CN106324329A - 一种基于D‑dot原理的过电压自适应识别方法及系统 - Google Patents

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CN106324329A CN201610938579.5A CN201610938579A CN106324329A CN 106324329 A CN106324329 A CN 106324329A CN 201610938579 A CN201610938579 A CN 201610938579A CN 106324329 A CN106324329 A CN 106324329A
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Abstract

本发明是关于一种基于D‑dot原理的过电压自适应识别方法及系统，该系统包括D‑dot双层金属球传感器、放大电路、信号处理电路、过电压自识别电路、处理器和显示器，其中，D‑dot双层金属球传感器用于采集各个频率段的电压信号；放大电路和信号处理电路对电压信号进行预处理，提高抗干扰能力；过电压自识别电路通过有效值积分电路、比较电路和滤波电路进行自动识别过电压类型；识别的过电压信号输出至处理器，处理器对过电压信号进行处理和储存，并通过无线装置将数据传输至显示器；显示器将过电压信号以图形形式直观的显示出来，便于技术人员进行分析和统计。该过电压自适应识别系统能够对过电压信号进行自动筛选，且体积小，安装方便，适合大面积布点监测。

Description

一种基于D-dot原理的过电压自适应识别方法及系统
技术领域
本发明涉及智能电网过电压监测技术领域，尤其涉及一种基于D-dot原理的过电压自适应识别方法及系统。
背景技术
过电压是电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高的现象，电力系统过电压不仅关系到发电机、变压器、输电线路等电力设备绝缘强度的合理设计，而且直接影响到电力系统的安全运行。随着电网的迅速建设与发展，电气设备过电压事故发生更为频繁，给电网和工农业生产带来了巨大的损失。实时监测电网过电压，实现电网运行状态的获取，便于进行事故分析及电气设备绝缘配合。
过电压在线监测能实现实时记录电力系统中发生的各种过电压事故的数据，实现在过电压发生时能完整准确地记录下过电压的实际变化过程，记录保存过电压的波形和各种参数，存储事故发生前后过电压的情况和发生过程中对电网电压的影响，作为运行人员分析事故原因的依据。根据系统电压等级不同，过电压在线检测系统使用相应电压等级的高压分压器。高压分压器采集到过电压信号后，信号传送至数据采集单元，输入的模拟电压信号经过A/D转换，变成计算机所能识别的数字信号，数据处理单元自动对过电压数据进行处理，并以图形形式直观的显示出来，为生产技术人员分析过电压故障提供依据。
但是，目前的电网过电压在线监测装置，主要功能集中于对各种过电压波形的实时采集，存储以及数据维护，不具备分析识别能力，不能及时对事故进行分析和防止。当出现过电压事故时，往往需要人工来提取过电压波形输出数据，根据人工经验，判断出过电压类型作为分析事故原因的重要参考。由于监测到的过电压数据众多，靠人工对过电压波形作出识别，是一项十分繁复而艰巨的任务，同时，由于人员判断受主观因素的影响，靠人工判断过电压类型，难以形成科学统一的判断标准，容易导致误判。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种基于D-dot原理的过电压自适应识别方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种基于D-dot原理的过电压自适应识别方法，所述方法包括：
通过D-dot双层金属球传感器采集各个频率段的电压信号；
对所述电压信号进行预处理；
通过有效值积分电路将所述电压信号转换为电压有效值；
判断所述电压有效值是否大于第一预设阈值，若是，则判别所述电压信号为雷电过电压信号；
若否，则判断所述电压有效值是否大于第二预设阈值，若是，则判别所述电压信号为雷电过电压信号或操作过电压信号；
若否，则判断所述电压有效值是否大于第三预设阈值，若是，则判别所述电压信号为暂态过电压信号或工频过电压信号；
若否，则判别所述电压信号为正常电压信号；
当所述电压信号为过电压信号时，对所述过电压信号进行处理，并通过显示器对所述过电压信号进行实时显示。
优选地，上述基于D-dot原理的过电压自适应识别方法中，所述判别所述电压信号为雷电过电压信号或操作过电压信号具体方法包括：
判断所述电压信号是否通过高通滤波器，若是，则判断所述电压有效值是否大于第一预设子阈值，若是，则判别所述电压信号为雷电过电压信号；
若所述电压信号不能通过高通滤波器或所述电压有效值小于第一预设子阈值，则判断所述电压信号是否通过带宽为5kHz至100kHz的带通滤波器；
若所述电压信号通过带宽为5kHz至100kHz的带通滤波器，则判断所述电压有效值是否大于第二预设子阈值，若是，则判别所述电压信号为操作过电压；
若所述电压信号不能通过带宽为5kHz至100kHz的带通滤波器或所述电压有效值小于第二预设子阈值，则判断所述电压有效值是否大于第三预设阈值；
所述第一预设子阈值和第二预设子阈值包含于所述第一预设阈值至第二预设阈值范围内。
优选地，上述基于D-dot原理的过电压自适应识别方法中，所述判断所述电压有效值是否大于第三预设阈值具体包括：
判断所述电压信号是否通过带宽小于5kHz的低通滤波器，若是，则判断所述电压有效值是否大于第三预设子阈值，若是，则判别所述电压信号为暂态过电压信号；
若所述电压有效值小于所述第三预设子阈值，则判断所述电压信号是否通过带宽小于1kHz的低通滤波器；
若所述电压信号通过带宽小于1kHz的低通滤波器，则判断所述电压有效值是否大于第四预设子阈值，若是，则判别所述电压信号为工频过电压信号；
若所述电压信号不能通过带宽小于1kHz的低通滤波器或所述电压有效值小于所述第四预设子阈值，则判别所述电压信号为正常电压信号；
所述第三预设子阈值和第四预设子阈值包含于所述第二预设阈值至第三预设阈值范围内。
优选地，上述基于D-dot原理的过电压自适应识别方法中，所述对所述电压信号进行预处理具体包括:将采集到的所述电压信号进行放大和滤波。
本发明还提供一种基于D-dot原理的过电压自适应识别系统，所述系统包括依次电连接的D-dot双层金属球传感器、放大电路、信号处理器、过电压自识别电路和处理器，其中：
所述D-dot双层金属球传感器用于采集各个频率段的电压信号；
所述放大电路对所述电压信号进行放大；
所述信号处理电路对放大后的电压信号进行滤波；
所述过电压自识别电路用于自动识别各类型过电压信号；
所述处理器用于处理和储存各类型所述过电压信号；
所述处理器的输出端设置无线发射装置，所述无线发射装置用于传输所述处理器输出的信号；
所述系统还包括无线接收装置，所述无线接收装置用于接收所述无线发射装置输出的信号；
所述无线接收装置设置在显示器的输入端，所述显示器用于实时显示所述过电压信号。
优选地，上述基于D-dot原理的过电压自适应识别系统中，所述D-dot双层金属球传感器包括第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器，其中，
所述第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器上下对称设置；
所述第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器均包括金属半球本体，所述金属半球本体的外表面设置外层电极，所述金属半球本体的内表面设置内层电极，且所述外层电极和内层电极通过绝缘填充物连接。
优选地，上述基于D-dot原理的过电压自适应识别系统中，所述过电压自识别电路包括有效值积分电路和比较电路，所述有效值积分电路与比较电路电连接。
优选地，上述基于D-dot原理的过电压自适应识别系统中，所述过电压自识别电路还包括滤波电路，所述滤波电路包括高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器，所述高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器并联连接。
优选地，上述基于D-dot原理的过电压自适应识别系统中，所述处理器包括以STM32F103为核心的单片机。
优选地，上述基于D-dot原理的过电压自适应识别系统中，所述显示器包括LabVIEW虚拟仪器显示屏。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提供一种基于D-dot原理的过电压自适应识别方法及系统，通过放置在高压输电线附近的D-dot双层金属球传感器采集各个频率段的电压信号，经过放大电路的放大和信号处理电路的滤波，去除电压信号中的干扰信号；电压信号进入过电压自识别电路，通过有效值积分电路和比较电路，自动识别过电压信号和正常电压信号，由于各类型过电压信号存在交叉，为识别过电压类型，通过滤波电路和比较电路，筛选和识别出雷电过电压信号、操作过电压信号、暂态过电压信号和工频过电压信号等；对各类型过电压信号进行分类处理后，使用处理器中相应的离线算法对相应的过电压信号进行处理和储存，最后通过显示器对过电压信号进行实时显示，方便技术人员进行后续分析和统计。本发明提供的过电压自适应识别系统属于一种通用性的过电压监测系统，可以在线监测过电压信号，且可以自动识别各类型过电压信号，大大减轻了技术人员的工作强度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
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所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于D-dot原理的过电压自适应识别方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种比较电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于D-dot原理的过电压自适应识别方法中步骤S107的详细流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于D-dot原理的过电压自适应识别方法中步骤S109的详细流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基于D-dot原理的过电压自适应识别系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基于D-dot原理的过电压自适应识别系统中D-dot双层金属球传感器的结构示意图；
图1-图6中，具体标号为：
1-D-dot双层金属球传感器，11-第一单极D-dot传感器，111-外层电极，112-内层电极，113-绝缘填充物，12-第二单极D-dot传感器，2-放大电路，3-信号处理电路，4-过电压自识别电路，5-处理器，6-显示器，7-无线发射装置，8-无线接收装置。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
过电压是电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高的现象，根据不同条件分为外过电压和内过电压两大类。其中，
外过电压又称雷电过电压，是由大气中的雷云对地面放电而引起的，又分为直击雷电过电压和感应雷电过电压。直击雷电过电压是雷闪直接击中电工设备导电部分时所出现的过电压，直击雷电过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障；感应雷电过电压是雷闪击中电工设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备上感应出的过电压。
内过电压是电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压，包括操作过电压、暂态过电压和工频过电压。其中，操作过电压是电力系统由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的过电压，其持续的时间很短；暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，其持续的时间较长，衰减过程较慢；工频过电压是由于断路器的操作或系统故障，使电力系统的参数发生变化，导致电力系统内部能量的转化或传递过程中产生的过电压。
参见图1，该图示出了本发明实施例提供的基于D-dot原理的过电压自适应识别方法的流程图。
如图1所述，过电压自适应识别方法包括如下步骤：
S101：通过D-dot双层金属球传感器采集各个频率段的电压信号。
在本发明实施例中，D-dot双层金属球传感器放置于高压输电线的附近，该传感器通过测量电位移矢量的变化率来实现对电压信号的测量，其输出电压信号正比于所在空间的电位移矢量对时间的一阶微分量，因此，只要对测量到的传感器信号在时域上进行积分，便可以还原得到与电场强度成正比的测量值。在考察其频率响应时可以将传感器等效为一阶RC电路，因此只要调整其参数，其带宽可以满足从数赫兹至数十兆赫兹频率的测量范围，具有良好的高频响应能力与非接触式测量的特点。该传感器采用双层金属球结构，其输出电压信号为双层金属球的悬浮电位之差，共模电压通过差动结构被抵消，传感器具备更高的绝缘强度。
S102：对所述电压信号进行预处理。
具体地，D-dot双层金属球传感器采集的电压信号含有干扰信号，为提高电压信号的精度，需要对采集的电压信号进行预处理，去除干扰信号，为实现这一目的，采用双级差分放大电路对电压信号进行放大，信号处理电路对放大后的信号进行滤波，提高信号信噪比，去除干扰信号。
S103：通过有效值积分电路将电压信号转换为电压有效值。
具体地，通过有效值积分电路将模拟信号(电压信号)转换为数字信号(电压有效值)，便于比较识别过电压信号。
S104：判断电压有效值是否大于第一预设阈值。
具体地，过电压是电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高现象，为识别过电压信号，通过比较电路将电压有效值与第一预设阈值进行比较。比较电路如图2所示，设定电压Usd可根据实际需要而改变相应的值，此处根据第一预设阈值设定Usd的值，若电压有效值大于第一预设阈值，则执行步骤S105；若电压有效值小于第一预设阈值，则执行步骤S106。
S105：判别电压信号为雷电过电压信号。
具体地，雷电过电压的幅值一般为上百伏，甚至上百万伏，相比其他类型的过电压，雷电过电压的电压幅值较大，因此判别雷电过电压信号时，根据经验设定电压临界值(第一预设阈值)，若电压有效值大于第一预设阈值，可以直接判定电压信号为雷电过电压信号。
S106：判断电压有效值是否大于第二预设阈值。
具体的，过电压类型包括：雷电过电压、操作过电压、暂态过电压和工频过电压，各类型的过电压的电压幅值各不相同，不过雷电过电压的电压幅值＞操作过电压的电压幅值＞暂态过电压的电压幅值＞工频过电压的电压幅值＞正常电压的电压幅值，上述第一预设阈值大于第二预设阈值。通过比较电路将电压有效值与第二预设阈值进行比较，对过电压类型进行进一步识别。根据经验设定第二预设阈值，若电压有效值大于第二预设阈值，则执行步骤S107；若电压有效值小于第二预设阈值，则执行步骤S108。
S107：判别电压信号为雷电过电压信号或操作过电压信号。
具体地，一般情况下，操作过电压的电压幅值小于雷电过电压的电压幅值，但雷电过电压包括直击雷电过电压和感应雷电过电压，其中感应雷电过电压是雷闪击中电工设置附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使附近的电工设备上感应出过电压的现象，感应过电压的电压幅值小于直击雷电过电压的电压幅值，因此需要进一步通过滤波电路进一步识别。
如图3所示，该图示出了本发明实施例提供的基于D-dot原理的过电压自适应识别方法中S107的详细流程图。
S1071：判断电压信号是否通过高通滤波器。
具体地，通过比较电压幅值不好识别雷电过电压和操作过电压，因此比较两者的频率，其中，雷电过电压的频率为10kHz-20MHz，操作过电压的频率为50Hz-20kHz。高通滤波器是用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号，高通滤波器包括RC电路和放大器，其中RC电路起着滤波的作用，滤掉不需要的信号，放大器可以提供一定的信号增益和缓冲的作用。若电压信号通过高通滤波器，则执行步骤S1072；若电压信号不能通过高通滤波器，则执行步骤S1074。
S1072：判断电压有效值是否大于第一预设子阈值。
具体地，因为雷电过电压的频率和操作过电压的频率有交叉，通过比较电路比较电压有效值和第一预设子阈值，进一步识别雷电过电压信号和操作过电压信号。其中，第一预设子阈值位于第一预设阈值至第二预设阈值范围内。根据经验设定第一预设子阈值，若电压有效值大于第一预设子阈值，则执行步骤S1073；若电压有效值小于第一预设子阈值，则执行步骤S1074。
S1073：判别电压信号为雷电过电压信号。
具体地，信号能通过下限频率为1MHz的高通滤波器，且电压有效值大于第一预设子阈值，则判定电压信号为雷电过电压信号。
S1074：判断电压信号是否通过带宽为5kHz至100kHz的带通滤波器。
具体地，带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。将带通滤波器的频率设置为5kHz至100kHz，可以将低于5kHz和高于100kHz的信号过滤掉，而部分操作过电压信号和雷电过电压信号可以通过。若电压信号通过带宽为5kHz至100kHz的带通滤波器，则执行步骤S1075；若电压信号不能通过带宽为5kHz至100kHz的带通滤波器，则执行步骤S108。
S1075：判断电压有效值是否大于第二预设子阈值。
具体地，通过带宽为5kHz至100kHz带通滤波器的过电压信号包括操作过电压信号和雷电过电压信号，通过比较电路对电压有效值与第二预设子阈值进行比较，进一步识别过电压类型，其中，第二预设子阈值小于第一预设子阈值，且位于第一预设阈值至第二预设阈值范围内。根据经验设定第二预设子阈值，若电压有效值大于第二预设子阈值，则执行步骤S1076；若电压有效值小于第二预设子阈值，则执行步骤S108。
S1076：判别电压信号为操作过电压信号。
具体地，信号能通过带宽为5kHz至100kHz的带通滤波器，说明电压信号可能为雷电过电压信号或操作过电压信号，但电压有效值大于第二预设子阈值且小于第一预设子阈值，由此判定电压信号为操作过电压信号。
S108：判断电压有效值是否大于第三预设阈值。
具体地，通过第一预设阈值和第二预设阈值识别雷电过电压信号和操作过电压信号，而暂态过电压信号和工频过电压信号的电压幅值和频率均小于操作过电压信号的电压幅值和频率，因此设置第三预设阈值，用于进一步识别暂态过电压信号和工频过电压信号。根据经验设定第三预设阈值，若电压有效值大于第三预设阈值，则执行步骤S1091；若电压有效值小于第三预设阈值，则执行步骤S110。
如图4所示，该图示出了本发明实施例提供的基于D-dot原理的过电压自适应识别方法中S109的详细流程图。
S1091：判断电压信号是否通过带宽小于5kHz的低通滤波器。
具体地，低通滤波器是用来通过低频信号，衰减或抑制高频信号。低通滤波器的截止频率设置为5kHz，即小于5kHz的信号可以通过，而高于5kHz的信号不能通过，从而去掉高频的雷电过电压信号和操作过电压信号。若电压信号通过带宽小于5kHz的低通滤波器，则执行步骤S1092；若电压信号不能通过带宽小于5kHz的低通滤波器，则执行步骤S1094。
S1092：判断电压有效值是否大于第三预设子阈值。
具体地，工频过电压的频率为50Hz-2kHz，暂态过电压的频率为50Hz-3kHz，这样工作过电压信号和暂态过电压信号均能通过带宽小于5kHz的低通滤波器，因此不能区分识别暂态过电压信号和工频过电压信号。通过比较电路比较电压有效值与第三预设子阈值，进一步识别两种过电压。第三预设子阈值小于第二预设子阈值，且位于第二预设阈值至第三预设阈值范围内。根据经验设定第三预设子阈值，若电压有效值大于第三预设子阈值，则执行步骤S1093；若电压有效值小于第三预设子阈值，则执行步骤S1094。
S1093：判别电压信号为暂态过电压信号。
具体地，信号能通过上限频率为5kHz的低通滤波器，说明第电压信号可能为暂态过电压信号或工频过电压信号，但电压有效值大于第三预设子阈值，由于暂态过电压信号的电压幅值大于工频过电压信号的电压幅值，因此判定电压信号为暂态过电压信号。
S1094：判断电压信号是否通过带宽小于1kHz的低通滤波器。
具体地，低通滤波器是用来通过低频信号，衰减或抑制高频信号。低通滤波器的截止频率设置为1kHz，即小于1kHz的信号可以通过，而高于1kHz的信号不能通过，从而去掉较高频的暂态过电压信号。若电压信号通过带宽小于1kHz的低通滤波器，则执行步骤S1095；若电压信号不能通过带宽小于1kHz的低通滤波器，则执行步骤S110。
S1095：判断电压有效值是否大于第四预设子阈值。
具体地，信号频率小于1kHz的电压信号包括工频过电压、暂态过电压和正常电压，因此通过比较电路对电压有效值和第四预设子阈值进行比较，进一步识别电压类型。第四预设子阈值小于第三预设子阈值，且位于第二预设阈值至第三预设阈值范围内。根据经验设定第四预设子阈值，若电压有效值大于第四预设子阈值，则执行步骤S1096；若电压有效值小于第四预设子阈值，则执行步骤S110。
S1096：判别电压信号为工频过电压信号。
具体地，信号频率小于1kHz，且电压幅值大于第四预设子阈值，则判定电压信号为工频过电压信号。
S110：判别电压信号为正常电压信号。
具体地，信号频率小于1kHz，且电压幅值小于第四预设子阈值，则判定电压信号为正常电压信号，无过电压现象。
S120：当电压信号为过电压信号时，对过电压信号进行处理，并通过显示器对过电压信号进行实时显示。
具体地，当电压信号为过电压信号时，过电压信号传输至处理器中，处理器用相应的离线算法对相应的过电压进行计算，并进行储存；处理后的信号通过无线装置，将采集到的过电压信号发送到PC端，通过显示器对过电压信号的波形及大小进行实时显示，便于技术人员进行分析和统计。
本发明实施例提供的基于D-dot原理的过电压自适应识别方法包括上述步骤，D-dot双层金属球传感器实现了非接触测量，用于采集高压输电线的电压信号；过电压自识别电路通过有效值积分电路、比较电路和滤波电路自动识别过电压类型，降低了人工识别过电压信号易受到主观因素的影响，且大大减少了工作人员的工作量；识别出过电压信号后，对过电压信号进行处理和储存，并通过显示器以图形形式直观的显示出来，为技术人员的后续分析和处理提供依据。
基于上述的过电压自适应识别方法，本发明实施例还提供了一种基于D-dot原理的过电压自适应识别系统。
参见图5，该图示出了本发明实施例提供的基于D-dot原理的过电压自适应识别系统的基本结构。
该过电压自适应识别系统包括D-dot双层金属球传感器1、放大电路2、信号处理电路3、过电压自识别电路4、处理器5和显示器6，其中,
D-dot双层金属球传感器1的输出端电连接放大器2的输入端，放大器2的输出端电连接信号信号处理电路3的输入端，信号处理电路3的输出端电连接过电压自识别电路4的输入端，过电压自识别电路4的输出端电连接处理器5的输入端，处理器5的输出端设置无线发射装置7，显示器6的输入端设置无线接收装置8，无线接收装置8与无线发射装置7通讯连接。
D-dot双层金属球传感器依靠电场耦合方式对高压输电线电位进行测量，是基于高压输电线周围电场值与输电线自身电位成正比的原理，通过在待测输电线周围产生的电场中引入传感器获得与电场值对时间微分量成正比的电压信号。传感器与输电线之间并无直接的电气连接，只是通过测量输电线周围的电场强度对输电线电位进行间接测量，这个过程中间并无直接的能量传递。由于没有绕组与铁芯结构，在避免了波形畸变的同时，能够凭借输电线与传感器之间的线性介质获得较大的测量动态范围，而且其结构简单，非接触测量的特性使其能够减少绝缘结构，较低的输出电压范围也为传感器的小型化与数字化提供了实现的条件。
如图6所示，D-dot双层金属球传感器1包括第一单极D-dot传感器11和第二单极D-dot传感器12，第一单极D-dot传感器11和第二单极D-dot传感器12结构相同，且上下对称设置，第一单极D-dot传感器11和第二单极D-dot传感器12测量同一电场不同位置的电压，分别输出电压U1和U2。第一单极D-dot传感器11和第二单极D-dot传感器12均包括金属半球本体，金属半球本体的外表面设置外层电极111，金属半球本体的内表面设置内层电极112，外层电极111和内层电极112测量同一电场不同位置的电位，差分输出电位差值。
优选的，外层电极111和内层电极112采用金属球结构，其原因在于，球形结构与被测输电线周围电场等位面近似，可以使电极上电荷分布均匀，减小传感器边界与内部的局部电场强度最大值，有效降低传感器发生绝缘击穿的可能性。并且，在这种情况下，电场强度矢量方向统一指向径向方向，不会发生电场线的弯曲，可以在最大程度上降低边缘效应，达到弱化由于传感器介入造成的原电场畸变的目的。
优选的，外层电极111和内层电极112通过绝缘填充物113连接，绝缘填充物113采用双氧树脂，绝缘填充物对整个D-dot双层金属球传感器内部结构起支撑作用，同时也起调节传感器周围电场的作用，使强电场集中在具有很高临界电场强度的绝缘填充物支架内，从而减小了外部电场的影响，最终达到了提高整个传感器绝缘能力的目的，同时也降低了传感器的输出功率，使其能够满足二次测量装置小功率驱动的要求。
为提高系统的抗干扰能力，D-dot双层金属球传感器1采集的电压信号经过放大电路2的放大。为放大D-dot双层金属球传感器1的差分输出电压U1和U2，放大电路2采用两级差分放大电路，经过第一级差分放大电路，输出电压U01、U02分别为：
U01＝k1·U1
U02＝k1·U2
其中，k1——第一级差分电路差模放大倍数。
经过第二级差分放大电路，输出电压U0为：
U0＝k2·(U01-U02)
其中，k2——第二级差分电路差模放大倍数。
一般两级差分放大电路中，k为整体差分放大倍数，统一为k＝k1·k2，k1、k2取值范围为3-20之间。单级差分放大电路的共模抑制比为差模放大倍数和共模放大倍数之比的绝对值，两级差分放大电路的共模抑制比则为单级差分放大电路共模抑制比的平方，因此，放大电路2的共模抑制比为单级差分放大电路的平方，大致为1016-1020数量级，差模信号放大能力也为单级差分放大电路的乘积，大致为9-400倍左右。D-dot双层金属球传感器1采集的电压信号通过放大电路2的处理，大大提高了共模抑制能力，提高了信号信噪比，去除了部分干扰信号，具有较好的过电压检测能力。
为进一步提高系统的抗干扰能力，信号处理电路3可以过滤干扰信号，进一步提高信号信噪比，避免干扰信号影响采集的电压信号，进而影响测量数据的准确性。
过电压自识别电路4对预处理后的电压信号进行自动识别，自动识别雷电过电压信号、操作过电压信号、暂态过电压信号和工频过电压信号，过电压自识别电路4包括有效值积分电路、比较电路和滤波电路，其中：
有效值积分电路与比较电路串联连接，有效值积分电路将模拟信号(预处理后的电压信号)转换为数字信号(电压有效值)，通过比较电路将电压有效值与预设阈值进行比较，区分过电压类型。但是雷电过电压信号、操作过电压信号、暂态过电压信号和工频过电压信号的电压幅值之间有交叉，只依靠电压有效值不能将其进行区分，因此通过滤波电路和比较电路进行频率比较，滤波电路和比较电路串联连接，且滤波电路包括高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器，通过频率进一步识别过电压类型。
识别出过电压信号后，将过电压信号传输至处理器5，处理器5使用相应的离线算法对相应的过电压进行计算，并将过电压信号和处理后的数据进行储存。优选的，处理器5采用以STM32F103为核心的单片机，采用ARM内核的STM32F103处理器是32位单片机，采用Cortex-M3内核，指令周期短，速度快，具有优先级抢占中断控制器，1M采样速率AD模式，GPI0创新速率可设定等功能，适用于工业控制与一些对速度性能要求比较高的场合，而且STM32F103也具备低功耗的特点。
为方便观察过电压信号的波形和频率，将处理器5处理后的信号通过无线装置发送到PC端，通过显示器6对过电压信号以图形形式直观的显示出来。为方便信号传输，处理器5的输出端设置无线发射装置7，无线发射装置7用于传输处理器5输出的信号；为方便接收信号，显示器6的输入端设置无线接收装置8，无线接收装置8用于接收无线发射装置7输出的信号，接收信号后通过显示器6进行显示。无线发射装置7和无线接收装置8均采用无线GPRS数字化传输，可以保证信号的实时性。优选的，显示器6采用LabVIEW虚拟仪器显示屏，LabVIEW虚拟仪器可以将信号进行进一步的分析和显示，例如显示信号的波形和频率等。
本发明实施例提供的基于D-dot原理的过电压自适应识别系统包括D-dot双层金属球传感器1、放大电路2、信号处理电路3、过电压自识别电路4、处理器5和显示器6，其中，D-dot双层金属球传感器1用于采集高压输电线的电压信号，放大电路2对采集的电压信号进行放大处理，提高信号的信噪比，信号处理电路3过滤干扰信号，提高抗干扰能力，过电压自识别电路4通过有效值积分电路、比较电路和滤波电路，自动识别过电压类型，并将过电压信号传输至处理器5，处理器5对过电压信号进行处理和储存，并将处理后的数据通过无线装置传输至显示器6，显示器6对过电压信号以图形形式直观的显示出来，方便技术人员进行分析和统计。本发明实施例提供的过电压自适应识别系统能够对过电压类型进行自动筛选，且该系统结构简单，体积小，安装方便，适合大面积布点监测，可以大大提高采集信号的准确性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于D-dot原理的过电压自适应识别方法，其特征在于，所述方法包括：
通过D-dot双层金属球传感器采集各个频率段的电压信号；
对所述电压信号进行预处理；
通过有效值积分电路将所述电压信号转换为电压有效值；
判断所述电压有效值是否大于第一预设阈值，若是，则判别所述电压信号为雷电过电压信号；
若否，则判断所述电压有效值是否大于第二预设阈值，若是，则判别所述电压信号为雷电过电压信号或操作过电压信号；
若否，则判断所述电压有效值是否大于第三预设阈值，若是，则判别所述电压信号为暂态过电压信号或工频过电压信号；
若否，则判别所述电压信号为正常电压信号；
当所述电压信号为过电压信号时，对所述过电压信号进行处理，并通过显示器对所述过电压信号进行实时显示。
2.根据权利要求1所述的基于D-dot原理的过电压自适应识别方法，其特征在于，所述判别所述电压信号为雷电过电压信号或操作过电压信号具体方法包括：
判断所述电压信号是否通过高通滤波器，若是，则判断所述电压有效值是否大于第一预设子阈值，若是，则判别所述电压信号为雷电过电压信号；
若所述电压信号不能通过高通滤波器或所述电压有效值小于第一预设子阈值，则判断所述电压信号是否通过带宽为5kHz至100kHz的带通滤波器；
若所述电压信号通过带宽为5kHz至100kHz的带通滤波器，则判断所述电压有效值是否大于第二预设子阈值，若是，则判别所述电压信号为操作过电压；
若所述电压信号不能通过带宽为5kHz至100kHz的带通滤波器或所述电压有效值小于第二预设子阈值，则判断所述电压有效值是否大于第三预设阈值；
所述第一预设子阈值和第二预设子阈值包含于所述第一预设阈值至第二预设阈值范围内。
3.根据权利要求1或2所述的基于D-dot原理的过电压自适应识别方法，其特征在于，所述判断所述电压有效值是否大于第三预设阈值具体包括：
判断所述电压信号是否通过带宽小于5kHz的低通滤波器，若是，则判断所述电压有效值是否大于第三预设子阈值，若是，则判别所述电压信号为暂态过电压信号；
若所述电压有效值小于所述第三预设子阈值，则判断所述电压信号是否通过带宽小于1kHz的低通滤波器；
若所述电压信号通过带宽小于1kHz的低通滤波器，则判断所述电压有效值是否大于第四预设子阈值，若是，则判别所述电压信号为工频过电压信号；
若所述电压信号不能通过带宽小于1kHz的低通滤波器或所述电压有效值小于所述第四预设子阈值，则判别所述电压信号为正常电压信号；
所述第三预设子阈值和第四预设子阈值包含于所述第二预设阈值至第三预设阈值范围内。
4.根据权利要求1所述的基于D-dot原理的过电压自适应识别方法，其特征在于，所述对所述电压信号进行预处理具体包括：将采集到的所述电压信号进行放大和滤波。
5.一种基于D-dot原理的过电压自适应识别系统，其特征在于，包括依次电连接的D-dot双层金属球传感器、放大电路、信号处理电路、过电压自识别电路和处理器，其中：
所述D-dot双层金属球传感器用于采集各个频率段的电压信号；
所述放大电路对所述电压信号进行放大；
所述信号处理电路对放大后的电压信号进行滤波；
所述过电压自识别电路用于自动识别各类型过电压信号；
所述处理器用于处理和储存各类型所述过电压信号；
所述处理器的输出端设置无线发射装置，所述无线发射装置用于传输所述处理器输出的信号；
所述系统还包括无线接收装置，所述无线接收装置用于接收所述无线发射装置输出的信号；
所述无线接收装置设置在显示器的输入端，所述显示器用于实时显示所述过电压信号。
6.根据权利要求5所述的基于D-dot原理的过电压自适应识别系统，其特征在于，所述D-dot双层金属球传感器包括第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器，其中，
所述第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器上下对称设置；
所述第一单极D-dot传感器和第二单极D-dot传感器均包括金属半球本体，所述金属半球本体的外表面设置外层电极，所述金属半球本体的内表面设置内层电极，且所述外层电极和内层电极通过绝缘填充物连接。
7.根据权利要求5所述的基于D-dot原理的过电压自适应识别系统，其特征在于，所述过电压自识别电路包括有效值积分电路和比较电路，所述有效值积分电路与比较电路电连接。
8.根据权利要求7所述的基于D-dot原理的过电压自适应识别系统，其特征在于，所述过电压自识别电路还包括滤波电路，所述滤波电路包括高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器，所述高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器并联连接。
9.根据权利要求5所述的基于D-dot原理的过电压自适应识别系统，其特征在于，所述处理器包括以STM32F103为核心的单片机。
10.根据权利要求5所述的基于D-dot原理的过电压自适应识别系统，其特征在于，所述显示器包括LabVIEW虚拟仪器显示屏。
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