CN109541411A - 架空输电线路隐患放电监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空输电线路隐患放电监测预警系统，包括电源装置、传感器装置、数据处理装置和信号传输装置，电源装置用于为传感器装置、数据处理装置和信号传输装置供电，数据处理装置分别与传感器装置和信号传输装置电性连接，传感器装置用于采集架空输电线路上的电流信息，并将采集到的电流信息发送至数据处理装置，数据处理装置用于提取电流信息中特定频率段的电流信号，并通过信号传输装置将提取的电流信号传输至后台计算机，当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时，数据处理装置通过所述信号传输装置向后台计算机发出预警信号。本发明能够在故障发生前，实现隐患放电监测和预警，从而防止输电线路故障的发生。

Description

架空输电线路隐患放电监测预警系统

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种架空输电线路隐患放电监测预警系统。

背景技术

架空输电线路运行的气象与地理环境错综复杂，常受恶劣天气等自然灾害影响或外力破坏而发生跳闸，一旦发生故障，波及范围广、危害大、损失重，如影响社会居民正常用电、减供负荷、造成电网扰动、影响电网安全，造成设备受损，耗费大量人力、物力、财力。跳闸具体原因有雷击、外破、鸟害、污闪、风偏、冰害和树线放电等，外破有违章施工、吊车碰线、异物短路和山火等，鸟害有鸟巢类和鸟粪类。

为防止输电线路故障的发生，电网维护部门长年投入大量的人力物力，如安装防雷、防鸟装置或提高防冰、防风设计等，但是故障仍时有发生。

对输电导线上出现的故障行波电流进行实时监测，能够帮助输电线路运维人员及时查找故障并采取针对性的处理措施，防止跳闸事件的再次发生。但目前输电线路电流在线监测技术大部分是对故障发生后的行波电流进行监测和采集，不适用于对故障发出预警，对防止故障的发生作用有限。

发明内容

本发明的目的在于提出一种架空输电线路隐患放电监测预警系统，以在故障发生前，实现隐患放电监测和预警，从而防止输电线路故障的发生。

一种架空输电线路隐患放电监测预警系统，包括电源装置、传感器装置、数据处理装置和信号传输装置，所述电源装置为所述传感器装置、所述数据处理装置和所述信号传输装置供电，所述数据处理装置分别与所述传感器装置和所述信号传输装置电性连接，所述传感器装置用于采集架空输电线路上的电流信息，并将采集到的电流信息发送至所述数据处理装置，所述数据处理装置用于提取所述电流信息中特定频率段的电流信号，并通过所述信号传输装置将提取的电流信号传输至后台计算机，当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时，所述数据处理装置通过所述信号传输装置向后台计算机发出预警信号。

根据本发明提出的架空输电线路隐患放电监测预警系统，通过传感器装置采集架空输电线路上的电流信息，通过数据处理装置提取电流信息中特定频率段的电流信号，能够采集输电线路高阻故障发生前的毫安级高频小电流行波，而隐患放电与故障放电相比，隐患放电阶段，其电阻值较大，产生的行波信号较弱，行波电流幅值较小，因此通过对输电线路高阻故障发生前出现的高频小电流进行监测和预警，能够在故障发生前，实现隐患放电的监测和预警，帮助运维人员提前采取针对性的处理措施，从而能够有效防止输电线路故障的发生。此外，该系统具有结构精简、使用方便、能实时采集、维护周期长的优点。

另外，根据本发明提供的架空输电线路隐患放电监测预警系统，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述电源装置包括太阳能光伏电池、蓄电池、感应取电模块、电源管理模块和电源输出模块，所述太阳能光伏电池、所述蓄电池、所述感应取电模块分别与所述电源管理模块电性连接，所述太阳能光伏电池与所述蓄电池电性连接，所述电源管理模块与所述电源输出模块电性连接。

进一步地，所述感应取电模块由感应线圈和电流滤波电路组成，所述感应线圈与所述电流滤波电路的导线电流方向垂直。

进一步地，所述传感器装置为穿芯式行波传感器。

进一步地，所述穿芯式行波传感器由带磁芯的罗氏线圈和后级调理电路组成。

进一步地，所述穿芯式行波传感器的电流最大采样频率为10MHz，最小测量电流为10mA。

进一步地，所述信号传输装置包括无线通信模块，所述无线通信模块用于与移动终端无线连接，所述数据处理装置用于提取所述电流信息中特定频率段的电流信号，并通过所述无线通信模块将提取的电流信号无线传输至移动终端，当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时，所述数据处理装置通过所述无线通信模块向移动终端发出无线预警信号。

进一步地，所述架空输电线路隐患放电监测预警系统还包括图像装置，所述图像装置包括拍摄模块、图像处理模块、图像储存模块、图像对比和判别模块，所述图像处理模块分别与所述拍摄模块和所述图像储存模块电性连接，所述拍摄模块用于拍摄架空输电线路的图像，所述图像处理模块用于对所述拍摄模块拍摄的图像进行处理，并将处理后的图像发送至所述图像对比和判别模块，所述图像对比和判别模块用于将所述图像处理模块处理后的图像与所述图像储存模块中存储的图像进行对比，以判别隐患类型。

进一步地，所述图像储存模块存储有植被闪络图像、异物图像、污秽图像。

进一步地，所述图像处理模块对所述拍摄模块拍摄的图像进行处理的步骤包括：

将所述拍摄模块拍摄的原始图像转换为灰度图；

将所述灰度图转换为黑白图；

去除所述黑白图的边界，再从中提取像素分布规律；

去除图像中的干扰点；

提取图像中的特性信息；

对提取到的特性信息进行特征匹配，以获得处理后的图像。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例的架空输电线路隐患放电监测预警系统的结构示意图；

图2为隐患监测类型为植被闪络时的典型波形图；

图3为隐患监测类型为异物短路时的典型波形图；

图4为图像处理模块对拍摄模块拍摄的图像进行处理的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明的一实施例提出的架空输电线路隐患放电监测预警系统，包括电源装置10、传感器装置20、数据处理装置30和信号传输装置40。

其中，所述电源装置10用于为所述传感器装置20、所述数据处理装置30和所述信号传输装置40供电。

具体在本实施例中，所述电源装置10包括太阳能光伏电池11、蓄电池12、感应取电模块13、电源管理模块14和电源输出模块15，所述太阳能光伏电池11与所述蓄电池12电性连接，太阳能光伏电池11用于对蓄电池12进行充电，所述太阳能光伏电池11、所述蓄电池12、所述感应取电模块13分别与所述电源管理模块14电性连接，电源管理模块14用于对各供电源进行管理控制，所述电源管理模块14与所述电源输出模块15电性连接，电源输出模块15用于向用电器件输电，其中，电源管理模块14和电源输出模块15分别可以采用常规的电源管理芯片(电路)和电源输出芯片(电路)，因此，具体电路结构在此不予赘述。

本实施例中，所述感应取电模块13由感应线圈131和电流滤波电路132组成，所述感应线圈131与所述电流滤波电路132的导线电流方向垂直，采用磁场感应方式从导线获取电能。电流滤波电路132可以采用常规的滤波电路。

本实施例中的电源装置10通过太阳能光伏电池11、蓄电池12、感应取电模块13三种供电方式，实现了因地制宜取电和最佳配电模式。

所述数据处理装置30分别与所述传感器装置20和所述信号传输装置40电性连接，所述传感器装置20用于采集架空输电线路上的电流信息，并将采集到的电流信息发送至所述数据处理装置30，所述数据处理装置30用于提取所述电流信息中特定频率段的电流信号，并通过所述信号传输装置40将提取的电流信号传输至后台计算机，当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时，所述数据处理装置30通过所述信号传输装置40向后台计算机发出预警信号。

具体的，所述传感器装置20可以采用穿芯式行波传感器。该穿芯式行波传感器由带磁芯的罗氏线圈和后级调理电路组成。具体实施时，可以对带磁芯的罗氏线圈进行气隙设计改进、以及绕线工艺改进，该穿芯式行波传感器的电流最大采样频率为10MHz，最小测量电流为10mA。

数据处理装置30例如采用工业计算机，信号传输装置40例如采用信号传输线以及配套设施。

隐患放电与故障的区别在于其过渡电阻R值不同，即隐患放电阶段，R值较大，产生的行波信号较弱。通常，架空线路的波阻抗为350～500Ω，对于220kV线路来说，其故障行波电流可达到几百甚至上千安培，而隐患放电阶段的行波电流幅值往往只有几十毫安至几安。因此，通过传感器装置20采集架空输电线路上的电流信息，再通过数据处理装置30提取所述电流信息中特定频率段的电流信号，具体提取毫安级高频小电流行波，这样在输电线路发生高阻故障之前，就能够监测到导线上出现的高频隐患小电流，当某频率段的电流信号超过设定的阈值时，可以发出预警，提醒运维人员在故障发生前及时采取针对性的处理措施，防止输电线路发生故障，避免跳闸事件的发生。此外，行波电流在线监测无须接入电路即可测量电流变化大小、安装简单灵活。

例如，某隐患监测类型为植被闪络，植被闪络其击穿电压80～120kV之间，(间隙20～28cm之间)。典型波形如图2所示，主波脉宽大部分1～6μs，幅值均90～250mA，多数>120mA，因此主要提取此部分频率段的电流信号，部分主波前面存在预放电脉冲，跟主波波形相似。

而对于隐患监测类型为异物(例如鸟巢材料)短路，典型波形如图3所示，大部分波形脉宽1μs左右，幅值60～250mA，因此，主要提取此部分频率段的电流信号。对于隐患监测类型为鸟粪掉落，鸟害隐患放电会产生大量行波，波形脉宽大部分处于1～5μs之间，幅值60～250mA，因此，主要提取此部分频率段的电流信号。

此外，作为一种可选的实施方式，所述信号传输装置40可以包括无线通信模块40，所述无线通信模块40用于与移动终端无线连接，无线通信模块40例如采用蓝牙模块、ZigBee模块、GPRS模块等，移动终端例如时智能手机，具体实施时，可以在智能手机上安装具有相应功能的APP。所述数据处理装置30提取所述电流信息中特定频率段的电流信号，可以通过所述无线通信模块41将提取的电流信号无线传输至移动终端，当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时，所述数据处理装置30通过所述无线通信模块41向移动终端发出无线预警信号，不用现在运维人员的工作环境，从而实现更快捷方便的监测预警效果。

此外，作为一种可选的实施方式，请继续参阅图1，所述架空输电线路隐患放电监测预警系统还可以包括图像装置50，所述图像装置包括拍摄模块51、图像处理模块52、图像储存模块53、图像对比和判别模块54，所述图像处理模块52分别与所述拍摄模块51和所述图像储存模块53电性连接，所述拍摄模块51用于拍摄架空输电线路的图像，拍摄模块51例如采用摄像头，可以安装在输电线上或者支架上，确保摄像头能够拍摄到空输电线路上的情况。图像处理模块52、图像储存模块53、图像对比和判别模块54可以通过计算机中的软件实现，其中，所述图像处理模块52用于对所述拍摄模块51拍摄的图像进行处理，并将处理后的图像发送至所述图像对比和判别模块54，所述图像对比和判别模块54用于将所述图像处理模块52处理后的图像与所述图像储存模块53中存储的图像进行对比，以判别隐患类型。具体实施时，图像储存模块53中预先存储不同隐患类型的标准图像，用于比对，例如，所述图像储存模块53存储有植被闪络图像、异物图像、污秽图像等标准图像。

请参阅图4，本实施例中，所述图像处理模块52对所述拍摄模块51拍摄的图像进行处理的步骤具体包括：

S101，将所述拍摄模块拍摄的原始图像转换为灰度图；

S102，将所述灰度图转换为黑白图；

S103，去除所述黑白图的边界，再从中提取像素分布规律；

S104，去除图像中的干扰点；

S105，提取图像中的特性信息；

S106，对提取到的特性信息进行特征匹配，以获得处理后的图像。

其中，在步骤S106中，对提取到的特性信息进行特征匹配，可以先判断特征匹配后的图像是否为正常图像，若是，则作为处理后的图像，若否，则作为垃圾图像删除。当获得到了处理后的图像，图像对比和判别模块54会将处理后的图像与所述图像储存模块53中存储的图像进行对比和判断，以判别隐患类型。通过在系统中增加图像装置50，能够实现隐患类型的判别，判别结果可以发送至数据处理装置30，再通过信号传输装置40(或无线通信模块41)将判别结果传输至后台计算机(或移动终端)，从而优化隐患放电检测和预警的效果，有助于运维人员更准确的做出处理措施。

综上，根据本实施例提出的架空输电线路隐患放电监测预警系统，通过传感器装置采集架空输电线路上的电流信息，通过数据处理装置提取电流信息中特定频率段的电流信号，能够采集输电线路高阻故障发生前的毫安级高频小电流行波，而隐患放电与故障放电相比，隐患放电阶段，其电阻值较大，产生的行波信号较弱，行波电流幅值较小，因此通过对输电线路高阻故障发生前出现的高频小电流进行监测和预警，能够在故障发生前，实现隐患放电的监测和预警，帮助运维人员提前采取针对性的处理措施，从而能够有效防止输电线路故障的发生。此外，该系统具有结构精简、使用方便、能实时采集、维护周期长的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种架空输电线路隐患放电监测预警系统，其特征在于，包括电源装置、传感器装置、数据处理装置和信号传输装置；所述电源装置为所述传感器装置、所述数据处理装置和所述信号传输装置供电，所述数据处理装置分别与所述传感器装置和所述信号传输装置电性连接，所述传感器装置用于采集架空输电线路上的电流信息，并将采集到的电流信息发送至所述数据处理装置，所述数据处理装置用于提取所述电流信息中特定频率段的电流信号，并通过所述信号传输装置将提取的电流信号传输至后台计算机，当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时，所述数据处理装置通过所述信号传输装置向后台计算机发出预警信号。

2.根据权利要求1所述的架空输电线路隐患放电监测预警系统，其特征在于，所述电源装置包括太阳能光伏电池、蓄电池、感应取电模块、电源管理模块和电源输出模块，所述太阳能光伏电池、所述蓄电池、所述感应取电模块分别与所述电源管理模块电性连接，所述太阳能光伏电池与所述蓄电池电性连接，所述电源管理模块与所述电源输出模块电性连接。

3.根据权利要求2所述的架空输电线路隐患放电监测预警系统，其特征在于，所述感应取电模块由感应线圈和电流滤波电路组成，所述感应线圈与所述电流滤波电路的导线电流方向垂直。

4.根据权利要求1所述的架空输电线路隐患放电监测预警系统，其特征在于，所述传感器装置为穿芯式行波传感器。

5.根据权利要求4所述的架空输电线路隐患放电监测预警系统，其特征在于，所述穿芯式行波传感器由带磁芯的罗氏线圈和后级调理电路组成。

6.根据权利要求5所述的架空输电线路隐患放电监测预警系统，其特征在于，所述穿芯式行波传感器的电流最大采样频率为10MHz，最小测量电流为10mA。

7.根据权利要求1所述的架空输电线路隐患放电监测预警系统，其特征在于，所述信号传输装置包括无线通信模块，所述无线通信模块用于与移动终端无线连接，所述数据处理装置用于提取所述电流信息中特定频率段的电流信号，并通过所述无线通信模块将提取的电流信号无线传输至移动终端，当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时，所述数据处理装置通过所述无线通信模块向移动终端发出无线预警信号。

8.根据权利要求1所述的架空输电线路隐患放电监测预警系统，其特征在于，所述架空输电线路隐患放电监测预警系统还包括图像装置，所述图像装置包括拍摄模块、图像处理模块、图像储存模块、图像对比和判别模块，所述图像处理模块分别与所述拍摄模块和所述图像储存模块电性连接，所述拍摄模块用于拍摄架空输电线路的图像，所述图像处理模块用于对所述拍摄模块拍摄的图像进行处理，并将处理后的图像发送至所述图像对比和判别模块，所述图像对比和判别模块用于将所述图像处理模块处理后的图像与所述图像储存模块中存储的图像进行对比，以判别隐患类型。

9.根据权利要求8所述的架空输电线路隐患放电监测预警系统，其特征在于，所述图像储存模块存储有植被闪络图像、异物图像、污秽图像。

10.根据权利要求9所述的架空输电线路隐患放电监测预警系统，其特征在于，所述图像处理模块对所述拍摄模块拍摄的图像进行处理的步骤包括：

将所述拍摄模块拍摄的原始图像转换为灰度图；

将所述灰度图转换为黑白图；

去除所述黑白图的边界，再从中提取像素分布规律；

去除图像中的干扰点；

提取图像中的特性信息；

对提取到的特性信息进行特征匹配，以获得处理后的图像。