一种局放超声阵列定位实验系统构建方法与流程

本发明属于局部放电定位，特别是涉及一种局放超声阵列定位实验系统构建方法。

背景技术：

1、局部放电是指电气设备的绝缘结构在制造过程中，由于一些不可抗拒因素的存在，会使绝缘结构存在缺陷，如裂缝、气泡、电极毛刺和悬浮导电质点等。这些缺陷会造成电气设备绝缘体内部或表面出现一些电场强度高于平均电场强度的区域，当平均击穿场强高于这些区域的击穿场强时，该区域就会发生放电，而其它区域的绝缘特性保持不变，从而产生了局部放电。电气设备的故障多数是由局部放电所引起的。局部放电会使绝缘材料的物理、化学性质逐渐发生变化引起电气设备的机电性能下降，当发展到一定程度时，就会造成绝缘材料损坏。

2、电气设备内发生局部放电时会伴随着产生一系列的物理和化学现象，例如光、热、气体、超高频电磁信号以及超声波信号，我们则可以对这些现象所产生的信号进行检测。电气设备的绝缘劣化程度与局部放电类型、放电源个数、放电量的大小有关之外，还取决于放电点的位置。目前对电气设备的局部放电的检测方法主要有超高频法和超声波法,而本文主要是利用基于超声波法来开发一种局放超声阵列定位实验系统。

3、目前，尚未有一套完整的局放超声阵列定位实验系统。为了能够快速、准确的实现局放源的定位，本文将开发出一套基于超声阵列传感器的局放超声阵列定位实验系统。

技术实现思路

1、技术问题：提出一种局放超声阵列定位实验系统构建方法，该方法能够通过利用基于超声波法来开发一种局放超声阵列定位实验系统，能够便利电气设备局部放电实验的进行，并保障电气设备安全稳定运行。

2、技术方案：本发明的基于超声波法来开发一种局放超声阵列定位实验系统方法，局放超声阵列定位实验系统主要由局部放电模拟放电系统，信号接收与传输系统，多通道数据同步采集处理系统和计算机组成，包括下述步骤：

3、1)局部放电模拟放电系统的构建，电气设备模型采用的是由钢板焊接而成的长方形箱体，其中三个侧面为钢板，另一侧面采用玻璃板，便于观察模拟放电源的位置。箱体的尺寸为：长150cm,宽100cm，高120cm。

4、局部放电源模型采用的是三电容放电管装置，因为三电容放电模型产生的超声波与真实放电的超声信号相似，目稳定性和重复性较好，放电电压较低，绝缘容易满足。放电管因放电发出的超声波信号的频率范围在50khz～280khz之间，其中心频率为150khz，等值波速为1500m/s，则波长约为10mm。

5、c0为耦合电容，c1为绝缘介质的其他部分等效电容，c2为与局部放电相串联的绝缘介质的等效电容，c3为绝缘介质内部发生局部放电的等效电容，其中c1＝6800pf、c2＝50pf、c3＝500pf，放电装置使用的是气体放电管，当其两端电压达到一定数值时，气体发生击穿导通，从而产生放电效果。

6、2)信号接收与传输系统的构建，信号接收装置所采用的是线形、十字形、方形、圆形阵列结构形式的超声阵列传感器。传输系统采用的是优质屏蔽线，线长3m，以便户外实验需求，其两端的接头分别采用的是q7接头和bnc接头。

7、3)数据同步采集系统的构建，数据同步采集系统主要由多通道数据同步采集器构成，本文所使用的多通道数据同步采集器的型号为usb-1114opt10，一共有16数据采集通道它具有多种扩展方式、连接方便、传输效率高、即插即用、移动方便等优点。该多通道数据同步采集器的采样频率为1khz-10mhz，采样长度为1kb-512kb，各个通道可设置滤波放大，高通滤波有20khz、40khz、80khz可选，低通滤波有125khz、250khz、312.5khz可选，通道的放大倍数可选1-256倍。其触发方式有外触发、内触发及自由触发等，通常实验采用外触发方式。

8、4)通过硬件采集信号外，还需要对数据进行处理，主要包括数据采集、数据存储和数据处理。局部放电同步数据采集系统将数据采集器的16个通道均分为4组，通过选择触发模式可以控制每组通道同步采集数据。

9、进一步地，数据采集后，需要将采集到的16个通道的超声信号数据进行存储，数据的存储能够快速实现采集的局放信号数据的调用。

10、进一步地，实验数据的处理就是对采集的局放阵列信号进行聚焦处理、测向分析以及定位计算。对阵列宽频信号通过信号子空间变换算法进行的聚焦变换，再通过波达方向估计算法进行测向，得到局放源的方位角和俯仰角信息；最后运用改进遗传算法的全局搜索的多点测向交叉定位算法，能够在电气设备模拟空间中搜索到局部放电源的空间坐标位置。

11、有益效果：本发明的有益效果在于，与现有技术相比，通过超声传感器阵元与装配体的灵活组合，可以得到各种不同阵元个数和不同阵列结构的超声阵列传感器，在此基础之上，搭建一套局放超声阵列定位实验系统。同时，所提方法原理简单，易于实现，具有很大的推广潜力，这为局部放电实验提供了重要保障，对保证电气设备安全运行具有重要意义。

技术特征：

1.一种局放超声阵列定位实验系统构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种局放超声阵列定位实验系统构建方法，其特征在于，所述步骤1)中：

3.根据权利要求1所述的一种局放超声阵列定位实验系统构建方法，其特征在于，所述步骤2)中：

4.根据权利要求1所述的一种局放超声阵列定位实验系统构建方法，其特征在于，所述步骤3)中：

技术总结
本发明公开了一种局放超声阵列定位实验系统构建方法，包括以下步骤：1)构建局部放电模拟放电系统；2)构建信号接收与传输系统；3)数据同步采集系统的构建；4)对硬件采集的数据进行处理，主要包括数据采集、数据存储和数据处理，最终能够在电气设备模拟空间中搜索到局部放电源的空间坐标位置。本发明通过利用基于超声波法来开发一种局放超声阵列定位实验系统，能够便利电气设备局部放电实验的进行，并保障电气设备安全稳定运行。

技术研发人员：张运,张琦,张润坤,姜望,黄成才,王媛媛
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22