1.本发明涉及局部放电测量技术领域，特别涉及一种开关柜局部放电声光联合定位系统及方法。
背景技术：2.局部放电(partial discharge,pd)是电气设备内部发生绝缘缺陷时在局部范围内产生的一种放电现象，如何对局部放电信号实现准确、可靠的故障定位是电力设备状态监测领域的关键问题之一。与其他气体绝缘设备相比，开关柜突出的特点是空间狭小、零件繁多、结构复杂。在复杂多变的运行环境中，开关柜的内部容易出现绝缘缺陷。在当前应用中，对开关柜缺陷的定位系统大多只采用单一检测法，仅是对单一放电特征进行分析计算，定位方法也比较单一，误差较大。
技术实现要素：3.本发明的目的是提出一种开关柜局部放电声光联合定位系统及方法，解决了现有技术中对于局部放电联合监测定位研究的缺乏，为开关柜局部放电故障点的定位提供理论支撑。
4.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
5.一种开关柜局部放电声光联合定位系统，包括开关柜箱体，其中，至少在开关柜箱体的三个端面板中间位置分别设置有一组传感器，分别是超声波传感器和荧光光纤传感器，荧光光纤传感器和超声波传感器位于端面板同一位置的内侧面和外侧面，其中：超声波传感器位于端面板的外侧面，荧光光纤传感器位于端面板的内侧面，在箱体三个端面板上设置的超声波传感器组成了超声波传感器阵列，在箱体三个端面板上设置的荧光光纤传感器组成了荧光光纤传感器阵列，超声波传感器的输出和荧光光纤传感器的输出分别经声/光电转换单元连接定位处理服务器。
6.方案进一步是：所述荧光光纤传感器和超声波传感器被安装在法兰上，法兰固定在开关柜箱体的三个端面板中间位置。
7.方案进一步是：所述荧光光纤传感器同心盘绕与超声波传感器分别通过粘贴方式固定在法兰内侧面和外侧面。
8.方案进一步是：所述开关柜箱体的三个端面板分别是开关柜箱体的前端面板、上端面板和一侧端面板。
9.一种开关柜局部放电声光联合定位方法，是基于所述开关柜局部放电声光联合定位系统的定位方法；首先，通过对箱体的测量确定三个端面板上的超声波传感器和荧光光纤传感器在箱体几何坐标的位置，当局部放电发生时，通过超声波传感器和荧光光纤传感器连续接收到声光放电信号定位放电信号源pd在开关柜中的发生坐标位置，所述定位方法包括：
10.第一步：从三个端面板上的超声波传感器和荧光光纤传感器连续接收到声光放电
信号中获取同一时刻的三组超声信号和荧光信号；
11.第二步：根据空间谱估计分别对这一时刻的三个超声波传感器的超声信号的波方向估计，分别获取三个超声波传感器对应放电信号源pd的方位角θt和俯仰角根据荧光信号放电强度随距离变化关系分别确定放电信号源pd到三个荧光光纤传感器的距离；
12.第三步：将从超声信号获取的三个方位角θt和俯仰角以及和荧光信号确定的三个距离计算出三组样本的放电信号源pd位置初值点坐标，分别记为p1(x1,y1,z1)、p2(x2,y2,z2)、p3(x3,y3,z3)；
13.第四步：从连续接收到声光放电信号中获取n个同一时刻的三组超声信号和荧光信号，重复第二步和第三步得到n个样本的放电信号源pd位置初值点坐标pm(xm,ym,zm)，其中：m＝1,2,
…
,n表示为样本初值个数；
14.第五步：由于误差的存在，所述pd位置初值点坐标环绕在pd位置实际坐标点的周围，因此，根据空间解析几何计算构建在每个放电信号源pd位置初值点坐标下的各样本初值点坐标和三组传感器位置距离平方和函数，
[0015][0016]
其中：m＝1,2,
…
,n表示为样本初值个数；i＝1,2,3表示为传感器组数；di2表示为pd位置实际坐标是第m个样本初值与第i组传感器确定的距离平方和函数；
[0017]
第六步：应对不同时刻采集的n个信号建立寻优求平方和函数：
[0018][0019]
采用蚁群算法，通过寻优估计出最小的及其对应的坐标参数，即为pd位置实际坐标p(x,y,z)。
[0020]
方案进一步是：所述寻优过程包括：
[0021]
步骤一，将n个样本的放电信号源pd位置初值点坐标进行归一化处理后作为样本输入寻优求平方和函数；
[0022]
步骤二，设置初始迭代次数和精度；
[0023]
步骤三，为作为样本初值个数的第m只蚂蚁确定道路和移动概率；
[0024]
步骤四，根据是否完成路径，若完成路径后选择最佳路径，若未完成，回到步骤三；
[0025]
步骤五，未达到最大迭代次数，更新信息素，重新放置m组蚂蚁；当达到最大迭代次数，结束运算，输出全局最优解，将其视为所求pd位置实际坐标位置。
[0026]
本发明的有益效果是：本发明采用声光联合定位，结构简单，易于操作，提高了对开关柜内部局部放电定位的精准度，有助于问题的发现，对实现开关柜的稳定运行提供了保证。
[0027]
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
[0028]
图1为本发明系统结构示意图；
[0029]
图2是两种传感器固定在法兰上的结构示意图；
[0030]
图3是超声波传感器和荧光光纤传感器固定在法兰外侧的结构示意图；
[0031]
图4是荧光光纤传感器固定在法兰内侧的结构示意图；
[0032]
图5是本发明系统电路连接框图示意图；
[0033]
图6是发明分析空间谱获取俯仰角和方位角图。
具体实施方式
[0034]
实施例1：
[0035]
一种开关柜局部放电声光联合定位系统，如图1至图5所示，所述系统包括开关柜箱体1，至少在开关柜箱体1的三个端面板中间位置分别设置有一组传感器，如图1所示，在开关柜箱体1的前面板101、顶面板102和一侧的侧面板103中间位置各设置有一组传感器，所述中间位置可以是正中间，也可以是偏离正中间的位置，例如，在前面板的一扇门上，视开关在箱体中的位置而定。一组传感器分别是超声波传感器2和荧光光纤传感器3，荧光光纤传感器3和超声波传感器2位于端面板同一位置的内侧面和外侧面，为了安装方便，在三个端面板中间位置分别设置法兰盘4，法兰盘4扣在端面板设置的通孔104，所述荧光光纤传感器和超声波传感器被安装在法兰上，法兰固定在开关柜箱体的三个端面板中间位置。
[0036]
如图2和图3、图4所示：超声波传感器2采用粘贴或螺丝固定的方式固定在法兰盘4的外侧面401，所述荧光光纤传感器3同心盘绕通过粘贴方式固定在法兰盘4内侧面402。在箱体三个端面板上设置的超声波传感器组成了超声波传感器阵列，在箱体三个端面板上设置的荧光光纤传感器组成了荧光光纤传感器阵列，如图5所示，超声波传感器2的输出经声电转换单元5连接定位处理服务器6，和荧光光纤传感器3的输出分别经光电转换单元7连接定位处理服务器6。
[0037]
实施例2：
[0038]
一种开关柜局部放电声光联合定位方法，是基于实施例1所述开关柜局部放电声光联合定位系统的定位方法，是用于提高开关柜局部放电源定位准确性的方法，因此，实施例1中内容应适用于本实施例；首先，通过对箱体的测量确定三个端面板上的超声波传感器和荧光光纤传感器在箱体几何坐标的位置，当局部放电发生时，通过超声波传感器和荧光光纤传感器连续接收到声光放电信号定位放电信号源pd在开关柜中的发生坐标位置，所述定位方法包括：
[0039]
第一步：三个端面板上的超声波传感器和荧光光纤传感器从连续接收到声光放电信号中获取同一时刻的三组超声信号和荧光信号；
[0040]
第二步：根据空间谱估计分别对这一时刻的三个超声波传感器的超声信号的波方向估计，分别获取三个超声波传感器s(x,y,z)对应放电信号源pd的方位角θt(源点p(x,y,z)投影到y、x平面点p’(x,y,z)点与y轴的夹角)和俯仰角根据荧光信号放电强度随距离变化关系分别确定放电信号源pd到三个荧光光纤传感器的距离；
[0041]
其中：
[0042]
根据光信号放电强度随距离变化关系可确定信号到传感器的距离。
[0043]
i(x)＝i0e-αx
[0044]
式中，i(x)是距离x的光强，i0是起始光强，α是吸收系数。
[0045][0046]
式中ω为光的频率，c为光速，标准状况下，n＝2.69
×
10
19
个/cm3，n-1＝2.78
×
104(常数，修正系数)。
[0047]
第三步：将从超声信号获取的三个方位角θt和俯仰角以及和荧光信号确定的三个距离计算出三组样本的放电信号源pd位置初值点坐标，分别记为p1(x1,y1,z1)、p2(x2,y2,z2)、p3(x3,y3,z3)；
[0048]
从理论上而言，定位算法对样本数据计算出的值是相等的，即：样本初值p1点、p2点和p3点应该是重合的，且其坐标应为真实pd源的空间位置。但由于检测系统或噪声等干扰因素的影响，将导致计算出的定位初值p1点、p2点和p3点不重合，且与真实pd源位置存在一定的误差。为减小误差，进行下步操作：
[0049]
第四步：从连续接收到声光放电信号中获取n个同一时刻的三组超声信号和荧光信号，重复第二步和第三步得到n个样本的放电信号源pd位置初值点坐标pm(xm,ym,zm)，其中：m＝1,2,
…
,n表示为样本初值个数；
[0050]
第五步：由于误差的存在，将导致这n个所述pd位置初值点随机分散环绕在pd位置实际坐标点的周围，因此，根据空间解析几何计算构建在每个放电信号源pd位置初值点坐标下的各样本初值点坐标和三组传感器位置距离平方和函数，
[0051][0052]
其中：m＝1,2,
…
,n表示为样本初值个数；i＝1,2,3表示为传感器组数；di2表示为pd位置实际坐标是第m个样本初值与第i组传感器确定的距离平方和函数；
[0053]
第六步：应对不同时刻采集的n个信号建立寻优求平方和函数：
[0054][0055]
采用蚁群算法(已知技术的)，通过寻优估计出最小的d
2min
及其对应的坐标参数，即为pd位置实际坐标p(x,y,z)。
[0056]
其中：所述寻优过程包括：
[0057]
步骤一，将n个样本的放电信号源pd位置初值点坐标进行归一化处理后作为样本输入寻优求平方和函数；
[0058]
步骤二，设置初始迭代次数和精度；
[0059]
步骤三，为作为样本初值个数的第m只蚂蚁确定道路和移动概率；
[0060]
步骤四，根据是否完成路径，若完成路径后选择最佳路径，若未完成，回到步骤三；
[0061]
步骤五，未达到最大迭代次数，更新信息素，重新放置作为蚂蚁的样本m组；当达到最大迭代次数，结束运算，输出全局最优解，将其视为所求pd位置实际坐标位置。
[0062]
上述一种开关柜局部放电声光联合定位系统及方法实施例，采用声光联合定位，结构简单，易于操作，提高了对开关柜内部局部放电定位的精准度，有助于问题的发现，对实现开关柜的稳定运行提供了保证。