一种GIS声电联合局部放电仿真检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种GIS声电联合局部放电仿真检测系统，所述系统包括信息采集模块、信息融合模块和PD故障定位模块，所述信息采集模块的输出端与信息融合模块的输入端相连接设置，该信息融合模块的输出端与PD故障定位模块相连接设置。本发明专利技术采用声电联合定位检测方法，利用到达时间差，结合BP神经网络对超声波和超高频的数据结果进行融合，构造局部放电仿真测试系统，实现GIS放电位置定位。

A GIS acoustic and electrical combined partial discharge simulation detection system and its detection method

The present invention relates to a GIS acoustic electric combined simulation of partial discharge detection system, the system comprises an information acquisition module, information fusion module and PD fault location module, the information acquisition module, and the output end of the information fusion module is connected to the input set, output and PD fault location module of the information fusion module is connected set. The method adopts acoustic electric joint positioning detection method, uses the time difference of arrival and combines BP neural network to fuse the ultrasonic and ultrahigh frequency data results, and constructs the partial discharge simulation test system to realize the GIS discharge position positioning.

【技术实现步骤摘要】
一种GIS声电联合局部放电仿真检测系统及其检测方法
本专利技术属于电力设备
，尤其是一种GIS声电联合局部放电仿真检测系统及其检测方法。
技术介绍
局部放电(PartialDischarge，PD)是指发生在电极之间但未贯穿电极的放电现象。局部放电的累积效应将使绝缘物质的介电性能不断劣化，最终导致绝缘击穿事故的发生。气体绝缘组合电器(GasInsulatedSubstation，GIS)是电力系统中输送电能的重要设备，具有很高的供电可靠性，目前已广泛应用于110kV和220kV变电设备中。但在实际运行中GIS局部放电问题却一直比较突出。而造成局部放电的主要因素是设备内部的自由金属微粒、电极表面的毛刺突起、螺丝松动或接触不良造成的悬浮电位、绝缘件缺陷以及安装过程中的遗留物等因素。这些因素不断劣化GIS内部绝缘介质及绝缘部件的性能，腐蚀导电部件，导致GIS绝缘事故发生。长期的局部放电会导致设备绝缘劣化局部扩大，甚至引起组合电器绝缘击穿或沿面闪络，严重影响电网运行的安全与稳定。目前局部放电检测方法很多，如特高频法、超声波法、气相色谱法、震荡波法等，但单一方法检测效果比较有限，现在利用多种方法互补性的联合检测法成为目前发展的主要趋势。GIS局部放电检测方法中最成熟的检测法是超声波局放检测法。局放源发出的超声波信号，抗干扰能力强，不受外界噪声影响，通过超声传感器即可捕获信号，实现放电源的定位，但是超声波信号在固体盆式绝缘子内部传播时衰减较大，对于绝缘子内部以及表面放电灵敏度不够，无法完成全部检测任务。超声波法在局部放电检测定位中的工作原理如图1所示。超声波检测法利用同一信号到达不同传感器的时间差、振幅变化，根据超声波传播速度，即可以求出放电源距多个传感器的距离。但是在实际应用中，受环境、噪声、速度、距离等多个因素影响，同时信号在GIS内部传输过程中衰减较快，相应的精确捕获的时间差非常困难，这些都增加了信号采集及滤波分析的难度。针对电力线缆的局部放电检测中，特高频电流法是目前最常用的检测方法，当电缆发生局部放电时，会有部分电流流入大地。因此通过在外屏蔽层套接高频电流传感器，感应接地线上的电流，激发数GHz的电磁波，脉冲电流上升很快，即可用实现局部放电的判断。但该法无法准确定位故障点，检测原理如图2所示。与超声波局放检测法的缺点类似，超高频检测方法采用传感器接收放电源信号，利用同一信号到达不同传感器的时间差、振幅变化，根据电磁波传播速度，即可以求出放电源距多个传感器的距离。但是在实际应用中，受环境、噪声、速度、距离等多个因素影响，同时信号在GIS内部传输过程中衰减较快，相应的精确捕获的时间差非常困难，这些都增加了信号采集及滤波分析的难度。TDOA(TimeDifferenceofArrival，到达时间差)定位是一种利用同一放电源到达不同传感器时间差进行放电源定位的应用方法。通过不同的传感器捕获信号的时间，利用速度(光速)、路程间的关系即可确定信号源距离每个传感器的直线距离。以监测站为中心，直线距离为半径作圆，就可以确定信号源位置。绘制图形如图3所示。假定GIS内有n个传感器，局部放电源的空间坐标为(x，y，z)，传感器的空间坐标为(xi，yi，zi)，其中i＝0，1，…，n-1。如果在t0时刻某个特高频传感器捕获到局放电磁波信号，假设其坐标为(x0，y0，z0)。则各个超声探头传感器捕获的超声信号时刻tn与t0均存在不同的时间差，放电源与各传感器之间的直线距离ri表示；放电源信号到达第i个传感器与特高频传感器探头的时差用ti表示；声波传播速度用v表示，则根据路程、时间、速度三者关系，则有：ri＝v*ti＝1，2，…n–1(1)根据空间距离表示方法，可建立n-1个方程。以基准点(0，0，0)为坐标原点，以1个特高频传感器和6个超声传感器对应为例进行联合定位，预计得到C63个定位坐标，利用数据融合技术从而得到局放源的(x，y，z)坐标。BP算法(BackPropagation，反向传播算法)由正向和反向两个传播过程组成。整箱传播过程是指输入层神经元接收信息，传递给中间神经元，中间神经元进行信息变换，通过隐层传递到输出层神经元，完成正向学习处理过程，由输出层输出处理结果。当输出结果与期望不符时，进入反向传播阶段。通过输出层按误差设定梯度修正权值，向隐层、输入层逐层传递、反传。正向传播和误差反向传播过程的周而复始进行，也是权值不断调整的过程，神经网络自学过程，直到输出误差满足接受程度为止。BP网络信息融合算法分为数据初始化、前向计算、反向误差调节等步骤进行。(1)数据初始化选择BP网络拓扑结构，设置输入层、中间层、隐层和出层的各层权值，确定最大循环次数，确保无死循环发生，选择学习因子。函数模型关系为：其中：xi为输入节点，y为输出节点，n0为节点数目，f为激活函数，W为权值矩阵，X为输入矩阵，其中W＝[w1，w2，…，wn0]，X＝[x1，x2，…，xn0]。(3)反向误差调节BP算法采用基于梯度最速下降法来计算输出层、隐含层、输入层等反向误差信号，计算权(2)前向计算以系统采集到局部放电信息为参考数据，其输入信息为X＝(x1，x2，…，xn0)，输出相应为Y＝(y1，y2，…，yp)，期望输出量为D＝(d1，d2，…，dp)。其中ypl(l＝1，2，…，m,p＝1，2，…，α)为第p个样本输出，ωuv为连接权值，gpj(j＝1，2，…，n1)和hpk(k＝1，2，…，n2)分别为第一隐层和第二隐层的输出数据。则各节点对应的输出为:值调整模式，等效误差计算公式为：4)完成计算后，判断误差是否满足精度要求，若不能满足则调节权值，返回到步骤(2)继续进行，直到满足精度要求则输出结果为止。算法流程如图4所示。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足之处，主要解决GIS放电位置快速定位问题，是电力设备局部放电检测的关键要素所在，提供一种GIS声电联合局部放电仿真检测系统及其检测方法，该检测系统借助BP神经网络，结合到达时间差TDOA法，对超声波和超高频法传感器采集的数据信息进行融合、智能合成，最终实现快速准确放电检测定位，该系统可以作为局部放电辅助判断和故障点定位的重要手段。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种GIS声电联合局部放电仿真检测系统，所述系统包括信息采集模块、信息融合模块和PD故障定位模块，所述信息采集模块的输出端与信息融合模块的输入端相连接设置，该信息融合模块的输出端与PD故障定位模块相连接设置；所述信息采集模块包括一个或两个以上超声波传感器和超高频传感器，所述超声波传感器和超高频传感器并列设置，两个或两个以上的超声波传感器串联设置，两个或两个以上的超高频传感器串联设置，该信息采集模块采集放电超声波和/或电磁波信息；所述信息融合模块包括数据预处理模块和特征提取模块，所述数据预处理模块的输入端与超声波传感器、超高频传感器的输出端相连接设置，该数据预处理模块的输出端与特征提取模块的输入端相连接设置；所述数据预处理模块能够将信息采集模块采集到的放电超声波和/或电磁波信息进行基本预处理；所述特征提取模块对数据预处理模块处理后的同质数据进行融合，结合BP反向传播算法由正向和反向两个传播过程进行；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GIS声电联合局部放电仿真检测系统，其特征在于：所述系统包括信息采集模块、信息融合模块和PD故障定位模块，所述信息采集模块的输出端与信息融合模块的输入端相连接设置，该信息融合模块的输出端与PD故障定位模块相连接设置；所述信息采集模块包括一个或两个以上超声波传感器和超高频传感器，所述超声波传感器和超高频传感器并列设置，两个或两个以上的超声波传感器串联设置，两个或两个以上的超高频传感器串联设置，该信息采集模块采集放电超声波和/或电磁波信息；所述信息融合模块包括数据预处理模块和特征提取模块，所述数据预处理模块的输入端与超声波传感器、超高频传感器的输出端相连接设置，该数据预处理模块的输出端与特征提取模块的输入端相连接设置；所述数据预处理模块能够将信息采集模块采集到的放电超声波和/或电磁波信息进行基本预处理；所述特征提取模块对数据预处理模块处理后的同质数据进行融合，结合BP反向传播算法由正向和反向两个传播过程进行；所述PD故障定位模块包括BP神经网络模块、决策类别知识库和故障位置识别输出模块，所述BP神经网络模块的输入端与特征提取模块的输出端相连接设置，所述决策类别知识库的输出端也与BP神经网络模块相连接设置，所述BP神经网络模块的输出端与故障位置识别输出模块的输入端相连接设置；所述BP神经网络模块结合到达时间差TDOA法，利用BP网络算法，对特征提取模块输出的数据采用BP神经网络算法对TDOA测量数据进行修正，从而减小TDOA测量误差，满足系统预定义的精度，然后进行定位，以提高系统的定位精度，最终计算出局部放电故障位置，所述故障位置识别输出模块对BP神经网络模块计算出的局部放电故障位置进行输出。...

【技术特征摘要】
1.一种GIS声电联合局部放电仿真检测系统，其特征在于：所述系统包括信息采集模块、信息融合模块和PD故障定位模块，所述信息采集模块的输出端与信息融合模块的输入端相连接设置，该信息融合模块的输出端与PD故障定位模块相连接设置；所述信息采集模块包括一个或两个以上超声波传感器和超高频传感器，所述超声波传感器和超高频传感器并列设置，两个或两个以上的超声波传感器串联设置，两个或两个以上的超高频传感器串联设置，该信息采集模块采集放电超声波和/或电磁波信息；所述信息融合模块包括数据预处理模块和特征提取模块，所述数据预处理模块的输入端与超声波传感器、超高频传感器的输出端相连接设置，该数据预处理模块的输出端与特征提取模块的输入端相连接设置；所述数据预处理模块能够将信息采集模块采集到的放电超声波和/或电磁波信息进行基本预处理；所述特征提取模块对数据预处理模块处理后的同质数据进行融合，结合BP反向传播算法由正向和反向两个传播过程进行；所述PD故障定位模块包括BP神经网络模块、决策类别知识库和故障位置识别输出模块，所述BP神经网络模块的输入端与特征提取模块的输出端相连接设置，所述决策类别知识库的输出端也与BP神经网络模块相连接设置，所述BP神经网络模块的输出端与故障位置识别输出模块的输入端相连接设置；所述BP神经网络模块结合到达时间差TDOA法，利用BP网络算法，对特征提取模块输出的数据采用BP神经网络算法对TDOA测量数据进行修正，从而减小TDOA测量误差，满足系统预定义的精度，然后进行定位，以提高系统的定位精度，最终计算出局部放电故障位置，所述故障位置识别输出模块对BP神经网络模块计算出的局部放电故障位置进行输出。2.根据权利要求1所述的GIS声电联合局部放电仿真检测系统，其特征在于：所述正向传播过程是指输入层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼英，梁琨，何业慎，白宇峰，于洋，侯荣旭，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12