基于时延估计的超高频局放信号空间定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于时延估计的超高频局放信号空间定位方法，属于电力检测技 术领域。
【背景技术】
[0002] 局部放电（PartialDischarge，PD)信号能反映变压器绝缘的老化特征，对其定位 是检测制造与安装中的缺陷、避免绝缘击穿故障的有效手段。ro信号是一个高电流窄脉冲 信号，富含的频率成分相当多，超高频（UHF)电磁波具有抗干扰性强、灵敏度高和传播速度 稳定等优点，检测局部放电中的UHF电磁波，将其应用于局部放电定位及故障诊断是目前 的研宄热点之一。
[0003]目前对变电站设备的局部放电检测和定位主要是针对气体绝缘组合开关（GIS)、 变压器、容性设备等具体单一设备进行，而变电站中任意高压设备均有可能发生局部放电 事故。局放空间定位改变以往对单个设备安装在线监测装置的常规做法，在全站的空间内 通过超高频传感器阵列接收局部放电发出的UHF电磁波信号，用一套装置对全站设备进行 局部放电的监测和预警，获取并分析整个变电站站域的放电情况。
[0004] 局部放电定位中信号时延估计和定位算法是两个关键的环节。时延估计算法主要 有阈值法、能量积累法和相关估计法等，当信号发生畸变时，各种方法求得时延均有较大误 差。定位算法主要采用几何定位法、模拟退火法、蚂蚁算法等，但以上方法计算时间较长，而 且存在可能无解。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于时延估计的超高频局放 信号空间定位方法，解决现有技术中局放信号定位不准确的技术问题。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：基于时延估计的超高频局放 信号空间定位方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤一：信号采集与存储：通过四通道采集系统对天线阵列接收到的超高频局放 信号进行同步触发采集，然后通过数据传输将采集到的局放信号传送到主机进行存储并处 理；
[0008] 步骤二：阈值设定：依据触发电平设置一定阈值；
[0009] 步骤三：高阶插值的过零点确定：将超过阈值后的波形的第一个过零点作为信号 的波前时刻，通过高阶插值法寻找过零点时间；
[0010] 步骤四：手动校正：对于定位误差较大时，利用鼠标指定波前时刻过零点的大概 位置，然后自动寻找计算第一个过零点时间；
[0011] 步骤五：空间定位：根据过零点时间分别求得第1个天线与第i个天线接收到同 一局放信号的时间差，并将时间差代入时延方程计算超高频局放信号的空间位置。
[0012] 步骤一中所述四通道采集系统在采集局放信号时均进行了滤波处理，具体方法 为：将超高频局放信号的频段分成若干频段判断各频段干扰信号的幅度大小，获得干扰信 号幅度最小的频段，若两个频段干扰信号幅度相同，则选择频段高的频段作为干扰信号幅 度最小的频段；在干扰信号幅度最小的频段中选择信噪比最高的频点作为局放信号的接收 频率。
[0013] 局放信号的存储遵循先进先出的原理，采集系统保留预触发的数据，当波形点满 足了触发条件时，该点就被固定在存储器定义的触发点上，这时存储器变成了只进不出，直 到填满存储深度为止，存储器起点到触发点这段时间记录的波形数据就是预触发数据。
[0014] 步骤二中所述阈值设定方法如下：
[0015] 假设数据采集以第一路信号为触发信号，依据触发电平设置阀值，可设为Vt，寻找 超过阀值的波形的第一个峰值，在此基础上，往后寻找第一个过零点，作为第一路信号的波 前时刻；
[0016] 剩余三路信号，阀值设置为kiVt，其中，依据该路信号幅度与第一路信号幅度比较， 取匕不同值；设四路波形的幅值为Vi，则匕的取值为：
【主权项】
1. 基于时延估计的超高频局放信号空间定位方法，其特征在于；包括如下步骤： 步骤一；信号采集与存储：通过四通道采集系统对天线阵列接收到的超高频局放信号 进行同步触发采集，然后通过数据传输将采集到的局放信号传送到主机进行存储并处理； 步骤二；阔值设定：依据触发电平设置一定阔值； 步骤高阶插值的过零点确定：将超过阔值后的波形的第一个过零点作为信号的波 前时刻，通过高阶插值法寻找过零点时间； 步骤四：手动校正；对于定位误差较大时，利用鼠标指定波前时刻过零点的大概位置， 然后自动寻找计算第一个过零点时间； 步骤五：空间定位；根据过零点时间分别求得第1个天线与第i个天线接收到同一局 放信号的时间差，并将时间差代入时延方程计算超高频局放信号的空间位置。
2. 根据权利要求1所述的基于时延估计的超高频局放信号空间定位方法，其特征在 于；步骤一中所述四通道采集系统在采集局放信号时均进行了滤波处理，具体方法为：将 超高频局放信号的频段分成若干频段判断各频段干扰信号的幅度大小，获得干扰信号幅度 最小的频段，若两个频段干扰信号幅度相同，则选择频段高的频段作为干扰信号幅度最小 的频段；在干扰信号幅度最小的频段中选择信噪比最高的频点作为局放信号的接收频率。
3. 根据权利要求1所述的基于时延估计的超高频局放信号空间定位方法，其特征在 于；局放信号的存储遵循先进先出的原理，采集系统保留预触发的数据，当波形点满足了触 发条件时，该点就被固定在存储器定义的触发点上，该时存储器变成了只进不出，直到填满 存储深度为止，存储器起点到触发点该段时间记录的波形数据就是预触发数据。
4. 根据权利要求1所述的基于时延估计的超高频局放信号空间定位方法，其特征在 于；步骤二中所述阔值设定方法如下： 假设数据采集W第一路信号为触发信号，依据触发电平设置阀值，可设为Vt，寻找超过 阀值的波形的第一个峰值，在此基础上，往后寻找第一个过零点，作为第一路信号的波前时 刻； 剩余=路信号，阀值设置为kiVt，其中，依据该路信号幅度与第一路信号幅度比较，取ki不同值；设四路波形的幅值为Vi，则ki的取值为：
〇
5. 根据权利要求1所述的基于时延估计的超高频局放信号空间定位方法，其特征在 于；步骤=中高阶插值的过零点确定方法如下： 假设采用线性插值，找到超过阀值的第一个峰值后，继续寻找，找到符号发生变化的两 个采样点S[i]、S[i+l]; 假定采样间隔为线性插值得到的过零点的时刻为： '
"〇
6. 根据权利要求1所述的基于时延估计的超高频局放信号空间定位方法，其特征在 于；步骤五中空间定位的具体方法如下： 假定局放信号从输变电设备某一点传播到第i个天线的时刻记为ti，i= 1，2,. . .，n， 设第i个天线的S维坐标为（X。y。Zi)，局放源的S维坐标为（X,，y,，z,)，第1个天线接收到 局放信号的时间和第i个天线接收到局放信号的时间差为tii，此处i= 2,. . .，n，由空间几 何分析，可知 cti2=dI_d2 Cti3= di-dg cti4= d 1-CI4ct、二d - d 1j. (1)
对放电源到第i个天线的距离，c 为电磁波传播速度；通过时延估计得到tii，联立任意3个方程即可确定局放源的位置； 将非线性方程组（1)写成F00 =0的形式，其中X= [x，y，z]T，
(2) 利用牛顿迭代法求解，若牛顿迭代法不能收敛，用逐层网络捜索法选取该初值，在牛顿 迭代法仍然不收敛的情况下，认为网格捜索的结果即为方程组的解。
【专利摘要】本发明公开了一种基于时延估计的超高频局放信号空间定位方法，包括如下步骤：信号采集与存储：通过四通道对天线阵列接收到的超高频局放信号进行同步触发采集，通过数据传输将采集到的局放信号传送到主机进行存储并处理；阈值设定：依据触发电平设定一定阈值；高阶插值的过零点确定：将超过阈值后的波形的第一个过零点作为信号的波前时刻，通过高阶插值法寻找过零点时间；手动校正：对于定位误差较大时，利用鼠标指定波前时刻过零点的大概位置，然后自动寻找计算第一个过零点时间；空间定位：将过零点时间代入时延方程计算超高频局放信号的空间位置。本发明方法计算量小且能够提高时延估计精度，从而提高定位准确性。
【IPC分类】G01R31-12
【公开号】CN104849636
【申请号】CN201510279137
【发明人】陈昱同, 王天正, 俞华, 晋涛, 高鹏
【申请人】国家电网公司, 国网山西省电力公司电力科学研究院
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月27日