CN102967805A - 一种输电线路在线感应脉冲信号分析仪及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路在线感应脉冲信号分析仪及分析方法。由其探头在输电线路杆塔的接地线上采集感应信号，并进行放大、滤波和采样处理，然后进行频谱分析和相位分析，找出故障绝缘子和正常绝缘子在频谱或相位上的差异，从而判断是否存在故障绝缘子。本发明克服了传统检测方式需带电爬高作业，劳动强度大、人员工作效率低、工作环境危险等缺点。这种输电线路在线感应脉冲信号分析仪及分析方法能够方便安全地检测高压输电线路的绝缘子，找出故障绝缘子，保障电力系统安全运行。

Description

一种输电线路在线感应脉冲信号分析仪及分析方法

技术领域

本发明涉及一种输电线路在线感应脉冲信号分析仪及分析方法，属于高压输变电领域。

背景技术

输电线路的绝缘子是用来固定导体，使其保持电气性能的重要部件。在长期的运行过程中，由于日晒雨淋、机电负荷以及冷热变化，可能出现绝缘电阻降低、绝缘子开裂等现象甚至发生击穿故障，严重威胁电力系统的安全运行。

高压绝缘子一般有两种故障问题，一种是由于绝缘子产生裂缝或绝缘介质有空隙，这些缝隙中气体的场强比固体介质中高，而气体的击穿电场强度又远低于固体，所以会发生局部放电但并未击穿的现象。局部放电的电流会通过绝缘子本身的电容及绝缘子对地形成的电容回路，经接地线流到地面，在接地线上能够采集到称为感应脉冲的电流信号。

另一种是由于绝缘子内部的放电沟道在长时间运行情况下可能会彻底击穿，此时绝缘子就成为一个固定电阻器，内部不再产生放电，用万用表就能测出其电阻值，我们把它称为零值绝缘子。对存在零值绝缘子的绝缘子串，由于零值绝缘子上的分布电压趋于零，高电压将分配给其余各个绝缘子，靠近输电线或靠近地线处的绝缘子分配到的电压较高。这些绝缘子附近的强电场使电场中的气体分子产生电离但并未击穿从而引起气体的放电和发光的现象叫做电晕放电。产生电晕放电后，在接地线上检测到电晕脉冲。电晕脉冲发生在接近工频信号的正、负峰值处，其相位差为180度。

为了实现在线检测故障绝缘子，常采用的方法有火花叉法、光电法、静电探头法、自走式不良绝缘子电阻检测法等。但是根据这些方法研制的装置在使用中都要求现场有三至五个操作人员，其中部分操作人员爬上带高压的电线杆塔，逐个检测塔上所有的绝缘子。另外，若使用火花叉检测，在产生火花的瞬间相当于所检测的绝缘子短路，有引起绝缘子串闪络的危险。

发明内容

发明目的：本发明提出一种输电线路在线感应脉冲信号分析仪及分析方法，能够在地面上方便安全的检测高压输电线路的绝缘子，找出故障绝缘子，保障电力系统安全运行。 

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种输电线路在线感应脉冲信号分析仪及分析方法，所述输电线路在线感应脉冲信号分析仪包括探头、电脑测试主机和电池几个部分。其中探头套装在输电铁塔接地线上，探头中的电流传感器通过电磁感应作用采集感应脉冲或电晕脉冲。由于这些脉冲信号十分微弱，不足以达到后续电路的输入要求，所以在探头中还设有前置放大器，对采集到的脉冲信号进行初步放大。由于故障绝缘子感应脉冲信号的能量大部分分布在20MHz以内，而在2MHz以下还同时存在泄露电流、谐波和电力载波等背景干扰脉冲信号，且干扰信号幅度远大于感应脉冲信号。所以对于来自探头的信号，还要进行放大、滤波、采样和数据分析。在电脑测试主机中设有数据采集板卡和分析模块，其中数据采集板卡按照信号处理顺序，包括高频宽带放大器、两级高通滤波器和高速数据采集单元。由于感应脉冲信号的能量大部分集中在20MHz以内，小部分高于20MHz，为了尽量收集所有有用的信号，高频宽带放大器的截止频率选择40MHz，这样基本上所有的有用信号都能够被高频宽带放大器所放大。按照前面所述在2MHz以下的频谱内还存在有泄漏电流、谐波和电力载波等背景干扰的脉冲信号，且干扰信号的幅度远大于感应脉冲信号。所以选择了截止频率为2MHz的两级高通滤波器，将这些干扰信号滤掉。过滤后的信号就可以进行采样了，在数据采集板卡中设有高速数据采集单元，其采用20MHz的采样频率，并拥有512K的存储空间。采样信号通过接口传输给分析模块。分析模块运行有数据分析软件，该数据分析软件可以对采样信号进行频谱分析和相位分析，以判断绝缘子是否正常工作。

电池本身与电脑测试主机分开，并为电脑测试主机供电，电池供电方式可以方便野外作业。

作为本发明的进一步改进，所述电池为锂电池，并且采用双路供电方式，分别为分析模块和数据采集板卡提供单独的电源线，以避免分析模块工作时通过电源线干扰数据采集板卡。

作为本发明的进一步改进，电流传感器的铁芯采用宽带高频铁淦氧材料制成，以尽量的采集更宽频谱内的有用信号。

作为本发明的又一种改进，所述接口为USB接口。

一种输电线路在线感应脉冲信号分析方法，包括以下步骤：

  1）从输电铁塔接地线上采集电流信号；

  2）对步骤1）中采集来的电流信号放大和滤波；

  3）对经过放大和滤波的电流信号进行采样得到采样信号；

4）对步骤3）中得到的采样信号作FFT分析和相位分析，找出具有感应脉冲和电晕脉冲特征的采样信号。

有益效果：本发明克服了传统检测方式劳动强度高、人员工作效率低、工作环境危险等缺点。这种输电线路在线感应脉冲信号分析仪及分析方法能够方便安全的检测高压输电线路的绝缘子，找出故障绝缘子，保障电力系统安全运行。 

附图说明

图1为输电线路在线感应脉冲信号分析仪的结构示意图；

图2为本发明感应脉冲FFT频谱对比图；

图3为本发明的相位分析图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，输电线路在线感应脉冲信号分析仪包括探头、电脑测试主机和电池几个部分，电脑测试主机由一套在VC++环境下开发的控制软件来控制。其中探头套装在输电铁塔接地线上，由电流传感器和前置放大器组成。电流传感器通过电磁感应作用采集感应脉冲或电晕脉冲，其铁芯采用宽带高频铁淦氧材料制成，以尽量的采集更宽频谱内的有用信号。由于这些脉冲信号十分微弱，不足以达到后续电路的输入要求，所以在电流传感器后面还设有前置放大器，对采集到的脉冲信号进行初步放大。

对于来自探头的信号，还要进行放大、滤波、采样和数据分析。在电脑测试主机中设有数据采集板卡和分析模块。其中数据采集板卡包括高频宽带放大器、两级高通滤波器和高速数据采集单元。由于感应脉冲信号的能量大部分集中在20MHz以内，小部分高于20MHz，为了尽量收集所有有用的信号，高频宽带放大器的截止频率选择40MHz，这样基本上所有的有用信号都能够被高频宽带放大器所放大。在2MHz以下的频谱内还存在有泄漏电流、谐波和电力载波等背景干扰的脉冲信号，且干扰信号的幅度远大于感应脉冲信号。所以选择了截止频率为2MHz的两级高通滤波器，将这些干扰信号滤掉。过滤后的信号就可以进行采样了，在数据采集板卡中设有高速数据采集单元，其采用20MHz的采样频率，并拥有512K的存储空间。采样信号通过USB接口传输给分析模块。           

分析模块运行有VC++环境下开发的控制软件。对于采集来的采样信号二进制代码文件，控制软件中的数据动态链接库文件利用输出函数，将二进制数据写入mat文件。然后控制软件调用matlab对采样数据先进行去噪平均，再使用FFT变换，把采集到的感应脉冲信号从一片噪声信号中提取出来，并进行频谱分析或相位分析。如图2所示，通过FFT频谱图可以看出在3至5MHz处存在故障绝缘子感应脉冲信号的特征谱成分。在实际使用中，不同铁塔特征谱的位置可能会有所偏移，同一输电线上有粉尘的绝缘子串也会产生有偏移的谱。检测不到这些特征谱的塔杆不存在故障绝缘子。在图3中可以看出如果电晕现象发生，应该能够观测到在相位分析图中相位差为180度的两个地方都存在有脉冲峰值。检测到这些特征的塔杆可能存在零值绝缘子。对这两种故障的检测都需要定期记录、观察和比较，才能实现地面上在线检测故障绝缘子。

为了方便野外作业，检测仪采用电池供电的形式。电池选用常见的锂电池，并且采用双路供电方式，分别为分析模块和数据采集板卡提供单独的电源线，以避免分析模块工作时通过电源线干扰数据采集板卡。

现在介绍输电线路在线感应脉冲信号分析方法，包括以下步骤：

  1）从输电铁塔接地线上采集电流信号；在本发明

  2）对步骤1）中采集来的电流信号放大和滤波；

  3）对经过放大和滤波的电流信号进行采样得到采样信号；

4）对步骤3）中得到的采样信号作FFT分析和相位分析，找出具有感应脉冲和电晕脉冲特征的采样信号。

Claims (5)

1.一种输电线路在线感应脉冲信号分析仪，其特征在于：包括探头、与探头相连接的电脑测试主机、分别与探头及电脑测试主机连接的电池；

所述探头包括连接在一起的高频电流传感器和前置放大器；

   所述电脑测试主机包括与前置放大器连接的数据采集板卡、分析模块以及连接数据采集板卡和分析模块的接口。

2.根据权利要求1所述输电线路在线感应脉冲信号分析仪，其特征在于：所述电池为锂电池，并且采用双路供电方式，分别给数据采集板卡和分析模块供电。

3.根据权利要求1所述输电线路在线感应脉冲信号分析仪，其特征在于：所述电流传感器的铁芯采用宽带高频铁淦氧材料制成。

4.根据权利要求1所述输电线路在线感应脉冲信号分析仪，其特征在于：所述接口为USB接口。

5.一种输电线路在线感应脉冲信号分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

  1）从输电铁塔接地线上采集电流信号；

  2）对步骤1）中采集来的电流信号放大和滤波；

  3）对经过放大和滤波的电流信号进行采样得到采样信号；

  4）对步骤3）中得到的采样信号作FFT分析和相位分析，找出具有感应脉冲和电晕脉冲特征的采样信号。

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