本发明涉及电气技术领域，特别涉及一种电气设备中的局部放电源的定位系统及定位方法。
背景技术：
在本领域，电气设备绝缘在运行电压下会出现局部放电，这些微弱的放电会使绝缘材料受到电晕腐蚀、局部过热、紫外线辐射和氧化作用，产生的累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿，设备损坏。
以变压器为例，变压器的局部放电可引起油纸绝缘的老化，长时间作用下会引起变压器整体绝缘的失效。准确地获取局放源位置对于局放源类型识别和缺陷的危险度评估有着非常重要的作用。当局放产生时，声信号会从局放源的位置向整个变压器空间传播，超声传感器可以通过磁托架固定在变压器外壳上采集信号。由于简单的传感器布置方法和对外界电磁噪声的抗干扰特性，超声法被广泛的应用于变压器的局放检测与定位领域。
目前，现有技术中主要直接采用直达波的路径作为与波达时刻相对应的传播路径，并且多在充满油的空箱体中进行实验，而事实上由于超声传感器多固定安装于箱体外部，由局放产生的声信号必须通过变压器外壳后才可被传感器接受，由于波速的改变和复杂的波形转换，最先到达传感器的信号并不一定是直达波信号，同时，由于变压器由铁芯、绕组等组成，其复杂的结构也会对局放定位结果引入较大误差。
针对上述现有技术中根据局部放电信号的直达波路径确定电气设备中的局部放电源的位置导致定位结果不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电气设备中的局部放电源的定位系统及定位方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电气设备中的局部放电源的定位系统，包括采集设备、处理器、计算设备、测量设备、预设传感器和定位器；采集设备与电气设备相连，以采集电气设备的尺寸信息；处理器与采集设备连接，以根据电气设备的尺寸信息建立电气设备的离散物理模型；若干个预设传感器固定部署在电气设备的壳体上，计算设备和测量设备均与处理器相连接，每个传感器均连接到测量设备；计算设备用于遍历离散物理模型中的每个节点，估算每个节点对应的放电信号，传播到预设传感器位置的最快传播路径的到达时间；测量设备用于测量每个传感器实际检测到放电信号的时间；定位器与计算设备和测量设备相连，以根据估算的到达时间和由预设传感器实际检测的到达时间，确定变压器内局部放电源的位置。
进一步的，定位器包括比较器和选择器，比较器与计算设备、测量设备相连，以比较估算的每个节点对应的放电信号到达预设传感器的到达时间，以及由预设传感器实际检测到的放电信号的到达时间，得到每个节点对应的放电信号的比较结果；选择器，与比较器相连，以根据比较结果，从离散物理模型中的多个节点中，选择出与实际测量的到达时间的差值最小的节点作为电气设备内局部放电源的位置。
进一步的，测量设备包括计时器、信号放大器和激光测距设备，计时器与电气设备外壳上部署的每个传感器相连，用于记录每个传感器检测到放电信号的时间；激光测距设备与计算设备相连，用于测量电气设备外壳上部署的每个传感器的位置，用于计算设备根据测量的每个传感器的位置确定每个节点对应的放电信号的传播路径；信号放大器设置在测量设备与每个传感器之间，用于放大每个传感器检测到的放电信号。
进一步的，该系统还包括输入设备，输入设备与计算设备相连，用于输入放电信号的传播速度；采集设备为摄像头；传感器为超声波传感器；定位器连接有显示器，用于将局部放电源的位置在离散物理模型上显示。
进一步的，一种电气设备中的局部放电源的定位系统的定位方法，基于上述中任意一项的一种电气设备中的局部放电源的定位系统，包括以下步骤：
步骤1，建立电气设备的离散物理模型，并确定搜索区域；
步骤2，从搜索区域中选择一个节点作为计算节点，确定计算节点在传感器平面的投影节点与预设传感器之间的直线路径；
步骤3，在直线路径上选择一点作为入射点，确定计算节点对应的放电信号入射到该入射点的入射角；
步骤4，判断入射角所在的角度范围，如果入射角在第一角度范围内，则以纵波速度计算外壳中放电信号传播时间；如果入射角在第二角度范围内，则以横波速度计算外壳中放电信号传播时间；其中，第二角度范围大于第一角度范围；
步骤5，选择最短传播时间的入射点；以不同的入射点进入外壳，会有不同传播路径，以及不同的传播速度，在确定通过每个入射点的传播路径以及相应的传播时间后，选择最短传播时间的点作为该计算节点的入射点；
步骤6，判断是否遍历完整个直线路径；循环执行上述步骤3至步骤5，指导遍历直线路径上的每个点；
步骤7，判断是否遍历完整个搜索区域；循环执行上述步骤2至步骤6，直到遍历完整个搜索区域中每个节点，得到每个节点传播到预设传感器的最快传播路径；
步骤8，选择搜索区域内与测量时差最接近的节点作为局部放电源的位置。
进一步的，步骤1中，离散物理模型是由具有相同间距的多个节点所构成的模型，多个节点中的每个节点表征电气设备中一个局部放电源的潜在位置；遍历多个节点中的每个节点，确定每个节点对应的放电信号，传播到预设传感器位置的最快传播路径；最快传播路径是指传播放电信号最快的路径；根据每个节点对应的放电信号到达预设传感器的最快传播路径，估算每个节点对应的放电信号的到达时间；根据估算的到达时间和由预设传感器实际检测的到达时间，确定电气设备中的局部放电源的位置。
进一步的，步骤3中，在离散物理模型上，确定多个节点中的每个节点对应的放电信号在传播到预设传感器时，入射到离散物理模型表面时的至少一个入射点的位置，包括：
选择离散物理模型上多个节点中的一个节点作为计算节点；
确定计算节点在预设传感器所处平面上的投影节点，并确定投影节点到预设传感器的直线路径；
将直线路径离散为间隔相同距离的多个点，其中，入射点的位置为直线路径上多个点中的任意一个点，直线路径上的每个入射点的位置对应一个入射角。
进一步的，步骤5中，计算每个节点对应的放电信号，通过每个入射点的位置对应的传播路径进行传播时，使用的传播时间，并将传播时间最短的传播路径确定为最快传播路径，包括：
确定计算节点对应的放电信号，入射到每个入射点的位置时对应的传播路径，其中，传播路径包括：计算节点对应的放电信号入射到离散物理模型表面前的第一传播路径和入射到离散物理模型表面后的第二传播路径；其中，第一传播路径为计算节点到入射点的位置的直线距离，第二传播路径为入射点的位置到预设传感器的直线距离；
获取放电信号在第一传播路径上的第一传播速度，以及在第二传播路径上的第二传播速度；
遍历直线路径上的每个入射点的位置，根据第一传播路径、第一传播速度、第二传播路径和第二传播速度，计算得到计算节点对应的放电信号通过直线路径上每个入射点的位置传播时的传播时间；
将传播时间最短的入射点的位置对应的传播路径确定为计算节点对应的最快传播路径。
进一步的，步骤5中，遍历直线路径上的每个入射点的位置，根据第一传播路径、第一传播速度、第二传播路径和第二传播速度，计算得到计算节点对应的放电信号通过直线路径上每个入射点的位置传播时的传播时间，包括：
通过如下公式，根据第一传播速度和第一传播路径，计算得到第一传播时间，其中，第一传播时间为计算节点对应的放电信号在第一传播路径上的传播时间：
其中，Vel(im，jm，km)为放电信号在入射到电气设备外壳前在节点(im，jm，km)处的传播速度，l为第一传播路径上节点的数量，dl为离散物理模型上节点之间的间距，m为正整数；
通过如下公式，根据第二传播速度和第二传播路径，计算得到第二传播时间，其中，第二传播时间为计算节点对应的放电信号在第二传播路径上的传播时间：
其中，Veloil为放电信号在入射到电气设备外壳中时的传播速度，l为第二传播路径上节点的数量，(i1，j1，k1)为第二传播路径上入射点的位置的坐标，(iinc，jinc，kinc)为预设传感器所在位置的坐标，dl为离散物理模型上节点之间的间距；
将第一传播时间与第二传播时间之和，作为计算节点对应的放电信号通过直线路径上每个入射点的位置传播时的传播时间。
进一步的，步骤8中，根据估算的到达时间和由预设传感器实际检测的到达时间，确定电气设备中的局部放电源的位置，包括：
根据每个节点对应的放电信号到达多个预设传感器的到达时间，计算每个节点对应的放电信号到达多个预设传感器的预计到达时间差；根据多个预设传感器实际检测到的每个节点对应的放电信号的实际到达时间，计算每个节点对应的放电信号到达多个预设传感器的实际到达时间差；计算每个节点对应的预计到达时间差与实际到达时间差的差值；将差值最小的节点对应的位置确定为电气设备上局部放电源的位置。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明通过建立电气设备的离散物理模型，提供了一种优化传播路径搜索方法，使得离散物理模型上的任意一个节点代表一个潜在局放点，构造每个潜在局放点经由电气设备外壳时的多条传播路径，并从多条传播路径中选择出最快到达传感器的传播路径，从而实现局部放电源的精确定位。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的一种变压器示意图；
图2是根据本发明实施例提供的一种确定变压器模型上节点处的放电信号以最快传播路径到达传感器的方法示意图；
图3是根据本发明实施例的一种无障碍局部放电源从信号源到各个传感器的最快传播路径示意图；
图4是根据本发明实施例的一种有障碍局部放电源从信号源到各个传感器的最快传播路径示意图；
图5是根据本发明实施例的一种电气设备中的局部放电源的定位方法流程图。
其中：变压器1、采集设备6、处理器7、计算设备8、测量设备9、定位器10和显示器11、铁芯1-1、绕组1-2、外壳1-3、第一超声传感器2-1、第二超声传感器2-2、第三超声传感器2-3、第四超声传感器2-4。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1-图5，本发明实施例提供的电气设备中的局部放电源(即电气设备上发生放电信号的位置点)的定位方案，可以应用于任意一种需要进行局部放电检测的设备，包括但不限于高压开关柜、变压器等设备。由于这些电气设备在运行电压下会出现局部放电，而局部放电会导致电气设备上绝缘材料的击穿，引起绝缘故障。因而，对高压电气设备内部局放进行检测和定位，可以提高设备运行的可靠性。
电气设备上局部放电主要以电磁波和声波的形式释放能量，因而，一般可以采用电磁波传感器(例如，特高频UHF传感器)或超声波传感器对局部放电信号进行检测。
通常，用于进行局部放电检测的传感器一般部署于电气设备外壳的表面。因而，局部放电信号一般是经由外壳才能被传感器检测到。
采用四个传感器即可定位电气设备中的局部放电源的位置。本申请保护的范围不限于四个，可选地，可以采用四个以上数量的传感器(采用的传感器数量越多，计算复杂度越高)，来进行局部放电源的定位，此处不作限定。现有技术中，根据局部放电信号(即电气设备局部放电源的放电信号)传播到四个传感器的到达时间差来进行局部放电源的定位。
例如，假设某一个电气设备的外壳表面部署了四个传感器，分别为传感器A、传感器B、传感器C和传感器D。另外，假设该电气设备中存在一个局放点(即局部放电源所在的位置)X，则每个传感器可以检测局放点X的放电信号的到达各自位置的到达时间，假设TA、TB、TC、TD分别代表局放点X到达传感器A、传感器B、传感器C和传感器D的时间。
进一步地，分别计算局放点X分别到达传感器A、传感器B的时间差TAB；局放点X分别到达传感器A、传感器C的时间差TAC；局放点X分别到达传感器A、传感器D的时间差为TAD；最后根据这三个时间差来确定局放点X的位置，即局放点X的位置坐标为(TAB，TAC，TAD)。
需要说明的是，现有技术中，将放电信号从局放点传播到传感器的直达波的路径作为与波达时刻相对应的传播路径，但如上文，传感器一般固定在电气设备外壳表面，局部放电源的放电信号经过变压器外壳之后才能被传感器检测到，由于放电信号在变压器外壳发生折射的原因，使得放电信号的波形复杂、波速发生改变，从而导致最先到达传感器的信号不一定是直达波的信号，另外，电气设备内部的复杂结构(例如，变压器内部的铁芯、绕组等)均会使得局放定位结果不准确。
下面，本申请以变压器为例来进行说明。图1是根据发明实施例提供的一种变压器示意图，该变压器1包括可以包括：铁芯1-1、绕组1-2和外壳1-3。其中，铁芯是变压器的磁路部分，由铁芯柱(柱上套装绕组)、铁轭(不套绕组，只起磁路作用的部分，连接铁芯以形成闭合磁路)组成；绕组是变压器的电路部分，采用铜线或铝线绕制而成，原、副绕组同心套在铁芯柱上；变压器外壳主要用于运行变压器现场的安全防护。
在对变压器的局放点(即局部放电源所在位置)进行检测时，作为一种可选的实施方式，可以采用超声波传感器来对变压器上的局部放电源进行定位和检测。
如图1所示，该变压器1中存在两个局部放电源，图标3-1所示为第一局部放电源，图标3-2所示为第二局部放电源。其中，第一局部放电源位于变压器油中，周围并无障碍物，假设其坐标为(26，51，57)；第二局部放电源位于高压绕组1-2中，周围有障碍物，放电信号(超声信号)穿过高压绕组才可传播到变压器外壳上的传感器，假设其坐标为(75，50，138)。
为了定位变压器上的局部放电源(例如，图1中所示的3-1和3-2)所在的位置，可以在变压器外壳上部署多个传感器(一般情况下，如果定位局部放电源的三维空间坐标，则需要至少四个传感器)，本申请各个实施例以四个传感器为例来进行说明，假设在变压器部署的四个传感器分别为第一超声传感器2-1、第二超声传感器2-2、第三超声传感器2-3和第四超声传感器2-4。表1为变压器上部署的超声传感器的坐标列表。
表1变压器上部署的超声传感器的坐标
考虑到电气设备中的局部放电源的放电信号在传播到检测传感器(例如，超声传感器)的过程中，会经过电气设备的外壳从而发生波形转换、波速的变化，使得最先到达传感器的信号不一定是直达波信号，由此，需要考虑变压器外壳，以及放电信号的非直达传播路径，进而从多个直达波信号和非直达波信号中选择出最快到达传感器的放电信号。
为了获取电气设备中局部放电信号到达每个传感器的直达波传播路径和非直达波传播路径，本发明实施例提供了一种基于优化传播路径搜索方法的局部放电源定位方案。
具体地，以变压器为例，可以根据变压器的实际尺寸，建立一个包含铁芯(铁芯柱和铁轭)、绕组和外壳的变压器模型。容易注意的是，建立一个与变压器实际结构完全相对应的离散物理模型是不现实的，必要的简化可以减少定位方法的难度和复杂度。本申请建立的变压器模型被离散化成等距的节点，节点之间的距离可以设为dl。实际应用中，可以根据变压器具体的尺寸进行调节。该变压器模型中任一节点可通过一新的笛卡尔坐标系(i，j，k)表示，节点的实际坐标系为：x＝i×dl，y＝j×dl和z＝k×dl。其中，i，j，k的值必须为正整数。
在变压器模型中，任一节点可被视作一潜在的局放点(即局部放电源所在的位置)，同时根据节点所在的位置赋予其两个参量，传播参数和速度参数。其中，传播参数可表明节点是否位于变压器油中，当传播参数等于1时，说明放电信号(例如，超声波)传播到该节点位置时，以节点(例如，图1中所示的第一局部放电源3-1)所处介质(此处为变压器油)中的传播速度传播，当传播参数等于0时，则说明该节点位于金属结构内(例如，图1中所示的第二局部放电源3-2)。其中，速度参数指的是放电信号(即超声波)在该节点位置处所对应的传播速度。
此处，需要说明的是，建立变压器离散物理模型的目的是为了寻找到与波达时刻相对应的声信号传播的最快路径。事实上由于复杂的传播过程，最短路径(直达波路径)并不一定是最快路径，但最短路径方法可帮助寻找到最快路径。
使用最短路径搜索方法可以确定出一条经由投影节点(即离散物理模型中的任意一个节点在传感器所处平面上的投影点)到超声传感器的直线路径。
图2是根据本发明实施例提供的一种确定变压器模型上节点处的放电信号以最快传播路径到达传感器的方法示意图，如图2所示，图标1-1所示为变压器1的外壳，图标2所示为部署于变压器外壳1-1上的传感器(例如，图3中的第一超声传感器2-1、第二超声传感器2-2、第三超声传感器2-3和第四超声传感器2-4中的任意一个)，图标3所示为潜在局放点(即局部放电源的潜在位置，可以是离散物理模型中的任意一个节点)，选择离散物理模型上任意一节点(即潜在局放点，局部放电源3所在的位置)作为计算节点，局部放电源3在传感器(例如，超声波传感器)平面上的投影节点4与传感器2的直线路径被离散化为等距离的多个点，每个点均可以是局部放电源经过变压器外壳时的入射点的位置，例如，图标5-1、5-2和5-3中所示的一共12个入射点的位置。
如图2所示，由于投影节点4到传感器2的直线路径上的任一点均可以被视作为一条非直达波的斜入射点，因此该路径上的每一个点(即入射点的位置)都对应一条传播路径，在每个计算节点处的放电信号到达预设传感器的预计到达时间的时候，可以由投影节点到超声传感器的位置逐一对每个入射点的位置对应的传播路径对应的传播时间进行计算，即遍历投影节点到传感器的直线路径上每个点，得到计算节点(可以是离散物理模型上任意一个节点)处的放电信号传播到预设传感器的多条传播路径，以便从多条传播路径中确定出最快到达的传感器的传播路径(即最快传播路径)。
另外，进一步需要说明的是，现有技术中，通常使用简单的迭代方法或基础的智能优化方法来求解TDOA方程组(TDOA为到达时间差，是一种利用时间差进行定位的方法，即放电信号到达不同传感器的时间差，利用时间差而不是绝对时间，可以降低时间同步要求)，以定位电气设备中的局部放电源的位置。虽然这些方法的精确度较低，但是其定位结果可以帮助确定一个初始搜索区域。该初始搜索区域的大小可根据变压器尺寸进行调整。由此，根据本发明实施例提供的优化传播路径方法便可在该初始搜索区域内，结合传感器的实测时差和该初始搜索区域内每个节点对应的最快传播路径，从离散物理模型中所有节点中选择出最优的局放源位置。
因而，作为一种可选的实施方式，本申请可以先通过现有的定位局部放电源的方法初步确定一个搜索区域，以便只需要进一步确定电气设备的离散物理模型上与该搜索区域对应的区域范围内的节点即可，大大减少了计算步骤。
如图2所示，对于离散物理模型中的任意一个节点，或者离散物理模型中根据现有定位方法初步确定的局部放电源位置区域(初步搜索区域)中的任意一个节点，每个节点对应的放电信号传播到传感器的传播路径被分为两个部分：第一传播路径和第二传播路径，其中，第一传播路径为计算节点到入射点的位置的直线距离，第二传播路径为入射点的位置到预设传感器(即用于定位局部放电源的四个传感器中的任意一个)的直线距离。
对于任一入射点的位置，传播路径的第一部分(放电信号入射到外壳前的传播路径，局部放电源位于变压器油中)，即第一传播路径的传播时间可以视为相邻节点间传播时间的总和。具体地，可以通过公式(1)进行计算放电信号在第一传播路径上的传播时间。
容易注意的是，每一个间隔所使用的波速均可以根据节点所在的位置而变化。
其中，Vel(im，jm，km)为放电信号在入射到电气设备外壳前在节点(im，jm，km)处的传播速度(即第一传播速度)，l为第一传播路径上节点的数量，dl为离散物理模型上节点之间的间距，m为正整数。
可选地，当对于传播路径的第二部分(放电信号入射到外壳中的传播路径)，即斜入射点到传感器的第二传播路径，其传播时间可以由斜入射点坐标与传感器所在位置坐标来确定，具体地，可以通过公式(2)进行计算放电信号在第二传播路径上的传播时间。
其中，Veloil为放电信号在入射到电气设备外壳中时的传播速度，l为第二传播路径上节点的数量，(i1，j1，k1)为第二传播路径上入射点的位置的坐标，(iinc，jinc，kinc)为预设传感器所在位置的坐标，dl为离散物理模型上节点之间的间距。
容易注意的是，当第一传播路径上没有障碍物的情况下，例如，图1中所示的第一局部放电源，采用公式(1)计算传播时间会引入离散误差，为了避免将没有障碍物的第一传播路径离散化，传播时间的计算方法可以通过公式(2)来计算。
在计算得到第一传播时间和第二传播时间后，可以根据第一传播时间与第二传播时间之和作为计算节点对应的放电信号通过直线路径上每个入射点的位置传播时的传播时间。
另外，需要进一步注意的是，由于局部放电信号在第一传播路径上的第一传播速度为局部放电点所处介质中的传播速度(例如，变压器内部局部放电点在变压器油中的传播速度)，因而，第一传播速度与介质有关，即采用放电信号在相应介质中的传播速度即可。
而放电信号在第二传播路径(即电气设备外壳中传播)中的传播速度于放电信号入射到外壳的入射角有关，有可能采用纵波速度，也有可能采用横波速度。因而，如何选择准确的传播速度需要较为复杂的计算。其中，斜入射角为传感器平面法向量与从起始节点到入射点的位置的向量之间的夹角。
由此，作为一种可选的实施方式，可以根据入射角所在的角度范围，确定第二传播速度。例如，如果入射角在第一角度范围内，即采用放电信号在电气设备外壳中的横波速度作为放电信号在入射到电气设备外壳中传播时的传播速度；如果入射角在第二角度范围内，即采用放电信号在电气设备外壳中的纵波速度作为放电信号在入射到电气设备外壳中传播时的传播速度。
其中，第一角度范围和第二角度范围可以是根据具体应用场景设置的预设角度范围，第二角度范围大于第一角度范围，可选地，第一角度范围可以是小于14°，第二角度范围可以是14°与26°之间。仍以变压器为例，当入射角小于14°时，箱壁中的声速应使用钢中纵波声速，例如，图2中图标5-1所示的4个入射点的位置采用纵波声速；当斜入射角位于14°与26°之间时，此时的声速应该选择为钢中横波的声速，例如，图2中图标5-2所示的4个入射点的位置采用纵波声速；当入射角进一步增大至超过26°时，即图2中图标5-3所示的4个入射点的位置，超声传感器将不会接收到任何来自于直达波的信号，直接跳出循环。当这种情况出现或者所有的入射点的位置都遍历过之后，结束当前循环并通过选择传播时间最短的路径作为最快路径。
对于离散物理模型中的任意一个节点，或者离散物理模型中根据现有定位方法初步确定的初步搜索区域中的任意一个节点，以不同的入射点进入外壳，会有不同传播路径，通过遍历并计算所有入射点对应的传播路径的传播时间，可以得到最快到达传感器的传播路径，即最快传播路径。通过遍历每个节点，则可以得到每个节点到达预设传感器(电气设备上部署的多个传感器中的任意一个)的最快传播路径。
在计算得到每个节点与不同传感器间的最快传播路径，以及对应的传播时间后，可以计算每个节点到各个传感器间的预计到达时间差，以便通过时差定位技术来定位电气设备中的局部放电源的位置(时差定位技术是利用局部放电产生的超声波信号传播到不同位置的传感器所需时间的差别来定位的技术)。
在确定每个节点(即潜在局放点)到达各个传感器件的时差后，均可以通过上述方法求得节点到各个传感器间的时差，为了从搜索区域中选择出最优节点，具体地，通过式(3)比较各个节点的估计时差与实测时差的差值，最后差值最小的节点对应的位置确定为电气设备中的局部放电源的位置。
其中，Ni表示第i个潜在局放节点，ΔTm12为传感器1(例如，第一超声传感器2-1)与传感器2(例如，第二超声传感器2-2)所检测到的信号到达时间差的实测值。ΔTNi12为通过上述优化传播路径搜索方法求出的第一传感器与第二传感器间的估计到达时间差。当节点Ni靠近局放源时，ΔTNi的值会逐渐趋近于ΔTm，评价函数F(Ni)的值也会相应减少。当搜索区域内所有的节点都被遍历过后，可选择具有F(Ni)最小值的节点位置作为最优局放源位置。
作为一种优选的实施方式，以图1所示的变压器为例，图3是根据本发明实施例提供的一种无障碍局部放电源(例如，图1中图标3-1所示的局部放电源)从信号源到各个传感器的最快传播路径示意图，图4是根据本发明实施例提供的一种有障碍局部放电源(例如，图1中图标3-2所示的局部放电源)从信号源到各个传感器的最快传播路径示意图。其中，表2为使用本发明定位方法的定位结果。
表2优化传播路径方法定位结果
根据本发明实施例，还提供了一种电气设备中的局部放电源的定位方法。该方法可以应用于任意一种局部放电信号检测的测试设备(例如，图1中图标6所示的测试设备，该测试设备6包括：计算设备6-1和多个测量设备6-2，用于精确定位待测试的电气设备(例如，图1中图标1所示的变压器)中的局部放电源所在的位置。其中，计算设备可以包括：处理器、输入设备、显示器、信号放大器和计时器等。其中，输入设备用于输入或采集如下配置参数中的一种或多种：电气设备的尺寸信息、放电信号在电气设备外壳中传播的横波速度和纵波速度；信号放大器连接于处理器与每个传感器之间，用于放大每个传感器检测到的放电信号；计时器，分别与多个传感器和处理器连接，用于记录离散物理模型上每个节点对应的放电信号到达每个传感器的时间。
图5是根据本发明实施例的一种电气设备中的局部放电源的定位方法流程图，如图5所示，该方法包括如下步骤：
步骤S501，建立电气设备的离散物理模型，并确定搜索区域。
具体地，在检测电气设备(例如，变压器)中的局部放电信号的时候，可以在待测试的电气设备1的外壳1-1上多个固定位置部署检测传感器(例如，超声波传感器)，以检测电气设备1上的放电信号，例如，图1中示出了四个传感器，分别如图标2-1、2-2、2-3和2-4所示。测试设备6可以根据电气设备的实际尺寸信息建立由具有相同间距的多个节点所构成的离散物理模型，需要说明的是，该离散物理模型上多个节点中的每个节点可以表征电气设备中一个局部放电源的潜在位置。另外，上述搜索区域可以是离散物理模型的整个区域。为了提高计算效率，上述搜索区域也可以是根据现有的局部放电定位方法，确定一个初步的搜索区域，此处不再赘述。
需要说明的是，在实际应用中，测试人员可以通过计算设备的输入设备(例如，键盘、触摸屏等)将电气设备的尺寸信息输入到计算设备中，计算设备可以通过各种采集设备自动采集电气设备的尺寸信息。
当计算设备通过输入设备或采集设备获取到电气设备的尺寸信息后，可以通过计算设备的处理器建立电气设备的离散物理模型，并通过计算设备的显示器显示该电气设备的离散物理模型，以便在该离散物理模型上显示计算设备定位到的局部放电源的位置。
步骤S502，从搜索区域中选择一个节点作为计算节点，确定计算节点在传感器平面的投影节点与预设传感器之间的直线路径。
具体地，在离散物理模型上确定搜索区域后，可以在该搜索区域中确定一个节点作为计算节点，以根据最短路径方法该计算节点处的放电信号到达预设传感器的最快传播路径。具体地，在离散物理模型中，确定该计算节点在传感器平面的投影节点，以及该投影节点与某个预设传感器之间的直线路径，需要说明的是，该直线路径上的每个点都可能是该计算节点入射到的电气设备外壳时的入射点。作为一种可选的实施方式，可以如图2所示，将直线路径离散为等距离的多个点，以便计算每个点作为入射点时的传播时间，进而找出最短传播时间的入射点，该入射点对应的传播路径即为该计算节点的最快传播路径。
步骤S503，在直线路径上选择一点作为入射点，确定计算节点对应的放电信号入射到该入射点的入射角。
由于放电信号入射到外壳时入射角的不同，在外壳中传播时的传播速度也不同，因而，为了直线路径上每个入射点对应的才外壳中传播的传播速度，可以通过步骤S503，确定计算节点通过直线路径上每个入射点入射到外壳时的入射角。
步骤S504，判断入射角所在的角度范围。
具体地，如果入射角在第一角度范围内，则执行步骤S505；如果入射角在第二角度范围内，则执行步骤S506。其中，第二角度范围大于第一角度范围。如果入射角超过第二角度范围，则传感器将不会接收到任何来自于直达波的信号，直接跳出循环。
步骤S505，以纵波速度计算外壳中放电信号传播时间。
具体地，如果计算节点处的放电信号入射到电气设备外壳的入射角比较小，即入射角在第一角度范围内，则采用声波在外壳中的纵波速度来计算相应的传播时间。
步骤S506，以纵波速度计算外壳中放电信号传播时间。
具体地，如果计算节点处的放电信号入射到电气设备外壳的入射角较大，但没有超过一定范围，即入射角在第二角度范围内，则采用声波在外壳中的纵波速度来计算相应的传播时间。
步骤S507，选择最短传播时间的入射点。
具体地，以不同的入射点进入外壳，会有不同传播路径，以及不同的传播速度，在确定通过每个入射点的传播路径以及相应的传播时间后，选择最短传播时间的点作为该计算节点的入射点。
步骤S508，判断是否遍历完整个直线路径。
循环执行上述步骤S503至S507公开的方案，指导遍历直线路径上的每个点。
步骤S509，判断是否遍历完整个搜索区域。
循环执行上述步骤S502至S508公开的方案，直到遍历完整个搜索区域中每个节点，得到每个节点传播到预设传感器的最快传播路径。
步骤S510，选择搜索区域内与测量时差最接近的节点作为局部放电源的位置。
在确定搜索区域内每个节点对应的放电信号传播到预设传感器的最快传播路径后，可以估算每个节点对应的放电信号到达各个预设传感器的到达时间差，并结合各个预设传感器实际检测到的到达时间差，将各个节点中，与实际测量时差最接近的节点作为局部放电源的位置，从而实现了根据最快到达时间差确定局部放电源位置的目的，提高了局部放电源位置的定位精度。
通过上述实施例提供的方案，根据实际变压器尺寸建立变压器模型(该模型中任意一个节点代表一个局放源的潜在位置)，在该模型基础上，本申请提出了最短路径搜索方法来寻找两节点间的最短路径。由于声信号复杂的传播过程，最短路径并不一定是声波传播的最快路径，而最快路径才是根据时差进行局放定位的关键。因此，本申请提出了优化传播路径搜索方法，该方法可还原声波的传播过程并计算出从潜在局放点到传感器位置间的最短路径，进而实现局放源的精确定位。
根据本发明实施例，还提供了一种用于实现上述电气设备中的局部放电源的定位方法的装置实施例，该装置包括：建立单元、第一确定单元、估算单元和第二确定单元。
其中，建立单元，用于建立电气设备的离散物理模型，其中，离散物理模型是由具有相同间距的多个节点所构成的模型，多个节点中的每个节点表征电气设备中一个局部放电源的潜在位置；
第一确定单元，用于遍历多个节点中的每个节点，确定每个节点对应的放电信号，传播到预设传感器位置的最快传播路径；其中，预设传感器为部署于电气设备外壳表面上固定位置的传感器，且电气设备外壳上的固定位置有多个，一个固定位置上有一个传感器；
估算单元，用于根据每个节点对应的放电信号到达预设传感器的最快传播路径，估算每个节点对应的放电信号的到达时间；
第二确定单元，用于根据估算的到达时间和由预设传感器实际检测的到达时间，确定电气设备中的局部放电源的位置。
通过本申请上述装置实施例公开的方案，达到了考虑局部放电信号在通过电气设备外壳传播时的最快传播路径来确定局部放电源位置的目的，从而实现了精确定位电气设备中的局部放电源的位置的技术效果，进而解决了现有技术中根据局部放电信号的直达波路径确定电气设备中的局部放电源的位置导致定位结果不准确的技术问题。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能
一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。