(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211047713.4 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 中国长江三峡集团有限公司 地址 430010 湖北省武汉市江岸区六合路1 号 申请人 华北电力大 学　 北京华电智成电气设备有限公司 (72)发明人 邹祖冰　李伟　李乐颖　刘瑞阔　 武文　齐波　唐志国　郑书生　 张连根　闫枭虎　 (74)专利代理 机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 1 1246 专利代理师 张文宝 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01)G06T 17/00(2006.01) G06T 19/00(2011.01) H02B 13/065(2006.01) G06F 111/18(2020.01) (54)发明名称 一种GIS局部放电的特高频传感器优化布局 方法 (57)摘要 本发明公开了属于电力设备局部放电的特 高频检测技术领域； 特别涉及一种GIS局部放电 的特高频传感器优化布局方法。 该方法是基于 GIS局部放电电磁波数字孪生的特高频传感器优 化布局方法； 首先建立GIS局部放电特高频电磁 波的辐射、 传播、 传感这三个物理过程的数字孪 生系统； 在GIS中各部位设置典型局部放电脉冲 电流源， 并在GIS设备不同位置设置传感器， 观测 传感器输出信号， 得到检测有效性数据库； 并通 过优化算法确定传感器布局方案。 该方法可以针 对个性化 GIS设备中开展特高频传感器布局优化 设计， 确保每次设计方案的最优化。 该方法的推 广应用， 将极大提升特高频检测范围， 提高检测 效率， 大幅提升GIS设备的安全可靠性。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115438579 A 2022.12.06 CN 115438579 A 1.一种GIS局部放电的特高频传感器优化布局方法， 其特征在于， 该方法是基于GIS局 部放电电磁波数字孪生的特高频传感器优化布局方法； 首先建立GIS局部放电特高频电磁 波的辐射、 传播、 传感这三个物理过程的数字孪生系统； 在GIS中各部位设置典型局部放电 脉冲电流源， 观测传感器输出信号， 得到检测有效性数据库； 并通过优化算法确定传感器布 局方案； 具体实施步骤 包括： 步骤一， 建立包含GIS 设备、 局部放电脉冲电流、 传感器的3D仿真模型， 即数字孪生仿真 三维模型， 并在GIS设备不同位置设置传感器的输出端口； 步骤二， 在GIS设备内部绝缘子、 高压导体、 外壳部位逐次设置不同类型的局部放电脉 冲电流源及脉冲电流传感器(如图4所示)； 步骤三， 依次记录各个脉冲电流传感器的输出信号， 并区分其对不同局部放电源检测 的有效性； 步骤四， 根据脉冲电流传感器对各个局部放电源检测的有效性， 通过优化算法得出经 济高效的特高频传感器布局方案； 优化后所得到的布局方案可以利用最少的传感器数量、 检测到各个位置的各种典型局部放电信号。 2.根据权利要求1所述的GIS局部放电的特高频传感器优化布局方法， 其特征在于， 所 述步骤一中建立的GIS设备3D仿真模 型包含三维GIS设备空间与组件的电气参数， 其中， GIS 设备3D模型结构由气体绝缘断路器GCB、 快速隔离开关FDS、 接地开关ES、 隔离开关DS、 快速 接地开关FES及就地控制柜LCP组成， 各部件连接图如图2所示， 对某开关厂整套的110kV三 相分体式GIS设备建立仿真模型， 其中GIS设备内导体直径60mm， 外导体内径350mm， 盆式绝 缘子厚度为约25m m。 3.根据权利要求1所述的GIS局部放电的特高频传感器优化布局方法， 其特征在于， 所 述步骤一中建立的局部放电脉冲电流3D 仿真模型为三维仿真GIS局部放电特高频电磁波传 播数字化模型， 在GIS设备内部绝缘子、 高压导体、 外壳部位逐次设置不同类型的局部放电 脉冲电流源及脉冲电流传感器， 主要是在GIS设备不同部位设置不同类型的局部放电脉冲 电流源即设置的辐 射线元， 并向外发射电磁波信号， 从而进行局部放电电磁波传播过程仿 真； 由于不同缺陷放电时特高频信号时频分布不同， 为了更加贴近实际放电情况， 使用各种 GIS设备中典型绝缘缺陷局部放电脉冲电流原始波形作为激励源； 获得各典型局部的脉冲 电流放电波形。 4.根据权利要求1所述的GIS局部放电的特高频传感器优化布局方法， 其特征在于， 所 述步骤一中建立的传感器的3D仿真模型， 在GIS设备上允许的部位设置内置式传感器或外 置式传感器(， 此初始布局中， 应尽可能多的设置传感器， 以确保GIS设备中局部放电产生特 高频电磁波信号都可以被观测到； 后续再根据观测结果对传感器布局进行优化。 5.根据权利要求1所述的GIS局部放电的特高频传感器优化布局方法， 其特征在于， 所 述在步骤一的数字孪生仿真三维模型的各个特高频传感器检测 位点注入仿真局 放脉冲电 流， 并同时检测各个检测位点的特高频传感器所接 收到的信号幅值， 分别注入各种典型局 部放电脉冲信号， 并记录每次检测结果。 6.根据权利要求1所述的GIS局部放电的特高频传感器优化布局方法， 其特征在于， 所 述步骤二中设置不同类型的局部放电脉冲电流源及脉冲电流传感器， 建立初始布局下特高 频传感器检测有效性数据库， 对仿 真的输出结果进 行简化处理； 处理方法如下： 输出信号最权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115438579 A 2大幅值超过设定阈值， 认为检测有效， 计为1； 否则， 计为0 。 7.根据权利要求1所述的GIS局部放电的特高频传感器优化布局方法， 其特征在于， 所 述步骤四， 根据脉冲电流传感器对各个局部放电源检测的有效性， 通过优化算法得出经济 高效的特高频传感器优化布局方案， 在有效性数据库的基础上， 利用DBSCAN(Density ‑ Based Spatial Clustering  of Applications  with Noise)聚类算法对采集到的数据进 行聚类分析； 在DBSCA N算法中， 将 簇定义为密度相连的点的最大集合， 能够把具有足够高密 度的区域划分为簇， 并可在噪声的空间数据库中发现任意形状的聚类。 8.根据权利要求7所述的GIS局部放电的特高频传感器优化布局方法， 其特征在于， 所 述DBSCAN聚类算法将传感器的检测结果聚类， 将不同位置产生局放而检测到的信号进 行归 类， 筛选出具有相似检测结果的传感器位置， 从而 可以将同类项合并， 选择其中检测结果最 好的传感器位置并将其保留， 而对于检测位置相互覆盖的传感器则将其删除。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115438579 A 3