本發(fā)明涉及涉及電子技術(shù)和控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于聲電一體傳感器的GIS局部放電檢測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：隨著電力設(shè)備狀態(tài)檢修發(fā)展模式以及特高壓電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃，傳統(tǒng)局放聲電聯(lián)合定位中大多使用兩種分離的電磁波和超聲波傳感器，一種新型的聲電一體傳感器，在檢測局放時用一個傳感器能同時獲得聲電信號，以及聲電信號的時間差，從而減少了局放檢測和定位所需的傳感器數(shù)目，給局放現(xiàn)場檢測和實驗等帶來了方便。該傳感器將能彌補目前超高頻和超聲波單一檢測手段下的1000KVGIS局部放電在線監(jiān)測方法的不足，為有效監(jiān)測1000KVGIS運行工況提供有效手段,同時為1000KVGIS局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)在后續(xù)特高壓工程的應(yīng)用提供經(jīng)驗積累，具有良好的發(fā)展應(yīng)用前景和實際意義。目前，現(xiàn)場檢測GIS局部放電最常用的方法是超高頻法和超聲波法兩種。基于對局部放電電檢測、超聲波檢測和聲電聯(lián)合檢測方法的研究，傳統(tǒng)局放聲電聯(lián)合檢測中超聲波探頭接收的信號和天線接收電磁波的處理電路是分離的，通過選擇能同時滿足這兩種信號處理的芯片，設(shè)計了一種新型的局放檢測聲電一體傳感器。這種傳感器將超聲波檢測和電磁波檢測合并在一個傳感器處理電路中，能檢測是否發(fā)生局放的同時，還方便局放定位。在保證傳感器基本性能的同時，將以往的局放檢測聲和電兩個傳感器合并成一個，減少了檢測中所需傳感器數(shù)目，給現(xiàn)場檢測和實驗帶來了方便，同時也降低了檢測成本。局部放電是GIS內(nèi)部發(fā)生絕緣破壞的先兆,通常發(fā)生在:澆鑄絕緣檢內(nèi)部存在空洞或雜質(zhì)；金屬或絕緣表面有尖端或突起；由于安裝不慎或開關(guān)分合產(chǎn)生顆粒狀或絲狀的金屬微粒,這些微?？梢愿皆诮^緣表面或落在外殼底部；外殼底部的金屬微粒在電場作用下不斷移動或作不規(guī)則的跳躍,當金屬顆粒騰空時會帶有電荷,下落時則會產(chǎn)生局部放電；金屬屏蔽罩固定處接觸不良；觸頭嚴重接觸不良會在觸頭間發(fā)生局部放電。國外對GIS—些事故的統(tǒng)計分析表明:從發(fā)生故障部位看,大多數(shù)絕緣故障都集中于盆式絕緣子,即電場不均勻處,然后就是自由金屬微粒和電極表面損傷導致放電故障。從GIS局部放電研究的現(xiàn)階段結(jié)果表明,GIS發(fā)生局部放電時會產(chǎn)生納秒級的上升前沿的局部放電脈沖激勵的電磁波在GIS氣室內(nèi)傳播,存在的微小火花以及電暈放電都有可能隨著離子化氣體通道進行擴展,局部放電還會導致SF6氣體分解或發(fā)光,產(chǎn)生的物理和化學變化特征,這些都可以作為局部放電信號檢測的對象。GIS局部放電在線監(jiān)測要求在GIS運行的現(xiàn)場條件下進行檢測，由于電暈放電等原因，現(xiàn)場條件下存在大量的電磁干擾信號，尤其常規(guī)局部放電檢測所使用的頻段(幾十kHz-幾百kHz)，干擾信號的強度有可能遠遠大于所要檢測的局部放電信號，使得局部放電檢測的電信號傳感器無法實現(xiàn)。目前,對GIS運行的絕緣狀態(tài)和缺陷類型的監(jiān)測,主要根據(jù)GIS內(nèi)部缺陷會產(chǎn)生電脈沖、氣體產(chǎn)生物、超聲波、電磁福射、光、熱以及產(chǎn)生能量損耗等現(xiàn)象,相應(yīng)地就出現(xiàn)了超聲波和超高頻等幾種監(jiān)測方法。(1)超聲波檢測法。GIS局部放電會產(chǎn)生聲波,包括縱波、橫波和表面波。在腔體外壁中傳播的聲波除縱波外還有橫波,因此采用超聲波傳感器接收局部放電產(chǎn)生的振動信號,也能達到檢測GIS內(nèi)部局部放電的目的。由局部放電產(chǎn)生的聲波和金屬屑撞擊外殼引起的機械振動頻率,在數(shù)千赫茲和數(shù)萬赫茲之間,為去除其它聲源的干擾,傳感器的檢測頻率一般選1-20kHz。(2)超高頻(UHF)法：它是一種利用超高頻頻率信號進行局部放電在線監(jiān)測的方法。在超高頻法中傳感器并非起耦合的作用，而是接收超高頻信號的天線，所以超高頻法的原理與脈沖電流法是不同的。GIS內(nèi)部發(fā)生局部放電時，由于放電點處電荷的迅速轉(zhuǎn)移，形成持續(xù)時間很短的電流脈沖(ns級)，并產(chǎn)生頻率分量極其豐富的電磁信號(高達GHz)，通過傳感局部放電所產(chǎn)生的電信號進行局部放電檢測，有可能實現(xiàn)較高的靈敏度，并能夠及時發(fā)現(xiàn)早期的的局部放電。局部放電電信號傳感面臨的關(guān)鍵困難是電磁干擾問題。GIS局部放電檢測的超高頻傳感方法正是針對抗電磁干擾問題提出的，并在超高頻頻段內(nèi)選擇合適的頻段進行局部放電的電信號傳感，其抗電磁干擾原理是：GIS運行現(xiàn)場的干擾源主要有：架空線和變電站母線上的電暈放電，導體接觸不良產(chǎn)生的電弧放電，站內(nèi)可控硅產(chǎn)生的強電脈沖，其他設(shè)備內(nèi)部的放電，無線電波，載波通訊，系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)動作等。研究表明，這些干擾主要集中在300MHz以下頻段。雖然也存在超高頻干擾信號，由于傳播路徑上衰減很快，并且很容易被屏蔽，因此一般不能到達GIS。相比之下，GIS的同軸結(jié)構(gòu)是一個良好的波導，其內(nèi)部的局部放電輻射出的超高頻電磁波可在內(nèi)部有效地傳播，因此，選擇超高頻段的電磁信號作為檢測信號，可以避開常規(guī)電氣測試方法中難以識別的電系統(tǒng)中干擾，顯著提高了局部放電檢測的信噪比。以上兩種GIS局部放電在線監(jiān)測方法，均有不同程度的優(yōu)勢及不足之處：(1)超聲波法的優(yōu)點是傳感器與GIS設(shè)備的電氣回路無任何聯(lián)系,不受電氣方面的干擾。缺點是在現(xiàn)場中除了局部放電以外,還存在不少可能引起外殼振動的因素,而且有的振動還很強烈,然而不同原因引起的振動頻率特性不同,因此可采用帶通濾波器來減小外界的影響。(2)超高頻(UHF)法具有以下特點：傳感器接收超高頻段信號，避開可電網(wǎng)中主要電磁干擾的頻率，具有良好的抗電磁干擾能力；根據(jù)電磁脈沖信號在GIS內(nèi)部傳播具有衰減的特點，利用傳感器接收信號的時差，可進行故障定位；根據(jù)放電脈沖的波形特征和超高頻信號的頻譜特征，可進行故障類型診斷；超高頻傳感器相對于振動檢測法而言，其局部放電有效檢測范圍大，因此需要安裝傳感器的檢測點少。對于GIS運行現(xiàn)場而言,超高頻的確具有其它檢測方式不可替代的優(yōu)點,但也相應(yīng)地發(fā)現(xiàn)了各種問題：國外目前通常在GIS設(shè)備出廠前將超高頻傳感器置于設(shè)備內(nèi)部,檢測效果很好,利于長期監(jiān)測。但是國內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家尚不具備這樣的條件,通常采用將超高頻傳感器外置于盆式絕緣子上的方式進行局部放電檢測,在不采取良好屏蔽措施的條件下檢測結(jié)果不可避免的受到外界電磁干擾的影響,且不易進行長期固定式的監(jiān)測；現(xiàn)場測量中需要判斷缺陷的類型。由于缺陷存在于GIS不同的位置,能夠產(chǎn)生不同類型的放電,其放電量也有很大差別。利用超高頻法還不能夠?qū)?nèi)部的放電類型進行準確識別；大量的研究表明,超高頻法目前還無法確定設(shè)備內(nèi)部故障的視在放電量,但是對于檢測設(shè)備的局部放電而言,視在放電量是確定設(shè)備絕緣狀況嚴重程度的重要標準。對于運行中的GIS而言，超高頻法和超聲法無疑是最理想的檢測方法，兩者都可以實現(xiàn)帶電檢測，且不必改變設(shè)備的運行方式。檢測方法都比較簡便實用。比較兩者的優(yōu)缺點可以看出，超高頻法抗干擾性能強，對電信號靈敏，但實現(xiàn)設(shè)備缺陷的精確定位比較困難。而超聲法則可實現(xiàn)設(shè)備缺陷的精確定位。所以基于單一傳感器的監(jiān)測方法，目前不能夠準確快速的對GIS運行中的故障部位進行定位，并對故障類型及設(shè)備缺陷做出完全正確判斷，甚至可能產(chǎn)生誤報、誤判的現(xiàn)象，給現(xiàn)場的運行維護工作帶來很大不方便。兩者聯(lián)合使用，互相補充，是實現(xiàn)對GIS局部放電準確檢測的重要手段。超高頻法由于原理簡單、靈敏高的優(yōu)點得到廣泛的應(yīng)用,但它難以實現(xiàn)設(shè)備缺陷的準確定位。特別是當缺陷位于絕緣子附近時,難以準確確定其所在的氣室,這就增加了檢修維護的復(fù)雜性。超聲波定位法雖然靈敏度較好,定位準確度高,但其有效范圍較小,現(xiàn)場用時工作較為繁重。因此,如何有效結(jié)合兩者的優(yōu)點,實現(xiàn)快速準確定位,成為近年來現(xiàn)場維護人員關(guān)注的焦點。但是針對1000KV特高壓GIS運行工況采用聲電聯(lián)合檢測傳感器的研究，國內(nèi)外還沒有成熟的現(xiàn)場經(jīng)驗。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于聲電一體傳感器的GIS局部放電檢測系統(tǒng)及方法，用以采用新型的聲電一體傳感器進行GIS局部放電檢測，在檢測是否發(fā)生局放的同時進行局放定位。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：一種基于聲電一體傳感器的GIS局部放電檢測系統(tǒng)，其中，包括聲電一體傳感器、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合模塊、DS決策模塊和顯示模塊；聲電一體傳感器：用于對局部放電發(fā)生超聲波和超高頻信號同時檢測；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合模塊，用于由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對聲電一體傳感器檢測的放電信息進行過濾和融合，并輸出給DS決策模塊；DS決策模塊，用于根據(jù)獲取的放電信息運用D-S證據(jù)理論對故障類型判別結(jié)果進行決策融合，并輸出給顯示模塊；顯示模塊，用于對獲取的數(shù)據(jù)進行分析處理后進行顯示。優(yōu)選的，所述聲電一體傳感器包括：超聲波接收探頭、特高頻天線、PCB板和脈沖輸出模塊，所述PCB板上設(shè)置有前置放大器和檢波放大器，所述超聲波接收探頭經(jīng)同軸線連接前置放大器，所述前置放大器連接檢波放大器，所述檢波放大器經(jīng)同軸線連接脈沖輸出模塊，所述特高頻天線耦合接入前置放大器和檢波放大器之間。優(yōu)選的，所述聲電一體傳感器外部設(shè)置金屬屏蔽外殼。優(yōu)選的，所述金屬屏蔽外殼上設(shè)置有電源供電端口，所述電源供電端口經(jīng)電源線連接PCB板。優(yōu)選的，所述特高頻天線采用中心頻率400MHz的微帶天線和基于PC8211芯片為核心的Lan前置放大電路。優(yōu)選的，所述聲電一體傳感器還包括濾波電路，所述Lan前置放大電路連接濾波電路，所述濾波電路連接在前置放大器和檢波放大器之間。一種基于聲電一體傳感器的GIS局部放電檢測方法，包括如下步驟：步驟1，對局部放電發(fā)生超聲波和超高頻信號同時檢測；步驟2，由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對聲電一體傳感器檢測的放電信息進行過濾和融合，并輸出給DS決策模塊；步驟3，根據(jù)獲取的放電信息運用D-S證據(jù)理論對故障類型判別結(jié)果進行決策融合，并輸出給顯示模塊；步驟4，對獲取的數(shù)據(jù)進行分析處理后進行顯示。優(yōu)選的，所述由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對聲電一體傳感器檢測的放電信息進行過濾和融合，包括：1)初始化：設(shè)置網(wǎng)絡(luò)各層權(quán)值、閥值的初值為較小的隨機數(shù)陣，循環(huán)次數(shù)最大；2)正向輸入、輸出關(guān)系：將采集的的信號處理后，作為訓練樣本；設(shè)輸入量為X＝(x1,x2,…,xα)，對應(yīng)輸出為Y＝(y1,y2,…,yp)，網(wǎng)絡(luò)的期望輸出為D＝(d1,d2,…,dp)；設(shè)有α個樣本為訓練數(shù)據(jù)，設(shè)為第p個樣本輸出，和分別為第一和第二層的輸出，ωuv為連接權(quán)值；則各節(jié)點對應(yīng)的輸出為：gjp=f(Σi=0noωjixip)hkp=f(Σj=0n1ωkjgip)gjp=f(Σk=0n2ωlkxkp);]]>公式中：α個輸入樣本，為輸入網(wǎng)絡(luò)后第一隱含層的輸出結(jié)果，j/p/k均表示變量1,2,3……α，表示輸入網(wǎng)絡(luò)后第二隱含層輸出結(jié)果，表示輸入網(wǎng)絡(luò)后最終輸出結(jié)果，輸入網(wǎng)絡(luò)后為第p個樣本的實際輸出；ωuv為各個神經(jīng)元之間的連接權(quán)值；3)誤差反向傳播：從輸出層、隱含層到輸入層，用基于梯度最速下降法來計算的各層反向誤差信號，進而得到權(quán)值調(diào)整模式，等效誤差δ計算公式為：δjp=f′(netjp)(tjp-yjp)δkp=f′(netkp)(tkp-ykp)δlp=f′(netlp)(tlp-ylp)]]>各層神經(jīng)元的等效誤差為δ，t為各層神經(jīng)元設(shè)定的目標值，y為各層神經(jīng)元的實際輸出值；4)各層連接權(quán)值修正，計算公式為：ωlk(n+1)=ωlk(n)+η1-mc(Σp=1αδlphkp)ωkj(n+1)=ωkj(n)+η1-mc(Σp=1αδkpgjp)ωji(n+1)=ωji(n)+η1-mc(Σp=1αδjpxip);]]>其中，mc為動量因子，取mc＝0.9，根據(jù)附加動量法判斷條件，此時第k步誤差平方和E﹙k﹚﹥E﹙k-1﹚；各層神經(jīng)元的等效誤差為δα個輸入樣本，為輸入網(wǎng)絡(luò)后第一隱含層的輸出結(jié)果，j/p/k均表示變量1,2,3……α，表示輸入網(wǎng)絡(luò)后第二隱含層輸出結(jié)果，表示輸入網(wǎng)絡(luò)后最終輸出結(jié)果，輸入網(wǎng)絡(luò)后為第p個樣本的實際輸出；ωuv為各個神經(jīng)元之間的連接權(quán)值；5)根據(jù)新的連接權(quán)值，進行正向計算；即判斷每一個學習樣本(xp，tp)和輸出層的每一個神經(jīng)元是否滿足設(shè)定精度，若滿足，則輸出結(jié)果；否則返回步驟2)繼續(xù)訓練。優(yōu)選的，所述步驟2還包括：利用MATLAB6.5中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱進行定位仿真，步驟如下：①訓練函數(shù)的選擇：采用動量-自適應(yīng)學習率調(diào)整算法，MATLAB6.5提供的訓練函數(shù)為traingdx，格式如下：[net,TR,AC,E1]＝traingdx(net,Pd,T1,Ai,Q,TS,VV,TV)info＝traingdx(code)，traingdx訓練函數(shù)的默認值如下：②融合誤差分析：選用20組樣本數(shù)據(jù)，對每組數(shù)據(jù)單獨進行5次仿真；③利用網(wǎng)絡(luò)進行新數(shù)據(jù)的融合：選取5個故障點，運用訓練后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)融合。本發(fā)明的有益效果是：傳統(tǒng)局放聲電聯(lián)合檢測中超聲波探頭接收的信號和天線接收電磁波的處理電路是分離的，本發(fā)明分析了局部放電電檢測和聲檢測的特點，針對常用的定位中聲電聯(lián)合檢測法需同時使用聲、電兩種處理電路的缺陷，設(shè)計了一種新型的局放檢測聲電一體傳感器，能夠同時提取局放產(chǎn)生的電磁波和超聲波并能獲取聲、電信號的時間差。本發(fā)明的聲電一體傳感器將超聲波檢測和電磁波檢測合并在一個傳感器處理電路中，能檢測是否發(fā)生局放的同時，還方便局放定位。在保證傳感器基本性能的同時，將以往的局放檢測聲和電兩個傳感器合并成一個，減少了檢測中所需傳感器數(shù)目，給現(xiàn)場檢測和實驗帶來了方便，同時也降低了檢測成本。附圖說明圖1為本發(fā)明聲電一體傳感器模塊的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為本發(fā)明聲電一體傳感器的電路原理示意圖。圖3為本發(fā)明聲電一體傳感器的內(nèi)部接線示意圖。圖4為本發(fā)明的前置放大電路圖。圖5為本發(fā)明特高頻天線在400MHz的方向圖θ。圖6為本發(fā)明前置LAN放大電路圖。圖7為切比雪夫高通濾波器原理圖。圖8為檢波電路的ADL8310內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖9為本發(fā)明的方法原理圖。圖10為客戶端軟件功能結(jié)構(gòu)圖。圖11為訓練誤差曲線示意圖。圖12為信任函數(shù)與似然函數(shù)的關(guān)系示意圖。圖13為D-S證據(jù)理論信息融合的過程示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對發(fā)明技術(shù)方案進一步說明：本發(fā)明提供一種基于聲電一體傳感器的GIS局部放電檢測系統(tǒng)，包括聲電一體傳感器、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合模塊、DS決策模塊和顯示模塊。聲電一體傳感器：用于對局部放電發(fā)生超聲波和超高頻信號同時檢測；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合模塊，用于由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對聲電一體傳感器檢測的放電信息進行過濾和融合，并輸出給DS決策模塊；DS決策模塊，用于根據(jù)獲取的放電信息運用D-S證據(jù)理論對故障類型判別結(jié)果進行決策融合，并輸出給顯示模塊；顯示模塊，用于對獲取的數(shù)據(jù)進行分析處理后進行顯示。如圖1所示，聲電一體傳感器包括：超聲波接收探頭1、特高頻天線、PCB板2和脈沖輸出模塊3，PCB板上2設(shè)置有前置放大器和檢波放大器，超聲波接收探頭1經(jīng)同軸線連接前置放大器，前置放大器連接檢波放大器，檢波放大器經(jīng)同軸線連接脈沖輸出模塊3，特高頻天線耦合接入前置放大器和檢波放大器之間。聲電一體傳感器外部設(shè)置金屬屏蔽外殼5。金屬屏蔽外殼5上設(shè)置有電源供電端口4，電源供電端口4經(jīng)電源線連接PCB板。由于局部放電產(chǎn)生的超聲波信號很微弱，而接收的超聲波接收探頭NU40A19TR-1的中心頻率為40kHZ,為了保證超聲波檢測的靈敏度，超聲波探頭接收到的信號通過聲轉(zhuǎn)化后要經(jīng)過低噪聲、高增益的前置放大器AD620放大后再由對數(shù)檢波器檢波處理。由于局放產(chǎn)生的電信號主要集中在100MHz至1.5GHz左右，而檢波器AD8310能將在DC440MHz范圍的信號檢波，而前置放大器AD620只能在1M范圍內(nèi)保證較高增益。將帶寬在檢波器AD8310檢波范圍內(nèi)的天線耦合接入前置放大器和對數(shù)檢波器之間，而高增益的前置放大器保證了超聲波檢測的高靈敏度。基于前面的分析，為了接收到較強的局放超聲波信號，同時為了避開常見的機械振動等干擾，超聲波檢測選用中心頻率為40kHz作為檢測信號；考慮到AD620和AD8310的工作頻帶，結(jié)合局放產(chǎn)生的電磁波特性，接收電磁波的天線選帶寬為200-440MHz。由于傳感器要裝金屬屏蔽殼內(nèi)，同時考慮到局放檢測中如果傳感器外殼和GIS絕緣槽能緊密結(jié)合起來，這樣形成良好的屏蔽而會減小外界干擾。因此，天線最好做成貼片天線，并且能安裝在傳感器金屬外殼的圓弧面上。如圖2所示，由于超聲波信號和電磁波頻率的差異，因此局放超聲波傳感器電路中的相關(guān)參數(shù)需要修改。前置放大器AD620只對超聲信號進行處理，因此其相關(guān)參數(shù)保持不變，而對數(shù)檢波放大器AD8310(U2)的部分參數(shù)需要進行修改。AD8310的OFLT(3腳)由于內(nèi)部的一個33pF的濾波電容，因此對1MHz在以上的高頻反饋提供了充足的壓縮范圍，在低頻應(yīng)用中應(yīng)外接一個電容C22，尤其是在音頻中，應(yīng)該外接1μF的電容。但是在電磁檢測中，這個電容值應(yīng)適當?shù)脑龃?。在最大音頻應(yīng)用中，BFIN(6腳)應(yīng)該懸空而無任何雜散電容。在一般音頻帶寬范圍，可以通過6腳和地之間的外接電容C23引入反饋而降低輸出波紋。C23電容值由下面的公式進行選擇：C23＝1/(2π×3kΩ×VideoBandwidth)-2.1pF。圖3為傳感器內(nèi)部接線圖。由于超聲波傳播過程中衰減較快，因此需要選用增益較大的前置放大單元。如圖4所示，前置放大電路采用增益可調(diào)的前置放大器AD620，其輸入端連接兩個0.1μF耦合電容與100kΩ的接地電阻R1、R2構(gòu)成高通濾波器濾除低頻噪聲干擾，管腳4、管腳7與電源相連接，管腳5與地相接，管腳1、管腳8與電阻Rg進行連接，Rg為增益可以調(diào)節(jié)的電阻。由圖7AD620的頻率與增益對應(yīng)關(guān)系圖可知，在保證信號不失真情況下獲得最大增益，Rg取210Ω滿足頻率40kHz左右信號檢測要求，由此可得增益G為：G＝49.9kΩ/Rg+1≈230。如圖5所示，特高頻天線采用中心頻率400MHz的微帶天線和基于μPC8211芯片為核心的放大電路，通過五階切比雪夫高通濾波器濾來減小外界不同頻率電磁因素的影響，系統(tǒng)采用中心頻率400MHz外置微帶天線。據(jù)天線貼片在400MHZ下的方向可知，θ＝0°時，微帶天線方向性最好，因此安裝天線時，應(yīng)使天線正對GIS盆式絕緣子，以獲得最大的增益。通常還須對其外部加以金屬封閉，以屏蔽空間電磁干擾。如圖6所示，特高頻天線采用中心頻率400MHz的微帶天線和基于PC8211芯片為核心的Lan前置放大電路。局部放電產(chǎn)生的特高頻信號，需要剔除現(xiàn)場噪音及電磁干擾因素。采用以μPC8211芯片為核心的放大電路，電源為3V時，其噪音為1.3dB，增益為18.5dB，功率損耗也比較小，不會產(chǎn)生非線性失真現(xiàn)象。在一個實施例中，如圖7所示，聲電一體傳感器還包括濾波電路，Lan前置放大電路連接濾波電路，濾波電路連接在前置放大器和檢波放大器之間。PD發(fā)生會產(chǎn)生300MHz～3GHz電磁波，而通常干擾信號在500MHz以下，因此需要對探頭檢測的PD信號進行高通濾波處理。采用切比雪夫逼近方法，由低通轉(zhuǎn)高通設(shè)計了五階切比雪夫濾波器，輸入阻抗50歐，輸出阻抗50歐，通過對濾波器參數(shù)S的設(shè)計和仿真優(yōu)化，最終得到濾波器端口1反射波與入射波的比值在通帶500MHz處端口反射系是-11.6dB(<-10dB)，能夠滿足要求。在一個實施例中，如圖8所示，經(jīng)過濾波后的信號，運用AD8310多級對數(shù)檢波放大器對以幅值和相位為主的信息進行包絡(luò)提取及放大后，可以將信號精確的變換為分貝輸出，有助于對GIS故障類型識別提供有效信息。如圖9所示，本發(fā)明提供一種基于聲電一體傳感器的GIS局部放電檢測方法，聲電一體傳感器將采集到的放電信息幅值和相位，經(jīng)過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，將BP傳輸結(jié)果通過D-S理論進行決策輸出。將采集到的局放信號經(jīng)由光纖，由數(shù)據(jù)采集卡和上位機進行數(shù)據(jù)采集，運用BP先對數(shù)據(jù)行預(yù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)運用D-S融合決策。具體包括如下步驟：步驟1，對局部放電發(fā)生超聲波和超高頻信號同時檢測；步驟2，由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對聲電一體傳感器檢測的放電信息進行過濾和融合，并輸出給DS決策模塊；步驟3，根據(jù)獲取的放電信息運用D-S證據(jù)理論對故障類型判別結(jié)果進行決策融合，并輸出給顯示模塊；步驟4，對獲取的數(shù)據(jù)進行分析處理后進行顯示。在一個實施例中，由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對聲電一體傳感器檢測的放電信息進行過濾和融合，包括：1)初始化：設(shè)置網(wǎng)絡(luò)各層權(quán)值、閥值的初值為較小的隨機數(shù)陣，循環(huán)次數(shù)最大；最大值為1000；2)正向輸入、輸出關(guān)系：將采集的的信號處理后，作為訓練樣本；設(shè)輸入量為X＝(x1,x2,…,xα)，對應(yīng)輸出為Y＝(y1,y2,…,yp)，網(wǎng)絡(luò)的期望輸出為D＝(d1,d2,…,dp)；設(shè)有α個樣本為訓練數(shù)據(jù)，設(shè)為第p個樣本輸出，和分別為第一和第二層的輸出，ωuv為連接權(quán)值；則各節(jié)點對應(yīng)的輸出為：gjp=f(Σi=0noωjixip)hkp=f(Σj=0n1ωkjgip)gjp=f(Σk=0n2ωlkxkp);]]>公式中：α個輸入樣本，為輸入網(wǎng)絡(luò)后第一隱含層的輸出結(jié)果，j/p/k均表示變量1,2,3……α，表示輸入網(wǎng)絡(luò)后第二隱含層輸出結(jié)果，表示輸入網(wǎng)絡(luò)后最終輸出結(jié)果，輸入網(wǎng)絡(luò)后為第p個樣本的實際輸出；ωuv為各個神經(jīng)元之間的連接權(quán)值；3)誤差反向傳播：從輸出層、隱含層到輸入層，用基于梯度最速下降法來計算的各層反向誤差信號，進而得到權(quán)值調(diào)整模式，等效誤差δ計算公式為：δjp=f′(netjp)(tjp-yjp)δkp=f′(netkp)(tkp-ykp)δlp=f′(netlp)(tlp-ylp)]]>各層神經(jīng)元的等效誤差為δ，t為各層神經(jīng)元設(shè)定的目標值，y為各層神經(jīng)元的實際輸出值；4)各層連接權(quán)值修正，計算公式為：ωlk(n+1)=ωlk(n)+η1-mc(Σp=1αδlphkp)ωkj(n+1)=ωkj(n)+η1-mc(Σp=1αδkpgjp)ωji(n+1)=ωji(n)+η1-mc(Σp=1αδjpxip);]]>其中，mc為動量因子，取mc＝0.9，根據(jù)附加動量法判斷條件，此時第k步誤差平方和E﹙k﹚﹥E﹙k-1﹚；各層神經(jīng)元的等效誤差為δα個輸入樣本，為輸入網(wǎng)絡(luò)后第一隱含層的輸出結(jié)果，j/p/k均表示變量1,2,3……α，表示輸入網(wǎng)絡(luò)后第二隱含層輸出結(jié)果，表示輸入網(wǎng)絡(luò)后最終輸出結(jié)果，輸入網(wǎng)絡(luò)后為第p個樣本的實際輸出；ωuv為各個神經(jīng)元之間的連接權(quán)值；5)根據(jù)新的連接權(quán)值，進行正向計算；即判斷每一個學習樣本(xp，tp)和輸出層的每一個神經(jīng)元是否滿足設(shè)定精度，若滿足，則輸出結(jié)果；否則返回步驟2)繼續(xù)訓練。在一個實施例中，所述步驟2還包括：利用MATLAB6.5中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱進行定位仿真，步驟如下：①訓練函數(shù)的選擇：為了提高訓練速度，采用動量-自適應(yīng)學習率調(diào)整算法，MATLAB6.5提供的訓練函數(shù)為traingdx，格式如下：[net,TR,AC,E1]＝traingdx(net,Pd,T1,Ai,Q,TS,VV,TV)info＝traingdx(code)traingdx訓練函數(shù)的默認值如下：②融合誤差分析：本實施例選用20組樣本數(shù)據(jù)，對每組數(shù)據(jù)單獨進行5次仿真，這樣一方面可以增加樣本數(shù)據(jù)，另一方面可以提高精度。訓練過程中得到如圖11所示的誤差變化曲線。D-S證據(jù)理論是Shafer在Dempster合成法則的基礎(chǔ)上建立的數(shù)學理論，它通過數(shù)學推理對不確定和不完整的信息進行歸納與計算，作出科學合理的決策，在決策級信息融合中得到了廣泛應(yīng)用。該理論提出了基本概率分配(BPA)，信任函數(shù)(Bel)和似然函數(shù)(Pl)的概念。(1)識別框架Θ和基本概率分配BPA設(shè)Θ表示命題對應(yīng)所有可能結(jié)論的非空集合，集合內(nèi)含有限個元素，且所有元素互斥。Θ＝{A1,A2,...,An，θ}式中，Ai為命題可能的結(jié)果；θ表示結(jié)果的不確定性。在Θ中存在一個mass函數(shù)m:2Θ→[0,1]，且滿足:m(φ)=0:ΣA⋐Θm(A)=1;]]>則m(A)為A的基本概率分配BPA。(2)信任函數(shù)Bel和似然函數(shù)PlD-S證據(jù)理論給出了一個信任區(qū)間[Bel(A),P1(A)]來表示融合結(jié)果對事件支持的范圍上下限，兩個函數(shù)之間的關(guān)系如圖12所示。則下限函數(shù)bel定義為：Bel(A)=ΣB⋐Am(B);]]>上線函數(shù)pl定義為：P1(A)=1-Bel(A‾)=ΣB∩A=φm(B);]]>其中：Bel(A)≤P1(A)，Θ表示所有子集，融合計算時可以用Bel(A)或P1(A)表示對命題的信任支持程度。合成規(guī)則是融合的過程，證據(jù)融合算法為兩個信度函數(shù)的合成和多個信度函數(shù)的合成兩種。⑴兩個信度函數(shù)的合成算法設(shè)Θ上存在Bel1和Bel2兩個信度函數(shù)，m1、m2分別是其對應(yīng)Bel1、Bel2的基本可信度分配，若A∈Θ且m(A)＞0，其焦元分別為A1,A2,…,Ak和B1,B2…,Bn，設(shè)：k=ΣAi∩Bj=φm1(Ai)·m2(Bj)<1]]>則合成后的基本可信度分配函數(shù)為:m(A)=0,A=ΘΣAi∩Bj=Am1(Ai)·m2(Bj)1-ΣAi∩Bj=φm1(Ai)·m2(Bj)=ΣAi∩Bj=Am1(Ai)·m2(Bj)1-k,A≠φ]]>上式中，k表示證據(jù)體的沖突程度，若k≠1，則m可確定一個基本概率賦值；否則m1、m2兩者矛盾，不能組合基本概率的賦值。⑵多個信度函數(shù)的合成設(shè)同一Θ上存在信度函數(shù)Bel1,Bel2,…,Beln，對應(yīng)的基本可信度分配為m1,m2,…,mn，若存在且基本可信度分配為m，則：m=(((m1⊕m2)⊕m3)⊕...)⊕mn;]]>上式滿足合成后的基本可信度分配函數(shù)m為：m(A)=1kΣA1∩A2...∩An=Am1(A1)m2(A2)...mn(An)]]>D-S證據(jù)理論的信息融合過程如圖13所示，可采用基于基本概率賦值的決策等多種方法，基于基本概率賦值決策輸出規(guī)則應(yīng)滿足：m(A1)=max{m(Ai),Ai⋐Θ},]]>m(A2)=max{m(Ai),Ai⋐Θ,Ai≠A1},]]>同時滿足：m(A1)-m(A2)>ϵm(A1)>m(θ);]]>則說明決策輸出結(jié)果為A1，m(A1)為輸出BPA最大值；m(A2)為輸出BPA次最大值；ε為預(yù)設(shè)門檻值，本文取0.25；m(θ)為不確定性BPA。在一個實施例中，步驟4，對獲取的數(shù)據(jù)進行分析處理后進行顯示?？蛻舳塑浖捎胠abview(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)進行編程，其軟件功能結(jié)構(gòu)圖如圖10所示。運用專家系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析處理，能夠?qū)崿F(xiàn)同時對多路特高頻信號的同步采集、傳輸、濾波、檢波、分析、報警、放電類型識別、放電位置定位、放電趨勢分析、二維(Q-φ，N-φ，N-Q)和三維(N-Q-φ)圖表顯示打印等功能。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。當前第1頁1 2 3