CN115327313B - 一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，属于配电网及户外变电站巡检技术领域。一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，包括噪声捕获系统，所述噪声捕获系统连接的数据处理端，所述噪声捕获系统包括云台基座、声压采集模块，所述数据处理端包括多路音频采集卡、处理终端、按键输入模块及显示模块，内置在所述处理终端中的音频转换单元、混音处理单元、电扫程控单元、信号处理控制单元、反馈输出单元。在原有设备的基础上，优化监测结构的设计，构建动态化的噪声捕获系统，采用衰减识别的方式，实现对音频数据的拆解、区分，提高识别及定位精度。

Description

一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置

技术领域

本发明属于配电网及户外变电站巡检技术领域，具体涉及一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置。

背景技术

目前电力系统中大量的电气设备布置紧凑集中，绝缘裕度越来越小，尤其是空气污染比较严重，湿度较大时，在此种环境中运行的电气设备会出现绝缘体局部区域表面放电，进而引起绝缘寿命降低、电力设备损坏的严重后果，影响生产安全。为了防止上述情况，电力部门对安装电路和电力设备进行定期检测。

变电站是一个存在多种噪声的环境。当设备出现某些故障时，也会发出一些非正常的声响，这些非正常的声响就混杂在环境噪声中。如果能够对这些非正常声响精确定位，就能准确判断故障设备，从而排除故障，减少设备故障对变电站带来的损失。

高压电气设备发生局部放电时，由于绝缘表面气体或液体发生击穿现象会产生超声波能量并向四周发散。所以可通过超声波检测方法，即通过声压传感器检测放电中出现的声波，进而判断局部放电点的位置。但传统的声压传感器只能实现小范围区域化的模糊定位模式，不能精确局部放电部位。

实用新型CN206193169U公开了一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置准确定向的局部放电超声阵列传感器，包括外壳，小马达，减速器，联轴器，压电板，盘旋结构，阵列板和超声阵列传感元。该装置通过马达的正反旋转带动盘旋结构使得阵列板进行往复循环旋转，从而进行扫描式探测。但该装置机械结构较多，比较复杂，使用不便。

专利号为CN102360059A的发明，公开了一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置输配电线路局部故障的在线检测方法及装置，该发明采用在线远程定向聚焦拾音/定位的方法，捕捉放电过程中产生的超声波信号，用外差法将拾取到的超声波信号转换为检测人员可识别的声/电信号，根据声压/电压的数值大小或变化，来定性、定量地判断局部放电故障易发部位是否存在污秽放电现象，以及污秽放电的强弱程度，借此来判断放电故障依法位置之污秽放电的强弱以及对系统威胁的大小，其可大量减少使用人工、定检费用，减少以往停电工作量，有效保证电力设备的安全运行。但该发明只能采用定点检测方法，不能全面性地检查局部放电部位的存在，且户外电气设备安装环境比较恶劣，数据接收时难免受到噪声信号干扰。

目前，变电站广泛使用的噪声定位仪器，采用一维线性阵列或二维阵列采集噪声，一维阵列对声场方向信息拾取局限性较大，精度也比较低；二维阵列受入射方向影响在测量距离时误差较大；存在传声器的灵敏度低、系统运行速度慢、效率低下等因素，无法满足实际工作中的要求，给维护工作带来很大的困扰。而目前市场上又没有更先机的相关替代产品，为解决这一问题，急需研发一套更先进、更准确、更高效的基于声压传感器阵列的电气设备监测系统，可以对噪声进行精准的定位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种对噪点进行捕捉、监测、区分、识别的一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，包括噪声捕获系统，所述噪声捕获系统连接的数据处理端，

所述噪声捕获系统包括云台基座、设置在所述云台基座上的声压采集模块，

所述数据处理端包括与所述声压采集模块连接的多路音频采集卡、与所述多路音频采集卡连接的处理终端、与所述处理终端连接的按键输入模块及显示模块，

内置在所述处理终端中的音频转换单元、混音处理单元、电扫程控单元、信号处理控制单元、反馈输出单元，

所述电扫程控单元分别于所述云台基座、所述按键输入模块相连接；

所述音频转换单元将所述处理终端从所述多路音频采集卡中读取精准授时的音频信号转换为插入时序标注的音频数据，所述电扫程控单元将所述声压采集模块中声压传感器的空间坐标参数输入到所述音频转换单元内，所述音频转换单元对设置在不同时间节点位置的声压传感器中接收的所述音频数据插入对应的所述空间坐标。

所述云台基座包括三轴云台基座、3合1球形云台基座、双轴追踪旋转云台基座，所述声压采集模块包括设备安装架，设置在所述设备安装架上的声压传感器，所述声压传感器包括电容式驻极体话筒、噪声音传感器，所述设备安装架为固定在所述云台基座上安装端的立体结构框架，所述立体结构框架包括正三棱锥框架、圆环框架、轴对称或阵列框架，所述声压传感器等间距的设置在所述立体结构框架上。

所述多路音频采集卡分别连接设置在所述声压采集模块中对应的所述声压传感器，用于对所述声压传感器检测到音频信号的同步采集；所述多路音频采集卡连接高精度电子时钟，实现对所述音频信号的精准授时，所述多路音频采集卡包括与所述声压传感器一一对应连接的模数转换器、与所述模数转换器连接的转接头。

所述处理终端包括服务器、高性能计算机，所述按键输入模块包括键盘、手写板，所述显示模块包括显示屏、投影仪。

所述处理终端上设置的数据传输线与所述云台基座相连接；所述电扫程控单元通过所述数据传输线与所述云台基座中的姿态控制系统相连接，并实现对所述姿态控制系统中各项参数的变更、调控，来达到对设置在所述云台基座上的所述声压采集模块相对空间姿态的精准控制；所述键盘实现对所述电扫程控单元内相关参数的输入。

所述电扫程控单元通过对所述云台基座运行状态的控制实现对不同时间节点参数模型下的音频数据的读取，所述混音处理单元包括超声波阵列数据模型、修正指令输出端，所述超声波阵列数据模型包括波达方位算法、阵列结构、阵列信号处理算法、音频拆分单元，所述波达方位算法实现对音频的方向的定位，所述阵列结构为所述声压采集模块中所述设备安装架和所述声压传感器的结构及空间布局参数，所述阵列信号处理算法为基于AML的模型参数方法，所述音频拆分单元对所述不同时间节点参数模型下音频数据衰减不一致的相关数值按频率、赫兹、音色、周期性或规律性振幅的相对能量衰减比值进行分解，所述超声波阵列数据模型结合所述不同时间节点参数模型中所述云台基座的不同姿态和音频中不同频率、赫兹、音色、周期性或规律性振幅的相对能量衰减比值，实现对音频数据的区分、拆解和定位；所述修正指令输出端与所述电扫程控单元相连接，当所述超声波阵列数据模型读取到的数据不完整时，所述修正指令输出端发出所述电扫程控单元重置运动轨迹的指令。

所述信号处理控制单元将拆解、区分、定位后的音频数据根据噪点的特性进行识别、分类输出。

所述反馈输出单元将所述信号处理控制单元输出的音频数据转换为视频信号或距离参数发送到所述显示模块中。

进一步的，传统的变电站或电气设备内结构简单，不存在阻隔物有利于声音噪点的直线传播，即声源的方向为噪声产生的方向。同时电气设备自身作业时所产生的的噪声较小或为噪声频率及能级较为稳定，易于实现将环境背景噪声、电气设备作业噪声与电气设备局放电的噪点进行区分。

进一步的，传统的电气设备内部结构简单，电压等级较为单一，检修易于操作。不涉及多电压等级电气单元间的配合工作，绝缘设计较为统一，且传统的电气设备内部设计有较为充裕的局放电安全间隙。

进一步的，基于电气设备智能化、自动化的飞速发展，电气设备中的作业部分与监控部分、控制部分间的电压差逐步拉大的基础上。结合常用电设备的电压安全等级大多为220伏的事实。在强电磁环境下，高电位设备容易造成对较低电位设备的放电干扰或损坏，形成放电噪点。为有效地对放电噪点进行快速排查，在满足不间断作业的前提下，设计出一种对放电噪点进行快速检测、分解、识别的噪点捕捉、排查装置。

进一步的，目前，在电力行业中噪声定位仪器也已在变电站等作业面被广泛使用，但目前使用噪声定位仪，多采用一维线性阵列或二维阵列采集噪声，一维阵列对声场方向信息拾取局限性较大，精度也比较低；二维阵列受入射方向影响在测量距离时误差较大；存在传声器的灵敏度低、系统运行速度慢、效率低下等因素。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

进一步的，采用立体结构的声压采集模块，扩大音频数据间的差异性，便于实现对噪点的定位及识别。

进一步的，使用云台基座作为运动平台，避免由于阻隔物正好位于噪点发生位置与噪声捕获系统之间造成对噪点的定位困难。

进一步的，使用多路音频采集卡进行声压传感器捕捉音频数据的独立传输，避免传统合并传输过程中对音频压缩失真所造成的定位精度下降，或单一传输线路的信道拥堵。设置高精度电子时钟进行授时，便于对音频数据的分时段精准划分。

进一步的，设置云台基座实现对声压采集模块空间运动轨迹的精准控制，便于对不同时间节点参数模型下数据的检测、读取。

进一步的，电扫程控单元对云台基座进行运动姿态的控制。音频转换单元将精准授时的音频信号转换为带有时序标注、空间坐标的音频数据，便于混音处理单元识别。混音处理单元在对相关音频数据进行特征数据识别、能级衰减分类的基础上，采用波达方位算法和阵列信号处理算法相结合的方案，实现对音频数据的区分、拆解和定位。

进一步的，信号处理控制单元根据拆解后的音频数据，进行放电噪点的筛选和相关参数的输出。反馈输出单元将筛选出放电噪点的相关参数转换为可被读取的数据。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1：本发明的作业原理图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，包括噪声捕获系统，所述噪声捕获系统连接的数据处理端，

所述噪声捕获系统包括云台基座、设置在所述云台基座上的声压采集模块，

所述数据处理端包括与所述声压采集模块连接的多路音频采集卡、与所述多路音频采集卡连接的处理终端、与所述处理终端连接的按键输入模块及显示模块，

内置在所述处理终端中的音频转换单元、混音处理单元、电扫程控单元、信号处理控制单元、反馈输出单元，

所述电扫程控单元分别于所述云台基座、所述按键输入模块相连接。

所述云台基座包括三轴云台、3合1球形云台、双轴追踪旋转云台，所述声压采集模块包括设备安装架，设置在所述设备安装架上的声压传感器，所述声压传感器包括电容式驻极体话筒、噪声音传感器，所述设备安装架为固定在所述云台基座上安装端的立体结构框架，所述立体结构框架包括正三棱锥框架、圆环框架、轴对称或阵列框架，所述声压传感器等间距的设置在所述立体结构框架上。

所述多路音频采集卡分别连接设置在所述声压采集模块中对应的所述声压传感器，用于对所述声压传感器检测到音频信号的同步采集；所述多路音频采集卡连接高精度电子时钟，实现对所述音频信号的精准授时，所述多路音频采集卡包括与所述声压传感器一一对应连接的模数转换器、与所述模数转换器连接的转接头。

所述处理终端包括服务器、高性能计算机，所述按键输入模块包括键盘、手写板，所述显示模块包括显示屏、投影仪。

所述处理终端上设置的数据传输线与所述云台基座相连接；所述电扫程控单元通过所述数据传输线与所述云台基座中的姿态控制系统相连接，并实现对所述姿态控制系统中各项参数的变更、调控，来达到对设置在所述云台基座上的所述声压采集模块相对空间姿态的精准控制；所述键盘实现对所述电扫程控单元内相关参数的输入。

所述音频转换单元将所述处理终端从所述多路音频采集卡中读取精准授时的所述音频信号转换为插入时序标注的音频数据，所述电扫程控单元将所述声压采集模块中所述声压传感器的空间坐标参数输入到所述音频转换单元内，所述音频转换单元对设置在不同时间节点位置的所述声压传感器中接收的所述音频数据插入对应的所述空间坐标。

所述电扫程控单元通过对所述云台基座运行状态的控制实现对不同时间节点参数模型下的音频数据的读取，所述混音处理单元包括超声波阵列数据模型、修正指令输出端，所述超声波阵列数据模型包括波达方位算法、阵列结构、阵列信号处理算法、音频拆分单元，所述波达方位算法实现对音频的方向的定位，所述阵列结构为所述声压采集模块中所述设备安装架和所述声压传感器的结构及空间布局参数，所述阵列信号处理算法为基于AML的模型参数方法，所述音频拆分单元对所述不同时间节点参数模型下音频数据衰减不一致的相关数值按频率、赫兹、音色、周期性或规律性振幅的相对能量衰减比值进行分解，所述超声波阵列数据模型结合所述不同时间节点参数模型中所述云台基座的不同姿态和音频中不同频率、赫兹、音色、周期性或规律性振幅的相对能量衰减比值，实现对音频数据的区分、拆解和定位；所述修正指令输出端与所述电扫程控单元相连接，当所述超声波阵列数据模型读取到的数据不完整时，所述修正指令输出端发出所述电扫程控单元重置运动轨迹的指令。

所述信号处理控制单元将拆解、区分、定位后的音频数据根据噪点的特性进行识别、分类输出。

所述反馈输出单元将所述信号处理控制单元输出的音频数据转换为视频信号或距离参数发送到所述显示模块中。

所述转接头与所述高精度电子时钟相连接。

所述不同时间节点参数模型为云台基座在不同位置前提下，设置在所述设备安装架上所述声压传感器的位置参数。

所述转接头包括3.5mm音频数据线转Type-C、音频数据线转转USB端口。所述立体结构框架内置隔音棉，基于放电噪点与环境噪声间音频、能级不完全相同的前提，设置隔音棉，可实现对放电噪点的快速筛查。

所述授时为每间隔一定时间，更新发出一次时间参数。

所述时序标注为音频数据字段每间隔一定时间，插入一次新的时间参数。

所述音频转换单元与所述电扫程控单元相连接。

所述电扫程控单元中的相对空间姿态参数发送到所述音频转换单元中。

进行作业时，可根据需要操控按键输入模块通过电扫程控单元实现对云台基座空间运动位置、轨迹的控制，来达到不同时间节点参数模型条件下，不同相对位置的定位和运动。

在进行音频数据的监测、读取时，设置在设备安装架上的声压传感器将读取到音频信息发送到多路音频采集卡中，将音频信号转换为数字信号的同时利用高精度电子时钟对其进行精准授时，完成音频信号的捕捉。

音频转换单元将精准授时的所述音频信号转换带有时序标注可读格式的音频数据，同时将音频数据与读取音频数据时声压传感器的空间坐标相合并。超声波阵列数据模型实现对音频数据的分解、区分和定位，将音频数据拆分成若干独立声源的相关参数，并结合降噪设置实现对音频参数能级衰减的判定。基于设备安装架中声压传感器的阵列结构布局，结合波达方位算法、阵列信号处理算法，基于AML算法通过离散傅里叶变换DTF将时域阵列信号变成频域信号，实现空域参数和音频的定位。

将拆分后独立声源的相关参数导入信号处理控制单元中，进行检索对比，在筛除长时间持续存在的背景环境噪音、音频参数较为稳定呈规律性变化或周期性变化的电气设备运行声音的基础上，输出高赫兹、持续时间短暂的噪点声音的相关参数，该参数满足电气设备局放电时放电噪点的音频特征。反馈输出单元对输出的参数进行转码为显示模块可读模式。实现最终结果的显示。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，其特征在于：包括噪声捕获系统，所述噪声捕获系统连接的数据处理端，

所述噪声捕获系统包括云台基座、设置在所述云台基座上的声压采集模块，

所述数据处理端包括与所述声压采集模块连接的多路音频采集卡、与所述多路音频采集卡连接的处理终端、与所述处理终端连接的按键输入模块及显示模块，

内置在所述处理终端中的音频转换单元、混音处理单元、电扫程控单元、信号处理控制单元、反馈输出单元，

所述电扫程控单元分别于所述云台基座、所述按键输入模块相连接；

所述音频转换单元将所述处理终端从所述多路音频采集卡中读取精准授时的音频信号转换为插入时序标注的音频数据，所述电扫程控单元将所述声压采集模块中声压传感器的空间坐标参数输入到所述音频转换单元内，所述音频转换单元对设置在不同时间节点位置的声压传感器中接收的所述音频数据插入对应的所述空间坐标。

2.如权利要求1所述的一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，其特征在于：所述云台基座包括三轴云台基座、3合1球形云台基座、双轴追踪旋转云台基座，所述声压采集模块包括设备安装架，设置在所述设备安装架上的声压传感器，所述声压传感器包括电容式驻极体话筒、噪声音传感器，所述设备安装架为固定在所述云台基座上安装端的立体结构框架，所述立体结构框架包括正三棱锥框架、圆环框架、轴对称或阵列框架，所述声压传感器等间距的设置在所述立体结构框架上。

3.如权利要求2所述的一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，其特征在于：所述多路音频采集卡分别连接设置在所述声压采集模块中对应的所述声压传感器，用于对所述声压传感器检测到音频信号的同步采集；所述多路音频采集卡连接高精度电子时钟，实现对所述音频信号的精准授时，所述多路音频采集卡包括与所述声压传感器一一对应连接的模数转换器、与所述模数转换器连接的转接头。

4.如权利要求3所述的一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，其特征在于：所述处理终端包括服务器、高性能计算机，所述按键输入模块包括键盘、手写板，所述显示模块包括显示屏、投影仪。

5.如权利要求4所述的一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，其特征在于：所述处理终端上设置的数据传输线与所述云台基座相连接；所述电扫程控单元通过所述数据传输线与所述云台基座中的姿态控制系统相连接，并实现对所述姿态控制系统中各项参数的变更、调控，来达到对设置在所述云台基座上的所述声压采集模块相对空间姿态的精准控制；所述键盘实现对所述电扫程控单元内相关参数的输入。

6.如权利要求5所述的一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，其特征在于：所述电扫程控单元通过对所述云台基座运行状态的控制实现对不同时间节点参数模型下的音频数据的读取，所述混音处理单元包括超声波阵列数据模型、修正指令输出端，所述超声波阵列数据模型包括波达方位算法、阵列结构、阵列信号处理算法、音频拆分单元，所述波达方位算法实现对音频的方向的定位，所述阵列结构为所述声压采集模块中所述设备安装架和所述声压传感器的结构及空间布局参数，所述阵列信号处理算法为基于AML的模型参数方法，所述音频拆分单元对所述不同时间节点参数模型下音频数据衰减不一致的相关数值按频率、赫兹、音色、周期性或规律性振幅的相对能量衰减比值进行分解，所述超声波阵列数据模型结合所述不同时间节点参数模型中所述云台基座的不同姿态和音频中不同频率、赫兹、音色、周期性或规律性振幅的相对能量衰减比值，实现对音频数据的区分、拆解和定位；所述修正指令输出端与所述电扫程控单元相连接，当所述超声波阵列数据模型读取到的数据不完整时，所述修正指令输出端发出所述电扫程控单元重置运动轨迹的指令。

7.如权利要求6所述的一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，其特征在于：所述信号处理控制单元将拆解、区分、定位后的音频数据根据噪点的特性进行识别、筛除和输出。

8.如权利要求7所述的一种对噪点进行声压捕捉的电气设备局放电排查装置，其特征在于：所述反馈输出单元将所述信号处理控制单元输出的音频数据转换为视频信号或距离参数发送到所述显示模块中。