一种基于麦克风阵列的GIS局部放电源定位系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于麦克风阵列的GIS局部放电源定位系统，能够实现获取GIS金属屏蔽箱内部的局部放电超声信号并确定发生局部放电的位置。上述局部放电源定位系统包括：信号采集装置，用于获取GIS内部局部放电产生的超声信号，并转换为数字信号；信号处理装置，用于处理声音信号，通过改进UCA

【技术实现步骤摘要】
一种基于麦克风阵列的GIS局部放电源定位系统


[0001]本专利技术涉及GIS局部放电故障诊断
，涉及一种GIS局部放电源定位系统和GIS局部放电源定位方法。

技术介绍

[0002]局部放电是引起变压器绝缘故障的主要因素之一。确定局部放电性质是判断其绝缘故障严重程度的依据。因此，有效地在线识别局部放电模式对判断局部放电对变压器的危害程度是有帮助的。目前局部放电模式识别多数采用电脉冲法和气相色谱法。在电脉冲法中，由于现场存在的大量电磁干扰，使得电脉冲信号检测和处理都有困难，通常是在停电状态下采取大量的防干扰措施后进行，在线检测目前还很难进行。气相色谱法虽无电磁干扰问题，但该方法存在严重的滞后，只有在放电量达到一定程度、且放电一定时间以后才可以检测到所需信号。超声波法测量局部放电在目前技术条件下，有望实现在线检测及在线模式识别。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提出一种基于麦克风阵列的GIS局部放电源定位系统和GIS局部放电故障诊断方法，以解决如何准确快速地确定GIS局部放电发生位置的问题。
[0004]本专利技术采取的技术方案如下：基于麦克风阵列的GIS局部放电源定位系统，包含一套完备的信号采集装置，信号处理装置和一种GIS局部放电故障诊断算法。信号采集装置包含由八个麦克风构成的圆形阵列，所述圆形阵列中心设有至少一个麦克风。麦克风阵列板安装于GIS箱体外部，用于获取发生局部放电是的超声信号。优选地，其中所述麦克风阵列选用微机电系统(MEMS)麦克风，高度集成在PCB板上，可以节约成本并节省空间。信号处理装置包含若干模数转换(AD)模块，将所述麦克风阵列划分为两组麦克风，各麦克风组所采集的信号分别通过模数转换模块处理后输入信号处理装置中；滤波模块，用以对麦克风阵列采集的信号进行滤波，滤去低频噪声、高频噪声；信号增益模块，用以对麦克风阵列采集的信号进行放大。所述麦克风组，每组四个麦克风由一片PCM1864控制进行滤波、放大、模数转换。所述GIS局部放电故障诊断算法，采用改进的UCA
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RN
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MUSIC算法，相比于传统的UCA
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RB
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MUSIC算法，改进UCA
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RB
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MUSIC对于接受数据的协方差矩阵加权处理，其中权矢量的选取与期望信号的波达方向的角度有关。对加权处理后的矩阵Toeplitz重构，再特征值分解，通过谱峰搜索估计信源的方位角与俯仰角。
附图说明
图1为本专利技术的原理结构示意图；
图2为本专利技术的声音采集装置的结构示意图。图3为本专利技术所选用的软件控制的滤波器的结构示意图。图4为本专利技术所选用的软件控制的混合器的原理示意图。图5为本专利技术的一种基于麦克风阵列的GIS局部放电源定位系统的电源电路示意图。图6为本专利技术的一种基于麦克风阵列的GIS局部放电源定位系统的变压电路示意图。图7 为本专利技术的改进算法流程图。图 8为本专利技术使用方法示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为了阐释的目的而描述了本专利技术的一些示例性实施例，需要理解的是，本专利技术可通过附图中没有具体示出的其他方式来实现。如图1所示，在一具体实例中，一种基于麦克风阵列的GIS局部放电源定位系统，包括信号采集装置、信号处理装置和一种GIS局部放电故障诊断算法。所述信号采集装置，采用MEMS麦克风高度集成于麦克风板上，其频率响应为20
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200kHz，可以采集到GIS发生局部放电时产生的超声波信号。麦克风阵列上麦克风分为两组，如图2所示，每组四个麦克风采集的数据分别由一个音频芯片PCM1864进行初步处理(滤波，放大，AD)后输入信号处理装置，转换后的数据经由Ch1、Ch2、Ch3、Ch4四ADC通道传输。所述麦克风组，其时钟由板上一块大小为24.576MHZ的晶振提供，其中一个芯片为主模式，另一个芯片为从模式，从模式的芯片时钟由主模式芯片提供。为获得还原度更高的声音信号，两片芯片的采样率设定为192kHz，其中主模式芯片采样率由晶振直接分频而来，并且输出采样率、位时钟(BCK)、左右时钟(LRCK)至从模式芯片及处理器中。所述主从模式，要分别设置主从模式，主模式芯片寄存器32的值要设为00010001，从模式芯片设为00000001，即主模式为(P0，reg32，0x11)，从模式为(P0,reg32，0x01)。所述位时钟BCK设置主模式芯片其与主时钟比值为1，即(P0,reg38，0x00)。所述采样率及LRCK可由BCK分频而来，设置主模式芯片为(P0,reg39，0xFF)。所述滤波处理，PCM1864上有DSP1和DSP2两个不可定制可编程的固定功能处理器，如图3所示，可对其代码控制用于执行多种滤波、混合功能、信号检测和内务管理功能。设置该滤波器的通带范围为20kHz至700kHz，即滤去频率为20kHz以下以及700kHz以上的噪声声波。启用滤波器，且选择四通道处理模式，即(P0,reg113，0x10)。音频芯片PCM1864输出数字
信号到CPU使用I2S协议，为节约成本，节省麦克风阵列板上空间，如图4所示，开启DSP2的混合功能，将每个PCM1864芯片的四通道输出与I2S左右始终混合通过DOUT输出。为每个通道开启混合功能，寄存器2对应四个通道，即(P1，reg2，0x00)、(P1，reg2，0x01)、(P1，reg2，0x02)、(P1，reg2，0x03)分别设置寄存器4
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6的值为101000000000000000000000，即(P1，reg4，0xA0)、(P1，reg5，0x00)、(P1，reg6，0x00)，重复此操作为四个通道分别开启混合功能。所述放大处理，PCM1864有一个两级可编程增益放大器(PGA)，可以对采集的声音信号在模拟域进行粗略增益调整，在数字域进行精细增益调整，利用该配置，能够以更低的成本实现更智能的功能。其中模拟域增益设置为32dB，数字域增益设置为4dB，即寄存器1
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4均设置为00100000单通道模拟域增益：(P0,reg1，0x40)、(P0,reg2，0x40)、(P0,reg3，0x40)、(P0,reg4，0x40)；寄存器15、22
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24均设置为00110000单通道数字域增益：(P0,reg15，0x50)、(P0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于麦克风阵列的GIS局部放电源定位系统，能够实现获取GIS金属屏蔽箱内部的局部放电超声信号并确定发生局部放电的位置。上述局部放电源定位系统包括：信号采集装置，用于获取GIS内部局部放电产生的超声信号，并转换为数字信号；信号处理装置，用于处理声音信号，计算产生局部放电的位置信息。2.根据权利要求1所述的信号采集装置，采用七...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕艳玲，邵钰淳，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：