一种GIS分布式振声联合监测方法、装置及介质与流程

本发明属于电力设备状态监测领域，特别涉及一种gis分布式振声联合监测方法、装置及介质。

背景技术：

1、气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear，简称gis)作为一种新型高压开关设备，具有结构紧凑、占地面积小、抗干扰能力强等优点，在特高压换流站被普遍采用。特高压换流站被试gis设备分支母线长、间隔数量多，在gis现场耐压试验发生击穿时，难以快速、精准的定位放电点。另一方面，在运行期间，由于固有机械特性改变，造成gis的机械性能和绝缘性能下降，需要对其运行状态进行在线监测。

2、机械振动信号是最能够有效表征gis机械故障的物理参量，且gis固有机械特性改变时，机械缺陷位置会产生异常的振动，发出不同于设备正常运行时的异常声音。另外，耐压试验中发生击穿时产生的声波频带约为10 hz～104k hz，其中包含了人耳可听声的频率范围（20 hz～20k hz），该部分的声能量相比超声衰减小很多，可通过非接触手段测量。

3、现有检测方法还具有以下缺点：现有的脉冲电流法通过在gis上施加脉冲电流并在检测阻抗上检测产生的脉冲电压以识别内部局放，该方法存在测量频率较低、频带较窄等问题；现有的特高频法通过在盆体表面安装耦合传感器捕捉放电信号，相较于脉冲电流法具有高灵敏度、宽频带的优势，但由于特高频信号衰减较快，且易受到环境电磁信号干扰，安装在外部的传感器依然难以精确定位，且对于成本和检测人员的要求较高；现有的声源识别方法，例如传统的波束成形算法难以准确辨识相干声源，在强噪声环境下存在识别效果不佳等难题。

技术实现思路

1、针对现有测试装置和测试方式识别不佳易误判的问题，本发明提供一种gis分布式振声联合监测方法，实现运行状态异常监测和耐压试验击穿定位。

2、本发明采用技术方案如下：一种gis分布式振声联合监测方法，包括：

3、步骤1，通过分布式加速度传感器和分布式传声器分别同步采集gis的振动信号和声信号；

4、步骤2，根据采集结果同步计算振动幅值和声成像结果；其中，声成像结果通过基于广义互相关与 l1范数逆问题求解的声源定位算法获得；

5、步骤3，当分布式加速度传感器采集到的振动信号大于等于振动信号阈值时，记录并输出对应时刻的声成像结果，实现缺陷定位。

6、本发明采用分布式声学传感器采集击穿后的可听声信号，实时给出gis异响监测与耐压击穿定位的可视化效果，由于现场噪声复杂，单独的声学传感器难以进行异响捕捉，本发明还通过分布式加速度传感器采集振动信号，保证采集信号的准确度；对于声源目前常见的波束成形方法其基本原理是用按特定方式排布的传感器阵列接收噪声源信号，对接收到的信号进行特殊处理后得到噪声源的相关信息，通过对各阵元的输出进行加权、延迟、求和，使得阵列的输出在某一聚焦方向上最大，从而得到噪声源的声场分布。

7、进一步地，步骤1中，所述分布式加速度传感器gis的外表面，所述分布式传声器布置于gis的外侧。

8、进一步地，步骤2中，所述基于广义互相关与 l1范数逆问题求解的声源定位算法包括：

9、步骤2.1，将采集的声信号通过广义互相关波束形成算法进行表示，获得广义互相关表达式；

10、步骤2.2，将广义互相关表达式对应的结果重构，获得重构向量，并构建重构向量的模拟向量；

11、步骤2.3，构建基于重构向量和模拟向量的优化模型，通过求解建立的优化模型，获得声成像结果；所述优化模型具有以源强向量为最小化的目标函数，以及基于 l2范数求解重构向量与模拟向量之间的差值作为约束条件，其中以源强向量为最小化的目标函数采用 l1范数进行求解。

12、进一步地，步骤2.1中，设声源位于虚拟聚焦区域的网格点上，分布式传声器上集成 m个麦克风的线性麦克风阵列，将采集的声信号表示为含有广义互相关的表达式 bn：

13、(1)；

14、式中， i、 k的取值范围为1至m， k≠ i，即 i、 k表示两个不同的麦克风；表示麦克风对位置( i, k)接收信号的互功率谱，表示角频率， f表示信号频率，表示phat加权，表示虚数单位；表示声音从第 n个聚焦网格点到第 i个麦克风与声音从第 n号聚焦网格点到第 k个麦克风之间的时间差。

15、进一步地，步骤2.2中，将广义互相关表达式对应的结果 bn重构为列向量，模拟向量表达式为 gq，其中， q为源强向量，矩阵 g为一个只与虚拟聚焦网格点、麦克风阵列位置以及声速相关的传递矩阵，其表达式为：

16、(2)；

17、其中，矩阵 g的元素 gin表示第 i个麦克风向量到第 n个聚焦网格区域点的传递系数，可由下式计算：

18、(3)；

19、式中，表示一个阈值常数；该时间计算宽度阈值常数在本处被设置为2×10-5；表示声音从第 i个麦克风到第 k个麦克风所需时间；表示声音从第 n号聚焦网格点到第 k个麦克风所需时间。

20、进一步地，步骤2.3中，建立优化模型表达式为：

21、(4)；

22、式中，表示一个和噪声相关的误差项；表示代价函数；表示使得该方程取得最小值时源强q的值；下标1表示利用 l1范数求解逆问题；是一个约束条件；下标2表示利用 l2范数求解。

23、进一步地，步骤3，振动信号阈值为3g，其中g为重力加速度，取值为9.8m/s2。

24、一种gis分布式振声联合监测装置，包括：

25、采集模块，同步采集gis的振动信号和声信号；

26、计算模块，根据采集结果同步计算振动幅值和声成像结果；其中，声成像结果通过基于广义互相关与 l1范数逆问题求解的声源定位算法获得；

27、故障定位模块，当分布式加速度传感器采集到的振动信号超过振动信号阈值时，记录并输出对应时刻的声成像结果，实现缺陷定位。

28、一种gis分布式振声联合监测装置，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现上述的gis振声联合监测方法。

29、一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，用于实现上述的gis振声联合监测方法。

30、本发明具有的有益效果：本技术提供一种gis分布式振声联合监测方法、装置及介质，能够实现运行状态监测与耐压击穿定位，不受环境振动和背景强噪声影响，并且能够满足击穿时测量频率范围大、频带宽、信号衰减小、不易受电磁信号干扰，并在强噪声环境下也能准确识别相干声源等实际使用要求。