具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在一个实施例中，提供一种局部放电检测装置，适用于对电力设备的局部放电问题产生的空间电磁波进行在线监测。如图1所示，本申请的局部放电检测装置110包括三维电场传感器111与三维磁场传感器112，三维电场传感器111与三维磁场传感器112均连接局部放电定位系统的信号采集模块120，三维电场传感器111用于感应待检测区域中的局部放电位置所产生的电场，三维磁场传感器112用于感应局部放电位置所产生的磁场。

具体地，当待检测区域中存在电力设备的局部放电情况时，该局部放电位置会向空间中辐射出电磁波，与此同时电磁波伴随的电场方向、磁场方向与其传播方向三者垂直。那么，局部放电检测装置放置于待检测区域中，通过采用三维电场传感器111与三维磁场传感器112分别感应空间电场与空间磁场的方向与幅值，再根据远场条件下，电场与磁场的方向在控制模块130中计算得到局部放电位置的电磁波的波印廷矢量方向，即可确定电磁波的来源方向。

其中，首先通过三维电场传感器111对该局部放电位置所产生的电磁波的空间电场的幅值与方向进行测量，获得三维电场传感器111所在位置在三个正交方向上的电场强度与方向并发送至信号采集模块120。其次，通过三维磁场传感器112对该局部放电位置所产生的电磁波的空间磁场的幅值与方向进行测量，获得三维磁场传感器112所在位置在三个正交方向上的磁场强度与方向并发送至信号采集模块120。信号采集模块120再将上述三个正交方向上的电场强度与方向以及上述三个正交方向上的磁场强度与方向经过处理后发送至控制模块130，控制模块130根据上述数据判断待检测区域中的电力设备的局部放电情况。

上述局部放电检测装置，通过一个三维电场传感器111与一个三维磁场传感器112分别对局部放电位置辐射的电磁波的电场与磁场幅值与方向进行测量，再通过对磁场与电场强度的方向的合成实现局部放电的检测与定位，此方法抗干扰能力强且局部放电的检测准确率更高。

在一个实施例中，如图2与图3所示，三维电场传感器111包括三个正交方向设置的电传感器，三个电传感器均连接信号采集模块120。

具体地，三维电场传感器111由三个正交方向上设置的电传感器组成，三个电传感器分别对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间电场进行测量，分别得到空间电场在三个电传感器的法向量方向上的投影，然后由控制模块130通过对这三个投影分量合成可计算在三维电场传感器111位置处空间电场的方向和幅值。例如，如图3所示，三个电传感器分别设置于互相垂直的x轴、y轴和z轴三个方向上，那么x轴电传感器对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间电场测量得到电场强度分量E_x，y轴电传感器对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间电场测量得到电场强度分量E_y，z轴电传感器对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间电场测量得到电场强度分量E_z，然后将三个分量E_x、E_y与E_z合成在三维电场传感器111位置处的空间电场E_PD。

在本实施例中，通过三个正交方向上设置的电传感器对空间电场的幅值与方向进行测量，可实现准确的确定电磁波的来源方向。

在一个实施例中，如图2所示，三个电传感器均为电容耦合极板。具体地，每个电容耦合极板由两个金属电极合成，对所在位置空间电场的方向与幅值进行测量。其中，金属极板的形状、材料及大小可根据具体使用场景确定，例如，在本实施例中，各电传感器由两个圆形的金属电极板合成，可采用铜电极板。进一步地，铜电极的尺寸也可根据实际场景中可能会出现的放电情况与大小确定，例如，可采用铜电极半径为1cm，厚度为1mm，不以此为限定。

在本实施例中，采用导电能力好的铜电极构成的电偶耦合极板作为电传感器，不仅能实现准确测量空间电场的电场强度，且成本较低。

在一个实施例中，如图4与图5所示，三维磁场传感器112包括三个正交方向设置的磁传感器，三个磁传感器均连接信号采集模块120。

具体地，三维磁场传感器112由三个正交方向上设置的磁传感器组成，三个磁传感器分别对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间磁场进行测量，分别得到空间磁场在三个磁传感器的法向量方向上的投影，然后由控制模块130通过对这三个投影分量合成可计算在三维磁场传感器112位置处空间磁场的方向和幅值。例如，如图5所示，三个磁传感器分别设置于互相垂直的x轴、y轴和z轴三个方向上，那么x轴磁传感器对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间磁场测量得到磁场强度分量H_x，y轴磁传感器对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间磁场测量得到磁场强度分量H_y，z轴磁传感器对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间磁场测量得到磁场强度分量H_z，然后将三个分量H_x、H_y与H_z合成在三维磁场传感器112位置处的空间电场H_PD。

在本实施例中，通过三个正交方向上设置的磁传感器对空间磁场的幅值与方向进行测量，可实现准确的确定电磁波的来源方向。

在一个实施例中，如图4所示，三个磁传感器均为电感线圈。具体地，电感线圈由金属导线绕制而成，对所在位置空间磁场的方向与幅值进行测量。其中，金属导线的绕制匝数、材料及横截面积可根据具体使用场景中可能会出现的放电情况与大小确定，例如，在本实施例中，各磁传感器由铜导线绕制的电感线圈组成，每个电感线圈绕制了5匝铜导线，绕制而成的电感线圈的半径为0.5cm，其中铜导线的直径为0.5mm，不以此为限定。

在本实施例中，采用导电能力好的铜导线绕制而成的电感线圈作为磁传感器，不仅能实现准确测量空间磁场的磁场强度，且成本较低。

在一个实施例中，如图2与图4所示，上述局部放电检测装置还包括绝缘长方体及手柄，手柄固定于绝缘长方体的顶点，三个电传感器分别设置于绝缘长方体的三个正交面，三个磁传感器分别设置于绝缘长方体的另外三个正交面。

具体地，为了方便将三维电场传感器111与三维磁场传感器112固定于检测区域内，采用绝缘骨架以及与绝缘骨架连接的安装手柄将三维电场传感器111与三维磁场传感器112合成一体。其中，绝缘骨架的结构为有六个相互垂直的正交面的长方体，为了更加节省空间，也可采用正方体。安装用的手柄固定于绝缘长方体的任意一个顶点。此外，绝缘骨架的材料并不唯一，可采用橡胶制成，也可采用韧性好、强度高也易加工的高分子材料制成，如ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic)材料，不以此为限定。

进一步地，三维电场传感器111的三个圆形电容耦合极板设置于绝缘长方体的三个正交面上，三维磁场传感器112的三个电感线圈设置与电容耦合极板相对绝缘长方体的三个正交面上。此外，为了起到一定的保护与稳定的作用，在设置时可以在绝缘长方体的六个面上设置凹槽，将电容耦合极板以及电感线圈镶嵌于凹槽内。

在本实施例中，通过设置绝缘骨架以及安装手柄，用来固定三维电场传感器111与三维磁场传感器112组合成一体的结构，能实现非接触式的对局部放电情况进行在线检测，不影响电力设备的正常运行，使用简单且制作成本低，适合大面积安装使用。

在一个实施例中，如图1所示，上述局部放电检测装置还包括六个滤波器，六个滤波器设置于手柄中，三个电传感器与三个磁传感器分别通过一个滤波器连接信号采集模块120。具体地，由于局部放电的频谱分布较广，为了确保电磁波辐射的远场条件成立，并且滤除常见的低频干扰，例如变电站内得到电力电子噪声，在三维电场传感器111与三维磁场传感器112连接至信号采集模块120之前增加六个滤波器。六个滤波器分别用于连接三维电场传感器111的三个电容耦合极板以及三维磁场传感器112的三个电感线圈，六个滤波器均集成于手柄中。其中，滤波器为无源椭圆带通滤波器，频率为300MHz-1500MHz。在本实施例中，通过在信号采集之前增加滤波器，不仅能确保远场条件成立，还增加了检测装置的抗干扰能力。

在一个实施例中，提供一种局部放电定位系统，适用于对变电站等电网场景中的电力设备的局部放电问题进行在线监测与定位。如图1所示，局部放电定位系统包括信号采集模块120、控制模块130以及上述的局部放电检测装置110，局部放电检测装置110的数量为两个以上，各局部放电检测装置均设置于待检测区域，各局部放电检测装置均连接信号采集模块120，信号采集模块120连接控制模块130。信号采集模块120分别采集各局部放电检测装置的三个正交的电场信号以及三个正交的磁场信号并发送至控制模块130；控制模块130根据各三个正交的电场信号分别计算得到合成电场信号，根据各三个正交的磁场信号分别计算得到合成磁场信号，再根据各合成电场信号与各合成磁场信号分别获得来源方向，最后根据各来源方向得到局部放电位置的空间坐标。

具体地，在远场条件下，根据单个局部放电检测装置110输出的三个正交分布的空间电场幅值与方向以及三个正交分布的空间磁场幅值与方向，可确定局部放电位置辐射的电磁波相对该局部放电检测装置110的来源方向，但无法确认具体局部放电位置，因此通过放置在不同位置的两个或两个以上的局部放电检测装置110，通过计算得到两个或两个以上的来源方向时，即可通过其方向的交点确认具体的局部放电位置。

其中，信号采集模块120用于将局部放电检测装置110输出的三个正交分布的空间电场信号以及三个正交分布的空间磁场信号进行处理后输送至控制模块130。数据处理过程可包括将时序的模拟信号转换为数字信号以及调制与解调等，具体可参考信号处理过程，不再此赘述。此外，信号采集模块120与局部放电检测装置110之间可采用无线连接的方式，也可以采用光纤等有线连接的方式，当采用有线连接时，可将连接线集成与安装手柄中。可以是每一局部放电检测装置110对应连接一个信号采集模块120，也可以是多个局部放电检测装置110对应连接一个信号采集模块120。

进一步地，控制模块130可为工控机，用于对信号采集模块120发送的三个正交分布的空间电场幅值与方向以及三个正交分布的空间磁场幅值与方向进行计算，得到待检测区域中局部放电位置的空间坐标。

以下以采用两个局部放电检测装置110对待检测区域中的局部放电位置进行定位的原理进行解释说明。具体地，两个局部放电检测装置110分别为第一局部放电检测装置L1与第二局部放电检测装置L2，在空间中的位置分别假定为(L_1,x,L_1,y,L_1,z)和(L_2,x,L_2,y,L_2,z)。信号采集模块120分别采集第一局部放电检测装置L1的三个正交的电场信号分量(E_1x、E_1y与E_1z)、三个正交的磁场信号分量(H_1x、H_1y与H_1z)，以及第二局部放电检测装置L2的三个正交的电场信号分量(E_2x、E_2y与E_2z)、三个正交的磁场信号分量(H_2x、H_2y与H_2z)，发送至控制模块130。

首先，控制模块130根据第一局部放电检测装置L1的三个正交的电场信号分量(E_1x、E_1y与E_1z)进行合成，计算得到在(L_1,x,L_1,y,L_1,z)位置上的空间电场的电场强度为E_1PD，控制模块130再根据第一局部放电检测装置L1的三个正交的磁场信号分量(H_1x、H_1y与H_1z)进行合成，计算得到在(L_1,x,L_1,y,L_1,z)位置上的空间磁场的磁场强度为H_1PD。那么由于远场条件下，电磁波传播的方向等于波印廷矢量(S＝E×H)的方向，即电磁波传播方向与电场和磁场方向满足右手定则，通过此原理，如图6所示，可通过电场强度E_1PD的方向与磁场强度H_1PD的方向确定电磁波相对(L_1,x,L_1,y,L_1,z)位置的第一来源方向为S_1PD。

同理，控制模块130根据第二局部放电检测装置L2的三个正交的电场信号分量(E_2x、E_2y与E_2z)进行合成，计算得到在(L_2,x,L_2,y,L_2,z)位置上的空间电场的电场强度为E_2PD，再根据第二局部放电检测装置L2的三个正交的磁场信号分量(H_2x、H_2y与H_2z)进行合成，计算得到在(L_2,x,L_2,y,L_2,z)位置上的空间磁场的磁场强度为H_2PD。同样通过波印廷原理，可通过电场强度E_2PD的方向与磁场强度H_2PD的方向确定电磁波相对(L_2,x,L_2,y,L_2,z)位置的第二来源方向为S_2PD。

进一步地，如图7所示，控制模块130在确定了第一来源方向与第二来源方向后，可根据上述两方向的交点得到局部放电位置的空间坐标。具体地，假定第一来源方向为S_1PD用向量(P_1,x,P_1,y,P_1,z)表示，第二来源方向为S_2PD用向量(P_2,x,P_2,y,P_2,z)表示，那么局部放电位置的空间坐标(L_PD,x,L_PD,y,L_PD,z)为：

从而可计算得到局部放电位置与第一局部放电检测装置L1以及与第二局部放电检测装置L2的距离L_1,PD与L_2,PD，实现局部放电位置的空间定位。

在本实施例中，通过两个及两个以上的局部放电检测装置实现局部放电位置的准确定位，具有明确的方向性，可为局部放电时提供更加明确的指导，减少传统方式中检测后定位的时间。

在一个实施例中，各局部放电检测装置110均匀分布在待检测区域。具体地，可将局部放电检测装置110设置于需要监测是否存在局部放电的待检测区域中，例如可以是在线监测变电站中各电力设备的局部放电情况。可以理解，在设置时，为了局部放电检测装置110能较好的感应出局部放电位置释放的电磁波，需将局部放电检测装置110设置于无遮挡、能形成远场条件的位置。在待检测区域空间较大时，需要将多个局部放电检测装置110均匀分布于待检测区域中，减少局部放电的漏检。

在一个实施例中，如图8所示，提供一种局部放电定位方法，基于上述的局部放电定位系统实现，包括：

步骤S201：接收各局部放电检测装置的三个正交的电场信号以及三个正交的磁场信号。

具体地，信号采集模块将各局部放电检测装置输出的三个正交分布的空间电场信号以及三个正交分布的空间磁场信号进行处理后输送至控制模块。

步骤S202：根据各三个正交的电场信号分别计算得到合成电场信号。

具体地，将接收的每个局部放电检测装置输出的三个正交的电场信号计算得到在局部放电检测装置位置处的空间电场E_PD。例如，三个电传感器分别设置于互相垂直的x轴、y轴和z轴三个方向上，那么x轴电传感器对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间电场测量得到电场强度分量E_x，y轴电传感器对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间电场测量得到电场强度分量E_y，z轴电传感器对局部放电位置所产生的电磁波辐射出的空间电场测量得到电场强度分量E_z，然后将三个分量E_x、E_y与E_z合成在三维电场传感器111位置处的空间电场E_PD。

步骤S203：根据各三个正交的磁场信号分别计算得到合成磁场信号。

具体地，将接收的每个局部放电检测装置输出的三个正交的磁场信号计算得到在局部放电检测装置位置处的空间磁场H_PD。

步骤S204：根据各合成电场信号与各合成磁场信号分别获得来源方向。

具体地，由于远场条件下，电磁波传播的方向等于波印廷矢量(S＝E×H)的方向，即电磁波传播方向与电场和磁场方向满足右手定则，通过此原理，可通过合成电场信号与合成磁场信号获得局部放电电磁波相对于局部放电检测装置位置处的来源方向。

步骤S205：根据各来源方向得到局部放电位置的空间坐标。

具体地，在确定了多个局部放电电磁波的来源方向后，可根据多个来源方向的交点得到局部放电位置的空间坐标。

可以理解，局部放电定位方法基于局部放电定位系统实现，具体装置结构及原理说明可参考上述局部放电定位系统中的说明，不在此赘述。

在本实施例中，通过两个及两个以上的局部放电检测装置实现局部放电位置的准确定位，具有明确的方向性，可为局部放电时提供更加明确的指导，减少传统方式中检测后定位的时间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。