CN103558505B - 线路闪络故障检测方法和裝置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种线路闪络故障检测方法和装置,其采集杆塔周围线路上的噪声信号;提取单位时间内的噪声信号中的噪声特征,并根据所述噪声特征检测输电线路是否发生闪络故障。通过本发明,可以同时测量风偏闪络和绝缘子闪络,相对于寻常的测量方式减少了一半的工作设备,而且基于噪声信号的检测系统结构比较简单,设备的运行和维护成本都比较低,可以大大提高维护工人的工作效率。

Description

线路闪络故障检测方法和裝置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种线路检测技术,尤其涉及一种线路闪络故障检测方法和装置。
背景技术
[0002] 在高压线路上,由于各种原因,如野外环境恶劣,特别是大风、雨雪、灰尘、鸟类等自然灾害的存在,容易对电线和杆塔造成损伤,继而引起各种线路故障。
[0003] 比较常见的线路故障有风偏闪络、绝缘子闪络。
[0004] 风偏闪络主要是强风状态下,绝缘子串相对于杆塔出现一定的位移和偏转,减小了导线与杆塔之间空气的放电间隙,增大了风偏角,当距离不能满足绝缘强度要求时,加上大风伴随的强降雨或者冰雹降低了导线与杆塔之间的工频放电电压,就会导致绝缘体表面放电,稍不注意,就会造成经济损失。
[0005] 绝缘子闪络是由于绝缘子长期暴露在空气当中,大气中悬浮的颗粒会吸附在绝缘子表面,长时间不清洗会在表面形成污秽层。如遇到雾、露、细雨等潮湿天气时,污秽层中的电解质就会发生电离,绝缘子表面的电导将会增大,绝缘水平下降,表面的泄露电流会随着电导的增大而逐渐增加,引起导线发热,形成一个干燥带,从而使得沿绝缘子表面电压分布不均匀,产生局部电弧,严重情况下就会发生闪络。绝缘子闪络会导致线路短路接地,不仅会烧坏绝缘子,还会引起线路跳闸,导致大面积的短路停电,造成巨大的经济损失。
[0006] 常见的风偏闪络监控系统大多数是通过监测风偏角来达到故障预警的目的。常见的监测绝缘子闪络的方法为:以激光多普勒振动法及红外热像仪法为代表的非电量测量法和以电压分布检测法、绝缘电阻法及脉冲电流法为代表的电量测量法。上述方法都是针对风偏和绝缘闪络分别测量,监测方法比较单一,无法统一。
发明内容
[0007] 为解决上述现有技术中存在的问题与缺陷,本发明提供一种线路闪络故障检测方法和装置,其基于闪络放电原理,利用线路在不同放电情况下出现音频信号发射波的不同特征,判断线路闪络故障,从而能够实现同时检测风偏闪络和绝缘子闪络线路故障的目的。
[0008] 本发明的技术方案如下:
[0009] 本发明提供一种线路闪络故障检测方法,其包括:
[0010] 采集杆塔周围线路上的噪声信号;
[0011] 选取单位时间内的噪声信号,提取其噪声特征,并根据所述噪声特征检测输电线路是否发生闪络故障。
[0012] 更进一步地,所述提取单位时间内的噪声信号中的噪声特征,并根据所述噪声特征检测输电线路是否发生闪络故障的过程,包括:
[0013] 提取单位时间内噪声信号中的频率特征;
[0014] 根据所述频率特征确定单位时间内的噪声信号连续;
[0015] 检测连续噪声信号的频率大小是否达到设定阈值,并当确认所述噪声信号的频率大小达到设定阈值时,确定输电线路发生闪络故障。
[0016] 更进一步地,在确定输电线路发生闪络故障的过程之前,还包括:
[0017] 提取连续噪声信号中的声波振幅特征;
[0018] 检测到声波振幅的大小呈逐渐增大的趋势。
[0019] 更进一步地,在确定输电线路发生闪络故障的过程之前,还包括:
[0020] 提取连续噪声信号中的声压大小特征;
[0021] 检测到声压大小呈逐渐增大的趋势。
[0022] 更进一步地,在确定输电线路发生闪络故障的过程之前,还包括:
[0023] 提取连续噪声信号中的脉冲特征;
[0024] 检测到脉冲由稀疏变得逐渐密集。
[0025] 本发明还提供一种线路闪络故障检测装置,其包括:
[0026] 适于采集杆塔周围线路上的噪声信号的数据采集单元,安装在杆塔周围输电线路上,并设置有输出端;
[0027] 与所述数据采集单元输出端相连接并包括滤波器和模数转换器的数据处理单元;
[0028] 与所述数据处理单元相连的数据分析单元,所述数据分析单元包括:
[0029] 接收噪声信号的数据接口 ;
[0030] 适于提取噪声特征的数据提取子单元;
[0031] 根据所述数据提取子单元输出的噪声特征确定输电线路是否发生闪络故障的数据分析子单元。
[0032] 更进一步地,所述数据提取子单元包括:适于提取单位时间内噪声信号中的频率特征的频率特征提取模块;所述数据分析子单元包括:适于根据所述频率特征确定单位时间内的噪声信号连续的连续分析模块;适于检测所述连续分析模块提供的连续噪声信号的频率大小是否达到设定阈值,并当确认所述噪声信号的频率大小达到设定阈值时输出确认信息的第一检测模块;根据确认信息确定输电线路发生闪络故障的故障确认模块。
[0033] 更进一步地,所述数据提取子单元还包括:适于提取连续噪声信号中的声波振幅特征的声波特征提取模块;所述数据分析子单元还包括:适于检测所述声波特征提取模块所提取的声波振幅的大小是否呈逐渐增大趋势并当确认是时输出确认信息的第二检测模块。
[0034] 更进一步地,所述数据提取子单元还包括:适于提取连续噪声信号中的声压大小特征的声压特征提取模块;所述数据分析子单元还包括:适于检测所述声压特征提取模块所提取的声压大小是否呈逐渐增大趋势并当确认是时输出确认信息的第三检测模块。
[0035] 更进一步地,所述数据提取子单元还包括:适于提取连续噪声信号中的脉冲特征的脉冲特征提取模块;所述数据分析子单元还包括:适于检测所述脉冲特征提取模块所提取的脉冲是否由稀疏变得逐渐密集并当确认是时输出确认信息的第四检测模块。
[0036]由本发明上述方案可以看出,其基于闪络放电原理,利用线路在不同放电情况下出现噪声信号发射波的噪声特征判断线路闪络故障,因此本发明可以同时测量风偏闪络和绝缘子闪络,相对于寻常的测量方式减少了一半的工作设备,而且基于噪声信号的检测系统结构比较简单,设备的运行和维护成本都比较低,可以大大提高维护工人的工作效率。
附图说明
[0037]图1是本发明的一种线路闪络故障检测方法的流程图;
[0038]图2是本发明的一种线路闪络故障检测方法中的第一种分析过程流程图;
[0039]图3是本发明的一种线路闪络故障检测方法中的第二种分析过程流程图;
[0040]图4是本发明的一种线路闪络故障检测方法中的第三种分析过程流程图;
[0041]图5是本发明的一种线路闪络故障检测方法中的第四种分析过程流程图;
[0042]图6是本发明的一种线路闪络故障检测装置的结构示意图;
[0043]图7是本发明的一种线路闪络故障检测装置中的数据处理单元的电路图。
具体实施方式
[0044] 为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明专利作进一步地详细描述。
[0045]由于输电线路发生闪络时会发生放电现象,这样就会产生各种各样的噪声和脉冲信号,本发明则通过采集这些噪声信号和脉冲信号并且加以分析来确定输电线路是否发生闪络故障。
[0046] 本发明提供了一种线路闪络故障检测方法,其流程如图1所示,包括:
[0047] 步骤S101,采集杆塔周围线路上的噪声信号;
[0048] 步骤S102,提取单位时间内的噪声信号中的噪声特征,并根据所述噪声特征检测输电线路是否发生闪络故障。
[0049] 该步骤S102的具体执行情况如图2所示,包括:
[0050] 步骤S201,提取单位时间内接收到的噪声信号中的噪声特征;包括噪声频率、声压强度、声波振幅以及脉冲特征等。
[0051] 步骤S202,检测噪声频率在单位时间内是不是连续,若不连续,则说明该噪声信号不稳定,于是执行步骤S203 ;若连续,则执行步骤S204 ;根据所述频率特征确定单位时间内的噪声信号连续;
[0052] 步骤S203,删除该单位时间内的数据信息;
[0053] 步骤S204,判断连续噪声频率大小是否达到设定阈值(如50HZ),若未达到,则转入步骤S203 ;若达到,则执行步骤S205 ;
[0054] 步骤S205,判断单位时间内的声波的振幅大小是否呈逐渐增大的趋势;若否,则转入步骤S203 ;若呈逐渐增大的趋势,则转入步骤S206 ;
[0055] 步骤S206,判断声压振幅大小是否呈逐渐增大的趋势,若否,则转入步骤S203 ;若呈逐渐增大的趋势,则执行步骤S207 ;
[0056] 步骤S207,判断脉冲特征是否由稀疏变得逐渐密集,若否,则转入步骤S203 ;若是,则执行步骤S208 ;
[0057] 步骤S208,确定输电线路发生闪络故障。
[0058] 步骤S102也可以仅仅根据噪声信号中的频率特征确定输电线路是否发生闪络故障,具体实现过程如图3所示,包括如下步骤:
[0059] 步骤S301,提取单位时间内接收到的噪声信号中的噪声频率特征;
[0060] 步骤S302,检测噪声频率在单位时间内是不是连续,若不连续,则说明该噪声信号不稳定,于是执行步骤S303 ;若连续,则执行步骤S304 ;
[0061] 步骤S303,删除该单位时间内的数据信息;
[0062] 步骤S304,确定输电线路发生闪络故障。
[0063] 上述步骤S102也可以根据噪声信号中的频率特征和声波振幅特征,确定输电线路是否发生闪络故障,具体实现过程如图4所示,包括如下步骤:
[0064] 步骤S401,提取单位时间内接收到的噪声信号中的噪声频率、声波振幅特征;
[0065] 步骤S402,检测噪声频率在单位时间内是不是连续,若不连续,则说明该噪声信号不稳定,于是执行步骤S403 ;若连续,则执行步骤S404 ;
[0066] 步骤S403,删除该单位时间内的数据信息;
[0067] 步骤S404,判断连续噪声频率大小是否达到设定阈值(如50HZ),若未达到,则转入步骤S403 ;若达到,则执行步骤S405 ;
[0068] 步骤S405,判断单位时间内的声波振幅的大小是否呈逐渐增大的趋势;若否,则转入步骤S403 ;若呈逐渐增大的趋势,则转入步骤S406 ;
[0069] 步骤S406,确定输电线路发生闪络故障。
[0070] 上述步骤S102中也可以根据噪声信号中的频率特征、声波振幅特征和声压特征,确定输电线路是否发生闪络故障,具体实现过程如图5所示,包括如下步骤:
[0071 ] 步骤S501,提取单位时间内接收到的噪声信号中的频率特征、声压特征、声波振幅特征;
[0072] 步骤S502,根据频率特征检测噪声频率在单位时间内是不是连续,若不连续,则说明该噪声信号不稳定,于是执行步骤S503 ;若连续,则执行步骤S504 ;
[0073] 步骤S503,删除该单位时间内的数据信息;
[0074] 步骤S504,判断连续噪声频率大小是否达到设定阈值(如50HZ),若未达到,则转入步骤S503 ;若达到,则执行步骤S505 ;
[0075] 步骤S505,判断单位时间内的声波振幅的大小是否呈逐渐增大的趋势;若否,则转入步骤S503 ;若呈逐渐增大的趋势,则转入步骤S506 ;
[0076] 步骤S506,判断声压大小是否呈逐渐增大的趋势,若否,则转入步骤S503 ;若呈逐渐增大的趋势,则执行步骤S508 ;
[0077] 步骤S508,确定输电线路发生闪络故障。
[0078] 上述步骤S102中也可以根据噪声信号中的频率特征初步确定输电线路是否发生闪络故障,然后再根据声压特征,进一步检测输电线路是否发生闪络故障。详细实现过程与上述相关描述类似,这里不再详细描述。
[0079] 上述步骤S102也可以根据噪声信号中的频率特征初步确定输电线路是否发生闪络故障,然后再根据脉冲特征,进一步检测输电线路是否发生闪络故障。详细实现过程与上述相关描述类似,这里不再详细描述。
[0080] 本发明还提供了一种线路闪络故障检测装置,其结构如图6所示,包括:数据采集单元10、数据处理单元20、数据传输单元30、数据分析单元40和数据输出单元50。
[0081] 上述数据采集单元10包括多个采集器,分别设置在杆塔周围输电线路上,用来采集杆塔周围不同线路的噪声信号。该数据采集单元上设置有输出端,其通过该数据接口将采集到的信息传输给数据处理单元20。
[0082] 数据处理单元20的电路图如图7所示,其设置有滤波器、放大器以及A/D转换器。其中滤波器的输出端连接放大器的正输入端,放大器的负输入端接地,放大器的输出端连接A/D转换器的输入端。滤波器用于将数据采集单元10采集到的信号进行降低噪声、滤除信号干扰处理;放大电路用于将滤波后的微弱信号进行放大,便于后续的处理和分析;A/D转换器用于将模拟信号转换为数字信号。
[0083] 数据传输单元30中设置有连接有上述数据处理单元20和数据分析单元40的数据接口,其通过数据接口接收上述数据处理单元20输送给的数字信号,并解析后将其重新封装为数据分析单元能够识别的数字信号,而后传输给数据分析单元40。
[0084] 数据分析单元40可以由一个或者多个芯片而成,并且设置有接收噪声信号的数据接口 ;通过该数据接口可以与数据传输单元30和数据输出单元50通信。上述芯片中集成有数据提取子单元4001、数据分析子单元4002。上述芯片可以是ARM9系列中S3C2440芯片等。数据分析单元40通过数据接口接收到噪声信号后,通过数据提取子单元4001将噪声信号中的频率、声压强度、声波振幅以及脉冲等噪声特征提取出来;数据分析子单元4002根据所述数据提取子单元输出的噪声特征确定线路是否发生闪络故障。
[0085] 上述数据提取子单元4001包括:
[0086] 频率特征提取模块,适于提取单位时间内噪声信号中的频率特征;
[0087] 声波特征提取模块,适于提取连续噪声信号中的声波振幅特征;
[0088] 声压特征提取模块,适于提取连续噪声信号中的声压特征;
[0089] 脉冲特征提取模块,适于提取连续噪声信号中的脉冲特征。
[0090] 上述数据分析子单元包括:
[0091 ] 连续分析模块,适于根据所述频率特征确定单位时间内的噪声信号连续的;
[0092] 第一检测模块,适于检测所述连续分析模块提供的连续噪声信号的频率大小是否达到设定阈值,并当确认所述噪声信号的频率大小达到设定阈值时输出确认信息;
[0093] 第二检测模块,适于检测所述声波特征提取模块所提取的声波振幅的大小是否呈逐渐增大趋势并当确认是时输出确认信息;
[0094] 第三检测模块,适于检测所述声压特征提取模块所提取的声压大小是否呈逐渐增大趋势并当确认是时输出确认信息;
[0095] 第四检测模块,适于检测所述脉冲特征提取模块所提取的脉冲是否由稀疏变得逐渐密集并当确认是时输出确认信息。
[0096] 故障确认模块,用于根据确认信息确定输电线路发生闪络故障。
[0097] 上述数据分析单元40的工作流程详见图2,具体实现过程与上述相关描述相同,这里不再详细描述。
[0098] 数据输出单元50,利用显示器等设备输出分析结果。分析结果以直观的方式呈现给工作人员,这样便于工作人员及时了解输电线路的工作状况,并当发现线路发生闪络时,及时赶到现场排除故障,从而有效预防重大灾害发生。
[0099] 上述一种线路闪络故障检测装置的实施例中,数据分析单元40,也可以仅仅根据提取单位时间内接收到的噪声信号中的噪声频率特征确定线路闪络故障。此时上述数据提取子单元包括频率特征提取模块;上述数据分析子单元中仅仅包括:连续分析模块和第一检测模块。具体流程如图3所示,具体实现过程与上述相关描述相同,这里不再详细描述。
[0100] 上述实施例中,数据分析单元40,也可以仅仅根据提取单位时间内接收到的噪声信号中的噪声频率特征和声波振幅特征确定线路闪络故障。此时上述数据提取子单元包括频率特征提取模块和声波特征提取模块;上述数据分析子单元中仅仅包括:连续分析模块、第一检测模块和第二检测模块。具体流程如图4所示,具体实现过程与上述相关描述相同,这里不再详细描述。
[0101] 上述实施例中,数据分析单元40,也可以仅仅根据提取单位时间内接收到的噪声信号中的噪声频率特征、声波振幅特征和声压特征来确定线路闪络故障。此时上述数据提取子单元包括频率特征提取模块、声波振幅特征提取模块和声压特征提取模块;上述数据分析子单元中仅仅包括:连续分析模块、第一检测模块、第二检测模块和第三检测模块。具体流程如图5所示,具体实现过程与上述相关描述相同,这里不再详细描述。
[0102] 上述实施例中,数据分析单元40,也可以仅仅根据提取单位时间内接收到的噪声信号中的噪声频率特征和声压特征来确定线路闪络故障。此时上述数据提取子单元包括频率特征提取模块和声压特征提取模块;上述数据分析子单元中仅仅包括:连续分析模块、第一检测模块和第三检测模块。具体实现过程与上述相关描述相同,这里不再详细描述。
[0103] 上述实施例中,数据分析单元40,也可以仅仅根据提取单位时间内接收到的噪声信号中的噪声频率特征、脉冲特征来确定线路闪络故障。此时上述数据提取子单元包括频率特征提取模块和脉冲特征提取模块;上述数据分析子单元中仅仅包括:连续分析模块、第一检测模块和第四检测模块。具体实现过程与上述相关描述相同,这里不再详细描述。
[0104] 上述一种线路闪络故障检测装置实施例中,也可以仅仅数据采集单元10、数据处理单元20和数据分析单元40。此时数据处理单元20接收上述数据采集单元10提供给的噪声信号后,对这些噪声信号进行过滤和模/数转换处理后传输给数据分析单元40 ;数据分析单元40提取噪声信号中的特征信息,并根据这些噪声特征信息进行分析处理,具体分析处理过程与上述相关描述相同,这里不再详细描述。
[0105]由本发明上述方案可以看出,其基于闪络放电原理,利用线路在不同放电情况下出现噪声信号发射波的不同特征判断线路闪络故障,因此本发明可以同时测量风偏闪络和绝缘子闪络,相对于寻常的测量方式减少了一半的工作设备,而且基于噪声信号的检测系统结构比较简单,设备的运行和维护成本都比较低,可以大大提高维护工人的工作效率。
[0106] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内,所做的任何等效变化或润饰,同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (8)

1.一种线路闪络故障检测方法,其特征在于,包括: 采集杆塔周围线路上的噪声信号; 提取单位时间内噪声信号中的频率特征; 根据所述频率特征确定单位时间内的噪声信号连续; 检测连续噪声信号的频率大小是否达到设定阈值,并当确认所述噪声信号的频率大小达到设定阈值时,确定输电线路发生闪络故障。
2.根据权利要求1所述的线路闪络故障检测方法,其特征在于,在确定输电线路发生闪络故障的过程之前,还包括: 提取连续噪声信号中的声波振幅特征; 检测到声波振幅的大小呈逐渐增大的趋势。
3.根据权利要求1所述的线路闪络故障检测方法,其特征在于,在确定输电线路发生闪络故障的过程之前,还包括: 提取连续噪声信号中的声压大小特征; 检测到声压大小呈逐渐增大的趋势。
4.根据权利要求1所述的线路闪络故障检测方法,其特征在于,在确定输电线路发生闪络故障的过程之前,还包括: 提取连续噪声信号中的脉冲特征; 检测到脉冲由稀疏变得逐渐密集。
5.一种线路闪络故障检测装置,其特征在于,所述线路闪络故障检测装置包括: 适于采集杆塔周围线路上的噪声信号的数据采集单元,安装在杆塔周围输电线路上,并设置有输出端; 与所述数据采集单元输出端相连接并包括滤波器和模数转换器的数据处理单元; 与所述数据处理单元相连的数据分析单元,所述数据分析单元包括: 接收噪声信号的数据接口; 适于提取噪声特征的数据提取子单元; 根据所述数据提取子单元输出的噪声特征确定输电线路是否发生闪络故障的数据分析子单元; 所述数据提取子单元包括:适于提取单位时间内噪声信号中的频率特征的频率特征提取模块; 所述数据分析子单元包括: 适于根据所述频率特征确定单位时间内的噪声信号连续的连续分析模块; 适于检测所述连续分析模块提供的连续噪声信号的频率大小是否达到设定阈值,并当确认所述噪声信号的频率大小达到设定阈值时输出确认信息的第一检测模块; 根据确认信息确定输电线路发生闪络故障的故障确认模块。
6.根据权利要求5所述的线路闪络故障检测装置,其特征在于, 所述数据提取子单元还包括:适于提取连续噪声信号中的声波振幅特征的声波特征提取丰吴块; 所述数据分析子单元还包括:适于检测所述声波特征提取模块所提取的声波振幅的大小是否呈逐渐增大趋势并当确认是时输出确认信息的第二检测模块。
7.根据权利要求5所述的线路闪络故障检测装置,其特征在于, 所述数据提取子单元还包括:适于提取连续噪声信号中的声压大小特征的声压特征提取丰吴块; 所述数据分析子单元还包括:适于检测所述声压特征提取模块所提取的声压大小是否呈逐渐增大趋势并当确认是时输出确认信息的第三检测模块。
8.根据权利要求5所述的线路闪络故障检测装置,其特征在于, 所述数据提取子单元还包括:适于提取连续噪声信号中的脉冲特征的脉冲特征提取模块; 所述数据分析子单元还包括:适于检测所述脉冲特征提取模块所提取的脉冲是否由稀疏变得逐渐密集并当确认是时输出确认信息的第四检测模块。
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