了得網工業技術_電氣設備局部放電超聲陣列定位

編輯推薦

《電氣設備局部放電超聲陣列定位》可供電力行業或其他行業的動力部門從事電力設備、運行、維護及試驗人員閱讀，也可作為高等學校電氣工程及其自動化等專業本科生或研究生的選修課教材。

內容簡介

電氣設備局部放電超聲陣列定位是高壓電器設備故障檢測的重要手段。采用超聲陣列傳感器接收局部放電所產生的超聲信號，對接收到的信號采用陣列處理技術可以實現對局部放電超聲信號的去噪、聚焦、局部放電源個數估計、信號波達方向估計以及局部放電源的定位等。該方法的檢測成功率和定位精度較高，具有很好的發展前景。本書共分為6章，主要內容包括單局部放電源的測向與定位、多局部放電源的測向與定位、超聲陣列信號的去噪、實驗研究、傳感器陣列的優化設計等。本書全面介紹局部放電超聲陣列定位經典理論的同時，引入了*的科研成果（如FastDOA測向方法、基追蹤去噪等），同時介紹了陣列傳感器的研制及陣列的稀疏優化設計等內容。

作者簡介

謝慶，現擔任華北電力大學電力工程繫電工教研室副主任、黨支部書記、碩士研究生導師，新能源與電力繫統國家重點實驗室、輸變電設備及防御河北省重點實驗室、電工實驗河北省示範中心青年骨干成員。

前言第1章概述 11.1 電氣設備局部放電定位檢測的重要意義 1 1.2 電氣設備局部放電定位的主要方法 2 1.2.1 電氣定位法 21.2.2 光定位法 31.2.3 X射線激勵定位法 31.2.4 紅外檢測法 31.2.5 無線電干擾電壓法 41.2.6 化學檢測法 41.2.7 超高頻定位法 41.2.8 超聲波定位法 51.3 陣列信號處理技術 7 1.3.1 陣列信號處理技術的興起與發展 71.3.2 陣列信號的數學模型 81.3.3 陣列傳感器簡介 101.3.4 陣列信號處理算法 14第 2 章單局放源的超聲陣列測向與定位方法 162.1 窄帶陣列信號測向原理及基本算法 16 2.1.1 測向原理 162.1.2延遲—相加法 172.1.3 Capon小方差法 182.1.4 MUSIC算法 192.1.5求根MUSIC算法 202.1.6 ESPRIT算法 21 2.1.7 基於稀疏分解的DOA估計算法 222.1.8 FastDOA算法 242.1.9改進FastDOA算法 252.2 基於圓環陣的窄帶局放超聲陣列信號測向 26 2.2.1 相位模式激勵算法的原理 262.2.2 基於改進FastDOA的圓環局放超聲信號測向仿真研究 272.3 寬帶局放超聲陣列信號聚焦 30 2.3.1 聚焦的必要性分析 302.3.2 聚焦處理的原理及算法 302.3.3 RSS算法應用於寬帶局放超聲陣列信號測向研究 382.3.4 CF算法應用於寬帶局放超聲陣列信號測向研究 402.4 單局放源的超聲陣列定位方法 42 2.4.1 基於雙平臺測向線交叉原理的局放超聲幾何定位算法 422.4.2 基於雙平臺異面直線公垂線中點原理的局放超聲幾何定位算法 452.4.3 基於多平臺全局搜索原理的局放超聲幾何定位算法 462.4.4 基於測向線小切球球心原理的局放超聲幾何定位算法 482.4.5 仿真研究 49第 3 章多局放源的超聲陣列測向定位方法 513.1 局放源的個數辨識方法 51 3.1.1 必要性分析 513.1.2 信號源個數辨識方法 513.1.3 仿真研究 573.2 多局放源定位方法 59 3.2.1 定位原理 593.2.2 仿真研究 60第 4 章局部放電超聲陣列信號去噪方法 624.1 局部放電信號去噪的研究現狀 62 4.1.1 單通道局部放電超聲信號的去噪方法研究現狀 624.1.2 局部放電超聲陣列信號的去噪方法研究現狀 634.2 局部放電超聲波信號的去噪性能評價 64 4.2.1 基於源信號波形相似性的評價方法 64 4.2.2 基於陣列流型相位差畸變的評價方法 654.2.3 基於陣列觀測信號信噪比的評價方法 664.3 基於獨立分量分析的局部放電超聲陣列信號去噪方法 67 4.3.1 獨立分量分析的基本理論 674.3.2 基於快速獨立分量分析的去噪仿真研究 694.3.3 基於參考獨立分量分析的去噪仿真研究 764.4 基於稀疏分解理論的局部放電超聲陣列信號去噪方法 82 4.4.1 稀疏分解理論基本知識 824.4.2 過完備原子庫 844.4.3 基於基追蹤算法的去噪仿真研究 854.4.4 基於匹配追蹤算法的去噪仿真研究 904.5 分析比較 95 第 5 章基於圓環形超聲陣列的局放定位實驗繫統及實驗研究 975.1 圓環形超聲陣列傳的設計、研制與性能測試 97 5.1.1 圓環形局部放電超聲陣列傳的設計與研制 975.1.2 局部放電超聲陣列傳的性能測試 1025.2 超聲陣列傳感器裝配體的設計與研制 105 5.2.1 超聲陣列傳感器裝配體的原理及優點 1065.2.2 圓環形超聲陣列傳感器裝配體的設計與研制 1065.3 圓環形超聲陣列傳感器 108 5.4 實驗繫統簡介 108 5.4.1 硬件繫統 1085.4.2 軟件繫統 1115.5 實驗研究 114 5.5.1 單局部放電源超聲陣列定位實驗 1145.5.2 多局部放電源超聲陣列定位實驗 1245.5.3 誤差分析 131第 6 章局部放電超聲陣列傳感器的優化設計 1326.1簡介132 6.1.1 局部放電超聲陣列傳感器優化設計的目的及意義 1326.1.2 局部放電超聲陣列傳感器稀疏設計的可行性分析 133 6.2 局部放電超聲陣列傳感器聲學性能定量評價方法 134 6.2.1 多類型陣列傳感器指向性函數的推導 1346.2.2 三維指向性圖的定性分析 1376.2.3 局部放電超聲陣列傳感器聲學性能的定量評價 1396.2.4 仿真研究 1436.2.5 實驗驗證 1466.3 基於聲學性能定量評價的局部放電超聲陣列傳感器稀疏設計 154 6.3.1 各種陣列傳感器在不同稀疏結構下的指向性函數表達式 1546.3.2 混沌猴群算法原理簡介 1556.3.3 局部放電超聲陣列傳感器的稀疏設計方法步驟 1576.3.4 不同陣列結構個數下稀疏結構的確定 1576.3.5 仿真研究 1596.3.6 實驗驗證 163參考文獻 169索引

前言

局部放電是造成電氣設備絕緣劣化的主要原因。絕緣劣化程度不僅取決於局部放電類型、放電源個數、放電能量大小，而且還與放電位置密切相關，因此十分有必要對其內部的放電源位置進行檢測。電氣設備局部放電定位可以有效防止因設備停電而造成的巨大損失，具有重大理論意義與工程實用價值。局部放電超聲陣列定位檢測方法是將陣列傳感器與陣列信號處理技術應用於局部放電超聲檢測中的一種新方法，其基本原理是利用陣列傳感器接收電氣設備局部放電超聲信號，采用陣列信號處理技術實現波達方向估計和空間定位，該方法的檢測成功率和定位精度較高，具有很好的發展前景。本書作者從事電氣設備局部放電超聲檢測的研究有二十餘年，從事電氣設備局部放電超聲陣列檢測的研究有十餘年，全書內容是多年來研究工作的總結與提升。本書較為全面、繫統地介紹了電氣設備局部放電超聲陣列檢測的相關理論和方法，詳細介紹了當前領域的研究現狀及典型算法，給出了大量的定性分析及定量計算。全書分為6章，第1章概述，回顧了傳統局部放電定位的主要方法，在此基礎上引出了超聲陣列定位方法，並詳細介紹了超聲陣列定位的原理與算法。第2章側重於單個局部放電源的定位方法研究。首先介紹了傳統窄帶陣列信號測向原理及基本算法（如MUSIC算法、FastDOA算法等），並基於圓環陣采用改進FastDOA算法對窄帶信號進行測向的仿真研究。然後介紹了寬帶信號的聚焦必要性及常用的聚焦方法，後詳細給出了幾種超聲陣列幾何定位方法並進行了仿真分析。第3章將局部放電源的超聲陣列定位從單局部放電源延伸到多局部放電源。首先介紹了多種局部放電超聲陣列信號個數辨識的方法，然後開展了多局部放電源的測向及定位研究。第4章介紹了局部放電超聲陣列信號的去噪方法。首先簡述了超聲陣列信號去噪方法的研究現狀，然後介紹了多種去噪性能定量評價指標。後具體介紹了基於獨立分量分析和基於稀疏分解理論的兩種去噪方法，並進行了仿真分析。第5章介紹了電氣設備局部放電超聲陣列定位實驗平臺並對定位方法進行了實驗研究。首先研制了圓環形超聲陣列傳感器用於接收局部放電超聲信號，然後分別對單局部放電源和多局部放電源的情況進行了定位實驗研究。第6章是局放超聲陣列傳感器的優化設計。簡述了稀疏設計的必要性及可行性，同時提出了局放陣列傳感器的聲學性能評價方法，研究了稀疏優化設計的方法並開展了相應的實驗研究。本書集中介紹了電氣設備局部放電超聲陣列定位研究有關成果，彙集了目前該領域內的研究成果與進展。書中的許多理論及方法僅散見於各類文獻，是編著者近年的科研成果，在公開出版的書籍中較少提及。此外，本書緊緊圍繞局部放電超聲陣列檢測所涉及的領域進行了詳細的理論分析和仿真與實驗研究，文中所述方法都經過實驗考證，可直接用於工程實踐。本書主要由律方成教授、謝慶副教授負責撰寫，李燕青教授、劉雲鵬教授參與了部分工作，具體分工如下：律方成教授主要撰寫了第1、6章，謝慶副教授主要撰寫了第2、5章，李燕青教授主要撰寫了第4章，劉雲鵬教授主要撰寫了第3章。本書出版得到了國家自然科學基金資助項目（51307060）、河北省自然科學基金項目（E2010001703）、中央高校基本科研業務費專項資金資助項目（09MG09、2014MS84）、新能源電力繫統國家重點實驗室開放基金資助項目（LAPS14011）、國家電網公司科技項目（kj2013-065）的資助，特此致謝。另外本書從構思到成稿的整個過程得到了中國電力科學研究院教授級高工閻春雨，保定天威集團有限公司教授級高工張喜樂的幫助與指導，在此表示由衷的感謝。感謝華北電力大學高壓研究所的各位同仁對課題研究提供的支持與幫助。同時感謝華北電力大學程述一博士，李通、陶珺函、劉丹等研究生在相關研究以及書稿的整理中做出的努力。書中吸納了課題組的研究成果，並參考了諸多專家學者的成果，不能一一列舉，在此一並致謝。由於超聲陣列定位檢測技術發展迅速，加上作者水平有限，書中難免存在不妥與不足之處，敬請各位讀者批評指正！

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