[实用新型]一种变电站异常声响监测与定位仪

说明书

技术领域

本实用新型属于电学领域，特别涉及一种变电站异常声响监测与定位仪。      

背景技术

变电站时常会有因设备连接处、绝缘支柱等放电而产生的异常声响。此处放电是指电力设备绝缘部分在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电或在电力设备连接处因接触不良产生的放电。每一次放电都会造成绝缘介质的绝缘强度或连接部件损伤，轻微的放电对电力设备绝缘或连接部件的影响较小，设备性能的下降较缓；而强烈的放电，则会使得绝缘强度或间接部件性能很快下降。这是使高压电力设备损坏的一个重要因素。因此，对运行中的设备要加强监测，当放电超过一定程度时，应将设备退出运行，进行检修或者更换。 

目前已有的针对单台电气设备的检测和定位装置，针对变电站母线及所连接设备的空间声源检测及定位的技术尚未见报道。主要困难是变电站空间放电是多点放电，且绝大多数放电属于正常现象（如电晕）。声波在空气中传播，随着传播距离产生衰减。如果简单的使用一个声波传感器，故障信息将淹没在各种正常放电产生的声波信号中。因此，要实现空间声源的检测和定位，检测装置必需具有空间定向检测的能力（指向性），即对指定的方向具有最大的灵敏度，而对非指定方向则接受到的信号越小越好。机械旋转也能实现指向性，但是相对于相控扫描而言，其扫描速度慢3个数量级以上，而且放电具有随机性，扫描速度慢会导致信号丢失。因此为达到高精度，采用相控扫描。 

介质中发生放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短，所发射的声波频谱很宽，可达到数MHz。本实用新型通过检测放电产生的声波信号来实现定位。 

实用新型内容

为解决变电站异常声响监测与定位问题，结合相控阵技术，本实用新型提供了一种变电站异常声响监测与定位仪。 

对于本实用新型所采用的平面阵列而言，可以该平面阵列的中心作为参考点，建立球面坐标系。假设声波信号的入射方向为 ，如果保持信号的强度不变，则该阵列的输出就反应了它对不同方向信号的灵敏度，称为该阵列的指向性函数。若是存在某一个角度和使得取得最大值，那么就可以认为在方向上存在声源。因此通过波束合成，得出指向性函数，求其最大值对应的方向，便可以找到声源所在的方位就是。 

本实用新型包括声波相控接收平面阵列传感器模块，多通道同步高速数据采集系统，信号调理模块，DSP数据处理模块以及网络通信模块。其各个模块之间的连接关系是：声波相控接收传感器平面阵列、信号调理模块、多通道同步高速数据采集系统、DSP数据处理模块依次连接，网络连接定位系统与上位机，共同完成变电站异常声响的在线监测和定位。 

其主要实施步骤包括：1）根据变电站母线区的长度，将其划分为若干个等间隔的区域，并设置各区域的几何中心。在各个几何中心布置一个21×21声波传感器平面阵列，用于接收中心频率40KHz，带宽50KHz的声波信号。每21个传感器为一组，共21组。传感器排列成正方形平面，各传感器之间的距离为等距。 

2）传感器接收的信号经信号调理模块处理，信号调理模块由带通滤波器、前置放大器、检波器和积分器等组成。 

3）信号调理模块的输出分组接至相应的多通道同步高速数据采集系统，并将数据采集系统对声波信号的采样率设置为100KS/s，采集后的数据传至DSP模块。多通道同步高速数据采集系统为21通道一组，共21组，每个通道配置一个信号调理模块，每一组共用一块DSP芯片，21组DSP同步并行工作。 

4）各组DSP模块对采集而得的信号做同步并行处理，并对各组声波信号进行数字波束合成，计算获得声波传感器平面阵列的指向性函数。细调波束指向，使取得最大值，进而得出相控阵扫描的方位角和仰角，确定放电点方向，即为。 

5）根据相邻两个阵列扫描的时延以及相角，计算放电点距离。根据余弦定理，，其中为两个相邻阵列的扫描相角，为放电点到两个相邻阵列之间的距离，为两个相邻阵列之间的中心间距， 为相邻阵列之间扫描的时延，为声波在空气中的速度。根据以上两个公式即可解得放电点距离，结合阵列1扫描得到的放电点方向，即可定位放电点的空间几何位置为。 

网络通信模块实现定位系统与上位机之间的通信，用于传输定位结果以及控制指令。 

采用正则相关技术估计信号源数，避免高斯噪声中有色成分加大使得信号源数估计准确度下降；采用数据处理方法进行测量数据关联，从而对放电源距离进行估计：通过两个观测点对目标进行测向，各个测向线的交点就是目标的位置，从各个观测点任取两个不相关的测量数据就可定位空间中的一点。