CN104020343B - 基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法 - Google Patents
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Abstract
基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法，步骤如下：获取测量曲线；将测量曲线与标准图谱进行匹配计算：确定测量曲线的数据长度，并对测量曲线及标准图谱进行平滑滤波处理；将测量曲线与标准图谱的仿真曲线进行等长处理；将测量曲线与标准图谱的仿真曲线进行波形匹配，使测量曲线与标准图谱中仿真曲线的波形及相位一致；对测量曲线和标准图谱的仿真曲线进行方差计算，将标准图谱中与测量曲线的方差值最小的仿真曲线作为匹配曲线，当测量曲线的场强差值与匹配曲线的场强差值的方差小于方差阈值且测量曲线的最小值大于最小阈值，认为该待测输电线路带电。本发明只需测量测量路径上的电场强度差值就能判断待测物体是否有电，简化了操作过程。
Description
技术领域
本发明属于高压输电线验电技术领域，尤其涉及一种基于垂直场强差分布曲线进行图形匹配从而实现非接触式验电的方法。
背景技术
高压输电线路在进行维修之前，需要用验电器对输电线进行验电，确定线路不带电之后，才能进行检修工作，从而确保工作人员安全。如今国内外高压验电技术已发展比较成熟，而且使用范围广泛，目前的验电技术主要分为接触式验电和非接触式验电两种形式。
接触式验电，是把验电器安装在操作杆上，利用安装地线的绝缘棒直接接触高压线路进行验电。这种方法的用具长而笨重，操作困难，随着电压等级的升高，安全距离要求越大，长杆越长，在塔上或者风大环境下难以操作，而且验电器必须与高压输电线接触才能工作，存在安全隐患。此外，传统的长杆上套装电压互感器的验电方法已经难以满足超高压验电的要求。因此，急需一种更加方便、安全、高效的验电技术，满足超高压输电线路输电技术的发展。
非接触式验电是一种新型验电方法，主要是通过对带电输电线附近的电场强度进行测量来实现验电功能。非接触式验电突破传统接触式验电器的设计理论，无须直接接触高压输电线路即可检测判断带电状况，使用更为方便，且安全性更高。已知的非接触式验电方法是以输电线路下方特定测量点的场强值反推计算出输电线的带电电压，该方法操作过程繁琐，准确性不高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种基于垂直电场强度差分布曲线进行图形匹配的高压输电线验电方法，可以更方便、准确、有效的判别高压输电线路是否有电。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法，包括以下步骤：
步骤1、获取测量曲线：测量待测输电线路下方测量路径上各测量点的垂直电场强度差值，根据测量值画出待测输电线路的垂直电场强度差分布曲线，将其作为测量曲线，所述测量路径为位于输电线路下方且垂直于输电线延伸方向的直线；
步骤2、将测量曲线与标准图谱进行匹配计算，判断输电线路是否有电，得到待测输电线路的电压等级，步骤如下：
步骤2-1、确定测量曲线的数据长度，并对测量曲线及标准图谱进行平滑滤波处理；
步骤2-2、将测量曲线与标准图谱的仿真曲线进行等长处理；
步骤2-3、将测量曲线与标准图谱的仿真曲线进行波形匹配，对测量曲线进行左右平移，使测量曲线与标准图谱中仿真曲线的波形及相位一致；
步骤2-4、对测量曲线和标准图谱的仿真曲线进行方差计算，依次计算标准图谱中每一仿真曲线与测量曲线的差异，将标准图谱中与测量曲线的方差值最小的仿真曲线作为匹配曲线，当测量曲线的场强差值与匹配曲线的场强差值的方差小于方差阈值a，且测量曲线的最小值大于最小阈值b，则认为该待测输电线路带电，待测输电线的实际电压为与该匹配曲线对应的电压值；当测量曲线的场强差值与匹配曲线的场强差值的方差小于方差阈值a，且测量曲线的最小值小于最小阈值b，则认为该待测输电线路不带电；当测量曲线的场强差值与匹配曲线的场强差值的方差大于方差阈值a时，则认为测量曲线不在标准图谱的范围内，该测量曲线无效，返回步骤1重新测量。
更进一步的，所述标准图谱通过仿真计算得到，其包括设定塔型、高度固定的仿真输电线路下方测量路径与不同电压等级相对应的垂直电场强度差分布曲线，标准图谱的仿真输电线路的高度与待测输电线路的高度一致，仿真测量路径与地面间的距离与实际测量路径与地面间的距离一致，仿真输电线路类型与待测输电线路类型一致，仿真输电线路塔型与待测输电线路塔型一致。
更进一步的，所述测量点以输电线路的中心为对称中心均匀对称的分布在测量路径上。
更进一步的，待测输电线路的两端输电线边相导线的间距为l1，最外端的测量点与同侧输电线路边相导线之间的距离为l2，且l1:l2＝8:5。
更进一步的，测量曲线与标准图谱的仿真曲线等长步骤中，根据测量曲线的数据长度，采用先插值后采样的方法对标准图谱的仿真曲线进行等长处理，使测量曲线与标准图谱的仿真曲线等长。
更进一步的，测量曲线与标准图谱的曲线波形匹配步骤中，测量曲线的平移方法如下：找出测量曲线的波峰与标准图谱中各仿真曲线的波峰的时间差Δt，从而确定测量曲线与各仿真曲线的相位差，根据测量曲线的波峰与各仿真曲线的波峰的最大时间差Δtmax及数据的长度N确定最大的平移范围MAX
＝Δ
tmax
/T
·
N
，其中的T为电压信号周期，将测量曲线左右各平移1～MAX个点使曲线波形对齐。
更进一步的，所述步骤2-4中的方差阈值a为0.15，最小阈值b为匹配曲线的额定电压场强平均值的15％。
更进一步的，所述步骤2-4中采用欧氏距离法计算标准图谱中每一仿真曲线与测量曲线的差异。
本发明方法通过测量输电线路下方测量路径上各测量点的垂直电场强度差值，画出测量曲线，与标注图谱中已知的该高度的不同电压等级的输电线模拟仿真得到的垂直电场强度差曲线图作对比，从而得到验电结果。本发明只需测量输电线路下方测量路径的垂直电场强度差值就能够判断待测物体是否有电，简化了操作过程，提高了检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为输电线路与测量路径的分布示意图；
图2为图1另一角度的示意图；
图3为仿真软件建立的双回路输电线路模型图；
图4为仿真计算得到的标准图谱；
图5为本发明方法的流程图；
图6为本发明实施例的待测输电线路与测量路径的分布示意图；
图7为本发明实施例的待测输电线路的测量曲线。
具体实施方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。
参照图1和图2，以同塔双回输电线路为例，当输电线路(其中一回路为A、B、C相，另一回路为A1、B1、C1相)的高度(H1)确定时，其下方距地面一定高度(H2)且垂直于输电线延伸方向的直线(a)的垂直电场强度差值由输电线路的电压等级决定，即当输电线路的电压等级确定时，其下方距离地面一定高度的垂直于输电线延伸方向的直线的垂直电场强度差的分布曲线是可以确定的。本发明利用输电线路下方特定高度的垂直于输电线延伸方向的直线的垂直电场强度差由输电线路的电压等级决定的特点，将该直线作为测量路径，在测量路径上分布若干测量点，通过测量各测量点的垂直电场强度差值，画出测量路径的垂直电场强度差分布曲线，将实际测量得到的测量曲线与标准图谱的仿真场强差分布曲线进行匹配计算，即可判断输电线路是否带电，并确定输电线的电压等级。
以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明的标准图谱通过仿真计算得到，通过软件计算出不同类型的输电线路在高压输电线路高度固定、电压等级不同时，输电线路下方测量路径的垂直电场强度差分布曲线，将得到的与电压等级对应的仿真垂直电场强度差分布曲线作为标准图谱。常见的输电线路的类型包括单塔单回路、同塔双回路、两路并行等。如图3所示，本实施例采用ANSYS MAXWELL软件，建立两列三相线路 垂直排列的同塔双回路的二维模型，仿真输电线路的高度为30米，仿真测量路径距离地面的高度为2米，该仿真测量路径垂直于仿真输电线路延伸方向、并以仿真输电线路中心为0点向两侧延伸至输电线边相导线外侧20米之间的水平范围内。采用软件仿真计算出该输电线路的电压等级从0V到1000kV时测量路径的垂直间距b为20cm的电场强度差值，并画出相应的仿真垂直电场强度差分布曲线，将这些仿真曲线作为标准图谱。图4示出了输电线路塔高为30米时其中五个特定电压等级：10kV、72kV、110kV、330kV和750kV的仿真垂直电场强度差分布曲线。需要说明的是，建立标准图谱时，仿真输电线路的高度要与待测输电线路的高度一致，仿真测量路径与地面间的距离要与实际测量路径与地面间的距离一致，仿真输电线路类型与待测输电线路类型一致，仿真输电线路类型与待测输电线路类型一致。
下面结合图5对本发明方法作进一步说明。图5为本发明方法的流程图，本发明方法的步骤如下：
步骤1、获取测量曲线：测量待测输电线路下方测量路径上各测量点的垂直电场强度差值，根据测量值画出待测输电线路的垂直电场强度差分布曲线，将其作为测量曲线；
如图6所示，采用差分式场强测量传感器在30米高的待测双回路超高压输电线下方沿着测量路径的测量点进行测量，获取各测量点垂直间距b为20cm的电场强度差值，根据测量值得到测量曲线，该测量曲线如图7所示。本实施例的测量路径距离地面的高度为2米，测量点以输电线路的中心为对称中心均匀对称的分布在测量路径上，两端输电线边相导线的间距为l1，最外端的测量点与同侧输电线路边相导线之间的距离为l2，l1:l2＝8:5。
步骤2、将测量曲线与标准图谱进行匹配计算，得到待测输电线路的电压等级，判断输电线路是否有电，步骤如下：
步骤2-1、确定测量曲线的数据长度，并对测量曲线及标准图谱进行平滑滤波处理，采用计算机软件对曲线进行平滑滤波以避免曲线毛刺较多。
步骤2-2、将测量曲线与标准图谱的仿真曲线等长处理；由仿真计算得到的标准图谱中仿真曲线的长度是固定的，而实际测量得到的测量曲线是根据现场情况人工手动测量的，大多数情况下测量曲线与标准图谱中的仿真曲线的长 度不一致，因此需将测量曲线与标准图谱的仿真曲线进行等长处理，因为标准图谱是模型仿真值，可以根据测量曲线的数据长度人为确定仿真数据的长度，如通过对标准图谱采用先插值后采样的方法进行等长处理，使测量曲线(图7)与标准图谱(图4)的仿真曲线等长。
步骤2-3、将测量曲线与标准图谱的曲线进行波形匹配；由于测量曲线可能与标准图谱中的仿真曲线的波形一致但相位不一致，需要对测量曲线进行左右平移，使测量曲线与标准图谱中仿真曲线的波形及相位尽可能的一致，以便找出最佳的匹配波形。可采用如下方法平移测量曲线：找出测量曲线的波峰与标准图谱中各仿真曲线的波峰的时间差Δt，从而确定测量曲线与各仿真曲线的相位差，根据测量曲线的波峰与各仿真曲线的波峰的最大时间差Δtmax及数据的长度N确定最大的平移范围MAX
＝Δ
tmax
/T
·
N
，其中的T为电压信号周期，将测量曲线左右各平移1～MAX个点使曲线波形对齐。本例中，测量曲线的波峰与标准图谱中各仿真曲线的波峰的最大时间差约为Δtmax＝T/8，即相位差约为π/4，从波形上看，测量曲线的波形相较于标准图谱的仿真曲线提前或延后了T/8，根据最大时间差及数据的长度确定最大的平移范围为MAX
＝Δ
t/T
·
N
＝
N/8
。
步骤2-4、对测量曲线和标准图谱的仿真曲线进行方差计算，依次计算标准图谱中每一仿真曲线与测量曲线的差异，将标准图谱中与测量曲线的方差值最小的仿真曲线作为匹配曲线，当测量曲线的场强差值与匹配曲线的场强差值的方差小于方差阈值a，且测量曲线的最小值大于最小阈值b，则认为该待测输电线路带电，且待测输电线的实际电压为与该匹配曲线对应的电压值；当测量曲线的场强差值与匹配曲线的场强差值的方差小于方差阈值a，且测量曲线的最小值小于最小阈值b，则认为该待测输电线路不带电；当测量曲线的场强差值与匹配曲线的场强差值的方差大于方差阈值a时，则认为测量曲线不在标准图谱的范围内，该测量曲线无效。在实际测量过程中，当实际测量点偏离测量路径时，会导致根据测量值绘制的测量曲线不在标准图谱范围内，无法对带电情况进行判断，此时，需重新进行测量，获取正确的测量曲线进行匹配计算，从而判断出带电情况。前述方差阈值a根据实际标准环境下测量经验值确定，a为0.15，b是参考高压带电显示装置国家标准中的相关阈值确定，b为匹配曲线的额定电压场强平均值的15％。本例中，采用欧氏距离法计算标准图 谱中每一仿真曲线与测量曲线的差异，得出标准图谱中与测量曲线的方差值最小的仿真曲线为750kV场强差曲线，即测量曲线与标准图谱中的750kV场强差曲线相匹配，测量曲线的场强差值与750kV曲线的场强差值的方差为0.069336，小于方差阈值a，额定电压750kV的场强平均值的15％为561v/m，即b＝561v/m，测量曲线的场强最小值为2142v/m，大于最小阈值b，因此判断被测输电线路带电。
本发明通过仿真计算的方式，获得各种输电线路在固定高度、不同电压等级情况下的垂直电场强度差分布曲线，将得到的仿真曲线作为对比的标准图谱；然后对测量路径上的各测量点进行实际测量，得到测量曲线，将根据测量值计算得到的测量曲线与仿真曲线进行匹配计算，从而判断输电线路是否带电。本发明方法通过测量输电线路下的垂直电场强度差的分布曲线，就能判断待测输电线路是否有电，可以免去现有技术中需对同一线路进行多次测量才能得到基准值的繁杂步骤，避免了选取特定点所带来的误差，简化操作过程，而且本发明的标准图谱通过仿真实验而得，可以减少外界环境的干扰，提高了验电的精准度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、获取测量曲线：测量待测输电线路下方测量路径上各测量点的垂直电场强度差值，根据测量值画出待测输电线路的垂直电场强度差分布曲线，将其作为测量曲线，所述测量路径为位于输电线路下方且垂直于输电线延伸方向的直线；
步骤2、将测量曲线与标准图谱进行匹配计算，判断输电线路是否有电，得到待测输电线路的电压等级，步骤如下：
步骤2-1、确定测量曲线的数据长度，并对测量曲线及标准图谱进行平滑滤波处理；
步骤2-2、将测量曲线与标准图谱的仿真曲线进行等长处理；
步骤2-3、将测量曲线与标准图谱的仿真曲线进行波形匹配，对测量曲线进行左右平移，使测量曲线与标准图谱中仿真曲线的波形及相位一致；
步骤2-4、对测量曲线和标准图谱的仿真曲线进行方差计算，依次计算标准图谱中每一仿真曲线与测量曲线的差异，将标准图谱中与测量曲线的方差值最小的仿真曲线作为匹配曲线，当测量曲线的场强差值与匹配曲线的场强差值的方差小于方差阈值a，且测量曲线的最小值大于最小阈值b，则认为该待测输电线路带电，待测输电线的实际电压为与该匹配曲线对应的电压值；当测量曲线的场强差值与匹配曲线的场强差值的方差小于方差阈值a，且测量曲线的最小值小于最小阈值b，则认为该待测输电线路不带电；当测量曲线的场强差值与匹配曲线的场强差值的方差大于方差阈值a时，则认为测量曲线不在标准图谱的范围内，该测量曲线无效，返回步骤1重新测量。
2.根据权利要求1所述的基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法，其特征在于：所述标准图谱通过仿真计算得到，其包括设定塔型、高度固定的仿真输电线路下方测量路径的与不同电压等级相对应的垂直电场强度差分布曲线，标准图谱的仿真输电线路的高度与待测输电线路的高度一致，仿真测量路径与地面间的距离与实际测量路径与地面间的距离一致，仿真输电线 路类型与待测输电线路类型一致，仿真输电线路塔型与待测输电线路塔型一致。
3.根据权利要求1或2所述的基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法，其特征在于：所述测量点以输电线路的中心为对称中心均匀对称的分布在测量路径上。
4.根据权利要求3所述的基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法，其特征在于：待测输电线路的两端输电线边相导线的间距为l1，最外端的测量点与同侧输电线路边相导线之间的距离为l2，且l1:l2＝8:5。
5.根据权利要求1所述的基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法，其特征在于：测量曲线与标准图谱的仿真曲线等长步骤中，根据测量曲线的数据长度，采用先插值后采样的方法对标准图谱的仿真曲线进行等长处理，使测量曲线与标准图谱的仿真曲线等长。
6.根据权利要求1所述的基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法，其特征在于：测量曲线与标准图谱的曲线波形匹配步骤中，测量曲线的平移方法如下：找出测量曲线的波峰与标准图谱中各仿真曲线的波峰的时间差Δt，从而确定测量曲线与各仿真曲线的相位差，根据测量曲线的波峰与各仿真曲线的波峰的最大时间差Δtmax及数据的长度N确定最大的平移范围MAX
＝Δ
tmax
/T
·
N
，其中的T为电压信号周期，将测量曲线左右各平移1～MAX个点使曲线波形对齐。
7.根据权利要求1所述的基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法，其特征在于：所述步骤2-4中的方差阈值a为0.15，最小阈值b为匹配曲线的额定电压场强平均值的15％。
8.根据权利要求1所述的基于电场强度差分布曲线匹配的高压输电线验电方法，其特征在于：所述步骤2-4中采用欧氏距离法计算标准图谱中每一仿真曲线与测量曲线的差异。
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