一种基于无人机的声学成像局部放电定位方法

本发明属于声学成像，具体涉及一种基于无人机的声学成像局部放电定位方法。

背景技术：

1、随着电网规模的增大和用电负荷的增加，电力设备的安全稳定运行收到了前所未有的挑战，在变电站以及高压电缆中，高压导致线路表面绝缘恶化，绝缘效果下降，产生局部放电，这些放电点会降低线路的绝缘水平最终导致设备故障以及供电中断，若发生故障，将会对电网本身和用户带来重大损失，在电网布局日益发达的今天，国家对电网可靠性的要求越来越高。目前存在的问题是高压线路的运维难度较大，且无法准确的定位局部放电的位置，不利于检修人员的运维效率。的当电力设备产生局部放电，会产生相应的声音信号，电力设备声信号包含着丰富的振动以及放电信息，为此，我们提供了一种基于无人机的声学成像局部放电定位装置，能够有效解决上述的技术问题，具有广泛的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于无人机的声学成像局部放电定位方法。该方法将声学成像装置安装在无人机运载装置下方，能够携带声学成像装置对目标声源进行图像以及声音采集以及局部放电点定位。解决了电气设备以及高压电缆局部放电检测技术复杂、难度较大，检测结果不直观的问题。

2、一种基于无人机的声学成像局部放电定位方法，采用的定位装置包括无人机运载装置和声学成像装置；声学成像装置包括外壳、声音采集单元和图像采集单元；外壳安装在无人机运载装置上。图像采集单元安装在外壳上。声音采集单元包括声音传感器阵列；声音传感器阵列包括以图像采集单元为中心，由内至外依次排列的多个声音传感器组。声音传感器组包括沿着图像采集单元的周向依次排列的多个声音传感器。

3、该基于无人机的声学成像局部放电定位方法，包括以下步骤：

4、步骤一、无人机运载装置携带声学成像装置沿着被测线缆飞行，并使得图像采集单元持续朝向被测线缆。

5、步骤二、各声音传感器检测持续采集声信号；在声音信号采集的过程中，根据声音信号到达不同声音传感器的时间，判断声音信号的方向；仅保留来自于图像采集单元的拍摄区域的声信号。对采集的声信号进行识别，判断是否存在局部放电故障；若检测到局部放电故障，则进入步骤三。

6、步骤三、判断局部放电位置并进行可视化。

7、3-1.图像采集单元启动，拍摄被测线缆的图像。

8、3-2.根据步骤二采集到的声音信号构建导向矢量矩阵，并通过相位模式激励算法对导向矢量矩阵进行变换，得到具备范德蒙矩阵形式的虚拟线阵数据。

9、3-3.通过fastdoa算法对虚拟线阵数据进行波达方向判断，得到声音位置分布图。

10、3-4.将步骤3-1中拍摄的图像与声音位置分布图进行叠加，使得局部放电故障的位置标识在图像上。

11、作为优选，所述的声音采集单元还包括信号采集单元和信号处理单元。所述的信号采集单元用于将声音传感器阵列接收到振动波转化为数字信号。所述的信号处理单元用于接收信号采集单元输出数字信号，并根据数字信号判定当前接收到的声音信号中是否包含局部放电故障声音信号。

12、作为优选，所述的声学成像装置还包括存储单元。所述的存储单元用于存储预设的参数和局部放电故障特征标准值；局部放电故障特征标准值用于在步骤二中与采集到的声信号数据进行比对，判断是否存在局部放电故障。

13、作为优选，所述的声学成像装置还包括预警单元。预警单元用于在诊断出局部放电故障后发出预警信号。

14、作为优选，位于最内侧的声音传感器组中相邻两个声音传感器的间距等于被测的局部放电类型发出的超声波的半波长。

15、本发明具有的有益效果是：

16、1.本发明通过以无人机为载体，可以对高压线缆以及周围环境等较复杂电气设备进行异常放电监测，从而发现高压设备缺陷，既保证检修人员的安全，也可以提高检测的效率。

17、2.本发明通过无人机搭载的声学成像设备，可以对局部放电点进行监测，通过声音采集模块和可视化图像可以将放电点实时的显示在声学成像设备上，监测结果直观。

18、3.本发明通过多阵列传感阵元能有效识别中高频放电信号，且具有存储单元可以保存放电信息，对故障点的局部放电情况进行记录，方便后续进行故障分析。

技术特征：

1.一种基于无人机的声学成像局部放电定位方法，采用的定位装置包括无人机运载装置(1)和声学成像装置(2)；其特征在于：声学成像装置(2)包括外壳、声音采集单元(3)和图像采集单元(4)；外壳安装在无人机运载装置(1)上；图像采集单元(4)安装在外壳上；声音采集单元(3)包括声音传感器阵列(7)；声音传感器阵列包括以图像采集单元(4)为中心，由内至外依次排列的多个声音传感器组；声音传感器组包括沿着图像采集单元(4)的周向依次排列的多个声音传感器；

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的声学成像局部放电定位方法，其特征在于：所述的声音采集单元(3)还包括信号采集单元(8)和信号处理单元(9)；所述的信号采集单元(8)用于将声音传感器阵列接收到振动波转化为数字信号；所述的信号处理单元(9)用于接收信号采集单元(8)输出数字信号，并根据数字信号判定当前接收到的声音信号中是否包含局部放电故障声音信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机的声学成像局部放电定位方法，其特征在于：所述的声学成像装置(2)还包括存储单元(5)；所述的存储单元用于存储预设的参数和局部放电故障特征标准值；局部放电故障特征标准值用于在步骤二中与采集到的声信号数据进行比对，判断是否存在局部放电故障。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的声学成像局部放电定位方法，其特征在于：所述的声学成像装置(2)还包括预警单元(6)；预警单元用于在诊断出局部放电故障后发出预警信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的声学成像局部放电定位方法，其特征在于：位于最内侧的声音传感器组中相邻两个声音传感器的间距等于被测的局部放电类型发出的超声波的半波长。

技术总结
本发明公开了一种基于无人机的声学成像局部放电定位方法。该方法采用的定位装置包括无人机运载装置和声学成像装置；声学成像装置包括外壳、声音采集单元和图像采集单元；外壳安装在无人机运载装置上。图像采集单元安装在外壳上。声音采集单元包括声音传感器阵列；声音传感器阵列包括以图像采集单元为中心，由内至外依次排列的多个声音传感器组。声音传感器组包括沿着图像采集单元的周向依次排列的多个声音传感器。本发明通过以无人机为载体，可以对高压线缆以及周围环境等较复杂电气设备进行异常放电监测，从而发现高压设备缺陷，既保证检修人员的安全，也可以提高检测的效率。

技术研发人员：夏鑫,陈国金,李超,方卫星
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15