CN109444521A - 一种基于测距的非接触式电压等级识别方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例示出一种基于测距的非接触式电压等级识别方法，这种识别方法能够提高作业人员安全系数。现场作业中的工作人员，通过携带的静电场传感器与激光测距仪实时采集现场的电场强度与距离信息，并将此信息传输至后台监控软件，利用多项式回归分析的方法判断回归参数估计值，求取拟合函数并对相关系数进行分析，最后通过拟合函数确定现场直流电压的电压等级。本申请实施例示出的基于测距的非接触式电压等级识别系统操作简便，可靠性强，实时性好。
Description
技术领域
本发明涉及电力现场作业技术领域，特别是一种基于测距的非接触式电压等级识别方法及系统。
背景技术
我国高压直流输电工程发展迅速。高压直流输电，是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。输电过程为直流。常用于海底电缆输电，非同步运行的交流系统之间的连络等方面。
直流输电工程中，大量的运行维护，设备巡视，事故或异常处理等电力作业行为，均存在着安全隐患。如何有效地防止电力安全事故发生，已成为电力运维管理中的一大难题。因此，应该对高压设备进行验电，以保障运行维护人员的安全。
目前对高压设备的验电方法主要有：接触式验电和非接触式验电。接触验电能够准确地检测设备是否带电，但接触验电操作困难，工作效率低，且存在一定的安全隐患。非接触验电技术方便，安全，高效，具有自主安全预警的优点。但是目前的非接触预警，验电设备无法良好地识别带电体的电压等级。不同电压等级的安全距离不同，而且安全距离与电压等级不呈线性关系。因此当预警设备报警时，无法确认是否处于安全距离外，预警时可能远大于安全施工距离，这就给施工带来极大的不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于测距的非接触式电压等级识别方法及系统，以解现有技术示出的方案存在的技术问题。
本申请实施例示出一种基于测距的非接触式电压等级识别方法，所述识别方法包括：
测量现场的静电场，获取电场测量值；
测量静电场传感器与直流电压源的距离，获取实际距离值；
根据所述电场测量值与所述实际距离值，确定拟合函数；
分析所述拟合函数，确定实际的电压等级；
输出实际的电压等级。
可选择的，所述电场测量值通过静电场传感器测量。
可选择的，所述实际距离值通过激光测距仪测量。
可选择的，所述确定拟合函数的方法为多项式回归分析方法。
可选择的，所述多项式回归分析方法具体为：
根据所述电场测量值与所述实际距离值确定多项式系数，利用最小估计原理确定回归参数估计值；确定所述电场测量值与所述实际距离值的拟合函数。
可选择的，所述分析拟合函数的方法具体为：
根据所述拟合函数与所述电场测量值，计算，得到电场计算值；
分析所述电场测量值与所述电场计算值的相关系数。
可选择的，所述确定实际的电压等级的方法具体为：
比较所述电场测量值与所述电场计算值的相关系数；
相关系数最大的拟合函数即为实际的电压等级。
本申请实施例示出一种基于测距的非接触式电压等级识别系统，所述识别系统包括：静电场传感器，激光测距仪，微处理器，蓝牙；
其中，所述静电场传感器用于测量现场的静电场，获取电场测量值；
所述激光测距仪用于测量静电场传感器与直流电压源的距离，获取实际距离值；
所述微处理器用于根据所述电场测量值与所述实际距离值，确定拟合函数；分析所述拟合函数，确定实际的电压等级；
所述蓝牙用于输出实际的电压等级。
本申请实施例示出一种基于测距的非接触式电压等级识别方法及系统。基于激光测距的方法，本申请示出一种非接触式高压电流电压识别方法，这种方法能够提高作业人员安全系数。现场作业中的工作人员，通过携带的静电场传感器与激光测距仪实时采集现场的电场强度与距离信息，并将此信息传输至后台监控软件，利用多项式回归分析的方法判断回归参数估计值，求取拟合函数并对相关系数进行分析，最后通过拟合函数确定现场直流电压的电压等级。本申请实施例示出的基于测距的非接触式电压等级识别系统操作简便，可靠性强，实时性好。
附图说明
图1为根据一优选实施例示出的一种基于测距的非接触式电压等级识别方法的流程图；
图2为根据一优选实施例示出的一种多项式回归分析方法的流程图；
图3为根据一优选实施例示出的一种三个不同电压等级下场强与距离的函数曲线图；
图4为根据一优选实施例示出的一种实际测量的直流电场强度与距离的关系曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前对高压设备的验电方法主要有：接触式验电和非接触式验电。接触验电能够准确地检测设备是否带电，但接触验电操作困难，工作效率低，且存在一定的安全隐患。非接触验电技术方便，安全，高效，具有自主安全预警的优点。但目前的非接触预警，验电设备无法良好地识别带电体的电压等级，而不同电压等级的安全距离不同，而且安全距离与电压等级不是线性关系。因此当预警设备报警时无法确认是否处于安全距离外，预警时可能远大于安全施工距离，给施工带来不便。为了增强非接触验电装置的使用的灵活性，改善非接触式验电装置识别带电体电压的实时性，本发明提出一种基于距离、场强的非接触式高压直流电压识别方法。
请参阅图1，本申请实施例示出一种基于测距的非接触式电压等级识别方法，所述识别方法包括：
步骤S1：测量现场的静电场，获取电场测量值；
步骤S2：测量静电场传感器与直流电压源的距离，获取实际距离值；
步骤S3：根据所述电场测量值与所述实际距离值，确定拟合函数；
步骤S4：分析所述拟合函数，确定实际的电压等级；
步骤S5：输出实际的电压等级。
可选择的，所述电场测量值通过静电场传感器测量。
可选择的，所述实际距离值通过激光测距仪测量。
本申请实施例示出的基于测距的非接触式电压等级识别方法如图1所示。当介质和电压等级一定时，带电体在空间产生的电场只与离带电体的空间距离有关。而电场强度可由电场传感器测量得到，因此，欲测量带电设备的电压等级，只需测量空间中某点的电场强度及到带电设备的距离。即通过所述静电场传感器测量现场的静电场值，以及，通过激光测距仪测量静电场传感器与直流电压源的实际距离值。
可选择的，所述确定拟合函数的方法为多项式回归分析方法。
本申请通过实验确定了在不同电压等级下的静电场值与实际距离值二者的拟合函数曲线。在实际电力作业中，作业人员在作业中可携带静电场传感器与激光测距仪，实时采集现场的信息，并发送给后台监控软件。所述微处理器利用实际距离值与多项式回归分析法求取所得的拟合函数，计算实际电场值与电场计算值的相关度。通过比较相关度的大小判断实际的电压等级，最后通过蓝牙输出实际的电压等级。
可选择的，所述多项式回归分析方法具体为：
步骤S101：根据所述电场测量值与所述实际距离值确定多项式系数，利用最小估计原理确定回归参数估计值；
步骤S102：确定所述电场测量值与所述实际距离值的拟合函数。
其中，多项式回归分析为系统流程图中的核心步骤。多项式回归分析方法是利用多项式在任意区间内的按所要求的任意精度来逼近。多项式回归分析方法的流程图如图2所示。首先，通过静电场传感器测量现场的静电场得到电场测量值，通过激光测距仪测量静电场传感器与直流电压源的距离得到实际距离值。
公式(1)中y表示静电场强度，x表示静电场传感器到直流电压源的距离。
在获得若干组数据后，能够求出多项式的各项系数，可用矩阵表示为：
Y＝XB+E (2)
根据最小估计原理，确定回归参数估计值。回归参数估计值应使估计值与观测值y之间的残差达到最小：
其中，
由此可得，
确定则可以得到电场测量值与实际距离值之间的回归函数关系。
可选择的，所述分析拟合函数的方法具体为：
根据所述拟合函数与所述电场测量值，计算，得到电场计算值；
分析所述电场测量值与所述电场计算值的相关系数。
可选择的，所述确定实际的电压等级的方法具体为：
比较所述电场测量值与所述电场计算值的相关系数；
相关系数最大的拟合函数即为实际的电压等级。
在实际作业中，通过所述拟合函数与所述电场测量值，计算，得到电场计算值。比较所述电场测量值，以及，所述电场计算值，并求解二者的相似度，相似度最高的拟合函数即为当前实际的电压等级下的拟合函数，以此判断实际的电压等级。最后经过蓝牙进行实际的电压等级的输出。
其中，判断电压等级为系统流程图中的核心步骤。
根据电场强度与电压等级关系式可得到不同电压等级时，距场源距离相同情况下，电场强度不同，且相同距离变化下，电场强度变化快慢不同。关系式中E为电场强度，D为距场源的距离，U为电压等级。假设电压等级分别为30kV、50kV、100kV，则三种电压等级下电场强度与距离的关系如图3所示，其中图3中横坐标为距场源的距离D，纵坐标为电场强度E。
由曲线可以清晰的看出，在距离变化一定时，三条曲线的斜率变化大小不同以及场强的变化大小不同，由此，可作为判断电压等级的依据。
在实验条件、实验设备允许的范围内，按照操作规范进行30kV、50kV、100kV三种电压等级实验数据采集。在距离场源70cm至300cm区间内，由近到远测量高压实验台周围的场强及距离，每10cm记录一次数据。借助软件对三种电压等级的测量结果绘制成曲线。根据所测场强和距离的拟合函数曲线可知，在距离变化一定的情况下，不同电压等级所测得的场强的变化快慢不同。在现场中，通过对比场强对距离变化的不同程度，以及，所确定的拟合函数来确定电压等级。由实验数据可知，直流电场强度随着距离的增加而减少，电场强度的衰减近似与距离的平方成反比。其测量结果如图4所示。
根据实验数据测量得到的函数曲线确定电场和距离的拟合函数的形为：
其公式(6)中，x为距离，y为电场强度。基于对电磁学中库伦定律的分析可知，由电荷形成的电场强度与距离平方呈反比关系。由实验数据中拟合出的函数分析可以得出，公式(6)中c的取值均接近于2，从理论上也证明了实验拟合函数的可靠性与必然性。
在实验得到了拟合函数后，在实际作业过程中，由实际的距离测量值代入相应拟合函数中可得计算后得到的电场值，通过分析电场实测值与计算值的相关系数，相关系数越大，则相关程度越好，即相关系数最大的某拟合函数为实际的电压等级。其中，相关系数R是用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指标。以两变量与各自平均值的离差为基础，按积差方法计算，通过两个离差相乘来反映两变量之间相关程度。其定义式可以表述为：
其中，X1为实测的电场强度值，X2为理论电场强度值，Cov(X1,X2)为X1与X2的协方差，Var[X1]为X1的方差，Var[X2]为X2的方差。
本申请示出的基于测距的非接触式高压电流电压识别方法能够提高作业人员安全系数。现场作业中的工作人员，通过携带的静电场传感器与激光测距仪实时采集现场的电场强度与距离信息，并将此信息传输至后台监控软件，利用多项式回归分析的方法判断回归参数估计值，求取拟合函数并对相关系数进行分析，最后通过拟合函数确定现场直流电压的电压等级。
本申请实施例示出一种基于测距的非接触式电压等级识别系统，所述识别系统包括：静电场传感器，激光测距仪，微处理器，蓝牙；
其中，所述静电场传感器用于测量现场的静电场，获取电场测量值；
所述激光测距仪用于测量静电场传感器与直流电压源的距离，获取实际距离值；
所述微处理器用于根据所述电场测量值与所述实际距离值，确定拟合函数；分析所述拟合函数，确定实际的电压等级；
所述蓝牙用于输出实际的电压等级。本申请实施例示出的基于测距的非接触式电压等级识别系统操作简便，可靠性强，实时性好。
由以上技术方案可知，本申请实施例示出的基于测距的非接触式电压等级识别方法及系统具有以下的优点：基于激光测距的方法，本申请示出一种非接触式高压电流电压识别方法，这种方法能够提高作业人员安全系数。现场作业中的工作人员，通过携带的静电场传感器与激光测距仪实时采集现场的电场强度与距离信息，并将此信息传输至后台监控软件，利用多项式回归分析的方法判断回归参数估计值，求取拟合函数并对相关系数进行分析，最后通过拟合函数确定现场直流电压的电压等级。本申请实施例示出的基于测距的非接触式电压等级识别系统操作简便，可靠性强，实时性好。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，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 (8)
1.一种基于测距的非接触式电压等级识别方法，其特征在于，所述识别方法包括：
测量现场的静电场，获取电场测量值；
测量静电场传感器与直流电压源的距离，获取实际距离值；
根据所述电场测量值与所述实际距离值，确定拟合函数；
分析所述拟合函数，确定实际的电压等级；
输出实际的电压等级。
2.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，所述电场测量值通过静电场传感器测量。
3.根据权利要求2所述的识别方法，其特征在于，所述实际距离值通过激光测距仪测量。
4.根据权利要求3所述的识别方法，其特征在于，所述确定拟合函数的方法为多项式回归分析方法。
5.根据权利要求4所述的识别方法，其特征在于，所述多项式回归分析方法具体为：根据所述电场测量值与所述实际距离值确定多项式系数，利用最小估计原理确定回归参数估计值；确定所述电场测量值与所述实际距离值的拟合函数。
6.根据权利要求5所述的识别方法，其特征在于，所述分析拟合函数的方法具体为：
根据所述拟合函数与所述电场测量值，计算，得到电场计算值；
分析所述电场测量值与所述电场计算值的相关系数。
7.根据权利要求6所述的识别方法，其特征在于，所述确定实际的电压等级的方法具体为：
比较所述电场测量值与所述电场计算值的相关系数；
相关系数最大的拟合函数即为实际的电压等级。
8.一种基于测距的非接触式电压等级识别系统，其特征在于，所述识别系统包括：静电场传感器，激光测距仪，微处理器，蓝牙；
其中，所述静电场传感器用于测量现场的静电场，获取电场测量值；
所述激光测距仪用于测量静电场传感器与直流电压源的距离，获取实际距离值；
所述微处理器用于根据所述电场测量值与所述实际距离值，确定拟合函数；分析所述拟合函数，确定实际的电压等级；
所述蓝牙用于输出实际的电压等级。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190308 |