[发明专利]基于场源逆问题反演的开关柜局部放电源定位与重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于场源逆问题反演的开关柜局部放电源定位与重构方法，属于电力设备状态监测技术领域。

背景技术

高压开关柜广泛应用于输、配电网领域，其安全运行直接关系到整个电网的安全和电力系统对用户的供电质量，是电力系统中最重要的电气设备之一。开关柜设备局部放电量的大小，是评价该类设备健康状态是否良好的关键指标。开关柜局部放电源的定位与重构，对及早发现开关柜设备绝缘隐患，保障开关柜设备运行安全具有重要作用。在设备制造、运输以及运行过程中，开关柜内部不可避免会产生绝缘缺陷并引发局部放电，严重影响开关柜的可靠运行。因此，局部放电源的分析与诊断一直是开关柜状态评估的重要内容，能够为制定合理的开关柜维护与检修策略提供参考依据。

准确检测并评估开关柜局部放电位置、放电类型和发展程度，可有效减少设备维护成本，实现设备故障预判，针对性制定设备检修策略。但由于开关柜结构复杂，内部元件种类多样、数量繁多，局部放电信号在开关柜内部传播过程中存在不同程度的折射、反射、衍射，造成信号畸变、衰减，对开关柜局部放电检测与诊断技术带来极大挑战。如何排除开关柜内部复杂的结构、元件对检测信号带来的畸变、衰减等的干扰，是目前开关柜局部放电源的准确定位与检测的关键难点。一方面由于开关柜结构复杂，传统的基于时差法的局部放电源定位方法，无法考虑到超高频信号在开关柜内部的折反射及散射，导致局放源定位精度不高。另一方面，传统的基于模拟退火或者其他智能优化方法用于逆问题重构时，对重构参数的初始值较为敏感，不恰当的初始值往往会大大增加重构算法的计算负担和收敛速度，甚至会导致重构算法的不收敛。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于场源逆问题反演的开关柜局部放电源定位与重构的新方法，通过构建新的模型，综合考虑超高频信号传播过程中的折反射、衰减等干扰作用的影响，为开关柜局部放电的检测和评估提供有力的方法和技术手段。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于场源逆问题反演的开关柜局部放电源定位与重构方法，以开关柜局部放电源产生的超高频信号作为检测对象，其特征是，包括如下步骤：

1)将4只为一组的超高频传感器预安装于待检测开关柜的独立封闭隔室内不同室壁的位置处，并通过超高频信号放大器连接到示波器，测量得到4只超高频传感器接收到的超高频信号波形的幅值—时间序列U_i(t)，以及对应的到达时刻T_i，i＝1,2,3,4；

2)根据每组超高频传感器的安装位置以及T_i对开关柜局部放电源进行初步定位，将定位结果作为初始值输入到开关柜局部放电源重构的计算过程中；

3)构建开关柜FDTD计算模型，包括开关柜本体结构的FDTD模型、超高频传感器模型和局部放电源模型；

4)建立开关柜局部放电源重构的逆问题求解模型，并结合时域有限差分法和模拟退火智能优化算法将开关柜局部放电源重构逆问题转换为对局部放电源参数的寻优问题进行求解；

5)根据开关柜局部放电源重构结果求取局部放电的放电量。

前述的基于场源逆问题反演的开关柜局部放电源定位与重构方法，其特征是：所述步骤3)中开关柜局部放电源采用时变电偶极子辐射模型，式中为电偶极矩，q(t)为局部放电量，为放电间隙位移矢量。

前述的基于场源逆问题反演的开关柜局部放电源定位与重构方法，其特征是：所述步骤1)中，所述开关柜待检测的独立封闭隔室采用六面金属室壁封闭的隔室，每一个待测隔室安装一组超高频传感器；所述超高频传感器均具有相同的信号响应参数、频率响应范围包含于300M～3GHz的开关柜局放产生的超高频信号频带范围、频带宽度>100MHz、下限截止频率>300MHz、电压驻波比<2、回波损耗<30dB；所述每组超高频传感器分散安装于每个待测隔室的不同室壁处，且保证4只传感器的检测范围能够完全覆盖该隔室内部的所有空间位置。