本發(fā)明涉及gis（gas?insulated?switchgear，氣體絕緣開關(guān)設(shè)備）耐壓試驗(yàn)擊穿定位領(lǐng)域，具體涉及一種基于分布式光纖的gis耐壓試驗(yàn)擊穿定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、交流耐壓試驗(yàn)用于檢驗(yàn)gis內(nèi)部絕緣強(qiáng)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)也有助于發(fā)現(xiàn)內(nèi)部顆粒異物、導(dǎo)體接觸不良、異常機(jī)械振動(dòng)等缺陷，是確定gis是否滿足投運(yùn)條件的大考性試驗(yàn)。在gis耐壓試驗(yàn)期間，因?yàn)樵O(shè)備缺陷導(dǎo)致的擊穿故障時(shí)有發(fā)生，為了最快速修復(fù)設(shè)備、盡量避免重復(fù)加壓、切實(shí)提高試驗(yàn)效率，及時(shí)、準(zhǔn)確找到gis擊穿點(diǎn)是非常必要的。

2、過去十多年國內(nèi)外研究開發(fā)了多種類型的gis耐壓試驗(yàn)擊穿定位的技術(shù)和裝置，具有代表性的有多點(diǎn)位超聲波幅值定位、多點(diǎn)位振動(dòng)幅值定位、多點(diǎn)位超聲波時(shí)延遲定位、聲電聯(lián)合定位、多點(diǎn)位聲信號(hào)定位等方法裝置，推動(dòng)了gis耐壓試驗(yàn)擊穿定位點(diǎn)查找方法從“聽聲辨位”、變換狀態(tài)重復(fù)加壓、逐個(gè)氣室氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)、多氣室解體檢查等低效粗放手段向科學(xué)計(jì)算、準(zhǔn)確定位的提升。

3、然而，從大量現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)看，現(xiàn)有的超聲波幅值定位裝置、多點(diǎn)位振動(dòng)幅值定位裝置、多點(diǎn)位聲信號(hào)定位裝置定位精度較低，并且因?yàn)樾盘?hào)在gis管狀腔式特殊結(jié)構(gòu)中振蕩疊加或折反射等原因，還有相當(dāng)大的誤判可能性，而多點(diǎn)位超聲波時(shí)延遲定位裝置、聲電聯(lián)合定位裝置一方面原理復(fù)雜、布置耗時(shí)、成本較高，另一方面?zhèn)鞲衅鞑贾脤?duì)定位結(jié)果影響很大，而信號(hào)傳輸路徑的不確定性又制約了試驗(yàn)前科學(xué)合理布置傳感器，可能因?yàn)閭鞲衅鞲采w范圍導(dǎo)致定位失敗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于分布式光纖的gis耐壓試驗(yàn)擊穿定位方法及系統(tǒng)，提高了gis擊穿故障點(diǎn)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

2、本發(fā)明采取如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供一種基于分布式光纖的gis耐壓試驗(yàn)擊穿定位方法，包括：

3、s1、通過激光光源向分布式光纖持續(xù)輸出預(yù)設(shè)功率、頻率、脈寬的光脈沖信號(hào)，實(shí)時(shí)采集背向散射光并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，同時(shí)對(duì)采集的背向散射光信號(hào)進(jìn)行相干平均降噪處理；

4、s2、對(duì)降噪后的背向散射光轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行平均劃分，每個(gè)時(shí)間單位對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值選取其間采樣的最大信號(hào)幅值，完成連續(xù)信號(hào)離散化處理，得到各時(shí)間單位背向散射光信號(hào)幅值列表；

5、s3、從初始信號(hào)開始，提取多組所述背向散射光信號(hào)幅值列表進(jìn)行互相關(guān)度分析，直至判定提取的多組信號(hào)相似，在統(tǒng)一時(shí)間軸下將多組波形同一時(shí)間單位幅值取平均值后構(gòu)建背向散射光參考信號(hào)；

6、s4、耐壓試驗(yàn)期間，持續(xù)實(shí)時(shí)采集所述背向散射光信號(hào)，在gis發(fā)生擊穿故障后，提取擊穿瞬間背向散射光信號(hào)幅值列表，將其在統(tǒng)一時(shí)間軸下與所述背向散射光參考信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算各時(shí)間單位的波形畸變率，提取所有波形畸變率達(dá)到或超過報(bào)警值的時(shí)間單位的信號(hào)；

7、s5、提取gis擊穿后多個(gè)背向散射光信號(hào)幅值列表，在統(tǒng)一時(shí)間軸下與擊穿瞬間背向散射光的波形畸變率達(dá)到或超過報(bào)警值的時(shí)間單位的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，若符合擊穿振動(dòng)特征，判斷為gis擊穿故障導(dǎo)致的波形畸變；

8、s6、提取gis擊穿故障導(dǎo)致的所述背向散射光信號(hào)最大波形畸變點(diǎn)，計(jì)算所述最大波形畸變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的gis位置，該位置即為gis擊穿故障點(diǎn)。

9、進(jìn)一步的是，該方法還包括：

10、耐壓試驗(yàn)前，將連續(xù)分布式光纖沿被試gis主回路金屬殼體直線布置，所述連續(xù)分布式光纖與金屬殼體緊密接觸，將激光光源與環(huán)形器輸入端連接，環(huán)形器隔離端與連續(xù)分布式光纖起始端連接，環(huán)形器輸出端與光電檢測(cè)單元連接。

11、進(jìn)一步的是，預(yù)設(shè)功率的光脈沖信號(hào)的頻率滿足?，式中， c為光速3×108m/s，為所用分布式光纖正常情況下折射率，為被試gis主回路金屬殼體的直線長度即布置的連續(xù)分布式光纖總長度，預(yù)設(shè)功率的光脈沖信號(hào)的脈寬 w應(yīng)滿足，△ l為距離分辨率，所述功率 p應(yīng)滿足， p r為光電檢測(cè)單元能識(shí)別的最小背向散射光功率，s l為考慮了散射系數(shù)、背向散射因子、距離衰減系數(shù)的綜合背向散射系數(shù)。

12、進(jìn)一步的是，相干平均降噪處理是在統(tǒng)一時(shí)間軸下將多組穩(wěn)定的背向散射光相加取平均值，降噪后的信噪比snr表達(dá)式為：；

13、式中，m為參與相干平均降噪處理的背向散射光信號(hào)數(shù)量，為m組參與相干平均降噪處理的背向散射光信號(hào)的幅值系數(shù)平均值， p r為具有單位幅值的背向散射光信號(hào)的功率，k為單個(gè)背向散射光信號(hào)總采樣點(diǎn)數(shù)，σ為m組參與相干平均降噪處理的所述背向散射光信號(hào)的背景噪聲的方差。

14、進(jìn)一步的是，步驟s3具體包括：

15、s301、從初始信號(hào)開始，提取多組背向散射光信號(hào)幅值列表，在統(tǒng)一時(shí)間軸下進(jìn)行離散信號(hào)互相關(guān)度 r mn分析，表達(dá)式為：；

16、式中， r mn為第 m個(gè)信號(hào)和第 n個(gè)信號(hào)的互相關(guān)度，t i m為第 m個(gè)信號(hào)第 i個(gè)單位時(shí)間的幅值，t i n為第 n個(gè)信號(hào)第 i個(gè)單位時(shí)間的幅值， m≤n， n≤n；

17、s302、直到提取的多組背向散射光信號(hào)的互相關(guān)度均不小于設(shè)置值，則判斷連續(xù)分布式光纖與被試gis主回路金屬殼體結(jié)合后初始狀態(tài)信號(hào)穩(wěn)定，構(gòu)建參考信號(hào)；

18、s303、統(tǒng)一時(shí)間軸下，將提取的互相關(guān)度均不小于設(shè)置值的多組背向散射光幅值列表在同一時(shí)間單位幅值取平均值后構(gòu)建背向散射光參考信號(hào)，背向散射光參考信號(hào)各時(shí)間單位幅值表達(dá)式為：

19、；

20、式中，tre i為背向散射光參考信號(hào)第 i個(gè)時(shí)間單位的信號(hào)幅值；

21、s304、構(gòu)建的背向散射光參考信號(hào)作為本次耐壓試驗(yàn)的初始信號(hào)。

22、進(jìn)一步的是，波形畸變率的計(jì)算方式如下：

23、；

24、式中，sb1 i為擊穿后采集的第1個(gè)背向散射光信號(hào)的第 i個(gè)時(shí)間單位的信號(hào)畸變率，t ib1為擊穿后采集的第1個(gè)所述背向散射光信號(hào)的第 i個(gè)時(shí)間單位的信號(hào)幅值。

25、進(jìn)一步的是，符合擊穿振動(dòng)特征具體包括：

26、若報(bào)警值且，則符合擊穿振動(dòng)特征；

27、式中，sb mi為擊穿后采集的第 m個(gè)背向散射光信號(hào)的第 i個(gè)時(shí)間單位的信號(hào)畸變率，sb ni為擊穿后采集的第 n個(gè)背向散射光信號(hào)的第 i個(gè)時(shí)間單位的信號(hào)畸變率， m大于n，且小于等于提取gis擊穿后的背向散射光信號(hào)幅值列表的數(shù)量。

28、進(jìn)一步的是，計(jì)算所述最大波形畸變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的gis位置方式如下：

29、；

30、式中， l為計(jì)算得到的擊穿故障點(diǎn)與光纖起始端的距離即故障擊穿點(diǎn)位置， t i為背向散射光信號(hào)最大波形畸變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間單位，tn為劃分的第n個(gè)背向散射光信號(hào)時(shí)間單位。

31、第二方面，本發(fā)明提供一種基于分布式光纖的gis耐壓試驗(yàn)擊穿定位系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述基于分布式光纖的gis耐壓試驗(yàn)擊穿定位方法，該系統(tǒng)包括：

32、光脈沖發(fā)生模塊，通過激光光源向分布式光纖持續(xù)輸出預(yù)設(shè)功率、頻率、脈寬的光脈沖信號(hào)；

33、信號(hào)采集模塊，通過光電檢測(cè)單元實(shí)時(shí)采集背向散射光并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，同時(shí)對(duì)采集的背向散射光信號(hào)進(jìn)行相干平均降噪處理；

34、信號(hào)處理模塊，對(duì)降噪后的背向散射光轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行平均劃分，每個(gè)時(shí)間單位對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值選取其間采樣的最大信號(hào)幅值，完成連續(xù)信號(hào)離散化處理，得到各時(shí)間單位背向散射光信號(hào)幅值列表；

35、從初始信號(hào)開始，提取多組所述背向散射光信號(hào)幅值列表進(jìn)行互相關(guān)度分析，直至判定提取的多組信號(hào)相似，在統(tǒng)一時(shí)間軸下將多組波形同一時(shí)間單位幅值取平均值后構(gòu)建背向散射光參考信號(hào)；

36、耐壓試驗(yàn)期間，持續(xù)實(shí)時(shí)采集所述背向散射光，在gis發(fā)生擊穿故障后，提取擊穿瞬間背向散射光信號(hào)幅值列表，將其在統(tǒng)一時(shí)間軸下與所述背向散射光參考信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算各時(shí)間單位的波形畸變率，提取所有波形畸變率達(dá)到或超過報(bào)警值的時(shí)間單位的信號(hào)；

37、故障點(diǎn)定位模塊，提取gis擊穿后多個(gè)背向散射光信號(hào)幅值列表，在統(tǒng)一時(shí)間軸下與擊穿瞬間背向散射光的波形畸變率達(dá)到或超過報(bào)警值的時(shí)間單位的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，若符合擊穿振動(dòng)特征，判斷為gis擊穿故障導(dǎo)致的波形畸變；

38、提取gis擊穿故障導(dǎo)致的所述背向散射光信號(hào)最大波形畸變點(diǎn)，計(jì)算所述最大波形畸變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的gis位置，該位置即為gis擊穿故障點(diǎn)。

39、進(jìn)一步的是，信號(hào)處理模塊設(shè)置的波形畸變率報(bào)警值，在構(gòu)建背向散射光參考信號(hào)后，通過敲擊方式制造gis金屬殼體振動(dòng)并使用振動(dòng)傳感器檢測(cè)gis金屬殼體振動(dòng)數(shù)值，計(jì)算振動(dòng)加速度5m/s2的振動(dòng)位置對(duì)應(yīng)的背向散射光單位時(shí)間的波形畸變率，將之設(shè)置為本次gis耐壓試驗(yàn)期間的波形畸變率報(bào)警值。

40、本發(fā)明的有益效果為：

41、本發(fā)明克服了現(xiàn)有g(shù)is耐壓試驗(yàn)擊穿定位方法要么布點(diǎn)較多、定位精度低、易受干擾導(dǎo)致定位錯(cuò)誤，要么原理復(fù)雜、成本較高、布點(diǎn)受gis結(jié)構(gòu)制約對(duì)定位結(jié)果影響較大的問題，在gis主回路金屬殼體表面直線布置連續(xù)分布式光纖，由激光光源向分布式光纖起始端持續(xù)輸出光脈沖信號(hào)，由光電檢測(cè)單元實(shí)時(shí)采集背向散射光信號(hào)，利用gis擊穿產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致光纖折射率變化從而改變背向散射光波形的原理，通過比對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提取gis擊穿振動(dòng)導(dǎo)致的背向散射光信號(hào)波形畸變點(diǎn)，精確讀取對(duì)應(yīng)的時(shí)間單位，準(zhǔn)確計(jì)算gis擊穿故障點(diǎn)。

42、本發(fā)明在每次gis耐壓試驗(yàn)前根據(jù)實(shí)際工況調(diào)試預(yù)設(shè)最佳的光脈沖信號(hào)功率、頻率、脈寬，從而獲得最佳的背向散射光分辨率、抗干擾能力和定位精度，實(shí)時(shí)采集背向散射光并相干平均降噪處理，進(jìn)一步提升背向散射光信號(hào)信噪比，在構(gòu)建正常狀態(tài)下背向散射光參考信號(hào)的基礎(chǔ)上，通過振動(dòng)標(biāo)定科學(xué)設(shè)置波形畸變率報(bào)警值，提取gis耐壓試驗(yàn)擊穿時(shí)背向散射光信號(hào)最大波形畸變點(diǎn)，即可進(jìn)行準(zhǔn)確的定位計(jì)算。

43、本發(fā)明布置簡(jiǎn)單、調(diào)試簡(jiǎn)便、判據(jù)清晰，gis擊穿定位精度不超過1米，以擊穿時(shí)間排除外力敲擊gis金屬殼體造成的干擾，定位結(jié)果可信度高，系統(tǒng)采集背向散射光信號(hào)所需的采樣率不高，信號(hào)處理所需的計(jì)算能力不高，作為傳感器和信號(hào)傳輸線纜的光纖價(jià)格相對(duì)較低，總長度通常不超過1km，兼顧了工程應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)性。