用于变压器局部放电定位的超声波接收阵列的定向方法

摘要

本发明公开了一种用于变压器局部放电定位的超声波接收阵列的定向方法，该方法针对沿着平面阵阵列边沿或者中心线布置的、呈L形或形的超声波接收阵列。本发明将宽带聚焦和阵列扩展相结合，首先对宽带的超声阵列接收信号进行聚焦操作，将局部放电产生的宽带超声信号按时间分段，利用无噪声数据来计算聚焦矩阵，将信号聚焦到同一频率段；再以四阶累积量算法对阵列进行虚拟扩展，虚拟扩展后的阵列的数据协方差矩阵用未扩展的原阵列按顺序形成的四阶累积量矩阵来代替；最后，对虚拟扩展后的阵列利用多重信号分类算法估计局部放电的来波方向。

主权项

用于变压器局部放电定位的超声波接收阵列的定向方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用超声波阵列传感器接收变压器局部放电产生的超声波阵列信号，将接收到的超声波阵列信号分为J个时间段X₀,X₁,...,X_J‑1，计算每个时间段无噪声数据的协方差矩阵，其计算公式如下：$P_j=R_j-{\sigma }_j^{2}I---\left(1\right)$式中：j＝0,1,...J‑1；R_j为X_j的协方差矩阵；为R_j小特征值的和；I为单位矩阵；2)选定分段阵列信号的聚焦矩阵，其计算公式如下：其中，j＝1,...J‑1  (2)式中：和分别是P₀和P_j的特征矢量；3)用步骤2)得到的聚焦矩阵T_j左乘X_j可得聚焦后的每段窄带阵列信号Y_j(f₀)，其计算公式如下：Y_j(f₀)＝T_jX_j j＝1,...J‑1  (3)式中：f₀为阵列信号的参考频率；4)计算聚焦后每段窄带阵列信号Y_j(f₀)的四阶累积量矩阵R_4,j，并计算其平均值Rcum，其计算公式如下：$\begin{array}{c}{R}_{4,j}=E\{{(Y_j\left(f_0\right)\otimes Y_j{\left(f_0\right)}^{*})(Y_j\left(f_0\right)\otimes Y_j{\left(f_0\right)}^{*})}^H\\ -E\left\{(Y_j\left(f_0\right)\otimes Y_j{\left(f_0\right)}^{*})\right\}·E\left\{{(Y_j\left(f_0\right)\otimes Y_j{\left(f_0\right)}^{*})}^H\right\}\\ -E\left\{\left(Y_j\left(f_0\right)Y_j{\left(f_0\right)}^H\right)\right\}\otimes E\left\{{\left(Y_j\left(f_0\right)Y_j{\left(f_0\right)}^H\right)}^{*}\right\}\end{array}---\left(4\right)$式中：E为求矩阵互相关；为求矩阵的克罗内克积；*为求矩阵转置；H为求矩阵共轭转置；$\mathrm{Rcum}=\frac{1}{J}\underset{j=0}{\overset{J-1}{\Sigma }}{R}_{4,j}---\left(5\right)$5)对Rcum进行特征分解，得到噪声子空间En，并按式(6)的谱估计公式进行谱峰搜索，得到极大点所对应的来波方向即为局部放电信号来波方向，其计算公式如下：式中：代表噪声信号在方向的空间谱能量的倒数；θ和分别代表来波方向的俯仰角和方位角；为超声阵列的流行矢量。