CN108362926A - 一种电压等级识别方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种电压等级识别方法及装置，识别方法包括：检测第一海拔高度、第二海拔高度、第一海拔高度处的第一电场强度、第二海拔高度处的第二电场强度、从第一海拔高度到达第二海拔高度之间的三轴加速度，计算三轴加速度的加速度矢量有效值；判断加速度矢量有效值是否大于加速度阈值；如果大于，则分别计算第一差值和第二差值，其中，第一差值为第一海拔高度和第二海拔高度的差值，第二差值为第一电场强度和第二电场强度的差值；根据第一差值和第二差值判断电压等级。本申请实施例提供的电压等级识别方法，有效解决了现有场强预警设备不能进行电压等级识别的问题。
Description
技术领域
本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种电压等级识别方法及装置。
背景技术
变电站或输配电站具有作业项目复杂、环境恶劣等特点，在变电站或输配电站的现场作业人员往往受到高压电磁辐射、机械钝伤等潜在危险因素的威胁，人身安全一直无法得到有效的保障。为了提高变电站或输配电站现场作业的安全系数，能够进行危险预警的预警设备，如智能预警笔、智能头盔、验电器等设备应用越来越广泛。
针对高电压场源(如输电线路)产生的具有高压电磁辐射电场，现有技术中，预警设备内设置有电场检测传感器对电场强度进行检测。电场检测传感器预先设置有一个保障作业人员安全的电场强度阈值。当预警设备检测到电场强度大于或等于电场强度阈值时，发出预警提示作业人员；当预警设备检测到电场强度小于电场强度阈值，则不进行预警，从而实现对作业环境的安全潜在威胁进行预测、提示。
上述预警设备根据预先设置的电场强度阈值进行预警，然而，在不同电压等级的变电站或输配电站中，保障作业人员安全的电场强度阈值并不相同，现有预警设备不能识别电压等级，因此只能根据一个电场强度阈值进行预警，仅适用于单一环境下的安全预警，在不同电压等级环境中应用非常有限。
发明内容
本申请提供了一种电压等级识别方法及装置，以解决预警设备不能进行电压等级识别的问题。
第一方面，本申请提供了一种电压等级识别方法，该方法包括：
检测第一海拔高度、第二海拔高度、第一海拔高度处的第一电场强度、第二海拔高度处的第二电场强度、从第一海拔高度到达第二海拔高度之间的三轴加速度，计算所述三轴加速度的加速度矢量有效值；
判断所述加速度矢量有效值是否大于加速度阈值；
如果大于，则分别计算第一差值和第二差值，其中，所述第一差值为所述第一海拔高度和第二海拔高度的差值，所述第二差值为第一电场强度和第二电场强度的差值；
根据第一差值和第二差值判断电压等级。
优选地，判断所述加速度矢量有效值是否大于加速度阈值之前，还包括：对所述加速度矢量有效值进行低通滤波处理。
优选地，所述根据第一差值和第二差值判断电压等级，包括：根据第一差值为定值时，第二差值越大，则判定电压等级越高。
优选地，检测三轴加速度的检测装置为加速度计。
优选地，所述第一海拔高度、第二海拔高度的检测方法包括：
利用气压计检测第一位置处的第一大气压强；
计算所述第一大气压强对应的第一海拔高度；
利用气压计检测第二位置处的第二大气压强；
计算所述第二大气压强对应的第二海拔高度。
优选地，所述加速度阈值为9.6-52.5。
第二方面，本申请还提供了一种电压等级识别装置，该装置包括：场强检测传感器、气压计、加速度计、MCU处理器和显示器，其中，
所述场强检测传感器与MCU处理器电连接，用于检测第一海拔高度处的第一电场强度、检测第二海拔高度处的第二电场强度，将所述第一电场强度和第二电场强度发送至所述MCU处理器；
所述气压计与MCU处理器电连接，用于检测第一海拔高度处的第一大气压强、检测第二海拔高度处的第二大气压强，将所述第一大气压强和第二大气压强发送至所述MCU处理器；
所述加速度计与MCU处理器电连接，用于检测从第一海拔高度到达第二海拔高度之间的三轴加速度，将所述三轴加速度发送至所述MCU处理器；
所述MCU处理器与显示器电连接，用于计算所述三轴加速度的加速度矢量有效值，如果所述三轴加速度大于加速度阈值，则根据第一大气压强计算和第二大气压强分别计算第一海拔高度和第二海拔高度，根据第一差值和第二差值判断电压等级，将所述电压等级发送到所述显示器，其中，所述第一差值为所述第一海拔高度和第二海拔高度的差值，所述第二差值为第一电场强度和第二电场强度的差值；
所述显示器，用于接收所述MCU处理器发送的电压等级，并显示所述电压等级。
优选地，所述MCU处理器还用于存储不同电压等级下的安全作业距离，所述显示器还用于显示所述电压等级下的安全作业距离。
本申请提供的电压等级识别方法及装置的有益效果包括：
本申请提供的电压等级识别方法，通过检测从第一海拔高度到达第二海拔高度之间的三轴加速度是否大于加速度阈值，如果大于则进行电场强度检测和海拔高度计算，计算电压等级的过程为动态计算过程，避免了静态计算时，检测装置漂移误差较大导致电压等级计算准确性降低的问题；采用三轴加速度计计算加速度阈值，解决了测量竖直方向加速度需要检测方向必须垂直于地面的问题，提高了测量便利性；根据第一差值和第二差值判断电压等级，依据了电场强度公式，能够有效判断电压等级。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例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为本申请实施例提供的一种电压等级识别方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种电压等级判断曲线示意图；
图3为本申请实施例提供的一种电压等级识别装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种电压等级识别方法，所述的电压等级识别方法为动态识别方法，根据从第一海拔高度到第二海拔高度的动态变化过程中检测的多项数据，计算电压等级。参见图1，为本实施例提供的一种电压等级识别方法的流程示意图，如图1所示，本实施例提供的电压等级识别方法，具体包括以下步骤：
步骤S110：检测第一海拔高度、第二海拔高度、第一海拔高度处的第一电场强度、第二海拔高度处的第二电场强度、从第一海拔高度到达第二海拔高度之间的三轴加速度，计算三轴加速度的加速度矢量有效值。
具体的，在变电站或输配电站，高电压场源为海拔较高的输电线路，不同海拔高度处的电场强度不同。目前，测量海拔高度的具体方法有传统几何水准测量法、GPS高程拟合法、GPS大地水准面精化法等。传统的几何水准测量法的测量工具体积大，不易携带；GPS高程拟合法与GPS大地水准面精化法成本高。气压计是一阵用于检测大气压强的工具，气压计内设置有气压传感器，根据气压传感器测量的大气压强，以及大气压强与海拔高度之间的对应关系，可得到海拔高度。利用气压计测量海拔高度，具有精度能够满足要求、成本低及便于携带等优点。本实例中，利用气压计检测第一位置处的第一大气压强，根据气压值与海拔高度转换公式计算第一大气压强对应的第一海拔高度，第一海拔高度即第一位置对应的海拔高度，气压值与海拔高度转换公式如下：
上式中，P为气压计采集到的气压值，P0为标准大气压强值，其大小为1.01*105Pa，H为对应的海拔高度值。
同理，利用气压计检测第二位置处的第而大气压强，根据公式(1)计算第二大气压强对应的第二海拔高度，第二海拔高度即第二位置对应的海拔高度。
利用场强检测传感器分别检测第一海拔高度处的第一电场强度和第二海拔高度处的第二电场强度。
进一步的，由于气压计内的气压传感器在静态过程中漂移很大，会造成静止状态下，即海拔高度没有变化或变化较慢的情况下，计算出海拔高度变化较大，但由于实际海拔高度没有变化或变化较小，测量出的第一电场强度和第二电场强度相同或相近，导致最终识别的电压等级误差较大。为了解决静止状态下电压等级识别误差问题，提高电压等级判别的可靠性、准确性，本实施例根据从第一海拔高度到第二海拔高度的动态变化过程中检测的多项数据，计算电压等级。
判断海拔高度是否发生动态变化，若发生动态变化，则第一海拔高度、第二海拔高度值、第一电场强度和第二电场强度有效，否则无效，从而消除静止状态下由气压传感器的静态漂移带来的误差。
由于变电站或输配电站的作业现场环境较为复杂，利用传统测量方法如激光测量、超声波测量等容易受到障碍物的影响，且成本较高。本实施例中利用加速度计来判断第一位置和第二位置的海拔高度是否发生动态变化，解决了障碍物对测量海拔高度的影响，且成本较低。
当作业人员、工程装备或工器具所处位置在垂直地面方向上发生变化，即海拔高度发生变化时，会产生一个竖直方向上的加速度。根据竖直方向上加速度的变化，可判断作业人员、工程装备或工器具所处位置在垂直地面方向上是否发生变化。
加速度计内设置的加速度传感器可检测加速度的变化。本实施例中，利用加速度计检测从第一海拔高度到达第二海拔高度之间的加速度，其中，第一海拔高度小于第二海拔高度。当采用单轴加速度判断作业人员、工程装备或工器具所处位置的海拔高度值是否发生变化时，由于每次安装加速度采集方向与垂直地面方向产生角度不同，导致设置的加速度阈值不能通用，因此，本实施例通过检测三轴加速度矢量和的值作为判据，提高加速度检测的有效性。
加速度计分别检测X轴方向上采集到的加速度值AX，Y轴方向上采集到的加速度值AY，Z轴方向上采集到的加速度值AZ，其中，X轴、Y轴、Z轴为加速度计内部空间直角坐标系，并对AX、AY、AZ进行矢量和计算，得到三轴加速度矢量和有效值XYZ：
进一步的，为减小加速度计由于其自身或外界因素产生的误差，可对三轴加速度矢量和有效值XYZ进行数据预处理，预处理公式如下：
L_XYZ(n)＝α*L_XYZ(n-1)+(1-α)*XYZ(n) (3)
(3)式中，XYZ(n)为n时刻通过加速度计采集到的三轴加速度矢量和有效值原始数据，L_XYZ(n)为(n)时刻XYZ(n)低通滤波后的三轴加速度矢量和有效值，L_XYZ(n-1)为(n-1)时刻低通滤波后的三轴加速度矢量和有效值，n为1到无穷大的整数，α为滤波系数，该系数取值范围为0<α<1，它可以影响输出值的稳定性和响应速度。
步骤S120：判断加速度矢量有效值是否大于加速度阈值。
具体的，在步骤S110中，如果作业人员、工程装备或工器具从第一海拔高度到达第二海拔高度的过程中加速度较小，则表明作业人员、工程装备或工器具的运动状态接近于静止状态，这将会对下一步检测带来较大误差，因此，本实施例通过预先设置一个加速度阈值，来判断作业人员、工程装备或工器具的海拔高度确实处于动态变化状态。
加速度阈值的设置过程为：进行海拔高度变化测试实验，采集多组作业人员、工程装备或工器具所处位置发生变化时加速度计采集到的三轴加速度矢量和有效值XYZ，然后再采集作业人员、工程装备或工器具所处位置静止时加速度计采集到的三轴加速度矢量和有效值XYZ，对比两种工况下采集到的XYZ值，设置一个加速度阈值，通过XYZ值与阈值相比较判断作业人员、工程装备或工器具所处位置是否发生变化，如果数据预处理后的三轴加速度矢量有效值XYZ大于加速度阈值，判断作业人员、工程装备或工器具所处位置在垂直地面方向上发生变化。本实施例中，采集静止状态下三轴加速度矢量和的值变化幅度平均值为9.6，运动过程中变化幅度的平均值为52.5，因此加速度阈值的取值范围可选9.6到52.5之间。
根据步骤S110，计算得到的三轴加速度矢量和有效值XYZ，判断XYZ是否大于加速度阈值。
步骤S130：如果大于，则分别计算第一差值和第二差值，其中，第一差值为第一海拔高度和第二海拔高度的差值，所述第二差值为第一电场强度和第二电场强度的差值。
具体的，如果XYZ大于加速度阈值，则认为在垂直地面方向上发生动态变化，第一海拔高度、第二海拔高度、第一电场强度和第二电场强度为有效值，获取第一海拔高度和第二海拔高度并计算差值，记为第一差值△H；获取第一电场强度和第二电场强度并计算差值，记为第二差值△E。
步骤S140：根据第一差值和第二差值判断电压等级。
具体的，根据电场强度的计算公式判断电压等级，电场强度的计算公式如下：
上式中，E为电场强度，U为电压，D为被测位置与场源之间的间距。在本实施例中，场源为高电压场源，高电压场源的电压U为定值，第一海拔高度与第二海拔高度距离场源间距D不同，第一海拔高度处的第一电场强度与第二海拔高度处的第二电场强度也不同。根据公式(4)可得，当距离高电压场源的距离D变化△D(等效为△H)时，电压等级越大，电场强度E变化值△E越大；电压等级越小，电场强度E变化值△E越小。因此，根据公式(4)，对不同电压等级下，带电导线周围的电场强度与距带电导线距离进行仿真，得到电压等级判断曲线示意图。
参见图2，为本申请实施例提供的一种电压等级判断曲线示意图，如图2所示，横坐标为检测位置(如第一位置、第二位置)与输电线路边导线之间的距离，单位为米，纵轴E为电场强度，单位为kV/m。曲线1为10kV电压等级曲线图，曲线2为35kV电压等级曲线图，曲线3为110kV电压等级曲线图，曲线4为220kV电压等级曲线图，曲线5为500kV电压等级曲线图。A点的电场强度为1.850kv/m，B点的电场强度为4.476kv/m，C点的电场强度为9.036kv/m，D点的电场强度为8.693kv/m，E点的电场强度为12.131kv/m。由图2可看出，不同电压等级下，同一距离范围处电场强度的变化快慢不同，如图中距离6m到8m范围即为距离变化△D，电压等级越大的情况下，电场强度变化越快；以此来判据判断电压等级，当向场源靠近时，海拔高度的相对变化△H即等效为距电场源距离的△D。
进一步的，由于不同电压等级下，电网公司规定相对应的安全距离，经过实验在最小安全距离下采集电场强度设置为电场强度阈值，当检测到电场强度值等于相应电场强度阈值，则提醒作业人员已到作业最小安全距离，从而保障作业人员的安全。
为对本实施例提供的电压等级识别方法做进一步说明，本实施例还提供了一种电压等级识别装置，参见图3，为本实施例提供的一种电压等级识别装置的结构示意图。如图3所示，本实施例提供的一种电压等级识别装置包括场强检测传感器、气压计、加速度计、MCU处理器和显示器。
具体的，电压等级识别装置可设计为供作业人员穿戴的可穿戴装置，还可设置在现场作业工程装备或工器具上，方便作业人员使用。
场强检测传感器与MCU处理器电连接，用于检测第一海拔高度处的第一电场强度、检测第二海拔高度处的第二电场强度，将第一电场强度和第二电场强度发送至MCU处理器。
气压计与MCU处理器电连接，用于检测第一海拔高度处的第一大气压强、检测第二海拔高度处的第二大气压强，将第一大气压强和第二大气压强发送至MCU处理器。
加速度计与MCU处理器电连接，用于检测从第一海拔高度到达第二海拔高度之间的三轴加速度，将三轴加速度发送至MCU处理器。
MCU处理器与显示器电连接，用于计算三轴加速度的加速度矢量有效值，并对加速度矢量有效值进行滤波处理。如果三轴加速度大于加速度阈值，则根据第一大气压强计算和第二大气压强分别计算第一海拔高度和第二海拔高度，根据第一差值和第二差值判断电压等级，将电压等级发送到显示器，其中，第一差值为第一海拔高度和第二海拔高度的差值，所述第二差值为第一电场强度和第二电场强度的差值。
进一步的，MCU处理器还用于存储不同电压等级下的安全作业距离，根据计算得到的电压等级，将安全作业距离发送到显示器。
显示器，用于接收MCU处理器发送的电压等级和安全作业距离，并显示电压等级和安全作业距离。
由上述实施例可见，本申请提供的电压等级识别方法，通过检测从第一海拔高度到达第二海拔高度之间的三轴加速度是否大于加速度阈值，如果大于则进行电场强度检测和海拔高度计算，计算电压等级的过程为动态计算过程，避免了静态计算时，检测装置漂移误差较大导致电压等级计算准确性降低的问题；采用三轴加速度计计算加速度阈值，解决了测量竖直方向加速度需要检测方向必须垂直于地面的问题，提高了测量便利性；根据第一差值和第二差值判断电压等级，依据了电场强度公式，能够有效判断电压等级。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。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申请的一般性原理并包括本申请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，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (8)
1.一种电压等级识别方法，其特征在于，包括：
检测第一海拔高度、第二海拔高度、第一海拔高度处的第一电场强度、第二海拔高度处的第二电场强度、从第一海拔高度到达第二海拔高度之间的三轴加速度，计算所述三轴加速度的加速度矢量有效值；
判断所述加速度矢量有效值是否大于加速度阈值；
如果大于，则分别计算第一差值和第二差值，其中，所述第一差值为所述第一海拔高度和第二海拔高度的差值，所述第二差值为第一电场强度和第二电场强度的差值；
根据第一差值和第二差值判断电压等级。
2.如权利要求1所述的电压等级识别方法，其特征在于，判断所述加速度矢量有效值是否大于加速度阈值之前，还包括：对所述加速度矢量有效值进行低通滤波处理。
3.如权利要求1所述的电压等级识别方法，其特征在于，所述根据第一差值和第二差值判断电压等级，包括：根据第一差值为定值时，第二差值越大，则判定电压等级越高。
4.如权利要求1所述的电压等级识别方法，其特征在于，检测三轴加速度的检测装置为加速度计。
5.如权利要求1所述的电压等级识别方法，其特征在于，所述第一海拔高度、第二海拔高度的检测方法包括：
利用气压计检测第一位置处的第一大气压强；
计算所述第一大气压强对应的第一海拔高度；
利用气压计检测第二位置处的第二大气压强；
计算所述第二大气压强对应的第二海拔高度。
6.如权利要求1所述的电压等级识别方法，其特征在于，所述加速度阈值为9.6-52.5。
7.一种电压等级识别装置，其特征在于，包括：场强检测传感器、气压计、加速度计、MCU处理器和显示器，其中，
所述场强检测传感器与MCU处理器电连接，用于检测第一海拔高度处的第一电场强度、检测第二海拔高度处的第二电场强度，将所述第一电场强度和第二电场强度发送至所述MCU处理器；
所述气压计与MCU处理器电连接，用于检测第一海拔高度处的第一大气压强、检测第二海拔高度处的第二大气压强，将所述第一大气压强和第二大气压强发送至所述MCU处理器；
所述加速度计与MCU处理器电连接，用于检测从第一海拔高度到达第二海拔高度之间的三轴加速度，将所述三轴加速度发送至所述MCU处理器；
所述MCU处理器与显示器电连接，用于计算所述三轴加速度的加速度矢量有效值，如果所述三轴加速度大于加速度阈值，则根据第一大气压强计算和第二大气压强分别计算第一海拔高度和第二海拔高度，根据第一差值和第二差值判断电压等级，将所述电压等级发送到所述显示器，其中，所述第一差值为所述第一海拔高度和第二海拔高度的差值，所述第二差值为第一电场强度和第二电场强度的差值；
所述显示器，用于接收所述MCU处理器发送的电压等级，并显示所述电压等级。
8.如权利要求7所述的电压等级识别装置，其特征在于，所述MCU处理器还用于存储不同电压等级下的安全作业距离，所述显示器还用于显示所述电压等级下的安全作业距离。
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2018
- 2018-01-10 CN CN201810023468.0A patent/CN108362926A/zh active Pending
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