一种基于UHF时间反演的GIS局部放电定位方法与流程

本发明涉及gis绝缘缺陷检测，尤其涉及一种基于uhf时间反演的gis局部放电定位方法。

背景技术：

1、气体绝缘开关设备(gis)由于其可靠性高、占地面积小和抗干扰性强等特点，在电力系统中得到了广泛应用。然而，gis在制造、安装、运行和检修过程中，会不可避免地出现毛刺和金属微粒，产生绝缘缺陷。这些缺陷常导致接触不良或绝缘老化，引发故障并逐渐扩大。研究表明，绝缘介质在绝缘完全击穿或闪络前都会出现局部放电。因此，快速、准确地定位局部放电源对于保障gis设备的正常运行具有重要意义。

2、局部放电发生时，会伴随着多种物理信号，包括光信号、超声波信号、电磁波信号等。光测法设备复杂昂贵、灵敏度低，容易受设备某些部件的遮挡导致检测结果差异较大，很难在实际中应用。超声波测量法受到信号传输的限制，由于声信号在六氟化硫(sf6)气体中的传播非常慢，而且随着距离的增加信号会迅速衰减，使得局部放电的超声波检测方法灵敏度不高。特高频法通过检测内部局部放电所产生的特高频(300-3000mhz)电信号，实现局部放电的检测和定位，具有频带宽、灵敏度高的特点，适用于大范围空间的局部放电监测。

3、时间反演(tr)技术最初应用于声学领域。近年来，电磁波时间反演技术已经开始应用于电力领域，如电力系统故障定位、闪电定位、电缆和变压器中局部放电的定位。研究表明，电磁波时间反演(emtr)技术在变压器内定位局部放电(pd)时展现出较传统方法的优势，尽管其定位能力受到诸如传感器数量、pd源的具体位置、环境噪声水平以及障碍物存在与否等因素的影响。特别是在频域和时域中定位pd时，emtr技术证明了其效果，但在处理三维空间中电磁波的复杂折射和反射时，准确确定聚焦时刻仍然是一个挑战。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提出一种基于uhf时间反演的gis局部放电定位方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于uhf时间反演的gis局部放电定位方法，包括以下步骤：

3、步骤1、在cst studio suite软件中搭建gis仿真模型，在实际传感器位置设置检测点，采集仿真中gis局部放电源产生的uhf信号；

4、步骤2、基于反卷积对采集到的uhf信号进行时间反演，再次注入gis中；

5、步骤3、使用dbscan定位算法，对空间各处场强进行聚类，确定实际局放源位置；

6、步骤4、在仿真gis平台上进行局部放电定位实验并统计结果，验证gis局部放电定位的有效性。

7、进一步的，所述步骤1具体为：

8、在cst studio suite软件中进行，包括正向和反向传播：

9、在正向传播步骤中，使用高斯脉冲来模拟局部放电；

10、在反向传播步骤中，将在前向步骤中获得的信号的时间反演并通过gis模型中的传感器反向注入；

11、使用频率范围在0-3000mhz之间的高斯脉冲来激励，高斯电流脉冲的时域形式为：

12、

13、其中，i0为脉冲峰值；σ为衰减时间常数，决定了脉冲的宽度；t0为延迟时间常数。

14、进一步的，所述步骤2基于反卷积对采集到的uhf信号进行时间反演，其中：

15、时间反演过程可以用下式表示

16、

17、将式(1)其改写为使用频域卷积形式：

18、f(t)＝g(t)*r(t)≈δ(t) (2)

19、式中f(t)为源信号或源重构，r(t)为源初始传播在接收位置b测得的记录信号，g(t)为需要反向传播聚焦的信号；

20、反卷积等效于通过变换到频域进行逆滤波，因此式(2)写为：

21、f(ω)＝g(ω)r(ω)≈1 (3)

22、然后，求解g(ω)：

23、

24、其中*表示复共轭运算；

25、为了避免奇异性问题，在分母上加一个常数确保不为0，因此式(4)变成：

26、

27、其中ε是与原始接收信号相关的常数：

28、ε＝γmean(|r(ω)|2)  (6)

29、γ是一个任意常数，以减少通过dc过程引入的噪声的影响而选择的，对所有的实验使用γ＝0.9，式(5)给出了g(ω)的解，对这个结果进行傅里叶反变换，在时域中获得反向传播的最优信号。

30、进一步的，所述步骤3使用dbscan定位算法，对空间各处场强进行聚类，具体为：

31、对传感器接收到的电压信号进行反卷积处理，并通过传感器重新注入到gis中；

32、在时间反演的gis腔体内不同位置设置多个采样记录点，记录每个采样时刻下的场强；

33、根据场强信号波形变化规律，找到每个采样点的场强的最大值emax；

34、接着，根据实际信号源处场强在接近最后时刻有一个很大的峰值，之前的所有值相对最后时刻都很小的规律，计算每个位置处的场强平均值作为阈值；

35、将场强最大值大于阈值的采样点标记为可能的信号源；

36、使用聚类算法确定每个标记为信号源的采样点的信号源位置，聚类算法将该采样点的x、y、z坐标作为输入，并将聚类中心作为估计的信号源位置。

37、进一步的，所述步骤4在仿真gis平台上进行局部放电定位实验，具体包括：研究单相gis定位效果、研究噪声对emtr定位的影响、使用emtr来定位pd源的位置、建立含有三个l分支的gis模型。

38、本发明具有以下技术效果：

39、在时间反演定位过程中，首先在cst studio suite电磁仿真软件中搭建gis仿真模型，在实际传感器位置设置检测点，采集仿真中gis局部放电源产生的uhf信号。接着，对采集到的信号进行时间反演，再次注入gis中。针对时间反演过程中聚焦时间点难以确定的问题，采用基于密度的聚类dbscan聚类分析，对空间各处场强进行聚类，进而确定实际局放源位置。当在实际gis中检测到局放信号时，可以用类似的方法反演出局放源的位置，从而实现局放源的精确定位。本发明提出的方法实现了局部放电的有效定位，且可以显著减少传感器的数量，是一种有效的定位方法，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种基于uhf时间反演的gis局部放电定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于uhf时间反演的gis局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

3.根据权利要求1所述的一种基于uhf时间反演的gis局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤2基于反卷积对采集到的uhf信号进行时间反演，其中：

4.根据权利要求1所述的一种基于uhf时间反演的gis局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤3使用dbscan定位算法，对空间各处场强进行聚类，具体为：

5.根据权利要求1所述的一种基于uhf时间反演的gis局部放电定位方法，其特征在于，所述步骤4在仿真gis平台上进行局部放电定位实验，具体包括：研究单相gis定位效果、研究噪声对emtr定位的影响、使用emtr来定位pd源的位置、建立含有三个l分支的gis模型。

技术总结本发明公开了一种基于UHF时间反演的GIS局部放电定位方法，首先在CST Studio Suite电磁仿真软件中搭建GIS仿真模型，在实际传感器位置设置检测点，采集仿真中GIS局部放电源产生的UHF信号。接着，对采集到的信号进行时间反演，再次注入GIS中。针对时间反演过程中聚焦时间点难以确定的问题，采用基于密度的聚类DBSCAN聚类分析，对空间各处场强进行聚类，进而确定实际局放源位置。当在实际GIS中检测到局放信号时，可以用类似的方法反演出局放源的位置，从而实现局放源的精确定位。本发明提出的方法实现了局部放电的有效定位，且可以显著减少传感器的数量，具有广泛的应用前景。技术研发人员：高月龙,王亮亮,赵鑫,梁小雨,邵华强,杜潇,宋峰,熊荡,张学清,韩日东,徐强受保护的技术使用者：国网山东省电力公司烟台供电公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25