CN102262190B - 特高压输电线路放电在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种特高压输电线路放电在线监测装置及方法,所述装置包括包括紫外传感器及其驱动模块、处理器单元及其外围扩展模块、电源模块和上位机模块。所述方法如下:紫外传感器检测高压输电线路电晕放电信号;处理器通过统计紫外传感器检测的电晕放电信号脉冲数目来表征放电程度;并检测现场环境温湿度值分析电晕放电受环境影响程度;CAN总线通讯实现上位机和下位机的通讯,将采集的现场放电信号上传至上位机波形显示,上位机实现现场监测信号的基于小波分析原理的分层式抗干扰分析。
Description
技术领域
本发明涉及特高压输电线路放电在线监测领域,特别涉及一种基于紫外检测法的放电在线监测装置及检测、评价和放电信号分析方法。
背景技术
随着电力工业的发展和电网负荷需求的提高,我国正在大力发展特高压、长距离输电技术,因而输电线路状态在线监测设备的研发也提上了日程。目前输电线路放电监测的方法有红外成像法、超声波探测法、超高频检测法和紫外成像法等。这些监测方法在不同的方面各有优点,在实际应用中得到了一定程度的肯定,但同时也存在着各自的问题。红外成像检测法速度慢,不适于航拍;超声波检测法只适于近距离检测;超高频检测法抗干扰能力差;紫外成像法成本高。
高电压导致强电场,特高压输电线路放电辐射出紫外光,通过检测紫外脉冲数目来评估放电,是检测特高压输电线路的一种新方法。由于检测放电产生的紫外光信号不需要与输电线路接触,紫外脉冲法不影响系统的正常运行,实现了在线监测。
特高压输电线路现场环境复杂,采取有效的信号分析方法将电晕放电脉冲信号从强大的干扰信号中提取出来是非常重要的。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种实现特高压输电线路状态在线监测的要求,本发明的目的是提供一种基于紫外检测法的放电在线监测装置,通过采集电晕放电紫外脉冲数目反映放电强弱。该系统界面友好、操作方便、灵敏度高、抗干扰能力强。
为了更精确地分析高压输电线路电晕放电程度,本发明的目的还在于从复杂的背景噪声中提取出电晕放电脉冲信号,采用基于小波分析原理的分层式抗干扰分析法,实现了从复杂信号中提取电晕放电信号的功能。
本发明为实现上述目的,采用如下技术方案:
本发明特高压输电线路放电在线监测装置,包括包括紫外传感器及其驱动模块、处理器单元及其外围扩展模块、电源模块和上位机模块,其中紫外传感器及其驱动模块串接处理器单元及其外围扩展模块与上位机模块双向通信,电源模块分别给紫外传感器及其驱动模块和处理器单元及其外围扩展模块提供电源。
所述处理器单元及其外围扩展模块包括处理器单元、外扩时钟电路、JTAG接口、数据存储器、温湿度采集电路、声光报警电路、液晶显示电路、按键控制电路和CAN模块,JTAG接口、数据存储器、温湿度采集电路和按键控制电路的输出端分别接处理器单元的输入端,处理器单元的输出端分别接声光报警电路和液晶显示电路的输入端,处理器单元分别与外扩时钟电路和CAN模块双向连接。
所述处理器单元采用TI公司的TMS320F2812DSP。
特高压输电线路放电在线监测装置的检测方法如下:
采用紫外传感器及其驱动模块检测高压输电线路电晕放电紫外信号并滤除背景光噪声;
采用处理器单元统计紫外传感器检测到的紫外脉冲信号数目;
采用时钟模块保证DSP系统工作的可靠性和稳定性;
采用JTAG接口提供硬件系统的在线仿真和测试;
采用存储器扩展电路存储检测数据;
采用温湿度采集电路检测装置工作环境的温湿度值,对现场环境进行监测;
采用声光报警电路检测结果判断的状态提示,如果检测的紫外脉冲数目超过阈值,则启动声光报警;
采用液晶显示电路显示采集的脉冲数目、温湿度值和检测时间;
按键控制电路控制检测背景光、检测时间的选择;
采用CAN模块实现处理器单元和上位机模块的通讯;
采用电源模块为紫外传感器及其驱动模块和处理器单元及其外围扩展模块提供工作电压;
采用上位机模块实现在线监测参数显示及在线监测信号降噪分析。
特高压输电线路放电在线监测装置的信号分析法,采用如下步骤从复杂背景噪声中提取电晕放电脉冲信号:
a、选择合适的小波包基、分解层数对采集的现场放电信号进行小波包降噪;
b、选择相同的小波基、分解层数和合适的阈值对小波包降噪后的信号再进行一次小波降噪。
本发明的有益效果:
1、通过采集电晕放电紫外脉冲数目来反映电晕放电的量,以数值形式表征放电程度,该方法原理简单,设计的监测装置界面友好,操作方便,利于产品产业化进程。
2、具有现场环境检测模块,及时了解装置工作环境,分析周围环境对高压输电线路电晕放电程度的影响。
3、具有信号分析功能,从复杂的背景噪声中提取出电晕放电脉冲信号,能更精确分析高压输电线路电晕放电程度。
附图说明
图1是本发明的应用系统示意图;
图2是本发明上位机系统组成框图;
图3是本发明人机界面单元组成框图;
图4是本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
下面参考附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本验电器采用的技术方案是:紫外传感器及其驱动电路1实现高压输电线路的电晕放电信号的检测;处理器单元2通过统计紫外传感器检测的电晕放电信号脉冲数目来表征电晕放电程度;处理器单元2通过检测现场环境温湿度值来分析输电线路电晕放电受环境影响的程度;处理器单元2通过比较检测到的紫外脉冲数目和设定阈值进行放电结果分析,通过声光报警、液晶显示控制判断结果;处理器单元2通过CAN通讯将采集的数据传送至PC机;处理器单元2通过按键控制选择检测时间;处理器单元2通过液晶实现人机界面的交互;电源模块3负责整个验电器的供电;上位机4通过图形界面软件实现信号分析处理。其中:
紫外传感器及其驱动电路1包括紫外传感器和紫外传感器驱动电路,其中紫外传感器采用日本HAMAMATSU公司的R2868型号传感器,该传感器工作在太阳盲区的185nm~260nm波段,该波段不受太阳辐射的干扰,可有效检测到高压输电线路的紫外脉冲信号;紫外传感器驱动电路采用紫外传感器驱动电路C3704,该驱动电路低功耗、并带有信号处理电路,滤除由自然激励源引起的背景放电噪声,并为紫外传感器R2868提供工作电压。
处理器单元2采用DSP器件,并扩展外围电路包括时钟模块21、JTAG接口22、数据存储器电路23、温湿度采集电路24、声光报警电路25、液晶显示电路26、按键控制电路27和CAN通讯模块28,主要实现紫外脉冲数目的检测及通讯控制功能。
时钟模块21,用于保证DSP系统工作的可靠性和稳定性。
JTAG接口22,用于方便地提供硬件系统的在线仿真和测试。
存储器扩展模块23采用ISSI公司的IS61LV6416数据存储器,方便调试实验。其采用3.3V电源供电,与DSP可直接相连。
温湿度单元24采用瑞士Sensirion公司的具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器,相比传统的模拟式温湿度传感器,具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。
液晶显示模块26采用的是北京精电蓬远显示技术公司显示模块:内藏T6963控制器的图形液晶MGL(S)-12864T-10,其中,T6963是点阵式液晶图形显示控制器,以其为控制驱动的液晶显示模块可实现屏幕的滚动、反显、闪烁、显示合成等功能。
如图1所示,本发明的监测装置包括:紫外传感器及其驱动模块1、处理器单元模块2、电源模块3和上位机系统模块4。
紫外传感器驱动电路给紫外传感器提供工作电压,检测高压输电线路电晕放电脉冲信号,处理器单元接收紫外传感器检测的信号并统计紫外脉冲信号数目,并将检测数目在液晶屏上实时显示,且将检测值与设定阈值进行比较,判断检测结果,根据检测结果控制声光报警模块;通过温湿度检测电路模块检测装置周围工作环境,将检测的温湿度值液晶显示,给电晕放电检测提供环境参数,利于分析输电线路电晕放电情况;此外,将检测的紫外脉冲信号通过CAN总线传送至上位机以波形显示,根据小波降噪分析法分析现场检测信号,并分析常见的现场周围环境的紫外线干扰,提出了一种分层式抗干扰的降噪分析方法。
如图2所示,上位机管理系统界面包括在线监测参数显示模块和在线监测信号分析模块。
在线监测参数显示模块主要实现上位机和下位机的CAN总线通信连接,并将下位机检测的数据在管理界面显示,实现管理界面的监控;在线监测信号分析模块主要是将现场采集的电晕放电信号在上位机以波形显示,通过分析常见的紫外线干扰,用小波降噪、小波包降噪和分层式抗干扰降噪方法将电晕放电脉冲信号从现场采集信号中提取出来。
如图3所示,人机界面采用液晶显示器来实现,通过按键控制来选择检测时间并确定,液晶显示屏显示检测时间、检测的脉冲数目、检测结果判断、温湿度值以及所采用的温湿度传感器型号。
如图4所示,本发明工作时,当系统电源上电后,系统执行初始化功能,然后选择检测时间,紫外传感器一旦检测到电晕放电脉冲信号,系统即进入中断子程序,计数器值增加,液晶显示器显示计数器的数值,在检测时间范围内,不断检测到脉冲信号,不断执行中断子程序,待检测时间结束,液晶显示器显示最终检测结果;系统检测完脉冲数目以后采集监测装置工作环境的温湿度值;系统将检测的紫外脉冲数目结果与设定阈值进行比较,如果检测结果低于阈值,只实现液晶显示各参数值,如果检测结果超过了阈值,则启动声光报警功能并液晶显示各参数值;一次检测完成后,如需再检测,则按键控制选择继续检测,重新选择检测时间,并执行上述程序,否则检测结束,程序停止执行。
Claims (2)
1.一种特高压输电线路放电在线监测装置的检测方法,该检测方法基于所述装置包括紫外传感器及其驱动模块(1)、处理器单元及其外围扩展模块(2)、电源模块(3)和上位机模块(4),其中紫外传感器及其驱动模块(1)串接处理器单元及其外围扩展模块(2)与上位机模块(4)双向通信,电源模块(3)分别给紫外传感器及其驱动模块(1)和处理器单元及其外围扩展模块(2)提供电源;其中所述处理器单元及其外围扩展模块(2)包括处理器单元、时钟模块(21)、JTAG接口(22)、存储器扩展电路(23)、温湿度采集电路(24)、声光报警电路(25)、液晶显示电路(26)、按键控制电路(27)和CAN模块(28),JTAG接口(22)、存储器扩展电路(23)、温湿度采集电路(24)和按键控制电路(27)的输出端分别接处理器单元的输入端,处理器单元的输出端分别接声光报警电路(25)和液晶显示电路(26)的输入端,处理器单元分别与时钟模块(21)和CAN模块(28)双向连接;所述检测方法如下:
采用紫外传感器及其驱动模块(1)检测高压输电线路电晕放电紫外信号并滤除背景光噪声;
采用处理器单元统计紫外传感器检测到的紫外脉冲数目;
采用时钟模块(21)保证处理器单元工作的可靠性和稳定性;
采用JTAG接口(22)提供硬件系统的在线仿真和测试;
采用存储器扩展电路(23)存储检测数据;
采用温湿度采集电路(24)检测装置工作环境的温湿度值,对现场环境进行监测;
采用CAN模块(28)实现处理器单元和上位机模块(4)的通讯;
采用电源模块(3)为紫外传感器及其驱动模块(1)和处理器单元及其外围扩展模块(2)提供工作电压;
其特征在于,所述检测方法还包括:
采用声光报警电路(25)检测结果判断的状态提示,如果检测的紫外脉冲数目超过阈值,则启动声光报警;
采用液晶显示电路(26)显示采集的紫外脉冲数目、温湿度值和检测时间;
按键控制电路(27)控制检测背景光、检测时间的选择;
采用上位机模块(4)实现在线监测参数显示及在线监测信号降噪分析。
2.根据权利要求1所述的特高压输电线路放电在线监测装置的检测方法,其特征在于,所述的在线监测信号降噪分析是采用从复杂背景噪声中提取电晕放电脉冲信号,根据小波降噪分析法分析现场检测信号,并分析常见的现场周围环境的紫外线干扰;选择合适的小波包基、分解层数对采集的现场放电信号进行小波包降噪;选择相同的小波基、分解层数和合适的阈值对小波包降噪后的信号再进行一次小波降噪。
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