基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，屬于 電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓開關(guān)柜廣泛應(yīng)用于輸、配電網(wǎng)領(lǐng)域，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全 和電力系統(tǒng)對(duì)用戶的供電質(zhì)量，是電力系統(tǒng)中最重要的電氣設(shè)備之一。開關(guān)柜設(shè)備局部放 電量的大小，是評(píng)價(jià)該類設(shè)備健康狀態(tài)是否良好的關(guān)鍵指標(biāo)。開關(guān)柜局部放電源的定位與 重構(gòu)，對(duì)及早發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜設(shè)備絕緣隱患，保障開關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行安全具有重要作用。在設(shè)備制 造、運(yùn)輸W及運(yùn)行過程中，開關(guān)柜內(nèi)部不可避免會(huì)產(chǎn)生絕緣缺陷并引發(fā)局部放電，嚴(yán)重影響 開關(guān)柜的可靠運(yùn)行。因此，局部放電源的分析與診斷一直是開關(guān)柜狀態(tài)評(píng)估的重要內(nèi)容，能 夠?yàn)橹贫ê侠淼拈_關(guān)柜維護(hù)與檢修策略提供參考依據(jù)。
[0003] 準(zhǔn)確檢測(cè)并評(píng)估開關(guān)柜局部放電位置、放電類型和發(fā)展程度，可有效減少設(shè)備維 護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)判，針對(duì)性制定設(shè)備檢修策略。但由于開關(guān)柜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部元件 種類多樣、數(shù)量繁多，局部放電信號(hào)在開關(guān)柜內(nèi)部傳播過程中存在不同程度的折射、反射、 衍射，造成信號(hào)崎變、衰減，對(duì)開關(guān)柜局部放電檢測(cè)與診斷技術(shù)帶來極大挑戰(zhàn)。如何排除開 關(guān)柜內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、元件對(duì)檢測(cè)信號(hào)帶來的崎變、衰減等的干擾，是目前開關(guān)柜局部放電 源的準(zhǔn)確定位與檢測(cè)的關(guān)鍵難點(diǎn)。一方面由于開關(guān)柜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的基于時(shí)差法的局部 放電源定位方法，無法考慮到超高頻信號(hào)在開關(guān)柜內(nèi)部的折反射及散射，導(dǎo)致局放源定位 精度不高。另一方面，傳統(tǒng)的基于模擬退火或者其他智能優(yōu)化方法用于逆問題重構(gòu)時(shí)，對(duì)重 構(gòu)參數(shù)的初始值較為敏感，不恰當(dāng)?shù)某跏贾低鶗?huì)大大增加重構(gòu)算法的計(jì)算負(fù)擔(dān)和收斂速 度，甚至?xí)?dǎo)致重構(gòu)算法的不收斂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān) 柜局部放電源定位與重構(gòu)的新方法，通過構(gòu)建新的模型，綜合考慮超高頻信號(hào)傳播過程中 的折反射、衰減等干擾作用的影響，為開關(guān)柜局部放電的檢測(cè)和評(píng)估提供有力的方法和技 術(shù)手段。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0006] 一種基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，W開關(guān)柜局部放 電源產(chǎn)生的超高頻信號(hào)作為檢測(cè)對(duì)象，其特征是，包括如下步驟：
[0007] 1)將4只為一組的超高頻傳感器預(yù)安裝于待檢測(cè)開關(guān)柜的獨(dú)立封閉隔室內(nèi)不同 室壁的位置處，并通過超高頻信號(hào)放大器連接到示波器，測(cè)量得到4只超高頻傳感器接收 到的超高頻信號(hào)波形的幅值一時(shí)間序列Ui(t)，W及對(duì)應(yīng)的到達(dá)時(shí)刻Ti，i= 1，2, 3, 4 ;
[0008] 2)根據(jù)每組超高頻傳感器的安裝位置w及Ti對(duì)開關(guān)柜局部放電源進(jìn)行初步定位， 將定位結(jié)果作為初始值輸入到開關(guān)柜局部放電源重構(gòu)的計(jì)算過程中；
[0009] 3)構(gòu)建開關(guān)柜抑TD計(jì)算模型，包括開關(guān)柜本體結(jié)構(gòu)的抑TD模型、超高頻傳感器模 型和局部放電源模型；
[0010] 4)建立開關(guān)柜局部放電源重構(gòu)的逆問題求解模型，并結(jié)合時(shí)域有限差分法和模擬 退火智能優(yōu)化算法將開關(guān)柜局部放電源重構(gòu)逆問題轉(zhuǎn)換為對(duì)局部放電源參數(shù)的尋優(yōu)問題 進(jìn)行求解；
[0011] 5)根據(jù)開關(guān)柜局部放電源重構(gòu)結(jié)果求取局部放電的放電量。
[0012] 前述的基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，其特征是；所 述開關(guān)柜局部放電源采用時(shí)變電偶極子福射模型，/3 =如，式中]3為電偶極矩，q(t)為 局部放電量，^為放電間隙位移矢量。
[0013] 前述的基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，其特征是；所 述步驟1)中，所述開關(guān)柜帶檢測(cè)的獨(dú)立封閉隔室采用六面金屬室壁封閉的隔室，每一個(gè)待 測(cè)隔室安裝一組超高頻傳感器；所述超高頻傳感器均具有相同的信號(hào)響應(yīng)參數(shù)、頻率響應(yīng) 范圍包含于300M~3GHz的開關(guān)柜局放產(chǎn)生的超高頻信號(hào)頻帶范圍、頻帶寬度〉lOOMHz、下 限截止頻率〉300MHz、電壓駐波比<2、回波損耗<30地；所述每組超高頻傳感器分散安裝于 每個(gè)待測(cè)隔室的不同室壁處，且保證4只傳感器的檢測(cè)范圍能夠完全覆蓋該隔室內(nèi)部的所 有空間位置。
[0014] 前述的基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，其特征是；所 述步驟2)中，開關(guān)柜局部放電源初步定位W其中一只超高頻傳感器接收到的信號(hào)為參考， 分別計(jì)算另外S個(gè)傳感器信號(hào)與參考信號(hào)的時(shí)差A(yù)ti= Ti-Tuf，（i=1，2,3)，Tuf為示波 器測(cè)量的參考信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻；根據(jù)超高頻信號(hào)到達(dá)傳感器的時(shí)差求解局部放電源位置 P(x〇，y〇，z〇)，即求解方程組；
[001引式中；Sref0w,心0Zref)表示參考傳感器位置；Sensor; (X。y。Zi)表示第i個(gè)傳感 器位置，（i= 1，2, 3) ;c為電磁波傳播速度3X108m/s。
[0019] 前述的基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，其特征是；所 述步驟3)中，局部放電源模型為時(shí)變線脈沖電流元模型，/ =八中/-'，式中^0 =^，r at 為局部放電的電流方向矢量；超高頻傳感器模型的設(shè)置與實(shí)際待測(cè)開關(guān)柜中預(yù)安裝的超高 頻傳感器的信號(hào)響應(yīng)參數(shù)、安裝位置、傳感器指向、傳感器接收面積相一致；開關(guān)柜FDTD計(jì) 算模型與實(shí)際待測(cè)開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、內(nèi)部元件布局相一致。
[0020] 前述的基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，其特征是；所 述步驟4)通過超高頻傳感器測(cè)量得到的開關(guān)柜局部放電的超高頻信號(hào)對(duì)局部放電源的位 置、幅值、方向、波形形狀進(jìn)行反演，具體包括如下步驟：
[0021] 41)定義I、U為希爾伯特化nbed)空間，K;1 一U為正算子，逆問題對(duì)應(yīng)的映射 關(guān)系具有如下形式：
[0022]
[0023]S為時(shí)變線電流元的局放模型的表征參數(shù)，包括位置、幅值、波形形狀和方向；
[0024]I為開關(guān)柜局部放電源的放電脈沖電流；
[00巧]U為通過超高頻傳感器測(cè)量到的開關(guān)柜局部放電福射的超高頻信號(hào)；
[0026] Ui(t)為第i個(gè)傳感器位置Sensor; (X。y。Zi)處的超高頻傳感器測(cè)量值；
[0027] 42)利用智能優(yōu)化算法求解逆問題的目標(biāo)函數(shù)：
[0028]
[0029]A= {s。S2,…，sj為S的可行域；
[0030]43)求解開關(guān)柜局部放電源重構(gòu)的最優(yōu)化問題，即尋求參數(shù)的最優(yōu)解i，使其滿足
[0031] 前述的基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，其特征是；所 述步驟41)中，時(shí)域有限差分法對(duì)開關(guān)柜FDTD計(jì)算模型進(jìn)行求解計(jì)算，得到每組超高頻傳 感器上的接收信號(hào)K?I(t，Si) =Ui(t，Si)，i= 1，2, 3, 4。
[0032] 前述的基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，其特征是；所 述步驟41)中，開關(guān)柜局部放電源的幅值、方向、波形形狀=個(gè)表征參數(shù)通過如下步驟得 到具體實(shí)現(xiàn)；利用高斯脈沖函數(shù)組
擬合開關(guān)柜局部放電源的過 程產(chǎn)生的時(shí)變線脈沖電流I(t)，其中，Ai為脈沖電流幅值；Ti為脈沖寬度；tM為脈沖電 流峰值時(shí)刻；n為脈沖電流峰值個(gè)數(shù)，一般取3或4或5或6;fl) =(x,. ?彎+乂.?號(hào)+z,. ??:) 為單位方向矢量，滿足防?對(duì)I'Xf+於'於+Z, 'Zr) = 1 ;表征參數(shù)S具有如下形式；S= (A。T。[X。，y。，Z。]，[X"y"zj)，i= 1，2,…，n; [X。，y。，Z。]為開關(guān)柜局部放電源S維空間 位置坐標(biāo)；[Xf，y,，zj為開關(guān)柜局部放電源方向矢量的S維空間坐標(biāo)。
[0033] 前述的基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，其特征是；所 述步驟43)中，逆問題求解模型結(jié)合模擬退火算法對(duì)參數(shù)Si在可行域A= {si，S2,…，S。} 中進(jìn)行隨機(jī)捜索，并調(diào)用抑TD算法計(jì)算得到目標(biāo)函數(shù)值，直到重構(gòu)結(jié)果滿足誤差率3%的 求解精度要求。
[0034] 前述的基于場(chǎng)源逆問題反演的開關(guān)柜局部放電源定位與重構(gòu)方法，其特征是；所 述步驟5)中，通過開關(guān)柜局放源重構(gòu)得到的局放電流源/(/..;)在時(shí)