GIL伸缩节声波传输建模方法技术

本发明专利技术涉及一种声波传输建模方法，属于电力监测技术领域，具体是涉及一种GIL伸缩节声波传输建模方法。该方法结合试验与数值模拟方式，可以考虑GIL超声故障定位在线监测系统工作时噪声干扰以及传感器灵敏度对结果造成的影响，对声波经过不同类型GIL伸缩节的衰减与时延量进行计算，通用性强，具有较广泛的工程应用前景。

【技术实现步骤摘要】
GIL伸缩节声波传输建模方法
本专利技术涉及一种声波传输建模方法，属于电力监测
，具体是涉及一种GIL伸缩节声波传输建模方法。
技术介绍
GIL作为一种输送容量大、可靠性高、与环境相互影响小的输电线路，其总体长度一般较长，通常采用分段模块化的方式进行安装。当绝缘故障发生时，如何快速、准确地定位故障位置，进而及时对坏损管段进行更换，而无需拆解其他管段已经成为了GIL运维中的热点话题。当传感器和故障点之间存在着伸缩节这一结构时，现有的GIL超声故障定位在线监测方法存在着定位结果准确度低、系统可靠性差等问题，这是因为伸缩节中存在着大量的气-固交界面，沿GIL外壳传播的声波会在其中发生复杂的折反射以及波形转换现象，相对于直管段会产生比较严重的时延和衰减。因此，需要掌握声波经过GIL伸缩节的传播特性，从而为GIL超声故障定位在线监测方法的改进提供依据。声波经过伸缩节时的传播情况复杂，难以通过理论方式解析计算，亦无相关的经验公式。数值模拟方法可以克服声音在复杂结构中传播面临的理论计算难度大、试验繁杂等问题。但数值模拟得到的是理想情况下的结果，实际的GIL超声故障定位在线监测系统工作时往往受到现场噪声的干扰，所使用传感器的灵敏度也有差别。当绝缘故障发生时，不同GIL上安装的超声故障定位在线监测系统能够测量到的时域波形的有效波头并不相同，系统设置的动作阈值也有所区别。因此，需要在数值模拟得到的结果中考虑上述因素所造成的影响，从而使数值模拟结果更好地指导实际。另一方面，GIL伸缩节的种类繁多，不同GIL使用的伸缩节中波纹管的皱纹节数并不相同。为此，本专利技术结合试验与数值模拟，提供了一种考虑实际超声定位在线监测系统灵敏性与外界噪声干扰的情况下，声波经过伸缩节衰减量与时延量的按节归算的计算方法。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。本专利技术主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供了一种GIL伸缩节声波传输建模方法。该方法结合试验与数值模拟方式，可以考虑GIL超声故障定位在线监测系统工作时噪声干扰以及传感器灵敏度对结果造成的影响，对声波经过不同类型GIL伸缩节的衰减与时延量进行计算，通用性强，具有较广泛的工程应用前景。为解决上述问题，本专利技术的方案是：一种GIL伸缩节声波传输建模方法，包括：传声特性试验步骤，敲击包含伸缩节的GIL传输系统的外壳，记录敲击力波形信号以及声波在GIL中传递的实测振动时域波形信号；有限元模型建模步骤，建立表征所述GIL传输系统几何形态的第一有限元仿真模型和第二有限元仿真模型，所述第一有限元仿真模型中的元件及几何尺寸与所述GIL传输系统相同，所述第二有限元仿真模型为将所述第一有限元仿真模型中的伸缩节波纹管替换为与所述波纹管展开后长度相同的GIL直管得到；有限元数值模拟步骤，根据所述实测敲击力波形信号拟合得到激励力波形；将所述激励力波形以总力的形式施加于所述第一有限元仿真模型和所述第二有限元仿真模型，记录各有限元模型中的仿真得到的模拟振动时域波形信号；衰减及时延分析步骤，分析模拟振动时域波形信号有效波头以及该波头上的时延计算基准点，计算声波经过所述第一有限元仿真模型和所述第二有限元仿真模型后的衰减及时延特性；声波传输建模步骤，基于所述衰减及时延特性建立按节归算的GIL伸缩节衰减量与时延量的数学模型。优选的，上述的一种GIL伸缩节声波传输建模方法，所述传声特性试验步骤中，通过压电式冲击力锤敲击GIL外壳的方式产生标准敲击声源，选择安装在GIL伸缩节单元前后的两个传感器记录声波在GIL中传递的振动时域波形信号。优选的，上述的一种GIL伸缩节声波传输建模方法，有限元模型建模步骤为所述有限元仿真模型添加声-结构耦合边界条件、支架约束边界条件、介质阻尼特性以及模型两端的无限长边界条件。优选的，上述的一种GIL伸缩节声波传输建模方法，所述有限元数值模拟步骤中，所述激励力波形施加于GIL有限元仿真模型上的激励位置以及记录仿真振动时域波形信号的测量位置与所述传声特性试验步骤中的敲击位置和记录位置相对应。优选的，上述的一种GIL伸缩节声波传输建模方法，所述有限元数值模拟步骤中，通过二次函数与高斯脉冲函数分段拼接的方式，根据所述实测敲击力波形信号拟合得到激励力波形。优选的，上述的一种GIL伸缩节声波传输建模方法，所述衰减及时延分析步骤中，在横-纵混叠波的波群中，选取波形首波波群中每个波头上升部分起始点与该波头峰值点间的区域作为时延计算基准点的分布区域，计算每个区域对应的波速范围，基于上述实测振动时域波形信号计算得到的实测波速确定模拟振动时域波形信号波形首波波群中的有效波头以确定时延计算基准点的位置，基于所述基准点的位置计算声波经过所述第一有限元仿真模型和所述第二有限元仿真模型后的衰减量与时延量。优选的，上述的一种GIL伸缩节声波传输建模方法，基于声波经过第一有限元仿真模型的衰减量A1与时延量T1，以及经过第二有限元仿真模型前后的衰减量A2与时延量T2，计算得到伸缩节结构造成的额外衰减量A1-A2和时延量T1-T2；基于伸缩节结构造成的额外衰减量A1-A2和时延量T1-T2计算得到单个伸缩节的节衰减量和节时延量；基于所述节衰减量和节时延量建立按节归算的GIL伸缩节衰减量与时延量的数学模型。因此，本专利技术相对于现有技术具备以下优点：(1)通过力锤敲击GIL外壳的方式产生激励声源，既可以记录激励信号，又可以快速开展大量的试验，同时可以有效避免通过实际交流耐压试验产生击穿声源的方式对GIL造成的破坏；(2)借助GIL外壳上安装的超声定位在线监测系统的传感器进行试验，方便试验布置，降低试验成本，同时使试验结果具有较强的针对性；(3)考虑了实际系统中噪声干扰以及传感器灵敏度对结果造成的影响，根据试验结果确定数值模拟结果波形的有效波头以及该波头上的时延计算基准点，使数值模拟的结果可以适用于不同的GIL超声定位在线监测系统；(4)所提出的算法通用性强，可以准确、定量地计算声波通过各种不同结构GIL伸缩节的衰减量与时延量。附图说明并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本专利技术的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本专利技术的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。图1是本专利技术具体实施方式的一种声波经过GIL伸缩节衰减量与时延量的计算方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种GIL伸缩节单元传声特性试验布置示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种将GIL伸缩节中波纹管展直为直管过程的示意图，记伸缩节的长度为L0，展直后的直管长度为L；图4为本专利技术实施例提供的一种压电式冲击力锤输出的冲击本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GIL伸缩节声波传输建模方法，其特征在于，包括：/n传声特性试验步骤，敲击包含伸缩节的GIL传输系统的外壳，记录敲击力波形信号以及声波在GIL中传递的实测振动时域波形信号；/n有限元模型建模步骤，建立表征所述GIL传输系统几何形态的第一有限元仿真模型和第二有限元仿真模型，所述第一有限元仿真模型中的元件及几何尺寸与所述GIL传输系统相同，所述第二有限元仿真模型为将所述第一有限元仿真模型中的伸缩节波纹管替换为与所述波纹管展开后长度相同的GIL直管得到；/n有限元数值模拟步骤，根据所述实测敲击力波形信号拟合得到激励力波形；将所述激励力波形以总力的形式施加于所述第一有限元仿真模型和所述第二有限元仿真模型，记录各有限元模型中的仿真得到的模拟振动时域波形信号；/n衰减及时延分析步骤，分析模拟振动时域波形信号有效波头以及该波头上的时延计算基准点，计算声波经过所述第一有限元仿真模型和所述第二有限元仿真模型后的衰减及时延特性；/n声波传输建模步骤，基于所述衰减及时延特性建立按节归算的GIL伸缩节衰减量与时延量的数学模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种GIL伸缩节声波传输建模方法，其特征在于，包括：
传声特性试验步骤，敲击包含伸缩节的GIL传输系统的外壳，记录敲击力波形信号以及声波在GIL中传递的实测振动时域波形信号；
有限元模型建模步骤，建立表征所述GIL传输系统几何形态的第一有限元仿真模型和第二有限元仿真模型，所述第一有限元仿真模型中的元件及几何尺寸与所述GIL传输系统相同，所述第二有限元仿真模型为将所述第一有限元仿真模型中的伸缩节波纹管替换为与所述波纹管展开后长度相同的GIL直管得到；
有限元数值模拟步骤，根据所述实测敲击力波形信号拟合得到激励力波形；将所述激励力波形以总力的形式施加于所述第一有限元仿真模型和所述第二有限元仿真模型，记录各有限元模型中的仿真得到的模拟振动时域波形信号；
衰减及时延分析步骤，分析模拟振动时域波形信号有效波头以及该波头上的时延计算基准点，计算声波经过所述第一有限元仿真模型和所述第二有限元仿真模型后的衰减及时延特性；
声波传输建模步骤，基于所述衰减及时延特性建立按节归算的GIL伸缩节衰减量与时延量的数学模型。


2.根据权利要求1所述的一种GIL伸缩节声波传输建模方法，其特征在于，所述传声特性试验步骤中，通过压电式冲击力锤敲击GIL外壳的方式产生标准敲击声源，选择安装在GIL伸缩节单元前后的两个传感器记录声波在GIL中传递的振动时域波形信号。


3.根据权利要求1所述的一种GIL伸缩节声波传输建模方法，其特征在于，有限元模型建模步骤为所述有限元仿真模型添加声-结构耦合边界条件、支架约束边界条件、介质阻尼特性以及模型两端的无限...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，黄文雄，郝乾，王永君，杜志叶，郝兆扬，熊志云，袁攀，张磊，刘静，
申请(专利权)人：武汉朗德电气有限公司，武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42