一种gis现场耐压试验击穿点定位方法及系统的制作方法
【专利摘要】本公开涉及一种GIS现场耐压试验击穿点定位方法及系统，所述方法包括步骤：将四个音频传感器进行部署在被试设备一侧，其中三个音频传感器共线，第四个音频传感器与其余三个不共线；获取四个音频传感器产生的信号，得到三组音频传感器的信号产生时延；所述三组音频传感器的信号产生时延满足线性无关；将获得的三组音频传感器的信号产生时延代入定位方程，通过求解由三个定位方程构成的定位方程组获得击穿点的位置。本公开采用四个音频传感器来进行击穿点的定位，具有定位准确、效率高的优点。所述系统基于所述方法实现，方便方法应用。
【专利说明】
-种GIS现场耐压试验击穿点定位方法及系统
技术领域
[0001] 本公开设及GIS现场领域，具体地讲，设及一种GIS现场耐压试验击穿点定位方法 及系统。
【背景技术】
[0002] 气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS)是电网的关键设备，由于其 具有体积紧凑、可靠性高的有点，近年来在现场得到了广泛应用。GIS往往需要在出厂时进 行分装、分体进行运输，在现场进行组装的方式。运就对其现场试验提出了较高要求。耐压 试验时GIS的现场例行试验，无论是工频耐压还是冲击耐压试验，都是GIS的现场必做试验。
[0003] 现场耐压试验中一旦GIS出现击穿，会产生声音、电磁等各种信号，由于现场GIS的 规模都比较大，因此目前的手段难W及时发现其击穿点，往往是采用多次试验，靠人工听觉 一步步发现击穿点，但运种方法单纯靠人的参与，效率极低，往往难W要靠数十次击穿才能 发现击穿点。此外还有研究者提出了在GIS表面贴超声波传感器进行击穿点定位的方法，运 种方法需要安装数十个传感器才能发现击穿点，效率极低。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本公开提出了利用四个音频传感器来进行击穿点的定位，具有定 位准确、效率高的优点，且避免了现有方法传感器数量多、现场实施效率低的缺点。
[0005] -种GIS现场耐压试验击穿点定位方法，所述方法包括下述步骤：
[0006] S100、将四个音频传感器进行部署在被试设备一侧，其中=个音频传感器共线，第 四个音频传感器与其余=个不共线；
[0007] S200、获取四个音频传感器产生的信号，得到=组音频传感器的信号产生时延;所 述=组音频传感器的信号产生时延满足线性无关；
[000引S300、将步骤S200中获得的=组音频传感器的信号产生时延代入定位方程，通过 求解由=个定位方程构成的定位方程组获得击穿点的位置。
[0009] 根据上述方法，实现一种GIS现场耐压试验击穿点定位系统，所述系统包括四个音 频传感器、采集模块、时延计算模块、定位模块：
[0010] 所述四个音频传感器被部署在被试设备一侧，其中=个音频传感器共线，第四个 音频传感器与其余=个不共线；
[0011] 所述采集模块，用于:获取四个音频传感器产生的信号；
[0012] 所述时延计算模块，用于:根据所述采集模块获取的信号，计算得到=组音频传感 器的信号产生时延;所述=组音频传感器的信号产生时延满足线性无关；
[0013] 所述定位模块，用于:将得到的=组音频传感器的信号产生时延代入相应的定位 方程，通过求解由=个定位方程构成的定位方程组获得击穿点的位置。
【附图说明】
[0014] 图I为一个实施例中的音频传感器部署示意图。
【具体实施方式】
[0015] 为了在GIS现场耐压试验中准确发现击穿点，在一个实施例中，提供了一种GIS现 场耐压试验击穿点定位方法。该方法利用GIS击穿时击穿点发出的声音满足可听声音的频 率范围，即在范围20-20000化之内，在现场布置若干个音频传感器，利用音频传感器之间W 及音频传感器与击穿点之间的几何关系实现击穿点的空间定位。
[0016] 若能获取击穿点产生的时刻，再利用远处的音频传感器记录击穿点声音从击穿点 传播到该音频传感器的时刻，对击穿点进行=维空间定位至少需要3个音频传感器。而很难 获取击穿点产生的时刻，因此可W通过传感器产生信号的时刻获取声音传播到两个音频传 感器的时延，通过运种方式进行定位，至少需要4个音频传感器。本公开选择4个音频传感器 实现定位，可W避免了现有方法传感器数量多、现场实施效率低的缺点。
[0017] 4个音频传感器的部署如图1所示，其中P为发生击穿点时的声源，S1-S4为四个音 频传感器，对可听声音进行采集。图中=个音频传感器S2，S3，S4共线，Sl与其余3个传感器 不共线，且运四个音频传感器在GIS设备的同一侧，运样就可W保证对由Sl、S2、S3、S4对GIS 所在的一侧空间进行精确定位。四个传感器之间的距离W及四个传感器和GIS设备之间的 距离，根据现场GIS的规模大小进行可任意调整，但应在音频传感器的有效范围内。
[0018] 利用四个音频传感器对同一个击穿点声源进行检测的方法是通过可听声音信号 到达不同音频传感器的时延来完成定位。设第i个音频传感器Si的位置为(xi，yi，zi)，击穿 点P的位置为(x，y，z)，击穿源巧Ij第1个传感器Si的传播时间为ti:
[0019]
[0020] 设第j个音频传感器&的位置为(XJ，yJ，ZJ)，则第j个音频传感器?的传播时间为 tj:
[0021]
[0022]
[0023]
[0024] 式中；
[0025] V是可听声音信号的传播速度，通常取值340m/s;
[00%] t广t非P为第i个音频传感器相对第j个音频传感器的信号产生时延，i声j，可W记 作tjj。
[0027] 在一个实施例中，第i个音频传感器Si相对第j个音频传感器&的信号产生时延tij 还可W下述方法获取：
[0028] S301、使用示波器对采集的信号进行显示；
[0029] S302、读取每个音频传感器接收信号的第一个峰值脉冲的时刻；
[0030] S303、任选两个音频传感器作为一组音频传感器，其中一个作为Si,另一个作为Sj, 将它们接收信号的第一个峰值脉冲的时刻的差值作为该组音频传感器的信号产生时延。若 Si产生信号的第一个峰值脉冲的时刻为Tl,&产生信号的第一个峰值脉冲的时刻为L，则tij 二了广片。
[0031] 根据集到的四个音频传感器采信号，可W得到任意两个音频传感器之间的时延， 选择其中；组满足线性无关的信号产生时延，比如*12山3，*14，将它们代入到相应的定位方 程，可W得到下而的吿仿方巧紀：
[0032]
[0033] 之所W选择其中=组满足线性无关的信号产生时延，是因为要定位的点是=维空 间的点。若所述=组音频传感器的信号产生时延线性相关，根据线性代数的知识，该定位方 程组将会有无数个解，无法实现击穿点的定位。
[0034] 而由所述定位方程组的形式可W看出，该方程组为非线性方程组，很难直接求解。 但通过不同的算法求解此非线性方程组，可W得到该方程组的数值解，即击穿点的位置坐 标。本公开优选采用模拟退火算法，还可W使用遗传算法、粒子群算法等。由于4个音频传感 器部署时，其中=个在一条直线上，第四个与其余=个不共线，在能实现定位的同时，还可 W在求解时计算方便精确。
[0035] 根据上述方法，实现一种GIS现场耐压试验击穿点定位系统，所述系统包括四个音 频传感器、采集模块、时延计算模块、定位模块：
[0036] 所述四个音频传感器被部署在被试设备一侧，其中=个音频传感器共线，第四个 音频传感器与其余=个不共线；
[0037] 所述采集模块，用于:采集四个音频传感器信号；
[0038] 所述时延计算模块，用于:根据所述采集模块获取的信号，计算得到=组音频传感 器的信号产生时延;所述=组音频传感器的信号产生时延满足线性无关；
[0039] 所述定位模块，用于:将得到的=组音频传感器的信号产生时延代入相应的定位 方程，通过求解由=个定位方程构成的定位方程组获得击穿点的位置。求解方法优选采用 模拟退火算法，还可W使用遗传算法、粒子群算法等。
[0040] 对于定位模块中的定位方程，如下：
[0041]
[0042] K.I';
[0043] (x，y，z)为击穿点P的位置；
[0044] (xi，yi，zi)为第i个音频传感器Si的位置；
[0045] (?，yJ，ZJ)为第j个音频传感器?的位置；
[0046] V是可听声音信号的传播速度；
[0047] tu是第i个音频传感器相对第j个音频传感器的接收时延。
[0048] 优选地，所述系统还包括示波器，所述示波器用于采集音频传感器的信号。若示波 器对音频传感器Si采集的信号的第一个峰值脉冲的时刻为Tl,对音频传感器&采集的信号 的第一个峰值脉冲的时刻为Tj,则音频传感器Sj相对音频传感器Si的接收时延tu = Ti-Tj。
[0049] W上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方 式进行了阐述，W上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核屯、思想；同时，对 于本领域技术人员，依据本公开的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综 上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。
【主权项】
1. 一种GIS现场耐压试验击穿点定位方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤： S100、将四个音频传感器进行部署在被试设备一侧，其中三个音频传感器共线，第四个 音频传感器与其余三个不共线； S200、获取四个音频传感器产生的信号，得到三组音频传感器的信号产生时延;所述三 组音频传感器的信号产生时延满足线性无关； 5300、 将步骤S200中获得的三组音频传感器的信号产生时延代入定位方程，通过求解 由三个定位方程构成的定位方程组获得击穿点的位置。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于： 优选的，设第i个音频传感器位置为(^，71，21)，第」个音频传感器&的位置为(^， yj，zj)，击穿点P的位置为(X，y，z)，则所述S300所述定位方程为：式中： v是可听声音信号的传播速度;是第i个音频传感器相对第j个音频传感器的信号产 生时延。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第i个音频传感器相对第j个音频传感 器的信号产生时延的获取方法包括下述步骤： 5301、 使用示波器对音频传感器产生的信号进行采集并显示； 5302、 读取每个音频传感器信号的第一个峰值脉冲的时刻Ti，i = 1，2，3，4; 5303、 根据下式计算第i个音频传感器相对第j个音频传感器的信号产生时延： tij = Ti-Tj 式中： Ti为第i个音频传感器所采集信号的第一个峰值脉冲的时刻； L为第j个音频传感器所采集信号的第一个峰值脉冲的时刻。4. 一种GIS现场耐压试验击穿点定位系统，其特征在于，所述系统包括四个音频传感 器、采集模块、时延计算模块、定位模块： 所述四个音频传感器被部署在被试设备一侧，其中三个音频传感器共线，第四个音频 传感器与其余三个不共线； 所述采集模块，用于:获取四个音频传感器产生的信号； 所述时延计算模块，用于:根据所述采集模块获取的信号，计算得到三组音频传感器的 信号产生时延;所述三组音频传感器的信号产生时延满足线性无关； 所述定位模块，用于:将得到的三组音频传感器的信号产生时延代入相应的定位方程， 通过求解由三个定位方程构成的定位方程组获得击穿点的位置。5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于： 设第i个音频传感器位置为(^71，21)，第」个音频传感器&的位置为(幻，^，^)，击 穿点P的位置为(x，y，z)，则所述定位模块中的定位方程组的一个定位方程可以表示为：式中： V是可听声音信号的传播速度;是第i个音频传感器相对第j个音频传感器的信号产 生时延。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括示波器，所述示波器用于 采集显示音频传感器的信号。
【文档编号】G01R31/12GK105954653SQ201610264737
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】李军浩
【申请人】西安交通大学