一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法，包括以下步骤：1)布置一个电信号传感器和两个超声波传感器，并通过信号传输同轴电缆与示波器连接，根据现场背景噪声设置触发阈值；2)选择变压器底部一个端点为(0,0,0)，宽、长和高方向分别为x、y和z轴，建立三维直角坐标；3)位置1工况公式求解PD坐标y的解析解；4)位置2工况公式求解PD坐标z和x的解析解，从而实现PD的空间定位。现有技术相比，本发明专利技术具有降低了定位系统配置要求和成本，简化了实际应用时的传感器安装和布线工作量等优点。

A spatial location method of transformer electroacoustic joint PD based on analytic solution

【技术实现步骤摘要】
一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法
本专利技术涉及一种变压器电声联合PD空间定位方法，尤其是涉及一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法。
技术介绍
局部放电(PartialDischarge，PD)是大型电力变压器绝缘劣化的首要原因，因此变压器PD试验、PD源定位的研究、技术研发和工程应用具有深远意义。PD过程会产生诸如电磁波、声波、光、热和化学变化等现象，其定位方法有电气定位、超声(AE)定位、光定位、热定位和DGA定位等。目前，国内外研究较多、应用也比较成熟的是AE定位，特别是电声联合定位。电声联合定位的原理图如图1所示，与之对应图2所示的“1+3”形式即1个电信号传感器+3个AE传感器的电声联合定位方法目前研究最多，应用也最为广泛。图1中，以电信号(电流、电磁波等)传感器的电脉冲作为触发基准，同时记录电脉冲波形和n路AE波形，由于电信号传播速度(接近于光速)远大于AE传播速度，使得T≈0、Ti≈ti-t0≈ti，则测得电脉冲与AE波形的时延作Ti可似为从PD源点(x,y,z)到达各AE传感器的传播时间；以等值声速Ve乘以时延Ti，可以得到放电点到各AE传感器的空间距离VeTi。由此得到球面方程：式中：(x,y,z)为PD源点的三维直角坐标；(xi,yi,zi)为第i个AE传感器的布置位置坐标；Ti为第i个AE传感器接收到波形相对与电脉冲信号的时延值；i＝1,2,3,…,n为AE传感器的个数。上式(1)可转换为如下方程组：通常，式(2)为非线性方程组，解析解(封闭解)表达式无法获得，故求取其最优数值解，转变为如下约束性最优化问题：式中：xmax，ymax，zmax分别为等效的变压器宽、长和高(m)。由于AE传播路径比较复杂，各路径的等值声速Ve一般不尽相同，且其受温度和油压等因素的影响，在实际应用中一般以等值传播速度为变量，取1300m·s-1≤Ve≤1500m·s-1。由公式(3)和图2所示，目前工程中应用至少需要3个AE传感器，才能准确求解变压器内部PD源点空间坐标(x,y,z)的最优数值解。目前，变压器厂存在设计及工艺缺陷、过程管控不严、设计裕度不足等问题，导致在生产过程中存在绝缘缺陷。而绝缘缺陷产生的PD是加剧运行变压器油纸绝缘老化并演变至绝缘击穿故障的首要原因。因此，PD试验及PD源定位以成为设备制造厂、设备运维单位的日常工作，但公式(3)所示的PD定位求解法由于涉及到非线性方程，需要应用最小二乘牛顿迭代算法或者遗传算法(GA)、粒子群(PSO)等智能算法，才能求取PD源点坐标的最优数值解。上述方法对于一般的技术人员要求太高，不利于日常工作的开展和工程应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法，包括以下步骤：1)布置一个电信号传感器和两个超声波传感器，并通过信号传输同轴电缆与示波器连接，根据现场背景噪声设置触发阈值；2)选择变压器底部一个端点为(0,0,0)，宽、长和高方向分别为x、y和z轴，建立三维直角坐标，并根据等效的变压器宽、长和高得到求解空间xmax，ymax，zmax；3)位置1工况公式求解PD坐标y的解析解；4)位置2工况公式求解PD坐标z和x的解析解，从而实现PD的空间定位。优选地，所述的一个电信号传感器为变压器用套管末屏接地线处、中性点接地线处或铁芯接地线处的高频CT罗氏线圈。优选地，所述的一个电信号传感器为变压器用预埋式特高频传感器、放油阀侵入式特高频传感器或介质窗式特高频传感器。优选地，所述的两个超声波传感器为工作特性一致的谐振式锆钛酸铅压电陶瓷AE传感器。优选地，所述的示波器为四通道数字示波器。优选地，所述的位置1工况公式求解PD坐标y的解析解具体为：超声波传感器S1固定放置，超声波传感器S2在位置1放置，其中两个超声波传感器的坐标分别为S1(x1,y1,z1)＝(0,A1,B1)，S2(x2,y2,z2)＝(0,A2,B1)，在该位置1工况下，电脉冲触发同时采集电信号和2个超声波传感器的波形信号，电声联合时延估计模块估计得超声波传感器S1和S2的时延估计值为T11和可得PD源与传感器直接直线距离的两个球面方程，即式(5)中两式相减，得：即其中(x,y,z)为PD源点的三维直角坐标，Ve为等值声速。优选地，所述的位置2工况公式求解PD坐标z和x的解析解具体为：超声波传感器S1(x1,y1,z1)＝(0,A1,B1)固定放置不动，超声波传感器S2从位置1转至位置2放置，其中两个超声波传感器的坐标为S1(x1,y1,z1)＝(0,A1,B1)，S2(x2,y2,z2)＝(0,A1,B2)，在该位置2工况下，电脉冲触发同时采集电信号和两个AE波形信号，电声联合时延估计模块估计得传感器S1和S2的时延估计值为T12和可得PD源与传感器直接直线距离的两个球面方程，式(8)中两式相减，得：即利用(7)和(10)求出P(x,y,z)的y和z后，利用超声波传感器S1坐标(x1,y1,z1)＝(0,A1,B1)及其时延估计值为T11，根据直线距离球面方程可得：由于x1＝0，则优选地，所述的电声联合时延估计模块，采用波形信号最大幅值对应的时刻进行差值求取。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、采用一个电信号传感器加两个超声波传感器实现了变压器内部PD源的空间定位，定位精度满足工程应用需求，降低了定位系统配置要求和成本，简化了实际应用时的传感器安装和布线工作量；2、基于特定的坐标系设计和超声波传感器布置方式，给出了PD源三维坐标的解析解求解公式，简单易懂，一般技术人员即可掌握使用、方便程序设计和软件实现，避免了目前PD定位求解需要对非线性方程组进行求解，特别是需要使用遗传算法、粒子群算法等迭代求解，求解结果依赖于初始参数选择且每次结果有差异。附图说明图1为现有的电声联合“1+n”时差定位原理图；图2为现有的基于电声联合“1+3”时差定位原理的变压器PD空间定位方法示意图；图3为本专利技术基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法的示意图。图4为本专利技术基于解析解展示的变压器PD源定位空间位置示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。本专利技术基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法，为一种两步法，如图3所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)布置一个电信号传感器和两个超声波传感器，并通过信号传输同轴电缆与示波器连接，根据现场背景噪声设置触发阈值；/n2)选择变压器底部一个端点为(0,0,0)，宽、长和高方向分别为x、y和z轴，建立三维直角坐标，并根据等效的变压器宽、长和高得到求解空间x

【技术特征摘要】
1.一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)布置一个电信号传感器和两个超声波传感器，并通过信号传输同轴电缆与示波器连接，根据现场背景噪声设置触发阈值；
2)选择变压器底部一个端点为(0,0,0)，宽、长和高方向分别为x、y和z轴，建立三维直角坐标，并根据等效的变压器宽、长和高得到求解空间xmax，ymax，zmax；
3)位置1工况公式求解PD坐标y的解析解；
4)位置2工况公式求解PD坐标z和x的解析解，从而实现PD的空间定位。


2.根据权利要求1所述的一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法，其特征在于，所述的一个电信号传感器为变压器用套管末屏接地线处、中性点接地线处或铁芯接地线处的高频CT罗氏线圈。


3.根据权利要求1所述的一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法，其特征在于，所述的一个电信号传感器为变压器用预埋式特高频传感器、放油阀侵入式特高频传感器或介质窗式特高频传感器。


4.根据权利要求1所述的一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法，其特征在于，所述的两个超声波传感器为工作特性一致的谐振式锆钛酸铅压电陶瓷AE传感器。


5.根据权利要求1所述的一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法，其特征在于，所述的示波器为四通道数字示波器。


6.根据权利要求1所述的一种基于解析解的变压器电声联合PD空间定位方法，其特征在于，所述的位置1工况公式求解PD坐标y的解析解具体为：
超声波传感器S1固定放置，超声波传感器S2在位置1放置，其中两个超声波传感器的坐标分别为S1(x1,y1,z1)＝(...

【专利技术属性】
技术研发人员：司文荣，傅晨钊，陆启宇，张琪祁，宋平，黄兴德，朱征，黄华，姚维强，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，华东电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31