[发明专利]一种可用于特高压输电线路邻近区域声强检测的球形传感装置及实现方法

说明书

本发明涉及一种可用于特高压输电线路邻近区域的声强检测装置及实现方法。为了适应高电位、强电场的测量环境，该装置设计为均压性能良好的球形结构，可应用于±1100kV的特高压直流环境中。该装置可同步采集声源处多达14路的声压信号，并根据本发明提出的声强算法实时求解三个正交轴上的声强分量，通过无线传输单元将声强信号发送至本地安全端。本发明在球形结构的7个特定方向以两两配对的方式布置14个声压传感器，以此获取7个不同方向的声强值，然后基于各方向之间特殊的位置关系建立冗余的线性映射模型，可以准确地检测声源位置的三维声强矢量。

技术领域

本发明属于电力系统特高压输电技术领域，具体涉及一种特高压输电线路邻近区域的球形声强检测装置及实现方法，包含该装置的系统结构、信号采集和声强算法，特别适用于复杂电磁环境中声源位置的声强检测。

背景技术

随着特高压输电线路电压等级不断提高，电晕放电产生的电磁环境问题已成为线路设计的决定性因素之一，其中电晕引起的可听噪声因为人们能够亲身感受到，目前受到了广泛关注。研究特高压线路电晕放电产生的可听噪声的特性、产生机制、传播规律和地面效应，有助于准确预测甚至控制可听噪声水平，对于建设满足环保要求的输电线路具有重要意义。

可听噪声在传播过程中会发生扩散和衰减，在大地、建筑等障碍物表面会发生反射。一般在距地约1.5m的高度测量噪声的声压级时，也会混杂周围的环境噪声，且难以滤除。因此，地面附近检测的可听噪声存在不同程度的失真。与此相对的，在输电线路邻近区域的声源处检测噪声可以避免诸多干扰，有助于了解噪声的本征特性和规律，无疑是一种更好的研究方法。另外，声压级是表示声源辐射噪声强弱的物理量，但声压级是标量，在不同环境中测得的数据可参考性较差。声强是矢量，可以更好地反映声源的能量、流动和传播状态，对可听噪声具有更好的表现力。目前，声强检测已广泛应用于设备故障诊断与质量控制、声功率测量、声源定位、环境噪声监测等方面。

传统地面测量可听噪声声压级的方法已不能满足对可听噪声声源机理特性的研究需求，但由于特高压输电线路复杂的电磁环境，现有研究中尚未出现应用于特高压真型输电线路噪声源的检测方法。事实上，特高压输电线路邻近区域是电晕放电可听噪声的声源位置，能够直接检测噪声源的信息，据此可直接研究分析可听噪声源的时频域特征及其变化规律。在特高压输电线路邻近区域测量声强，有助于深入了解声源的机理与规律，深化我们对于该现象的科学认识，并指导我们采取针对性措施解决问题。

发明内容

为克服现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种可用于特高压输电线路邻近区域声强检测的球形传感装置及实现方法，包括基于该装置架构的声强算法。本发明的目的是在特高压输电线路高压端并行采集多路声压并计算三维声强矢量，然后通过无线传输模块将检测的声强数据传输至上位机。

为实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：一种可用于特高压输电线路邻近区域声强检测的球形传感装置及实现方法，传感装置包括球形固定结构、14路声压传感器、高速数据采集模块、信号处理单元、无线传输单元1和供电单元；实现方法是根据球形结构上14路传感器阵列的排列规则，通过声强算法计算特定的不同直线方向的声强值，然后基于各方向之间特殊的位置关系建立冗余的线性映射模型，以求取球心处的声强矢量。

所述球形固定结构安装于特高压输电线路的邻近区域，将检测装置的其他模块包裹于内部，可在露天环境中保护设备正常工作。由于检测装置处于特高压邻近区域的复杂电磁环境中，选择绝缘和均压效果最好的球形结构可有效避免尖端放电。球体半径设计要考虑输电线路邻近空间的大小和内部其他模块的体积，满足声强检测的要求。球面应打磨光滑，表面以金属网覆盖，在提高装置表面的起晕场强的同时不影响声强检测，确保检测装置在±1100kV特高压环境中安全可靠地工作。