一种基于三维声场云图的变电设备隐患定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三维声场云图的变电设备隐患定位方法及系统，属于电力三维声成像隐患定位技术领域。本发明专利技术方法，包括：确定所述三维点云模型中变电设备、部件以及非设备的点云；在所述三维点云模型中位置和姿态的定位；生成三维声场云图；获取声像图；对声场强度不同距离下的距离权重进行加权平均以更新三维声场云图；获取三维声场云图中缺陷频段的点云声场区块；对变电设备的隐患进行定位。本发明专利技术有效的提升声成像在现场运维的效果。本发明专利技术有效的利用运维阶段采集的三维点云模型数据。有效的利用运维阶段采集的三维点云模型数据。有效的利用运维阶段采集的三维点云模型数据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维声场云图的变电设备隐患定位方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力三维声成像隐患定位
，并且更具体地，涉及一种基于三维声场云图的变电设备隐患定位方法及系统。

技术介绍

[0002]随着中国经济不断发展，各行各业对电力的需求不断增加，在碳达峰和碳中和的目标指导下，电能成为能源行业中发展最快的行业之一，相比于2011年，2021年国家电网27家省公司运行的变电站/换流站数量翻番，达到了3万多座；电网主设备作为电网安全稳定运行的核心环节，伴随着越来越多新能源的接入，电网主设备的稳定性问题尤为突出，越来越多电力设备状态需要被及时监测；其中，日常巡检是确保电网主设备安全稳定运行的重要环节，但电网运维人员数量近几年并未增加。在电力设备增加和运维人员短缺的情况下，给电网主设备运维带来巨大挑战和变革契机。人工智能技术、新型传感技术可提升电网设备巡检智能化水平。目前，随着巡视机器人、高清视频摄像头、图像识别算法的快速发展，可见光缺陷识别和远程在线巡视技术已用于变电巡视。
[0003]但基于图像识别的方式，仅能发现外观类缺陷，无法对设备内部的缺陷进行检测和诊断。声成像技术是基于传声器阵列测量的技术，通过测量一定空间内的声波到达各传声器的信号相位差异，依据相控阵原理确定声源的位置和强度。声成像技术可以对变压器直流偏磁、过励磁、绕组变形、过负载、铁芯夹件松动、放电和分接开关机械故障等缺陷故障，以及断路器弹簧卡涩、传动机构故障等缺陷故障进行检测和诊断。
[0004]但目前声成像在应用过程中存在以下问题：r/>[0005]1)预置位无法区分折反射的声源信号；
[0006]由于声成像在线监测装置在部署阶段过程中无法有效预计声源位置，尤其是绕组变形、偏磁、铁芯夹件松动等缺陷出现位置较为随机，其中变电/换流场站环境结构对声源的折反射，因此，很难在布设声成像装置阶段避免折反射的影响，在同一检测位置很难有效区分缺陷声源和折反射的声源信号，导致声源定位错误诊断。
[0007]2)缺少三维空间准确定位；
[0008]由于声成像图像分析是对完全独立的单张声成像图像进行分析，并且每张声成像图像中各像素的对应的空间坐标信息是缺失的，因此现在的声成像诊断还停留在监测或频谱分析，无法对三维的声场域进行分析和精确的三维空间定位。
[0009]3)缺少横向时序比较；
[0010]由于声成像图像分析是对完全独立的声成像图像进行分析，声场的最大值、平均值等统计学指标很难进行直接的横向时序比较，因为存在空间位置不匹配的问题，只能给出大致某个区域的统计学趋势，无法直接给出空间某些点时序上的声场变化趋势，对于长期的监测来说，很难对潜在隐患进行提前预警。

技术实现思路

[0011]针对上述问题，本专利技术提出了一种基于三维声场云图的变电设备隐患定位方法，包括：
[0012]确定目标变电设备的拓扑结构，根据所述拓扑结构，构建变电设备的三维点云模型，并根据所述拓扑结构中设备的实际比例对所述三维点云模型进行分割，以确定所述三维点云模型中变电设备、部件以及非设备的点云；
[0013]在运动模块上搭载三维声场云图采集装置，通过所述三维声场云图采集装置中的激光雷达确定所述三维声场云图采集装置，在所述三维点云模型中位置和姿态的定位；
[0014]在确定三维声场云图采集装置在所述三维点云模型中位置和姿态的定位后，通过所述三维声场云图采集装置采集三维点云模型的二维声像图，并将所述二维声像图映射至三维点云模型上，以生成三维声场云图；
[0015]若所述三维声场云图采集装置采集到缺陷频段的声像信号，调整运动模块以再次确定所述三维声场云图采集装置在所述三维点云模型中的位置和姿态的定位，并针对所述缺陷频段的声像信号的来源进行不同角度的采集，以获取声像图；
[0016]将所述的声像图映射至三维点云模型上，并确定点云上的点对应的声场强度，对声场强度不同距离下的距离权重进行加权平均以更新三维声场云图；
[0017]确定更新后的三维声场云图中移动或消失的声信号来源，并对所述移动或消失的声信号来源进行提取，以获取三维声场云图中缺陷频段的点云声场区块；
[0018]提取三维声场云图中缺陷频段的点云声场区块中的声场信息，鼻尖不同时刻的声场信息，确定三维声场云图的时序以确定异响振动缺陷，根据所述异响振动缺陷，对变电设备的隐患进行定位。
[0019]可选的，声场信息包括：声场密度、声场范围和点云声场区块中心点。
[0020]可选的，变电设备包括，变电站设备以及换流站设备。
[0021]本专利技术还提供了一种基于三维声场云图的变电设备隐患定位系统，包括：
[0022]多线激光雷达模块、声成像模块、三维声场云图采集装置一体化外壳、云台、运动模块、巡检控制模块、边缘计算模块、机载通讯模块、站端通讯模块和分析计算模块；
[0023]所述多线激光雷达模块、声成像模块封装在三维声场云图采集装置一体化外壳中，用于同步采集变电设备的三维点云和声像图；
[0024]所述云台的底座部分固定在运动模块上，所述云台的运动部分与三维声场云图采集装置固定连接；
[0025]所述运动模块，用于控制三维声场云图采集装置的移动；
[0026]所述巡检控制模块用于云台和运动模块的位置和姿态的电机控制；
[0027]所述边缘计算模块用于采集变电设备三维点云和声像图的配准以及映射，生成三维声场云图，对缺陷频段的声像图进行位置判断，并发送指令控制运动模块调整机器人位置和云台姿态；
[0028]所述机载通讯模块用于将三维声场云图数据传输至站端通讯模块；
[0029]所述站端通讯模块用于接收三维声场云图数据；
[0030]所述分析计算模块用于三维声场云图的异响振动缺陷的三维空间定位，和基于三维点云声场区块的声场密度、声场范围和点云声场区块中心确定三维声场云图的时序分
析。
[0031]可选的，运动模块，为巡视机器人的移动底座或可移动装置。
[0032]可选的，分析模块还用于给出异响振动缺陷的发展趋势和主动预警。
[0033]本专利技术有效的提升声成像在现场运维的效果。
[0034]本专利技术有效的利用运维阶段采集的三维点云模型数据。
附图说明
[0035]图1为本专利技术优选实施方式的高精度三维声场云图变电/换流设备隐患定位方法的流程示意图；
[0036]图2(a)为本专利技术优选实施方式的存在折反射情况的三维声场云图采集图；
[0037]图2(b)为本专利技术优选实施方式的不存在折反射情况的三维声场云图采集图；
[0038]图3(a)为本专利技术优选实施方式的缺陷频率声像图提取示意图；
[0039]图3(b)为本专利技术优选实施方式的缺陷频率声像图与三维点云映射融合示意图；
[0040]图4为本专利技术优选实施方式的三维声场云图变电/换流设备点云声场区块时序分析的流程示意图；
[0041]图5为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维声场云图的变电设备隐患定位方法，所述方法包括：确定目标变电设备的拓扑结构，根据所述拓扑结构，构建变电设备的三维点云模型，并根据所述拓扑结构中设备的实际比例对所述三维点云模型进行分割，以确定所述三维点云模型中变电设备、部件以及非设备的点云；在运动模块上搭载三维声场云图采集装置，通过所述三维声场云图采集装置中的激光雷达确定所述三维声场云图采集装置，在所述三维点云模型中位置和姿态的定位；在确定三维声场云图采集装置在所述三维点云模型中位置和姿态的定位后，通过所述三维声场云图采集装置采集三维点云模型的二维声像图，并将所述二维声像图映射至三维点云模型上，以生成三维声场云图；若所述三维声场云图采集装置采集到缺陷频段的声像信号，调整运动模块以再次确定所述三维声场云图采集装置在所述三维点云模型中的位置和姿态的定位，并针对所述缺陷频段的声像信号的来源进行不同角度的采集，以获取声像图；将所述的声像图映射至三维点云模型上，并确定点云上的点对应的声场强度，对声场强度不同距离下的距离权重进行加权平均以更新三维声场云图；确定更新后的三维声场云图中移动或消失的声信号来源，并对所述移动或消失的声信号来源进行提取，以获取三维声场云图中缺陷频段的点云声场区块；提取三维声场云图中缺陷频段的点云声场区块中的声场信息，鼻尖不同时刻的声场信息，确定三维声场云图的时序以确定异响振动缺陷，根据所述异响振动缺陷，对变电设备的隐患进行定位。2.根据权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洋，殷禹，高飞，杨宁，韩帅，张博文，贾鹏飞，李丽华，陈没，廖思卓，朱家运，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：