本發(fā)明屬于局部放電在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種監(jiān)測(cè)gis局部放電的超高頻傳感器布點(diǎn)方法。

背景技術(shù)：

特高頻(ultra-high-frequency,uhf)檢測(cè)法是一種利用特高頻傳感器的局放檢測(cè)技術(shù)。gis內(nèi)部結(jié)構(gòu)等同于一個(gè)同軸波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在局部放電發(fā)生時(shí)非常有利于電磁波的傳播，這種方法的檢測(cè)頻段為300～3000mhz，通過(guò)內(nèi)置或外置的特高頻傳感器接收到的由gis腔體泄露出來(lái)的局部放電電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。一般在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行局部放電測(cè)量時(shí)，環(huán)境的干擾頻段通常小于300mhz。檢測(cè)特高頻的電磁波可以有效防止電暈等干擾，具有高靈敏度和高信噪比的有點(diǎn)，并且通過(guò)傳感器接收到電磁波信號(hào)的時(shí)間差就能實(shí)現(xiàn)對(duì)放電的定位，特高頻法要優(yōu)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法。

特高頻傳感器的響應(yīng)速度和靈敏性是進(jìn)行特高頻定位的關(guān)鍵，影響傳感器效果的因素主要包括傳感器的類型、空間布局和檢測(cè)頻帶等。通過(guò)特高頻法進(jìn)行局部放電的三維空間定位一般需要3個(gè)及以上的傳感器，通常把多個(gè)傳感器稱為傳感器陣列。特高頻傳感器的空間布局是進(jìn)行定位計(jì)算的關(guān)鍵，對(duì)定位的精確度至關(guān)重要。傳感器布置不合理，定位準(zhǔn)確度會(huì)下降甚至失效。在每個(gè)結(jié)點(diǎn)都布置監(jiān)測(cè)裝置是不經(jīng)濟(jì)的。因此，在考慮gis拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引出了局部放電測(cè)量點(diǎn)的優(yōu)化布置問(wèn)題。

如何根據(jù)電磁波信號(hào)與局部放電源的關(guān)系特性和電磁波的傳播特性，探索特高頻傳感器在gis內(nèi)部的位置布點(diǎn)原則是研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決gis現(xiàn)場(chǎng)局放實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都布置超高頻傳感器是很不經(jīng)濟(jì)的這一問(wèn)題，在考慮gis拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了局部放電測(cè)量點(diǎn)的優(yōu)化布置的超高頻傳感器布點(diǎn)方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案

一種監(jiān)測(cè)gis局部放電的超高頻傳感器布點(diǎn)方法，具體包含如下步驟：

步驟1，將gis的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系、線路長(zhǎng)度繪制成表格；

步驟2，根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系畫(huà)出此gis的無(wú)向圖；

步驟3，計(jì)算各線路對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的臨界點(diǎn)，并利用臨界點(diǎn)對(duì)整個(gè)gis分段，進(jìn)而獲取0-1規(guī)劃模型；

步驟4，計(jì)算傳播路徑矩陣，并將其代入0-1規(guī)劃模型；

步驟5，采用matlab的bintprog函數(shù)求解代入傳播路徑矩陣的0-1規(guī)劃模型，解得配置向量，得出需要布置傳感器的節(jié)點(diǎn)。

作為本發(fā)明一種監(jiān)測(cè)gis局部放電的超高頻傳感器布點(diǎn)方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在步驟3中，所述臨界點(diǎn)為局放源產(chǎn)生的電磁波分別經(jīng)過(guò)線路兩端到達(dá)傳感器的距離相等的點(diǎn)。

作為本發(fā)明一種監(jiān)測(cè)gis局部放電的超高頻傳感器布點(diǎn)方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在步驟3中，所述臨界點(diǎn)的具體計(jì)算如下：

其中，為區(qū)域線路l對(duì)于第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感器的臨界點(diǎn)，為區(qū)段始端i到第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感器最短距離，為區(qū)段末端j到第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感器最短距離，ll為區(qū)域線路l的總長(zhǎng)度。

作為本發(fā)明一種監(jiān)測(cè)gis局部放電的超高頻傳感器布點(diǎn)方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在步驟4中，所述傳播路徑矩陣g具體如下：

其中，n為區(qū)段內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)，r為臨界點(diǎn)將整個(gè)系統(tǒng)分成的區(qū)段數(shù)，以表示第l條線路上放電電磁波到達(dá)第k個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)線路首端和末端的情況，即：表示經(jīng)過(guò)首端i端，為0表示不經(jīng)過(guò)；表示經(jīng)過(guò)末端j端，為0表示不經(jīng)過(guò)。

作為本發(fā)明一種監(jiān)測(cè)gis局部放電的超高頻傳感器布點(diǎn)方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在步驟2中，所述0-1規(guī)劃模型具體如下：

s.t.g2r×nxn×1≥i2r×1

b2n×nxn×1＝b2n×1

其中，n為區(qū)段內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)，w^t＝[w1,w2,...,wn]為權(quán)重向量，表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝測(cè)量裝置的傾向，取(0,1)之間的值，x^t＝[x1,x2,x3…,xn]為所要求的配置向量，值為1的表示需要配置傳感器，為0的表示不需要配置；r為臨界點(diǎn)將整個(gè)系統(tǒng)分成的區(qū)段數(shù)，g為上面提到的傳播路徑矩陣，b和b分別為系數(shù)矩陣和右端向量，若第k個(gè)節(jié)點(diǎn)能安裝傳感器，則b(k,k)＝1,b(k)＝1；否則b(k+n,k)＝1，b(k)＝0。

有益效果

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1.本發(fā)明所提及的布點(diǎn)方法針對(duì)于現(xiàn)在gis現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)需要在每一段間隔的節(jié)點(diǎn)處布置超高頻傳感器的問(wèn)題，提出了一種監(jiān)測(cè)gis局部放電的超高頻傳感器布點(diǎn)方法；

2.本發(fā)明適用于復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的gis，保護(hù)范圍無(wú)死區(qū)，定位準(zhǔn)確，且不需要在gis的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置超高頻傳感器，節(jié)約時(shí)間和成本，可以利用大量現(xiàn)有的投運(yùn)檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和較好的實(shí)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明線路臨界點(diǎn)示意圖。

圖2是本發(fā)明函數(shù)圖像；

圖3是本發(fā)明gis系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)向圖；

圖4本發(fā)明具體實(shí)施方案流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

1.一種監(jiān)測(cè)gis局部放電的超高頻傳感器布點(diǎn)方法，如圖4所示，包含以下步驟：

(1)將gis各個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系、線路長(zhǎng)度繪制成表格，根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系畫(huà)出此gis系統(tǒng)的無(wú)向圖。

(2)計(jì)算各線路對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的臨界點(diǎn)，并利用臨界點(diǎn)對(duì)整個(gè)gis系統(tǒng)分段，最終求解得到0-1規(guī)劃模型。

2.1以xk作為節(jié)點(diǎn)是否安裝傳感器的標(biāo)志，

其中，1≤k≤n，n為節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

以表示第l區(qū)段的放電點(diǎn)f產(chǎn)生的電磁波到達(dá)節(jié)點(diǎn)k的最短距離即：

其中，1≤l≤m，m為gis區(qū)段總數(shù)，τ為放電點(diǎn)到始端距離占整段線路長(zhǎng)度的比例，i、j分別表示線路l的始端和末端。又可表示為：

以表示第l條線路上放電電磁波到達(dá)第k個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)線路端點(diǎn)的情況即：

根據(jù)以上分析，第l條線路完全可測(cè)的必要條件是，對(duì)于1≤k≤n，至少有一個(gè)為1，至少有一個(gè)為1。這樣就能保證線路l放電電磁波能從線路兩端分別到達(dá)一對(duì)傳感器。對(duì)于所有線路，都滿足此條件時(shí)，則整個(gè)系統(tǒng)是完全可測(cè)的。因此，可以將系統(tǒng)的最大可觀性問(wèn)題抽象成0-1規(guī)劃模型：

2.2一個(gè)gis區(qū)段可以解得n個(gè)臨界點(diǎn)，即一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一條區(qū)段的一個(gè)臨界點(diǎn)，將它們從小到大排序，即有

某些臨界點(diǎn)的值可能相等，即一個(gè)臨界點(diǎn)值對(duì)應(yīng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)，取唯一的值并重新排序：

記錄每個(gè)臨界點(diǎn)值對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，并放入集合ks中，1≤s≤n,n＜n。系統(tǒng)的臨界點(diǎn)圖如圖1所示，0、1代表區(qū)段首端和末端。一般情況下即區(qū)段l始端到對(duì)端的最短距離經(jīng)過(guò)本線路，如果經(jīng)過(guò)相鄰線路，則會(huì)出現(xiàn)臨界點(diǎn)最小值和最大值不為0和1的情況。臨界點(diǎn)將每個(gè)區(qū)段分成n+1個(gè)子區(qū)間，即若或則區(qū)間或長(zhǎng)度為0。

2.3對(duì)于任意的1＜s≤n，區(qū)間內(nèi)放電電磁波到達(dá)k1，k2，…ks-1中的節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)末端j距離更近，到達(dá)ks，ks+1，…kn中的節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)始端i更近，因此總能經(jīng)過(guò)線路兩端到達(dá)不同的節(jié)點(diǎn)。于是，若k中的節(jié)點(diǎn)都安裝傳感器，則區(qū)間是完全可觀的。如果區(qū)間內(nèi)的放電電磁波均從i端離開(kāi)到達(dá)k中的節(jié)點(diǎn)，為不可測(cè)區(qū)間。同理如果為不可測(cè)區(qū)間。因此，線路ij完全可觀的充分必要條件是且

2.4假設(shè)這些臨界點(diǎn)將整個(gè)系統(tǒng)分成r個(gè)小區(qū)段，從每個(gè)小區(qū)段向整個(gè)系統(tǒng)看去，區(qū)段內(nèi)的電磁波到達(dá)所有節(jié)點(diǎn)的路徑便都能知曉。如果將這些區(qū)段都看作新的線路，那么便是可求得的。新系統(tǒng)的不隨放電位置的變化而變化，而是確定的，因此模型(5)便有唯一解。將(0-1)規(guī)劃模型表示成矩陣形式：

其中，n為區(qū)段內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)，x^t＝[x1,x2,...,xn]為待求解的配置向量，w^t＝[w1,w2,...,wn]為權(quán)重向量，表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝測(cè)量裝置的傾向，取(0,1)之間的值。第二個(gè)不等式表示電磁波到達(dá)安裝了傳感器的節(jié)點(diǎn)的路徑至少有一對(duì)經(jīng)過(guò)區(qū)段兩端，r為臨界點(diǎn)將整個(gè)系統(tǒng)分成的區(qū)段數(shù)，所以i＝[1,1,...,1]^t。第三個(gè)等式約束條件約束了某些節(jié)點(diǎn)不能安裝節(jié)點(diǎn)或者必須安裝節(jié)點(diǎn)，若節(jié)點(diǎn)k已安裝傳感器，則b(k,k)＝1，b(k)＝1；若節(jié)點(diǎn)k不能安裝傳感器則b(k+n,k)＝1；b，b其他元素為0。

為每個(gè)區(qū)段電磁波到達(dá)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳播路徑矩陣。

(3)通過(guò)優(yōu)化配置可以達(dá)到所有節(jié)點(diǎn)都安裝測(cè)量裝置的同等的可觀測(cè)范圍，即最大可觀性。

所述的臨界點(diǎn)為：如圖2所示，分析始端和末端路徑的圖像。由公式(3)和(4)得

由公式(9)，圖像取兩條線段的交點(diǎn)以下部分，即粗實(shí)線部分。將兩條線段的交點(diǎn)定義為臨界點(diǎn)令兩條傳播路徑距離相等，即：

解得的

其中，為第l區(qū)段的放電點(diǎn)f產(chǎn)生的電磁波到達(dá)節(jié)點(diǎn)k的最短距離，即為圖像中兩條路徑的分界點(diǎn)，i和j分別為線路的首端和末端，為區(qū)域線路l對(duì)于第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感器的臨界點(diǎn)，和分別為區(qū)段始端i和末端j到第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感器最短距離，ll為區(qū)域線路l的總長(zhǎng)度。

即為圖像中兩條路徑的分界點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，電磁波到達(dá)第k個(gè)測(cè)量點(diǎn)從線路兩端傳播的距離相等，當(dāng)區(qū)間放電時(shí)，電磁波經(jīng)過(guò)線路首端，當(dāng)區(qū)間放電時(shí)，電磁波經(jīng)過(guò)線路末端，因此可得下式：

進(jìn)而有：

至此，通過(guò)臨界點(diǎn)便確定了電磁波到達(dá)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳播路徑，而是可以容易求得的。因此，可看作關(guān)于τ的分段函數(shù)，分段點(diǎn)就是臨界點(diǎn)

所述的優(yōu)化配置為：通過(guò)計(jì)算傳播路徑矩陣g，帶入的優(yōu)化的0-1規(guī)劃模型(8)，采用matlab的bintprog函數(shù)求解此0-1規(guī)劃問(wèn)題，從而得到?jīng)]有盲區(qū)的gis超高頻傳感器布點(diǎn)模型。

本發(fā)明提出一種監(jiān)測(cè)gis局部放電的超高頻傳感器布點(diǎn)方法，下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行說(shuō)明?，F(xiàn)以一個(gè)模型為例進(jìn)行分析：

將gis各個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系、線路長(zhǎng)度如表1所示。

表1

根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系畫(huà)出此gis系統(tǒng)的無(wú)向圖，如圖3所示。

由無(wú)向圖可看出，系統(tǒng)有兩個(gè)相切的環(huán)形結(jié)構(gòu)，因此是有可能存在檢測(cè)盲區(qū)的。在已知線路長(zhǎng)度和系統(tǒng)拓?fù)涞那闆r下，由式(11)不難計(jì)算各線路對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的臨界點(diǎn)。各條線路最小與最大臨界點(diǎn)值如表2所示。

表2

可見(jiàn)，所有線路的最小和最大臨界點(diǎn)值均是0和1，因此，這些線路都是完全可測(cè)的，不存在盲區(qū)。

假設(shè)此gis系統(tǒng)沒(méi)有安裝傳感器，將權(quán)重向量w^t內(nèi)的值全部取1，計(jì)算傳播路徑矩陣g，帶入本文的優(yōu)化的0-1規(guī)劃模型(8)，采用matlab的bintprog函數(shù)求解此0-1規(guī)劃問(wèn)題。最終解得配置向量為x＝[1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0]，即需要配置傳感器的節(jié)點(diǎn)為1,6,11,18,25。將這些點(diǎn)用深色圓圈標(biāo)注，如圖3所示?？梢?jiàn)，終端節(jié)點(diǎn)均需要配置傳感器。