X2分布，利用这些 正则相关因子的特性就可判别局部放电源的个数； 步骤502:采用多重信号分类算法，利用接收数据的协方差矩阵分离出局放信号子空 间和噪声子空间，利用局放信号方向向量与噪声子空间的正交性来构成空间角谱，其谱峰 位置表明了目标信号的方位： 对于等间隔平面阵，窄带远场信号方向估计的数学模型为
(9) 八111 A(0,cp) =Kh,a(02,%)丄少』为阵列的方向矩阵或阵列流型，其中
7入射信号的方向向量，TkiS0 ^的函数； S(t)为入射信号向量；X(t)为接收信号向量；N(t)为阵列噪声向量； 阵列数据X(t)的协方差矩阵为R=E[XXh] =AE[SSh]Ah+ 〇2I=ARsAh+ 〇2I(10) 式中o2为噪声功率；对R进行特征分解：R=EAEh;其中A=diagUpY21，L，y1m)，Y>YL>yM为降序排列的特征值，E的每一列Ei为对应特征值yi的特征向量；在 目标源数已估计的情况下，可将E分为信号子空间和噪声子空间两部分，且两者相互正交， 信号子空间为Es=[ee2,L，eN]由前N个特征向量组成；噪声子空间EN= [eN+1，eN+2,L， eM]由后M-N个特征向量组成； MUSIC算法通过检验各方向矢量与整个噪声子空间的正交性将空间谱定义为
(11) 式中P(0^)也称为角谱，其N个峰值对应的方位角和俯仰角就是目标的方向估计。
【专利摘要】本发明公开了一种基于天线阵列的局放检测装置的多局放点定位方法，根据各检测天线接收到的局部放电信号的时间差，建立关于局部放电点的位置方程，求解局部放电点的方向角；主控制计算机根据输入的方向角，控制各检测天线的云台旋转，直至各检测天线在同一时刻接收到局部放电信号；控制摄像机拍摄，从而获得局部放电点的图像，实现局部放电点定位。本发明还公开了一种基于天线阵列的局放检测装置的多局放点分辨方法采用正则相关技术估计局部放电源的个数；采用多重信号分类算法，利用接收数据的协方差矩阵分离出局放信号子空间和噪声子空间，利用局放信号方向向量与噪声子空间的正交性来构成空间脚谱，其谱峰位置表明了目标信号的方位。
【IPC分类】G01R31-12
【公开号】CN104614653
【申请号】CN201510066755
【发明人】陈昱同, 王天正, 晋涛, 梁基重, 刘永鑫
【申请人】国家电网公司, 国网山西省电力公司电力科学研究院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月9日