基於超高頻（pín）定位（wèi）的時延估計法研究現狀

局部放電的定位是根據局部放電過程中產生的電磁波、聲、光、熱和化學變化等現象，其定位方法（fǎ）有超（chāo）聲波（bō）定位、電氣定位、光定位、熱定位和DGA(DissolveGas Analysis)定位（wèi）等。目前，國內外研究最多、應用最（zuì）廣泛的是超聲波定位法（fǎ）和電氣定（dìng）位法。超聲波（bō）定位法是根據局（jú）部放電產生的超聲波傳播的方向和時間來確定放電位置的。而電氣定位法則是根據局部放電產生（shēng）的脈衝傳播到測量（liàng）端的特性來確定放電位置的。

①超聲波定位法（fǎ）：
當變壓器（qì）內部（bù）發生局部放電時，會產生電磁（cí）波、放電脈衝和超聲波等（děng）信號，超聲波在變（biàn）壓器中的不同介質中傳播(油紙、繞組和隔板等)，到達固定在變壓器油箱（xiāng）壁上的超聲傳感器。通過多個超聲傳（chuán）感器測量不（bú）同傳感器測量到（dào）信號的時間（jiān）延時，經過定（dìng）位算法（fǎ）的計算，就能夠確定局部放電源的位置。根據基（jī）準信（xìn）號的不同，超聲（shēng）檢測定（dìng）位又可分為以下兩類：電一聲檢測（cè）定位和（hé）聲一聲檢（jiǎn）測定位。

②電氣定位法（fǎ）：
電氣定位法是根據（jù）PD產生的脈衝傳播（bō）到測量端的特性來確定（dìng）放電位置的。電氣定（dìng）位法在變壓器PD定位中應用較多，對於GIS中的PD定位也是有借鑒意義的。電氣定（dìng）位法可分為行波法、端點電流脈衝頻譜分析法及電容分量法等（děng）。行波法是根據測（cè）量端PD信號的行波分量（liàng）和電容分量之間的時延（yán）確定故障點的位置。端點電流脈衝頻譜分析法通過對（duì）PD頻譜的分析進（jìn）而對PD放（fàng）電源進行定位。電容分量法是根據繞組首末端檢測（cè）的PD放電信號電容分量之比進行定位的。變壓器電氣定位（wèi）法的關鍵問題在於需要嚴格根（gēn）據繞組結構對其傳輸特（tè）性進行精確的模擬（nǐ）。近年來，研究人員在變壓器（qì）繞組建模和（hé）傳輸特（tè）性仿真中做了（le）很多有益的工作（zuò）。文獻提（tí）出了根據變壓器繞（rào）組兩端脈衝響應信號的頻域信息，提出了幅比折線法和能比直線法，並且通過建立集中參數（shù）電路的繞組網絡模型，初（chū）步研（yán）究了依據時域信息相關分析的定位方（fāng）法。

③相控（kòng）陣定位法（fǎ）：
相控陣定位法是根據（jù）相控陣理論，使用天線陣列作為接收PD信號用傳感器。具體做法是將PD放電看作超高頻和超聲波的發射（shè）源，用（yòng）相控陣平麵傳感器同（tóng）時接收PD放電的超高頻信號和超聲波信號，以接收到的超高頻PD信號作為時間基準，計算同一方向的超（chāo）聲波信號（hào）的傳輸時延，據此得出PD放電點與傳感器的距（jù）離，然後再（zài）根（gēn）據相控陣（zhèn）掃描的（de）仰角和方位角即可得（dé）出放電點的空間幾何位置。

④基於UHF檢測的局放定位法（fǎ）：
UHF定位法基本原理與超（chāo）聲定位相同。但所利用的（de）不是超（chāo）聲信號，而是PD信號的UHF信號。利用UHF信號進行局放源定位的基礎是（shì）電磁波繞射所遵（zūn）循的費瑪最短光程原理，即電磁波沿射線傳播，認為傳感器接收（shōu）到的信號（hào）是局放信號沿最短光程、曆經（jīng）最小傳（chuán）播時間最先（xiān）到達（dá）的子波的（de）波前反映，示意圖如圖。UHF法的特點在於：檢（jiǎn）測頻段較高（gāo），可以有效地避開常規局部（bù）放電測量中的開關操作、電暈等電氣幹擾；檢測頻帶寬，檢測（cè）靈敏度高；可依據采（cǎi）集的UHF信號識別故障類型和進行定位；此外，相比其他方法，UHF法測得的信號波形更加符合實際的（de）局放波形，可以較全麵的反映局部放電（diàn）的本質特征（zhēng）。

2003年，L.Yang和M.D. Judd提出了基於最短光程（chéng）原理采（cǎi）用UHF法對變壓器局部放電進（jìn）行定位的思想。他們在屏蔽室內通過長方體、圓柱體（tǐ）等簡單（dān）幾何形體的金屬障礙物驗證了最（zuì）短光程原理（lǐ）的正確性，試驗誤差僅為（wéi）數厘米。

在文（wén）獻中，M.D.Judd課題組把UHF信號（hào）能量累積圖的“拐點”作為計（jì）算時間差的參考點，根據三個不同位置的傳感器（qì）獲得三組時間差（chà）進行定位（wèi）。SanderMeijer等（děng）人提出一種用能量衰減（jiǎn）來定位（wèi）的方法，由於電磁波（bō）傳播（bō）過程中要衰減，且（qiě）其衰減與傳播距離有關，測量三個或四個傳感器信號的能量，以其（qí）中能量最大的傳感器能量位（wèi）置（zhì）為參考，計算電（diàn）磁波的傳播距離，三個球麵的交點即（jí）為局放點的位置（zhì），最後再用（yòng）參考傳感器校正，最終（zhōng）確定局放源位置。

基於UHF檢（jiǎn）測的局放定位法定位（wèi）的主要依據（jù）是UHF電（diàn）磁波傳播到傳（chuán）感器之間（jiān）的相對時間差，時延的基本問題是利用所（suǒ）接收到的目標信號，準確、快速的估計（jì）和（hé）測定出接收（shōu）器或接收器（qì）陣列之間（jiān）由（yóu）於信號傳播距離不同而引起的時間差。時（shí）延估計的精確度直（zhí）接影響了定位精度，因此基於超高頻（pín）檢測的局放定位（wèi）法的時延估（gū）計在局部放（fàng）電定位（wèi）中是非常重要和基礎的（de）研究內容。

時延估計（jì）作為局部放電（diàn）定位研究（jiū）中基礎重要的一（yī）環，自1976年，Knapp和Carte：關於廣義相關的時延估計的論文發表以來，國內外開展了大量的相關研究，並取得了一定的成果。早期主（zhǔ）要使用兩類方法進行（háng）時延估計。一類（lèi）方（fāng）法是通（tōng）過測量信號某（mǒu）一特征點處的時間，例如以信號起始點或以第一峰值作為參考點，然後直接將不同接收點測得的時間相減（jiǎn），計（jì）算時延。另一類方法是根（gēn）據信號能量與信號電壓的平方成正比（bǐ）的關係（xì），將 UHF信號的電壓波形轉化為累積能量曲線，以確定信號（hào）到達的時間差。

傳統時延估計采用硬件的電（diàn）平（píng）法，受電平大小（xiǎo）和信號波形影響造成（chéng）時延估計誤差很（hěn）大。隨著信號處理技術的進步，目前提出可以進行時延估計的方法有：自適應時延估計、廣義（yì）相（xiàng）位時（shí）延（yán）估計和LMS時延估計等，在廣義相關時延估計的基礎上改進的。它要求信號和噪聲互相獨立，還要求己知信號和（hé）噪（zào）聲的（de）先驗知識（shí），而實際情況並非如此，這就限製了時（shí）延估計方法在局部放電定位中的應（yīng）用。

重慶大學的杜言、廖瑞金等人在電纜局部放電定位直接相關（guān）法的基礎（chǔ）上，研究了一種基於小波變換的廣義相關時延估計算（suàn）法。此算法放寬（kuān）了直接互相關法對信號與噪聲的假設條件且在低信噪比下仍能有（yǒu）效估計時延；同（tóng）時為了提高（gāo）時延（yán）估計精度，在廣義相關時延估計的基礎上又研究（jiū）出了基於基小波的二次加權法。利用PSCAD/EMTDC仿真分析論證了這兩種算法在電纜局部（bù）放電定位有效性。

西安交通大（dà）學（xué）的楊景剛利用信號（hào）消噪及插值（zhí）運算處理（lǐ）後的相關性估計法進行時延估計，精度較高，抗幹擾（rǎo）能力強（qiáng），得出該方法估（gū）計的信號時延與理論（lùn）信號時延的（de）誤差可控製在幾十皮秒（miǎo）以內，能（néng）滿（mǎn）足精確定位局部放電的要求。

重慶大學的幸琳（lín）、姚陳果等人提出了一（yī）種頻域時差讀取方法，通過傅裏葉變（biàn）換將時域（yù）波形轉化為頻域PD信號進行頻域研究。仿真和試（shì）驗結果表明該算法能有效估計時延，並且具有較強的抗幹擾能力。