CN112611687B - 一种精确定位gil中金属颗粒的方法及*** - Google Patents
一种精确定位gil中金属颗粒的方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种精确定位GIL中金属颗粒的方法,其方法根据现场实际情况,采用扩展时差法获取金属颗粒初步局放位置,再结合多传感器计算出金属颗粒的局部放电位置,实现金属颗粒的精确定位。本发明首先在金属颗粒局部放电后,获取***中各传感器检测到的到达时间和对应节点,形成局部放电定位组合;然后改进欧式测量矩阵,结合最短路径算法,求取局部放电初步位置;最后计算局部放电发生时间,结合GIL拓扑结构对其进行修正,融合多传感器信息完成局部放电精确定位。本发明为GIL中金属颗粒的精确定位提供了理论依据,具有较好的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于GIL中金属颗粒监测技术领域,具体涉及一种精确定位GIL中金属颗粒的方法。
背景技术
GIL(Gas Insulated transmission Line,气体绝缘输电线)以其具有高电压、大电流、结构紧凑、布置方式灵活、稳定运行、使用寿命长、技术指标优越且不受外界影响等优点,已经广泛的应用在国内外电力***中。
GIL***模块化的结构设计使其安装工艺复杂,一旦发生故障抢修工作量大,停电时间长。根据故障案例的统计,因金属颗粒引发的绝缘故障在GIL故障中占有很大比例,因此对GIL中的金属颗粒进行准确监测具有非常重要的现实意义。
现有的监测方法很难对GIL中金属颗粒的位置作出精确定位,这是由于现有的定位技术在现场应用时具有抗干扰能力弱,运行稳定性不高,测量精度低等缺点,容易造成定位不准确甚至无法定位等问题。因此,如何精确定位GIL中金属颗粒是相关领域人员急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足,本发明的目的在于,提供一种精确定位GIL中金属颗粒的方法,旨在改进欧式距离测度矩阵,准确定位GIL中金属颗粒的准确位置,为GIL传感器布置方案和精确定位提供了理论依据,具有较强的工程实用性。
本发明采用如下的技术方案。一种精确定位GIL中金属颗粒的方法,包括以下步骤:
步骤1,在GIL***中的N个节点处布置N个特高频传感器,以如下公式(1)表示,
S=[S1 S2 … Sα … SN] (1)
式中:
S表示特高频传感器布置矩阵,
Sα表示第α个特高频传感器,α=1,2,…,N,
N表示特高频传感器的数量;
步骤2,金属颗粒局部放电发生后,获取GIL***中各特高频传感器检测到的到达时间和对应节点,以首个收到局部放电电磁波信号的特高频传感器及其相邻的各个节点形成金属颗粒局部放电定位组合;以Sm表示首个收到局部放电电磁波信号的传感器;
步骤3,以各段线路发生金属颗粒局部放电到达各个节点的理论时间和实际时间之差形成欧式距离测度矩阵,以欧式距离测度矩阵中的最小值与传感器Sm位置相加获得局部放电初步定位结果;
步骤4,以初步定位结果计算局部放电发生时间,获得局部放电传播至各个特高频传感器的距离矩阵,融合多传感器信息完成局部放电精确定位。
优选地,步骤2包括:
步骤2.1,金属颗粒局部放电发生后,在全部N个特高频传感器中,有k个特高频传感器接收到电磁波,1≤k≤N,以tβ表示各个特高频传感器矩阵检测到的电磁波传播时间,β=1,2,…,k,形成电磁波传播时间矩阵t,以如下公式(2)表示,
t=[t1 t2 … tβ … tk]T (2)
式中:
k表示接收到电磁波的特高频传感器的数量,
T表示转置矩阵;
步骤2.2,获取电磁波传播时间矩阵t中元素最小值,以tmin表示,即找到与电磁波到达时间最小值对应的特高频传感器Sm,以特高频传感器Sm所有的相邻布置有特高频传感器的节点形成相邻GIL节点矩阵Sv,以如下公式(3)表示,
Sv=[Sv1 Sv2 … Svr … Svw] (3)
式中:
w表示特高频传感器Sm相邻布置有特高频传感器的节点的数量,
Svr表示相邻GIL节点矩阵Sv中任一节点,
特高频传感器Sm与相邻GIL节点矩阵Sv中的各个特高频传感器可以构成w组时差定位组合。
优选地,步骤3包括:
步骤3.1,以扣除最近的特高频传感器Sm节点后得到的N-1个节点和w个相邻节点,形成w×(N-1)组可能发生故障的线路,即将w×(N-1)组电磁波从局放位置到收到电磁波的k个特高频传感器的时间用矩阵Df表示为,
式中:
Dij=[Dij1 Dij2 … Dijk]T表示在ij线路段发生故障时电磁波到达k个特高频传感器中各特高频传感器的理论时间,
k表示接收到电磁波的传感器数量,1≤k≤N;
步骤3.2,构建欧式距离测度矩阵E,
式中:
Eij=‖Dij-t‖,表示理论时间和实际时间的相似度,数值越小,表示两组数据相似度越高,以Emin表示欧式距离测度矩阵E的最小值;
步骤3.3,由测度矩阵E中的最小值得到局部放电初步定位结果,对应的局放位置用f表示,通过测度矩阵得到最小值后,从节点Sm位置加上最小值Emin即可得到f。
优选地,步骤4包括:
步骤4.1,根据初步局放位置f,结合GIL固有结构,可以求出局部放电发生时间t0,以如下公式表示,
式中:
tm表示公式(2)矩阵中的最小值,
Lbf表示初步局放位置f传播到节点Sm对应特高频传感器的距离,
c表示电磁波传播速度;
步骤4.2,利用t0计算出局部放电信号传播到各传感器的距离矩阵为,
L=[L1f L2f L3f … Lkf]T=c(t-t0·m) (8)
式中:
距离矩阵L中的元素是局部放电信号传播到各传感器的距离,
步骤4.3,结合GIL***拓扑结构,得到多组局部放电位置信息,以如下公式表示,
Sd=[Sd1 Sd2 Sd3 … Sdk] (9)
步骤4.4,融合各传感器信息,则局部放电距离最终确定为,
根据局部放电距离最终就可以确定金属颗粒的实际位置。
优选地,设置滤波器对各传感器检测到的电磁波信号进行400MHz的低通滤波,滤波后信号仅含有TEM波。
本发明还提供了一种使用所述方法的精确定位GIL中金属颗粒的***,包括:多个特高频传感器,时间测量模块,初步定位模块和精确定位模块,
多个特高频传感器布置在GIL***中的多个节点处,以如下公式(1)表示,
S=[S1 S2 … Sα … SN] (1)
式中:
S表示特高频传感器布置矩阵,
Sα表示第α个特高频传感器,α=1,2,…,N,
N表示特高频传感器以及布置了特高频传感器的节点的数量;
时间测量模块与多个特高频传感器相连接,金属颗粒局部放电发生后,获取GIL***中各特高频传感器检测到的到达时间和对应节点;
初步定位模块,以电磁波到达时间最小值对应的特高频传感器Sm及其相邻传感器构成定位组合,获得局部放电初步位置;
精确定位模块,以得局部放电初步位置计算局部放电发生时间,结合GIL拓扑结构对其进行修正,融合多传感器信息完成局部放电精确定位。
优选地,时间测量模块在金属颗粒局部放电发生后,形成电磁波传播时间矩阵t,以如下公式(2)表示,
t=[t1 t2 … tk]T (2)
式中:
k表示接收到电磁波的特高频传感器的数量,
T表示转置矩阵;
获取电磁波传播时间矩阵t中元素最小值tmin,及其对应的特高频传感器Sm。
优选地,初步定位模块形成欧式距离测度矩阵E,
式中:
Eij=‖Dij-t‖,Dij=[Dij1 Dij2 … Dijk]T表示在ij线路段发生故障时电磁波到达k个特高频传感器中各特高频传感器的理论时间。
优选地,精确定位模块对全部收到电磁波信号的特高频传感器的局部放电位置信息取平均值,获得精确定位信息。
优选地,还包括滤波器,用于对各传感器检测到的电磁波信号进行400MHz的低通滤波,滤波后信号仅含有TEM波。
本发明的有益效果在于,与现有技术相比,本发明提出一种精确定位GIL中金属颗粒的方法,旨在改进欧式距离测度矩阵,准确定位GIL中金属颗粒的准确位置,为GIL传感器布置方案和精确定位提供了理论依据,具有较强的工程实用性。
附图说明
图1为本发明一种实施例的流程图;
图2为本发明一种相邻传感器示意图;
图3为本发明一种现场传感器安装布置图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示,本发明提供了一种精确定位GIL中金属颗粒的方法,本发明中的精确定位是指相对误差低于2%,所述方法步骤包括:
步骤1,在GIL***中的N个节点处布置N个特高频传感器,以如下公式(1)表示,
S=[S1 S2 … Sα … SN] (1)
式中:
S表示特高频传感器布置矩阵,
Sα表示第α个特高频传感器,α=1,2,…,N,
N表示特高频传感器的数量。
可以理解的是,所属领域技术人员可以任意设置传感器的数量、间距和位置等,在GIL***中除了包含布置特高频传感器的N个节点,还包含未布置特高变频传感器的节点。对于每个节点,均已知其位置信息。如图3所示,本发明的实施例给出了一个示例但非限制性的实施方式,在GIL***外壳上安装三个传感器,第一传感器1,第二传感器和第三传感器3。
步骤2,金属颗粒局部放电发生后,获取GIL***中各特高频传感器检测到的到达时间和对应节点,形成局部放电定位组合。步骤2具体包括:
步骤2.1,金属颗粒局部放电发生后,在全部N个特高频传感器中,有k个特高频传感器接收到电磁波,1≤k≤N,以tβ表示各个特高频传感器矩阵检测到的电磁波传播时间,β=1,2,…,k,形成电磁波传播时间矩阵t,以如下公式(2)表示,
t=[t1 t2 … tk]T (2)
式中:
k表示接收到电磁波的特高频传感器的数量,
T表示转置矩阵。
可以理解的是,可以设置滤波器对各传感器检测到的电磁波信号进行400MHz的低通滤波,滤波后信号仅含有TEM波(Transverse Electromagnetic Wave,指电矢量和磁矢量都与传播方向垂直)。
步骤2.2,获取电磁波传播时间矩阵t中元素最小值,以tmin表示,即找到与电磁波到达时间最小值对应的特高频传感器Sm,以特高频传感器Sm所有的相邻布置有特高频传感器的节点形成相邻GIL节点矩阵Sv,以如下公式(3)表示,
Sv=[Sv1 Sv2 … Svr … Svw] (3)
式中:
w表示特高频传感器Sm相邻布置有特高频传感器的节点的数量,
Svr表示相邻GIL节点矩阵Sv中任一节点,如图2所示。
当GIL***中发生金属颗粒局部放电时,特高频传感器Sm与相邻GIL节点矩阵Sv中的各个特高频传感器可以构成w组时差定位组合,推广到GIL特高频传感器布置矩阵S,特高频传感器Sm与其它N-1个特高频传感器可得到N-1组时差定位组合。可以理解的是,以下步骤的计算中,均已矩阵Sv的节点与节点Sm形成的定位组合展开。
步骤3,构建欧式测量矩阵,结合最短路径算法,求取局部放电初步位置。步骤3具体包括:
步骤3.1,GIL***中,以ij表示发生故障的线路,若节点是没有安装传感器的节点,可以等信号传播到各自临近有传感器的节点后进行分析。因此在分析中,可以以扣除最近的特高频传感器Sm节点后得到的N-1个节点和w个相邻节点,形成w×(N-1)组可能发生故障的线路,即将w×(N-1)组电磁波从局放位置到收到电磁波的k个特高频传感器的时间用矩阵Df表示为,
式中:
Dij=[Dij1 Dij2 … Dijk]T表示在ij线路段发生故障时电磁波到达k个特高频传感器中各特高频传感器的理论时间,
k表示接收到电磁波的传感器数量,1≤k≤N。
可以理解的是,计算理论时间时,将由节点i和节点j之间的线路ij的中点作为理论故障发生点,理论时间等于故障发生点距离传感器的距离除以电磁波的传播速度。
步骤3.2,构建欧式距离测度矩阵E,
式中:
Eij=‖Dij-t‖,表示理论时间和实际时间的相似度,数值越小,表示两组数据相似度越高,以Emin表示欧式距离测度矩阵E的最小值。所获得的Emin的下标ij即故障点所在的线路。Emin是一个无量纲的值。
步骤3.3,由测度矩阵E中的最小值Emin得到局部放电初步定位结果,对应的局放位置用f表示,即通过测度矩阵得到最小值后,从节点Sm的位置信息加上最小值Emin即可得到f。
步骤4,计算局部放电发生时间,结合GIL拓扑结构对其进行修正,融合多传感器信息完成局部放电精确定位。
步骤4.1,根据初步局放位置f,结合GIL固有结构,可以求出局部放电发生时间t0,以如下公式表示,
式中:
tmin表示公式(2)矩阵中的最小值,
Lbf表示初步局放位置f传播到节点Sm对应特高频传感器的距离,
c表示电磁波传播速度。
步骤4.2,利用t0计算出局部放电信号传播到各传感器的距离矩阵L为,
L=[L1f L2f L3f … Lkf]T=c(t-t0·m) (8)
式中:
距离矩阵L中的元素是局部放电信号传播到各传感器的距离,
步骤4.3,公式(8)求出的是局放信号到达各个传感器的距离,各个传感器的位置已知,传感器的位置加上这个距离,就得到了局放信号的位置信息,结合GIL***拓扑结构,得到多组局部放电位置信息,以如下公式表示,
Sd=[Sd1 Sd2 Sd3 … Sdk] (9)
步骤4.4,融合各传感器信息,则局部放电距离最终确定为,
根据局部放电距离最终就可以确定金属颗粒的实际位置。
本发明还提供了一种使用所述方法的精确定位GIL中金属颗粒的***,包括:多个特高频传感器,时间测量模块,初步定位模块和精确定位模块,多个特高频传感器布置在GIL***中的多个节点处,以如下公式(1)表示,
S=[S1 S2 … Sα … SN] (1)
式中:
S表示特高频传感器布置矩阵,
Sα表示第α个特高频传感器,α=1,2,…,N,
N表示特高频传感器以及布置了特高频传感器的节点的数量;
时间测量模块与多个特高频传感器相连接,金属颗粒局部放电发生后,获取GIL***中各特高频传感器检测到的到达时间和对应节点;
初步定位模块,以电磁波到达时间最小值对应的特高频传感器Sm及其相邻传感器构成定位组合,获得局部放电初步位置;
精确定位模块,以得到的局部放电初步位置计算局部放电发生时间,结合GIL拓扑结构对其进行修正,融合多传感器信息完成局部放电精确定位。
应用实例:
如图3所示,本发明的实施例给出了一个示例但非限制性的实施方式,在GIL外壳上安装三个传感器。第一传感器1与第二传感器2之间的距离为1.3米,第二传感器2与第三传感器3之间的距离为3.2米。
对于图3所示的实例,各传感器检测的信号的幅值和波形的变化较小,从而获取局部放电产生电磁波到达***特高频传感器的时间矩阵T,如表1所示。
表1电磁波到达各传感器时间
传感器编号 | 1 | 2 | 3 |
时间t/ns | 19.4 | 11.6 | 15.8 |
对于图3所示的实例,分析传感器测量数据,可以看出电磁波到达2号传感器的时间最短。将2号传感器依次与其余2个特高频传感器进行时差定位失算,其局部放电定位数据如表2所示。
表2局部定位放电数据
传感器组合 | [2,1] | [2,3] |
欧式距离测度矩阵E | 0.0017 | 2.1517 |
局放区段 | [1,2] | [2,3] |
局放距离f/m | 2.770 | 1.280 |
可以理解的是,表2根据传感器分段而来,比如对于[2,1]区段来说,电磁波到达传感器1和传感器2的时间不同,根据上述步骤可以得出1个f,对于区段[2,3]来说,到达2和3的时间又不同,那么又可以得到另外1个f。根据公式(8)和公式(9),求出修正后的局部放电距离,如表3所示。
表3局部定位放电数据
传感器编号 | 1 | 2 | 3 |
局放距离 | 2.7323 | 2.7362 | 2.7358 |
绝对误差 | 0.0323 | 0.0362 | 0.0358 |
根据公式(10)计算出局部放电发生在区段1-2上,距离1号传感器2.7348m处。
经现场勘探,实际局部放电位置为区段1-2上,距1号传感器2.7m,绝对误差为0.0348m,相对误差为1.09%,满足现场定位的误差要求,具有良好的工程应用价值。
本发明的有益效果在于,与现有技术相比,本发明提出一种精确定位GIL中金属颗粒的方法,旨在改进欧式距离测度矩阵,准确定位GIL中金属颗粒的准确位置,为GIL传感器布置方案和精确定位提供了理论依据,具有较强的工程实用性。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述,但是本领域技术人员应该理解,以上实施示例仅为本发明的优选实施方案,详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神,而并非对本发明保护范围的限制,相反,任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种精确定位GIL中金属颗粒的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,在GIL***中的N个节点处布置N个特高频传感器,以如下公式(1)表示,
S=[S1 S2…Sα…SN] (1)
式中:
S表示特高频传感器布置矩阵,
Sα表示第α个特高频传感器,α=1,2,…,N,
N表示特高频传感器的数量;
步骤2,金属颗粒局部放电发生后,获取GIL***中各特高频传感器检测到的到达时间和对应节点,以首个收到局部放电电磁波信号的特高频传感器及其相邻的各个节点形成金属颗粒局部放电定位组合;以Sm表示首个收到局部放电电磁波信号的传感器;
步骤3,以各段线路发生金属颗粒局部放电到达各个节点的理论时间和实际时间之差形成欧式距离测度矩阵,以欧式距离测度矩阵中的最小值与传感器Sm位置相加获得局部放电初步定位结果;
步骤3包括:
步骤3.1,以扣除最近的特高频传感器Sm节点后得到的N-1个节点和w个相邻节点,形成w×(N-1)组可能发生故障的线路,即将w×(N-1)组电磁波从局放位置到收到电磁波的k个特高频传感器的时间用矩阵Df表示为,
式中:
Dij=[Dij1 Dij2…Dijk]T表示在ij线路段发生故障时电磁波到达k个特高频传感器中各特高频传感器的理论时间,将由节点i和节点j之间的线路ij的中点作为理论故障发生点,理论时间等于故障发生点距离传感器的距离除以电磁波的传播速度;
k表示接收到电磁波的传感器数量,1≤k≤N;
步骤3.2,构建欧式距离测度矩阵E,
式中:
Eij=‖Dij-t‖,表示理论时间和实际时间的相似度,数值越小,表示两组数据相似度越高,以Emin表示欧式距离测度矩阵E的最小值;
步骤3.3,由测度矩阵E中的最小值得到局部放电初步定位结果,对应的局放位置用f表示,通过测度矩阵得到最小值后,从节点Sm位置加上最小值Emin即可得到f;步骤4,以初步定位结果计算局部放电发生时间,获得局部放电传播至各个特高频传感器的距离矩阵,融合多传感器信息完成局部放电精确定位。
2.根据权利要求1所述的精确定位GIL中金属颗粒的方法,其特征在于:
步骤2包括:
步骤2.1,金属颗粒局部放电发生后,在全部N个特高频传感器中,有k个特高频传感器接收到电磁波,1≤k≤N,以tβ表示各个特高频传感器矩阵检测到的电磁波传播时间,β=1,2,…,k,形成电磁波传播时间矩阵t,以如下公式(2)表示,
t=[t1 t2…tβ…tk]T (2)
式中:
k表示接收到电磁波的特高频传感器的数量,
T表示转置矩阵;
步骤2.2,获取电磁波传播时间矩阵t中元素最小值,以tmin表示,即找到与电磁波到达时间最小值对应的特高频传感器Sm,以特高频传感器Sm所有的相邻布置有特高频传感器的节点形成相邻GIL节点矩阵Sv,以如下公式(3)表示,
Sv=[Sv1 Sv2…Svr…Svw] (3)
式中:
w表示特高频传感器Sm相邻布置有特高频传感器的节点的数量,
Svr表示相邻GIL节点矩阵Sv中任一节点,
特高频传感器Sm与相邻GIL节点矩阵Sv中的各个特高频传感器可以构成w组时差定位组合。
3.根据权利要求1所述的精确定位GIL中金属颗粒的方法,其特征在于:
步骤4包括:
步骤4.1,根据初步局放位置f,结合GIL固有结构,求出局部放电发生时间t0,以如下公式表示,
式中:
tmin表示公式(2)矩阵中的最小值,
Lbf表示初步局放位置f传播到节点Sm对应特高频传感器的距离,
c表示电磁波传播速度;
步骤4.2,利用t0计算出局部放电信号传播到各传感器的距离矩阵为,
L=[L1f L2f L3f…Lkf]T=c(t-t0·m) (8)
式中:
距离矩阵L中的元素是局部放电信号传播到各传感器的距离,
步骤4.3,结合GIL***拓扑结构,得到多组局部放电位置信息,以如下公式表示,
Sd=[Sd1 Sd2 Sd3…Sdk] (9)
步骤4.4,融合各传感器信息,则局部放电距离最终确定为,
根据局部放电距离最终确定金属颗粒的实际位置。
4.根据权利要求1所述的精确定位GIL中金属颗粒的方法,其特征在于:
设置滤波器对各传感器检测到的电磁波信号进行400MHz的低通滤波,滤波后信号仅含有TEM波。
5.一种使用权利要求1中任一项所述方法的精确定位GIL中金属颗粒的***,包括:多个特高频传感器,时间测量模块,初步定位模块和精确定位模块,其特征在于:
多个特高频传感器布置在GIL***中的多个节点处,以如下公式(1)表示,
S=[S1 S2…Sα…SN] (1)
式中:
S表示特高频传感器布置矩阵,
Sα表示第α个特高频传感器,α=1,2,…,N,
N表示特高频传感器以及布置了特高频传感器的节点的数量;
时间测量模块与多个特高频传感器相连接,金属颗粒局部放电发生后,获取GIL***中各特高频传感器检测到的到达时间和对应节点;
初步定位模块,以电磁波到达时间最小值对应的特高频传感器Sm及其相邻传感器构成定位组合,获得局部放电初步位置,初步定位模块形成欧式距离测度矩阵E,
式中:
Eij=‖Dij-t‖,Dij=[Dij1 Dij2…Dijk]T表示在ij线路段发生故障时电磁波到达k个特高频传感器中各特高频传感器的理论时间;
精确定位模块,以得到的局部放电初步位置计算局部放电发生时间,结合GIL拓扑结构对其进行修正,融合多传感器信息完成局部放电精确定位。
6.根据权利要求5所述的精确定位GIL中金属颗粒的***,其特征在于:
时间测量模块在金属颗粒局部放电发生后,形成电磁波传播时间矩阵t,以如下公式(2)表示,
t=[t1 t2…tk]T (2)
式中:
k表示接收到电磁波的特高频传感器的数量,
T表示转置矩阵;
获取电磁波传播时间矩阵t中元素最小值tmin,及其对应的特高频传感器Sm。
7.根据权利要求5所述的精确定位GIL中金属颗粒的***,其特征在于:
精确定位模块对全部收到电磁波信号的特高频传感器的局部放电位置信息取平均值,获得精确定位信息。
8.根据权利要求5所述的精确定位GIL中金属颗粒的***,其特征在于:
还包括滤波器,用于对各传感器检测到的电磁波信号进行400MHz的低通滤波,滤波后信号仅含有TEM波。
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CN202011360057.4A CN112611687B (zh) | 2020-11-27 | 2020-11-27 | 一种精确定位gil中金属颗粒的方法及*** |
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