[发明专利]一种变压器局部放电超声定位方法

说明书

本发明公开了一种变压器局部放电超声定位方法。超声波局放检测被广泛应用于变压器的局放缺陷诊断工作中，但是变压器内部结构复杂，超声波在经过铁心、绕组等金属部件时会发生明显的折、反射现象，使得超声波局放定位精度大大降低。本发明根据实体变压器结构建立了一个变压器节点数值模型，模型中的每一个节点根据其所在位置变压器部件的超声波传播特性赋予其特定的参数，将超声波的传播路径简化为按序排列的一系列节点；同时，采用一种传播时长算法计算模型中超声波信号的波达时间；在这个变压器模型的基础上，采用粒子群算法来对变压器内的局部放电源进行定位。本发明提出的变压器局放超声定位方法具有很高的定位精度。

技术领域

本发明涉及变压器局部放电的检测与定位，具体地说是一种基于节点数值模型和粒子群算法的变压器局部放电超声定位方法。

背景技术

变压器的局部放电在长时间的作用下可以对其绝缘产生破坏甚至使其击穿，精确的局部放电定位技术对于变压器的安全可靠运行有着十分重要的意义。近年来，超声波局放检测法因其良好的抗电磁干扰特性和方便安装的优势被广泛的应用于变压器局放检测与定位。然而超声传感器对于外界的机械噪声相对较为敏感，且随着压电材料的老化，定位精度也会受到影响。

为了获得较高的定位精度，研究者们对于超声定位算法进行了较多的研究。大部分的超声定位方法都是基于到达时间差法，根据不同传感器间信号的到达时间差建立一个超定方程组，并通过简单的迭代方法进行求解，比如最小二乘法、最速下降法和牛顿拉夫逊法等。但是这些方法很容易因为搜索路径的单一或初值选择不合适而造成局部收敛或全局不收敛的情况。

粒子群算法属于进化算法的一种，该方法从随机解出发，通过迭代寻找最优解，它也是通过适应度来评价解的品质，但它比遗传算法规则更为简单，它没有遗传算法的“交叉”和“变异”操作，它通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优。这种算法具备实现容易、精度高、收敛快等优点，并且在解决实际问题中展示了其优越性。将粒子群算法引入变压器局部放电定位具有极高的可行性和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于节点数值模型和粒子群算法的变压器局部放电超声定位方法，其根据实体变压器结构建立一个变压器节点数值模型，并根据其所在位置变压器部件的超声波传播特性赋予其特定的参数，将超声波的传播路径简化为按序排列的一系列节点；同时，采用一种传播时长算法计算模型中超声波信号的波达时间；在这个变压器模型的基础上，采用粒子群算法来对变压器内的局部放电源进行定位。

为此，本发明采用的技术方案如下：一种变压器局部放电超声定位方法，其包括：

a)根据实体变压器结构建立一个网格化的变压器节点数值模型，模型中的每一个节点根据其所在位置变压器部件的超声波传播特性赋予其特定的参数，将超声波的传播路径简化为按序排列的一系列节点；

b)通过寻路算法确定超声波信号在变压器内部的传播路径，继而求得超声波信号在各节点之间的传播时间；

c)根据实验得到的到达时间差和模型估计的到达时间差，利用粒子群算法进行局部放电定位。

进一步地，步骤a)中，变压器数值模型作为一个密闭的空间被分割成整齐排列的20cm边长的立方体，立方体中的每一个节点被赋予传播参数和速度参数两个参数；当信号在该节点以油中的波速传播时，其传播参数为1，以绕组中的波速传播时，其传播参数为0；速度参数被定义为超声波信号在这一节点处的传播速度，如果节点位置在油中，那么速度参数的值为1400m/s，当节点位于绕组上时，速度参数则为3810m/s。

进一步地，步骤b)中，当传播路径并没有穿过金属部件而是直接在油中传播时，采用下式来计算传播时间，

当声波穿过金属时，则采用下式来计算传播时间，