[发明专利]一种基于柔性阵列传感器的局放超声定位方法

说明书

一种基于柔性阵列传感器的局放超声定位方法，所述方法利用柔性阵列传感器在被检测电气设备的外表面采集超声波信号；然后通过欧拉变换将局部坐标系中的辐射方向转换为在全局坐标系中的辐射方向；再运用降维MUSIC算法，求得局放源方位角和俯仰角的估计值；进而根据该估计值及已知传感器的坐标，确定传感器与局放源的连线；最后求传感器在多个测量位置与局放源连线的交点，得到局放源的精确位置。本发明利用柔性阵列传感器采集被检测电气设备内的超声波信号，保证每个阵元都能与电气设备的表面良好贴合，很好地解决了任意形状电气设备局部放电源的精确检测问题，为设备内部故障严重程度的分析判断提供了有效途径。

技术领域

本发明涉及一种能够准确检测电气设备中的局部放电故障的方法，属于检测技术领域。

背景技术

对于结构复杂的电气设备而言，绝缘劣化程度不仅取决于局部放电类型、放电源个数、放电能量大小，而且还与放电位置密切相关。因此十分有必要对电气设备内部的放电源位置进行检测，以便分析判断其内部故障的严重程度。

局部放电超声阵列检测方法是将阵列传感器与阵列信号处理技术应用于局部放电超声检测中的一种新方法，其基本原理是利用阵列传感器检测电气设备内部局部放电超声信号，采用阵列信号处理技术实现波达方向估计和空间定位，该方法的检测成功率和定位精度较高，具有很好的发展前景。

现有的超声阵列传感器都是平面阵列传感器，只适用于表面为平面的电气设备，而当电气设备的表面不是平面时，阵列传感器的部分阵元不能与电气设备的表面良好贴合，这种阵列传感器便无法进行检测。因此如何实现对任意电气设备局部放电源的精确检测就成为有关学者面临的课题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于柔性阵列传感器的局放超声定位方法，以实现对任意形状电气设备局部放电源的精确定位。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种基于柔性阵列传感器的局放超声定位方法，所述方法利用柔性阵列传感器在被检测电气设备的外表面采集超声波信号；然后通过欧拉变换将局部坐标系中的辐射方向转换为在全局坐标系中的辐射方向；再运用降维MUSIC算法，求得局放源方位角和俯仰角的估计值；进而根据该估计值及已知传感器的坐标，确定传感器与局放源的连线；最后求传感器在多个测量位置与局放源连线的交点，得到局放源的精确位置。

上述基于柔性阵列传感器的局放超声定位方法，所述方法包括以下步骤：

a.利用柔性阵列传感器在被检测电气设备的外表面采集超声波信号：

X(t)＝g_ikA(Θ)S(t)+N(t)

式中，X(t)为阵列的M×1维快拍数据矢量，N(t)为阵列M×1维噪声数据矢量，S(t)为空间信号的N×1维矢量，A为空间的M×N维导向矢量，g_ik为局部坐标系中第i个阵元对第k个信号的极化方向图(或称增益)，i＝1….M，k＝1….N，其中M为阵元个数，N为局放源个数；

b.将局部坐标系中第i个阵元对第k个信号的极化方向图所对应的阵元局部辐射方向即第i个阵元与第k个局放源之间的俯仰角和方位角转换为全局坐标系中第i个阵元对第k个信号的极化方向图所对应的阵元全局辐射方向

(i)将阵元局部辐射方向由局部坐标系中的极坐标转换成直角坐标(x_ik′,y_ik′,z_ik′)；

(ii)将(x_ik′,y_ik′,z_ik′)经过三次欧拉旋转转换成全局坐标系中的直角坐标(x_ik,y_ik,z_ik)；