一种基于特高频传感器阵列的局部放电定位方法和系统与流程

本发明涉及一种局部放电定位方法及系统，尤其涉及一种基于特高频传感器的局部放电定位方法及系统。

背景技术：

1、局部放电(partial discharge,pd)是电气设备绝缘故障的主要原因，当电气设备出现绝缘故障时，很容易导致整条供电线路瘫痪。

2、因此，为了及时反馈电气设备的运行状况，常常需要对电气设备进行局部放电检测，并对局部放电进行准确定位，从而为电气设备的状态监测和维护提供重要信息。

3、局部放电的检测及定位技术能有效、快速地查找出绝缘故障位置，保证电力线路安全稳定地运行。其中，使用无人机巡检的输电线路局部放电定位技术比以往传统的电力设备局部定位方法，能够更加快速的找到局部放电源发生位置，并且能够更加便捷地实现对线路的快速巡检，大大提高了定位效率，节省人力和时间成本。

4、目前使用较为广泛的基于到达时间差法的定位算法，要求传感器采样时间达到纳秒级，对硬件成本要求较大，难以进行无人机搭载。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种基于特高频传感器阵列的局部放电定位方法，其将阵列信号到达方向的定向与基于信号衰减特性的测距模型相结合，提出了低成本的适用于无人机巡检的局部放电定位方法。

2、基于上述目的，本发明提出了一种基于特高频传感器阵列的局部放电定位方法，其包括步骤：

3、采用特高频传感器阵列采集局部放电源的局部放电信号数据，所述特高频传感器阵列包括：正十二面体框架；至少六个偶极子天线，其分别对应设于正十二面体框架的至少六个面上；

4、基于所述局部放电信号数据获得局部放电的定向结果；

5、将与定向结果对应的偶极子天线测量得到的局部放电信号幅值代入局部放电信号幅值和信号传播距离的拟合曲线中，得到与该局部放电信号幅值对应的信号传播距离，以确定局部放电源的位置。

6、在本发明中，先使用阵列成像原理寻找局部放电的来波方向，从而先对局部放电信号进行定向，然后在此基础上计算信号传播距离，最终实现局部放电位置的精准定位。

7、在本发明中，特高频传感器阵列具有面阵特性，包括正十二面体框架和至少六个偶极子天线的特高频传感器立体面阵经检测所给出的局部放电源定向结果是二维的，也就是说，每一个特高频局部放电数据其均含有(x，y)二维位置坐标，以及与该二维位置坐标对应的局部放电幅值信息(或称为强度信息)。

8、由于特高频传感器立体面阵并不是平面的，而是立体的，对于单一局部放电源而言，其可以确保特高频传感器立体面阵中的各个偶极子天线具有不同的朝向，即每个偶极子天线检测到的同一局部放电源的特高频局部放电数据均具有一定差异性。其中，正对着局部放电源的偶极子天线所接收到的特高频局部放电信号幅值最大，其他朝向的偶极子天线所接收到的特高频局部放电信号幅值相对较小，且随着朝向的不同，具有不同的幅值。由此，基于这一原理，根据特高频局部放电信号幅值的大小，即可对局部放电进行定向。

9、进一步地，在本发明所述的局部放电定位方法中，所述至少六个偶极子天线分别设于所述正十二面体框架的至少六个相邻面上。

10、进一步地，在本发明所述的局部放电定位方法中，所述每一个偶极子天线均包括：介质基板以及贴附于介质基板上的成对设置的椭圆形金属贴片，所述椭圆形金属贴片彼此之间轴对称设置，椭圆形金属贴片的长轴方向与成对设置的金属贴片的对称轴的延伸方向一致。

11、进一步地，在本发明所述的局部放电定位方法中，所述椭圆形金属贴片的长轴a为55-65mm，短轴b为25-35mm。

12、进一步地，在本发明所述的局部放电定位方法中，采用特高频传感器阵列采集局部放电源的局部放电信号，以获得局部放电的定向结果具体包括步骤：

13、采用特高频传感器阵列采集局部放电源的若干组局部放电信号数据；其中每一组局部放电信号数据都包括所有偶极子天线接收到的局部放电信号幅值及其对应的位置坐标；

14、对局部放电信号数据进行三次样条插值拟合；

15、基于拟合后的数据确定局部放电的定向结果。

16、在本发明的优选实施方式中，考虑到特高频传感器立体面阵中偶极子天线的数量十分有限，为了确保局部放电的精确定向，优选地对检测到的数据进行扩展，其进一步地采用了三次样条插值拟合，基于拟合后的数据中的二维位置坐标信息以及对应于该位置坐标的幅值信息，即可绘制二维定向结果图，进而确定局部放电的定向结果。

17、进一步地，在本发明所述的局部放电定位方法中，定向结果可以以具有深浅不同的颜色的图像来表征，图像中颜色最深处对应表示定向结果。

18、例如，在本发明中，在构建二维定向结果图时，每一个数据均包括它们自身的x坐标、y坐标以及与之对应的局部放电信号幅值。其中，幅值大小可以用不同深浅的颜色表示，幅值越大则颜色越深，幅值越小则颜色越浅。基于这种设计，可以将样本数据以不同深浅颜色的图像来表征，图像中颜色最深处(幅值最大处)即可对应表示最终定向结果。

19、进一步地，在本发明所述的局部放电定位方法中，所述局部放电信号幅值和信号传播距离的拟合曲线被表达为：

20、rssi(d)＝a-10nlg d；

21、其中，rssi(d)为偶极子天线测量得到的局部放电信号幅值，a为在参考距离d0处的局部放电信号幅值，d为局部放电信号的传播距离，n为路径损耗指数。

22、进一步地，在本发明所述的局部放电定位方法中，所述局部放电信号幅值和信号传播距离的拟合曲线基于下述步骤获得：

23、采用特高频传感器阵列采集局部放电源位于不同已知位置的局部放电信号数据；

24、在已知局部放电源的位置和测得与已知的局部放电源位置对应的局部放电信号幅值的基础上，拟合得到拟合曲线中的a和n。

25、进一步地，在本发明所述的局部放电定位方法中，所述特高频传感器阵列设于用于飞行巡检的无人机，所述正十二面体框架设于所述无人机上。

26、本发明中的特高频传感器阵列较为轻巧，其能够满足常用的无人机负荷要求，因此其正十二面体框架可以挂载于无人机上，从而跟随无人机实现对线路及设备的飞行巡检。

27、相应地，本发明的另一目的在于提供一种一种基于特高频传感器阵列的局部放电定位系统。

28、基于上述目的，本发明还提供了一种基于特高频传感器阵列的局部放电定位系统，其包括：

29、特高频传感器阵列，其采集局部放电源的局部放电信号数据，所述特高频传感器阵列包括：正十二面体框架；至少六个偶极子天线，其分别对应设于正十二面体框架的至少六个面上；

30、处理模块，其基于特高频传感器阵列采集的局部放电源的局部放电信号数据，获得局部放电的定向结果；以及基于所述定向结果对应的偶极子天线测量得到的局部放电信号幅值和局部放电信号幅值和信号传播距离的拟合曲线，得到与该局部放电信号幅值对应的信号传播距离，以确定局部放电源的位置。

31、本发明所述的基于特高频传感器阵列的局部放电定位方法及系统具有如下所述的优点以及有益效果：

32、本发明所述的局部放电定位系统是基于传感器阵列实现对局部放电的初步定向，由于阵列具有面阵特性，给出的局部放电源的定向结果是二维的，相较于以往只给出局部放电源方向的定向方法，其定位结果更加直观，且操作简便，显著提升了巡检效率。

33、在初步定向的基础上，本发明还进一步计算信号传播距离，最终实现了局部放电位置的精准定位。

34、在优选的实施方式中，考虑到特高频传感器立体面阵中偶极子天线的数量十分有限，为了确保局部放电的精确定向，本发明还对数据进行了三次样条插值拟合，从而提高了定向的精度。

35、由于本发明所述的局部放电定位系统的装置轻巧，硬件成本较低，且易于实施，其能够满足常用的无人机负荷要求，该局部放电定位系统利用正十二面体框架可以挂载于无人机上，从而跟随无人机实现对线路及设备的飞行巡检。