【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于串抗匝间击穿故障定位，具体而言，涉及一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统。
技术介绍
1、与传统的铁芯油式电抗器相比，干式空心电抗器具有线性度高、重量轻、机械强度高、噪声小、易于安装和维护的优点，因此，广泛运用于电力系统中，具有限制短路电流、无功补偿的作用。干式空心电抗器可通过串联或者并联的方式接入系统，根据功能种类和用途，可将干式空心电抗器分为串联电抗器、并联电抗器、限流电抗器、中性点接地电抗器、滤波电抗器、分裂电抗器、静止无功补偿并联电抗器、平衡电抗器、平波电抗器等。干式空心电抗器在总体上可视为由多个同轴包封并联而成。干式空心电抗器的每个包封内具有多层不同匝数的绕组相互并联，包封与包封之间留有气道，便于干式空心电抗器的散热；干式空心电抗器的气道之间由分布均匀的撑条隔开，起到固定的作用；铝制的星形支架位于电抗器包封顶部和底部，电抗器包封首末端的绕组出线通过焊接在星形支架的接线臂上，起到电气连接的作用，另一方面星形支架能够压紧包封，提高干式空心电抗器的机械强度。在绝缘方面，干式空心电抗器包封内各层绕组间和绕组匝间由玻璃纤维丝或聚脂薄膜包制，电抗器包封的整体绝缘由浸有环氧树脂的玻璃纤维构成。近年来，干式空心电抗器绝缘故障时有发生，严重时发生电抗器烧毁事故，给电力系统安全稳定运行带来威胁，并造成经济财产损失。串联电抗器绝缘失效时，首先表现为线包匝间击穿，形成不稳定放电通道，引起频繁火花放电，使得局部温度进一步升高，绝缘破坏范围扩大和破坏程度加剧。电抗器的包封过热造成绝缘的劣化，形成过热-绝缘损坏-发热更为严重这一
2、目前，对串联电抗器匝间击穿故障目前国内外采用的在线监测方法主要有磁场探测法、光纤测温法及振动频谱分析法等。其中，磁场探测法在电抗器上下端设置对称放置的感应线圈，形成差分信号反映电抗器的磁场变化以监控匝间短路故障；光纤测温法采用光纤布拉格光栅温度传感器监控电抗器本体的温度变化，利用其温度信号来监控电抗器的工作状态；振动频谱分析法在电抗器外表面多处安置振动传感器，利用其振动频谱分析来监控电抗器的工作状态。但是这些方法均存在由于传感器信号的干涉，引发的检测精度的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，能够解决现有技术对串抗匝间击穿故障定位的设备，由于传感器信号的干涉，导致检测精度的技术问题。
2、本专利技术是这样实现的：
3、本专利技术提供一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其中，包括超声传感阵列、通讯中继和上位机，其中所述超声传感阵列与通讯中继采用无线方式连接，所述通讯中继与所述上位机串口连接，所述超声传感阵列中设置有均匀间隔的m行×n列的超声传感器，所述超声传感器用于采集超声信号，所述超声传感器阵列用于输出每个超声传感器的超声信号作为超声信号集，其中每个超声信号，所述上位机中设置有串抗匝间击穿故障定位模块，用于采用相对相位聚类的方式，根据所述超声信号集进行串抗匝间击穿故障定位。
4、一般的，mn均为8～32之间的整数。
5、在上述技术方案的基础上，本专利技术的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统还可以做如下改进:
6、其中，所述串抗匝间击穿故障定位模块，用于执行以下步骤：
7、s10、获取超声信号集；
8、s20、对所述超声信号集中的每个超声信号进行预处理，得到预处理信号；
9、s30、根据每个预处理信号对应的超声传感器的位置进行计算每个超声信号的相对相位；
10、s40、利用预先训练好的超声故障模型，输入每个预处理信号，输出对应的故障时刻；
11、s50、根据每个预处理信号的故障时刻以及相对相位，计算得到多个串抗匝间击穿故障的位置，本步骤中，由于实际使用中检测串抗匝间击穿故障放置超声传感器阵列的空间有限，超声传感器的距离较小，当击穿故障引发的超声波信号到达超声传感器阵列时会存在一定的干涉，会影响超声传感器接收到的超声信号的振幅，从而对相位计算产生影响，造成每次计算得到的串抗匝间击穿故障存在误差，因此需要计算得到多个串抗匝间击穿故障的位置。
12、s60、对计算得到的多个串抗匝间击穿故障的位置采用自组织映射神经网络进行无监督学习聚类，得到的多个聚类中心为串抗匝间击穿故障的位置；采用自组织映射神经网络进行无监督聚类的过程中，由于这个自组织映射神经网络存在一个竞争层，自动寻找最适合聚类的聚类中心，聚类效果更高，能够有效降低s50中超声干涉现象造成的计算误差。
13、其中，所述超声传感器阵列中相邻两行或相邻两列的传感器间距大于0.5个超声波波长。
14、进一步的，所述超声波频率大于2mhz，所述超声传感器阵列中相邻两行或相邻两列的传感器间距大于2个超声波波长。
15、进一步的，所述对所述超声信号集中的每个超声信号进行预处理，得到预处理信号的步骤，具体包括：对采集的超声信号集中的每个超声信号进行小波变换滤波去除噪声、利用主成分分析消除冗余成分、采用min-max归一化映射信号幅值到统一范围。
16、进一步的，所述根据每个预处理信号对应的超声传感器的位置进行计算每个超声信号的相对相位的步骤，具体包括：基于超声传感器阵列的几何布局确定阵元间距离，依距速关系推导理论到达时间，与实测时间比较确定相对相位。
17、进一步的，所述超声故障模型的建立和训练步骤，具体是：
18、构建训练样本、构建单一超声传感器对串抗设备的运行实验进行超声信号采集，并人工标注超声信号中对应的存在匝间击穿故障的波形段；多次试验，得到多个超声信号机器对应的存在匝间击穿故障的波形段座位训练样本；
19、建立模型雏形、采用卷积神经网络建立模型雏形；
20、训练得到模型、采用训练样本对模型雏形进行训练，得到超声故障模型。
21、进一步的，所述根据每个预处理信号的故障时刻以及相对相位，计算得到多个串抗匝间击穿故障的位置的步骤，具体是：建立串抗几何模型，根据预处理信号的相位差计算传播时间差，结合故障波形的到达时刻在模型上定位出多点故障区域，根据结构参数约束条件筛选出最可能击穿点作为候选故障点。
22、进一步的，所述对计算得到的多个串抗匝间击穿故障的位置采用自组织映射神经网络进行无监督学习聚类，得到的多个聚类中心为串抗匝间击穿故障的位置的步骤，具体是：构建无监督自组织映射网络输入候选故障点，根据数据分布分组聚类获得代表性故障区域，实现对击穿位置的精确定位。
23、进一步的，m＝n＝16。
24、与现有技术相比较，本专利技术提供的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统的有益效果是：本专利技术的系统利用超声阵列传本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，包括超声传感阵列、通讯中继和上位机，其中所述超声传感阵列与通讯中继采用无线方式连接，所述通讯中继与所述上位机串口连接，所述超声传感阵列中设置有均匀间隔的M行×N列的超声传感器，所述超声传感器用于采集超声信号，所述超声传感器阵列用于输出每个超声传感器的超声信号作为超声信号集，其中每个超声信号，所述上位机中设置有串抗匝间击穿故障定位模块，用于采用相对相位聚类的方式，根据所述超声信号集进行串抗匝间击穿故障定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述串抗匝间击穿故障定位模块，用于执行以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述超声传感器阵列中相邻两行或相邻两列的传感器间距大于0.5个超声波波长。
4.根据权利要求3所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述超声波频率大于2MHZ，所述超声传感器阵列中相邻两行或相邻两列的传感器间距大于2个超声波波长。
5.根据权
6.根据权利要求5所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述根据每个预处理信号对应的超声传感器的位置进行计算每个超声信号的相对相位的步骤，具体包括：基于超声传感器阵列的几何布局确定阵元间距离，依距速关系推导理论到达时间，与实测时间比较确定相对相位。
7.根据权利要求6所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述超声故障模型的建立和训练步骤，具体是：
8.根据权利要求7所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述根据每个预处理信号的故障时刻以及相对相位，计算得到多个串抗匝间击穿故障的位置的步骤，具体是：建立串抗几何模型，根据预处理信号的相位差计算传播时间差，结合故障波形的到达时刻在模型上定位出多点故障区域，根据结构参数约束条件筛选出最可能击穿点作为候选故障点。
9.根据权利要求8所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述对计算得到的多个串抗匝间击穿故障的位置采用自组织映射神经网络进行无监督学习聚类，得到的多个聚类中心为串抗匝间击穿故障的位置的步骤，具体是：构建无监督自组织映射网络输入候选故障点，根据数据分布分组聚类获得代表性故障区域，实现对击穿位置的精确定位。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，M＝N＝16。
...【技术特征摘要】
1.一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，包括超声传感阵列、通讯中继和上位机，其中所述超声传感阵列与通讯中继采用无线方式连接，所述通讯中继与所述上位机串口连接，所述超声传感阵列中设置有均匀间隔的m行×n列的超声传感器，所述超声传感器用于采集超声信号，所述超声传感器阵列用于输出每个超声传感器的超声信号作为超声信号集，其中每个超声信号，所述上位机中设置有串抗匝间击穿故障定位模块，用于采用相对相位聚类的方式，根据所述超声信号集进行串抗匝间击穿故障定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述串抗匝间击穿故障定位模块，用于执行以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述超声传感器阵列中相邻两行或相邻两列的传感器间距大于0.5个超声波波长。
4.根据权利要求3所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述超声波频率大于2mhz，所述超声传感器阵列中相邻两行或相邻两列的传感器间距大于2个超声波波长。
5.根据权利要求2所述的一种基于超声信号的串抗匝间击穿故障定位系统，其特征在于，所述对所述超声信号集中的每个超声信号进行预处理，得到预处理信号的步骤，具体包括：对采集的超声信号集中的每个超声信号进行小波变换滤波去除噪声、利用主成分分析消除冗余成分、采用min-max归一化映...
【专利技术属性】
技术研发人员：田天，周秀，白金，罗艳，陈彪，何宁辉，于家英，张恒，徐玉华，张庆平，李小伟，岳利强，简雷，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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