CN103018637B - 输电线路行波测量减噪装置和减噪方法 - Google Patents

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本发明涉及输电线路检测相关技术领域，特别是涉及输电线路行波测量减噪装置和减噪方法。测量减噪装置包括：与输电线路行波故障信号源连接的输入端、变压器、模数转换器、可编程处理器，所述变压器的一次侧与输入端连接，变压器的二次侧依次与模数转换器和可编程处理器连接。上述输电线路行波测量减噪装置和减噪方法，对FPGA前端模数转换的设计，采用无源RF射频器对行波故障信号进行差分，不仅对高频噪声有很好的抑制作用，而且从根本上解决了电源纹波及噪声对有源器件带来的系统干扰，且能够降低系统功耗。

Description

输电线路行波测量减噪装置和减噪方法
技术领域
本发明涉及输电线路检测相关技术领域，特别是涉及输电线路行波测量减噪装置和减噪方法。
背景技术
输电线路行波故障测量减噪装置一般安装在架空线上，其电磁环境复杂，在行波故障测量中，往往因外界环境的电磁干扰或装置系统本身的高频噪声干扰导致行波测量灵敏度较低的现象。根据目前国内对输电线路行波测量的报道及相关文献的研究，目前同类产品多用于理论研究，在实际工程得到应用的不多，且同类技术中用于行波高速采集电路由于处于复杂的电磁环境中导致信噪比较低，行波测量灵敏度较低的现象，带来的问题为如果行波阈值设置过小则噪声带来的行波故障诊断误报较多，降低了行波故障监测的准确率；如果行波阈值设置过大则一些幅值较小的行波电流无法被监测到，同样带来行波故障监测不可靠的问题。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术在行波故障检测在复杂的电磁环境中准确率较低的技术问题，提供一种输电线路行波测量减噪装置和减噪方法。
一种输电线路行波测量减噪装置，包括：
与输电线路行波故障信号源连接的输入端、变压器、模数转换器、可编程处理器，所述变压器的一次侧与所述输入端连接，所述变压器的二次侧依次与所述模数转换器和所述可编程处理器连接。
在其中一个实施例中，所述变压器为无源射频变压器。
在其中一个实施例中，所述变压器的一次侧与所述输入端之间还串联有隔直电容。
在其中一个实施例中，所述隔直电容和变压器的一次侧之间还串联有限流电阻。
在其中一个实施例中，所述变压器二次侧的顶端和地端分别与RC滤波电路连接。
在其中一个实施例中，所述变压器二次侧的中间抽头通过稳压电路连接基准电压，所述稳压电路包括滤波电容和去耦电容。
在其中一个实施例中，所述变压器的一次侧与输入端之间还并联有匹配电阻。
在其中一个实施例中，所述可编程处理器为现场可编程门阵列处理器。
一种如上所述的输电线路行波测量减噪装置的减噪方法，包括：
接收到经过模数转换的待检测数据；
响应于接收到的待检测数据，将待检测数据与多个预设的误触发波形数据进行比较，如果所述待检测数据与任意一个预设的误触发波形数据均不匹配，则判断为有效波形并输出，否则判断为无效波形。
在其中一个实施例中，所述方法还包括对待检测数据进行高频毛刺滤波。
上述输电线路行波测量减噪装置和减噪方法，对FPGA前端模数转换的设计，采用无源RF射频器对行波故障信号进行差分，不仅对高频噪声有很好的抑制作用，而且从根本上解决了电源纹波及噪声对有源器件带来的系统干扰，且能够降低系统功耗，同时，在FPGA的数字信号处理部分，通过屏蔽误触发波形信号，减少了误触发概率，使得与FPGA连接的上位机得到的行波信息更加具有准确，提高了输电线路行波故障诊断的灵敏度及可靠性。
附图说明
图1为本发明输电线路行波测量减噪装置的原理图；
图2为本发明输电线路行波测量减噪装置的减噪方法的工作流程图；
图3为本发明输电线路行波测量减噪装置的减噪方法增加高频毛刺滤波的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示为本发明输电线路行波测量减噪装置的原理图。
一种输电线路行波测量减噪装置，包括：
与输电线路行波故障信号源5连接的输入端1、RF射频变压器2、模数转换器3（Analog-to-Digital Converter，ADC，可以采用例如AD7992作为模数转换器）和可编程处理器4，通过可编程处理器4输出到上位机，RF射频变压器2的一次侧与输入端1连接，RF射频变压器2的二次侧依次与模数转换器3和可编程处理器4连接。
通过使用一个RF射频变压器2（特别是使用宽屏RF射频变压器）实现了将单端行波信号转换成差分信号，从而增加了行波故障信号的信噪比，当本发明的输电线路行波测量减噪装置处于复杂的电磁环境中，避免了信噪比大幅下降，导致行波测量灵敏度降低的现象。
其中，RF射频变压器2的一次侧与输入端1之间还可以并联有匹配电阻6。增加的匹配电阻6，使行波故障信号源5和RF射频变压器2之间有良好的阻抗匹配，当行波故障信号源5传输阻抗与匹配电阻6相同，则使RF射频变压器2一次侧的输入功率最大。
另外，由于对行波故障电流的测量一般使用的传感器为罗式线圈，根据罗式线圈自身的频率特性，罗式线圈输出一般需要加入调理电路，则行波故障信号源5为调理电路的输出，因此行波故障信号源5中往往含有直流成分，这对于RF射频变压器2而言，很容易造成其饱和，使RF射频变压器2输出信号失真严重，信噪比下降。因此，在RF射频变压器2一次侧电路中还可以串联一个隔直电容7。此外，信号幅值过大也容易造成RF射频变压器2饱和，因此，在隔直电容7右端还可以串联限流电阻8，使行波故障电流信号源5的输出不至于过大导致RF射频变压器2饱和。行波故障电流单端信号通过变压器后被转换成差分信号。
在RF射频变压器2的二次侧，RF射频变压器2的顶端和地端为RC滤波网络，RC滤波网络主要是考虑ADC的输入阻抗会影响系统的带宽。RF射频变压器2的输出阻抗和ADC的pF级的差分输入电容相连会导致ADC的带宽下降，RC滤波网络的电阻用于限制瞬态电流，电容为微分电容，两者组成的RC滤波网络可以提高ADC的性能和减少踢回噪声。
RF射频变压器2的中间抽头通过稳压电路连接基准电压AVDD，基准电压的稳压电路由滤波电容和去耦电容组成。基准电压可能由于供电电源供能不足出现工频交流成分、电压波动等不稳定现象，滤波电容用于滤除基准电压的交流成分，使直流电压更加平稳；而电磁辐射干扰信号可能耦合到电路中使基准电压有高频毛刺，去耦电容用于滤掉高频毛刺，两者均使交流成分导地。基准电压稳定性对于高频行波信号采集至关重要，不稳定会导致误触发等一系列问题，因此稳压电路加入滤波电容和去耦电容使基准电压稳定，线性度好。
可编程处理器4可以采用现场可编程门阵列（Field-Programmable GateArray，FPGA）。由于FPGA在数字信号处理方面的编程更为方便，因此在本实施例中，优选使用FPGA。然而，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以采用其他的可编程处理器，例如复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）、可擦除可编辑逻辑器件(Erasable Programmable Logic Device，EPLD)等可编程处理器做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
在其中一个实施例中，RF射频变压器为无源变压器，使用无源变压器，能从根本上解决了电源纹波及噪声对有源器件带来的系统干扰，且能够降低系统功耗。
图2为本发明输电线路行波测量减噪装置的减噪方法的工作流程图。
一种输电线路行波测量减噪装置的减噪方法，包括：
步骤S210，接收到经过模数转换的待检测数据，执行步骤S220；
步骤S220，响应于接收到的待检测数据，将待检测数据与所有的预设的误触发波形数据进行比较，如果所述待检测数据与任意一个预设的误触发波形数据均不相同，则执行步骤S221，否则执行步骤S222；
步骤S221，判断为有效波形并输出到上位机；
步骤S222，判断为无效波形并屏蔽不进行输出。
其中的误触发波形数据，为根据输电线路行波测量监测系统中出现概率较高的由干扰信号导致的误触发波形数据，通过对对误触发波形数据的屏蔽，提高了输电线路行波测量的灵敏度。
如图3所示，在其中一个实施例中，还可以增加对待检测数据进行高频毛刺滤波，从而提高检测数据的精度，具体如下：
步骤S310，接收到经过模数转换的待检测数据，执行步骤S320；
步骤S320，对待检测数据进行高频毛刺滤波，执行步骤S330；
步骤S330，响应于接收到的待检测数据，将待检测数据与所有的预设的误触发波形数据进行比较，如果所述待检测数据与任意一个预设的误触发波形数据均不匹配，则执行步骤S331，否则执行步骤S332；
步骤S331，判断为有效波形并输出到上位机；
步骤S332，判断为无效波形并屏蔽不进行输出。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种输电线路行波测量减噪装置，其特征在于，包括：
与输电线路行波故障信号源连接的输入端、变压器、模数转换器、可编程处理器，所述变压器的一次侧与所述输入端连接，所述变压器的二次侧依次与所述模数转换器和所述可编程处理器连接，所述变压器为宽频RF射频变压器，用于将单端行波信号转换成差分信号，所述变压器的二次侧的顶端和地端分别与RC滤波网络连接，所述RC滤波网络的电阻用于限制瞬态电流，所述RC滤波网络电容为微分电容，所述RC滤波网络用于提高所述模数转换器的性能和减少踢回噪声。
2.根据权利要求1所述的输电线路行波测量减噪装置，其特征在于，所述变压器为无源射频变压器。
3.根据权利要求2所述的输电线路行波测量减噪装置，其特征在于，所述变压器的一次侧与所述输入端之间还串联有隔直电容。
4.根据权利要求3所述的输电线路行波测量减噪装置，其特征在于，所述隔直电容和变压器的一次侧之间还串联有限流电阻。
5.根据权利要求1所述的输电线路行波测量减噪装置，其特征在于，所述变压器二次侧的中间抽头通过稳压电路连接基准电压，所述稳压电路包括滤波电容和去耦电容。
6.根据权利要求1所述的输电线路行波测量减噪装置，其特征在于，所述变压器的一次侧与输入端之间还并联有匹配电阻。
7.根据权利要求1所述的输电线路行波测量减噪装置，其特征在于，所述可编程处理器为现场可编程门阵列处理器。
8.一种如权利要求1所述的输电线路行波测量减噪装置的减噪方法，其特征在于，包括：
接收到经过模数转换的待检测数据；
响应于接收到的待检测数据，将待检测数据与多个预设的误触发波形数据进行比较，如果所述待检测数据与任意一个预设的误触发波形数据均不匹配，则判断为有效波形并输出，否则判断为无效波形并屏蔽不进行输出。
9.根据权利要求8所述的输电线路行波测量减噪装置的减噪方法，其特征在于，所述方法还包括对待检测数据进行高频毛刺滤波。
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