电气设备局部放电定位方法、装置、设备及计算机介质与流程

1.本发明涉及电气设备诊断技术领域，特别是涉及一种电气设备局部放电定位方法、装置、设备及计算机介质。


背景技术：

2.电力变压器作为电力系统中的枢纽设备，其运行的可靠性直接关系着电力系统的安全与稳定。局部放电是电力变压器绝缘产生贯穿性局部放电故障前所产生的局部放电现象，也是表征绝缘状况的重要特征量。因此，对局部放电进行检测是判断电力设备绝缘状况的重要手段，通过局部放电检测技术，可以在电力变压器绝缘故障早期及时诊断故障类型，并确定故障位置，进而安排检修，以减小电力变压器故障停电概率。
3.当前多采用时差定位法对电力变压器进行电气设备局部放电定位，具体通过接收局部放电信号的到达时间差来确定局部放电源的位置，然而，由于变压器内部存在信号折射等情况，变压器内外部不同位置的局部放电信号可能产生局部放电效果相近的时间差，因此，利用现有技术所得到的局放定位结果往往准确性较低。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本发明提供一种电气设备局部放电定位方法、装置、设备及计算机介质，能够提高电气设备中检测局部放电位置的定位精度。
5.第一方面，本发明提供一种电气设备局部放电定位方法，包括：
6.对所构建的电气设备三维等效模型进行空间网格划分，生成n个空间网格，n为非零自然数；
7.分别对n个所述空间网格设置模拟局部放电源，获取各所述模拟局部放电源产生的信号到达若干传感器的模拟时间差；
8.将所述模拟时间差与所述空间网格的坐标对应进行组合，得到模拟时空向量集；
9.对所述模拟时空向量集进行聚类处理，得到多个类簇；
10.接收目标局部放电源所产生的信号到达若干所述传感器的实际时间差；
11.将所述实际时间差与n个所述空间网格的坐标进行组合，得到n个实际时空向量；
12.根据n个所述实际时空向量与各所述类簇的类簇中心之间的距离信息，确定目标类簇；
13.根据n个所述实际时空向量与所述目标类簇中各模拟时空向量之间的距离信息，确定所述目标局部放电源的空间位置坐标。
14.可选的，所述根据n个所述实际时空向量与各所述类簇的类簇中心之间的距离信息，确定目标类簇，具体为：
15.计算n个所述实际时空向量与各所述类簇的类簇中心之间的几何距离，将几何距离最小的类簇设置为目标类簇。
16.可选的，所述根据n个所述实际时空向量与所述目标类簇中各模拟时空向量之间
的距离信息，确定所述目标局部放电源的空间位置坐标，具体为：
17.计算n个所述实际时空向量与所述目标类簇中各模拟时空向量之间的几何距离，将几何距离最小的模拟时空向量所对应的空间网格的坐标确定为所述目标局部放电源的空间位置坐标。
18.可选的，各所述类簇中包括若干个空间距离相近的模拟时空向量。
19.第二方面，本发明还提供一种电气设备局部放电定位装置，包括：
20.划分模块，用于对所构建的电气设备三维等效模型进行空间网格划分，生成n个空间网格，n为非零自然数；
21.第一处理模块，用于分别对n个所述空间网格设置模拟局部放电源，获取各所述模拟局部放电源产生的信号到达若干传感器的模拟时间差；
22.将所述模拟时间差与所述空间网格的坐标对应进行组合，得到模拟时空向量集；
23.对所述模拟时空向量集进行聚类处理，得到多个类簇；
24.第二处理模块，用于接收目标局部放电源所产生的信号到达若干所述传感器的实际时间差；
25.将所述实际时间差与n个所述空间网格的坐标进行组合，得到n个实际时空向量；
26.定位模块，用于根据n个所述实际时空向量与各所述类簇的类簇中心之间的距离信息，确定目标类簇；
27.根据n个所述实际时空向量与所述目标类簇中各模拟时空向量之间的距离信息，确定所述目标局部放电源的空间位置坐标。
28.可选的，所述定位模块，具体用于：
29.计算n个所述实际时空向量与各所述类簇的类簇中心之间的几何距离，将几何距离最小的类簇设置为目标类簇。
30.可选的，所述定位模块，具体还用于：
31.计算n个所述实际时空向量与所述目标类簇中各模拟时空向量之间的几何距离，将几何距离最小的模拟时空向量所对应的空间网格的坐标确定为所述目标局部放电源的空间位置坐标。
32.可选的，各所述类簇中包括若干个空间距离相近的模拟时空向量。
33.第三方面，本发明提供一种数据处理设备，包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序，所述程序由所述处理器执行，使得所述数据处理设备执行第一方面所述的电气设备局部放电定位方法。
34.第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述第二方面所述的电气设备局部放电定位方法。
35.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
36.本发明提供的电气设备局部放电定位方法通过对电气设备内部局放和外部局放源的空间网格位置信息以及局放信号到达各传感器的时间差进行聚类分析，并基于聚类结果确定局放准确位置，解决了现有的局放定位方法无法准确判断内、外部局放位置，以及内部局放定位不准确的问题，实现了电气设备内部以及外部局放源的精准定位。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本发明实施例提供的电气设备局部放电定位方法的流程示意图；
39.图2是本发明实施例提供的电气设备三维等效模型的空间网格划分示意图；
40.图3是本发明实施例提供的电气设备局部放电定位装置的结构示意图。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
43.应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
44.术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
45.术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
46.请参照图1。第一方面，本发明一个实施例提供一种电气设备局部放电定位方法，包括下述步骤。
47.s1：对所构建的电气设备三维等效模型进行空间网格划分，生成n个空间网格，n为非零自然数。
48.s2：分别对n个所述空间网格设置模拟局部放电源，获取各所述模拟局部放电源产生的信号到达若干传感器的模拟时间差；将所述模拟时间差与所述空间网格的坐标对应进行组合，得到模拟时空向量集；对所述模拟时空向量集进行聚类处理，得到多个类簇。
49.s3：接收目标局部放电源所产生的信号到达若干所述传感器的实际时间差；将所述实际时间差与n个所述空间网格的坐标进行组合，得到n个实际时空向量。
50.s4：根据n个所述实际时空向量与各所述类簇的类簇中心之间的距离信息，确定目标类簇；根据n个所述实际时空向量与所述目标类簇中各模拟时空向量之间的距离信息，确定所述目标局部放电源的空间位置坐标。
51.可以理解的是，上述电气设备可以是电力系统中的电力变压器。
52.在变电站中，当导体之间放电部分连接的绝缘体时，变压器便会发生局部放电；而当电场强度大于绝缘子击穿强度时，放电往往高度集中，因此，对变压器局放进行及时检测可以在初期发现局部放电现象，从而避免巨大损失。
53.以下将通过一个具体实施例描述变压器局部放电的定位方法。
54.在本实施例中，首先需对变压器内部空间及外部空间进行三维建模。具体地，可将变压器等效为一个立方体，变压器内部绕组等固体绝缘零部件等效为实体金属，变压器的外部空间则等效为空气介质，以得到三维等效模型。
55.需要说明的是，本实施例在变压器外壁周围还设置四个特高频传感器，各特高频传感器的空间坐标可定义为s1(x1,y1,z1)、s2(x2,y2,z2)、s3(x3,y3,z3)和s4(x4,y4,z4)，具体如图2所示。
56.进一步地，对变压器的三维等效模型进行高空间分辨率的网格划分，以提高局部放电定位精度。
57.进一步地，通过模拟仿真方式得到三维等效模型中，所有空间网格的模拟局部放电信号到各特高频传感器的模拟时间差t(t
21
,t
31
,t
41
,t
32
,t
42
,t
43
)，并将所得到的模拟时间差t与对应空间网格的空间位置坐标si(xi,yi,zi)相对应，组成得到各空间网格的模拟时空向量v
(t,s)
，再利用全量空间网格的模拟时空向量集，构建基于信号到达传感器时间差的样本数据库。
58.需要说明的是，在所述模拟时间差t(t
21
,t
31
,t
41
,t
32
,t
42
,t
43
)中，各变量具体表示为：
[0059][0060]
其中，t1为空间网格局放信号到达第一个特高频传感器的时间，表示为s1为空间网格局放信号到达第一个特高频传感器的距离，需考虑折射情况，可通过几何建模计算得到；t2为空间网格局放信号到达第二个特高频传感器的时间，表示为s2为空间网格局放信号到达第二个特高频传感器的距离，需考虑折射情况，可通过几何建模计算得到；t3为空间网格局放信号到达第三个特高频传感器的时间，表示为s3为空间网格局放信号到达第三个特高频传感器的距离，需考虑折射情况，可通过几何建模计算得到；t4为空间网格局放信号到达第四个特高频传感器的时间，表示为s4为空间网格局放信号到达第四个特高频传感器的距离，需考虑折射情况，可通过几何建模计算得到。
[0061]
上式中，υ表示电磁波在变压器内外部传输的近似速率，约为2.02
×
108m/s。
[0062]
需要说明的是，若具体为变压器外部的模拟局放信号，则可能存在至少一个特高频传感器收不到所述局放信号，此时，时间t可设置为一个远大于正常值的数值，如100s。
[0063]
在本实施例中，利用聚类算法对上述样本数据库中的模拟时空向量数据进行聚类处理，得到多个类簇。
[0064]
具体地，可使用k-means聚类算法对模拟时空向量集进行聚类处理，以得到k个聚
类类簇及其对应的类簇中心。
[0065]
在所得到的k个聚类类簇中，每个类簇均包含了多个空间距离相近的模拟时空向量v
(t,s)
，因此，通过上述方法所得到的类簇中心可体现变压器内部及外部空间位置信息的局放综合信息。
[0066]
当变压器发生局部放电时，可利用示波器或其它检测仪器获取各特高频传感器接收到的该目标局放源的信号到达实际时间差t'。
[0067]
进一步地，将每个空间网格中心位置坐标作为所述目标局放源位置的枚举参考值，并将各空间网格中心位置坐标与所述实际时间差t'进行组合，得到所述目标局放源的实际时空向量vi'
(t',si)
。
[0068]
进一步地，计算各实际时空向量vi'
(t',si)
与各聚类类簇的类簇中心之间的几何距离，将距离最小的类簇设置为目标类簇。可以理解的是，所述目标类簇为所述局放源位置的最大可能所属类簇，即目标类簇所对应的空间位置为疑似局放区域。
[0069]
本实施例通过计算目标类簇可缩小计算范围，简化运算，从而更快速地得到局放定位结果。
[0070]
进一步地，计算各实际时空向量vi'
(t',si)
与目标类簇中各模拟时空向量之间的几何距离，将距离最小的模拟时空向量所对应的空间网格坐标确定为所述局部放电源的空间位置坐标。
[0071]
可以理解的是，所计算的几何距离具体为欧式距离。
[0072]
本发明上述实施例通过对变压器内、外部空间局放源进行精细化网格建模，并采集各网格模拟局放源与传感器间接收信号时间差，再采用k-means聚类算法对各传感器间接收信号的时间差和网格空间位置进行聚类，得出考虑了局放源信号时间与空间信息的类聚特征。
[0073]
在进行目标局放源定位时，则基于距离信息对目标局放源时间差数据以及可能存在的局放源空间网格坐标信息作进一步的相似性分析，以得出所述目标局放源的精确定位，从而解决变压器内、外部空间局放定位中不同位置所获取的时间差无法精细化准确区分的问题，提高了局放定位的准确性。
[0074]
通过上述方法所得到的准确的局部放电故障定位不仅对局部放电危害程度的评估有重要作用，还作为实现变压器状态检修的基本前提之一，以为变压器状态检修提供科学的指导，便于维护人员有针对地进行设备维修，此外，准确的局部放电故障定位还有利于迅速排查故障和提高维修水平，同时也对改进变压器的结构设计、提高制造工艺水平具有指导意义。
[0075]
请参照图3。第二方面，本发明还提供一种电气设备局部放电定位装置，包括划分模块101、第一处理模块102、第二处理模块103和定位模块104。
[0076]
划分模块101用于对所构建的电气设备三维等效模型进行空间网格划分，生成n个空间网格，n为非零自然数。
[0077]
第一处理模块102用于分别对n个所述空间网格设置模拟局部放电源，获取各所述模拟局部放电源产生的信号到达若干传感器的模拟时间差；将所述模拟时间差与所述空间网格的坐标对应进行组合，得到模拟时空向量集；对所述模拟时空向量集进行聚类处理，得到多个类簇。
[0078]
在本实施例中，各所述类簇中包括若干个空间距离相近的模拟时空向量。
[0079]
第二处理模块103用于接收目标局部放电源所产生的信号到达若干所述传感器的实际时间差；将所述实际时间差与n个所述空间网格的坐标进行组合，得到n个实际时空向量。
[0080]
定位模块104用于根据n个所述实际时空向量与各所述类簇的类簇中心之间的距离信息，确定目标类簇；根据n个所述实际时空向量与所述目标类簇中各模拟时空向量之间的距离信息，确定所述目标局部放电源的空间位置坐标。
[0081]
在本实施例中，所述定位模块104具体用于：计算n个所述实际时空向量与各所述类簇的类簇中心之间的几何距离，将几何距离最小的类簇设置为目标类簇。
[0082]
需要说明的是，所述定位模块104具体还用于：计算n个所述实际时空向量与所述目标类簇中各模拟时空向量之间的几何距离，将几何距离最小的模拟时空向量所对应的空间网格的坐标确定为所述目标局部放电源的空间位置坐标。
[0083]
上述装置内的各模块之间信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
[0084]
第三方面，本发明提供一种数据处理设备，包括处理器，所述处理器和存储器耦合，所述存储器存储有程序，所述程序由所述处理器执行，使得所述数据处理设备执行本发明第一方面所述的电气设备局部放电定位方法。
[0085]
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如本发明第一方面所述的电气设备局部放电定位方法。
[0086]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可监听存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
[0087]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。