CN110018403B - 一种绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别方法 - Google Patents
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Abstract
一种绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别方法，所述方法利用移相相减和小波变换的提取与识别方法，在发生鸟粪导致的绝缘子污秽闪络前的局部电弧阶段，识别局部电弧放电导致的隐患电流。所述方法包括：监测三相行波电流、移相相减、数字信号处理、小波变换、判别是否存在局部电弧的频率特征，如果存在则发出预警。本发明基于移相相减和小波变换的隐患电流的提取与识别方法，可以实时监测各相的电流波形和隐患电流波形，对架空输电线路是否发生了鸟害隐患放电进行实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别方法，属电力线路绝缘技术领域。
背景技术
随着中国居民环保意识的增强与生态环境的改善，农村常住人口的减少，鸟类的繁衍数量逐渐增多，活动范围日趋扩大，使得鸟类对架空输电线路安全运行的威胁也日益加剧。尤其近几年来，220kV架空输电线路先后发生多次鸟害障碍，严重影响了线路的安全稳定运行。鸟害引起线路故障的形式有线路跳闸和零部件损坏。造成线路跳闸的主要原因有鸟粪闪络、鸟巢材料短路和鸟类身体短路等。其中因鸟粪引起的线路跳闸次数达348次，占鸟害各类原因故障跳闸总数的87.2％，是鸟害故障跳闸的主要原因。
受鸟粪污染的绝缘子表面受潮后,污层中电解质溶于水,绝缘子表面形成一层导电膜,导致绝缘子表面电阻迅速下降,表面泄露电流增大，绝缘子干带上主要承担绝大部分电压降,随着干带上的压降不断增大,最终导致了干带上表面的空气被击穿，形成了局部电弧。当污秽较重时，局部电弧可能很快发展为沿面闪络，导致绝缘故障；但是当污秽较轻时，局部电弧展为沿面闪络可能要长达几天。局部电弧形成时，会产生反映电弧特征的隐患电流信号，并通过架空输电线路向线路两端传播。在鸟害故障前检测局部电弧引起的隐患电流，在源头上扼杀鸟害故障，就显得尤为重要。
隐患电流的提取与识别目前存在利用扰动后的全电流减去扰动前负荷电流的方法，但该方法准确率低，且没有考虑投切负荷引起的电流变化。利用傅里叶变换或者小波变换也是提取与识别隐患电流的重要方法，但由于隐患电流很小，只有几毫安，线路中负荷电流仍是全电流的主要成分，所以该方法计算复杂，处理数据量较大，导致识别系统的灵敏性较差。
发明内容
本发明的目的是，为了准确地鉴别由绝缘子污秽闪络前局部电弧放电导致的隐患电流，且排除投切负荷或者负荷变化引起的电流波动的影响，提高提取与识别隐患电流系统的准确性和灵敏性，本发明提出一种绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别方法。
本发明实现的技术方案如下，一种绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别方法，所述方法利用移相相减和小波变换的提取与识别方法，在发生鸟粪导致的绝缘子污秽闪络前的局部电弧阶段，识别局部电弧放电导致的隐患电流。
一种绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别方法，步骤如下：
(1)利用分布式监测系统监测三相行波电流，采用数字存储示波器显示各相电流波形；
(2)采用移相相减的运算模型对各相电流进行运算；运算规则为其他两相电流经过改变相位后使它们与被测试相的相电流同相位，然后利用被测试相的相电流减去其余两相电流的算术平均值；将被运算后的电流值被称为附加电流；采用数字存储示波器显示附加电流波形；
(3)对附加电流进行数字信号滤波；将附加电流进行傅里叶变换，选取附加电流中50Hz分量的部分进行剔除，再对进行傅里叶逆变换，得到新的电流波形，将该电流波形称为隐患电流；
(4)对隐患电流进行小波分解，识别隐患电流的各个频率分量，，如果在当附加电流稳定时，隐患电流存在频率处于[a+50，b+50]范围内的电流分量，则可确定当前阶段存在局部电弧，即证明架空输电线路发生了绝缘子隐患放电；其中，a为局部电弧的电阻频率特征分量的下限值，b为局部电弧的电阻频率特征分量的上限值。
所述移相相减的具体运算过程如下：
假设A相中存在局部电弧隐患放电电流：
(1)将B相电流向后移相120°；
(2)将C相电流向前移相120°；
(3)求取B、C两相移相后的电流的算数平均值；
(4)用A相全电流减去上述平均值，所得结果为附加电流。
一种隐患电流提取与识别装置，用于绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别。
所述装置包括分布式监测装置、数字存储示波器、运算模块、数字滤波器和富氏变换装置；所述分布式监测装置的输出端分别连接数字存储示波器和运算模块的输入端；所述运算模块的输出端连接数字滤波器；所述数字滤波器连接富氏变换装置；
所述分布式监测装置用于监测三相行波电流，并将采集到的电流送数字存储示波器和运算模块，通过数字存储示波器显示各相电流波形；所述运算模块对三相电流进行移相相减及运算，并将得到的附加电流送数字滤波器进行信号滤波，再将滤波后的电流送富氏变换装置进行富利叶变换和逆变换，得到隐患电流；隐患电流送分布式监测装置进行小波分解，识别隐患电流的各个频率分量，确定当前阶段存在局部电弧，并进行预警。
本发明的有益效果是，本发明基于移相相减和小波变换的隐患电流的提取与识别方法，可以实时监测各相的电流波形和隐患电流波形，对架空输电线路是否发生了鸟害隐患放电进行实时监测。本发明利用移相相减的运算思路更加简单直接，所得的附加电流大大减小了与相电流相比的幅值，减少了最后小波分解的运算量；并且利用移相相减的隐患电流的提取方法，不仅可以去除负荷分量，而且移相相减后也去除了三相电流中共同存在的噪声分量和负荷变化产生的电流零序分量。数字处理滤波可以排除基频电流分量对最后结果的影响，使得对隐患电流的监测更加准确。这种基于移相相减和小波变换的隐患电流的提取与识别方法提高了对隐患电流监测的准确性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2是本发明架空输电线路单相隐患放电等效电路模型；
图3是本发明根据模拟试验结果所得的电弧电阻波形；
图4是本发明根据发生局部电弧隐患放电后所得的架空输电线路三相电流波形；
图5是本发明根据模拟试验结果经过移相相减所得的附加电流波形；
图6是本发明根据附加电流波形结果经数字信号滤波所得的隐患电流波形；
图7是本发明根据隐患电流波形结果经小波变换后所得的频谱特征曲线图；
图8为本发明一种隐患电流提取与识别装置结构框图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图1所示。
本实施例一种绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别方法，包括以下步骤：
步骤1：利用分布式监测系统监测三相行波电流，采用数字存储示波器显示各相电流波形。
步骤2：采用移相相减的运算模型对各相电流进行运算。运算规则为其他两相电流经过改变相位后使它们与被测试相的相电流同相位，然后利用被测试相相电流减去其余两相电流的算术平均值。将被运算后的电流值被称为附加电流。采用数字存储示波器显示附加电流波形。
步骤3：对附加电流进行数字信号滤波。将附加电流进行傅里叶变换，选取附加电流中50Hz分量的部分进行剔除，再对进行傅里叶反变换，得到新的电流波形，将该电流波形称为隐患电流。
步骤4：对隐患电流进行小波分解，识别隐患电流的各个频率分量，其中如果在当附加电流稳定时，隐患电流存在频率处于[a+50，b+50]范围内的电流分量，则可确定当前阶段存在局部电弧，即证明架空输电线路发生了绝缘子隐患放电。其中，a为局部电弧的电阻频率特征分量的下限值，b为局部电弧的电阻频率特征分量的上限值。
下面根据实例进行进一步计算分析。
假设A相发生了局部电弧隐患放电，根据图2的架空输电线路隐患放电等效电路，利用分布式监测系统监测三相行波电流，所得三相电流波形如图4所示。
设
是附加电流分量，
分别是A、B、C三相的全电流，Ia、Ib、Ic分别是A、B、C相的负载电流。那么有：
在220KV的架空输电线路中，由于三相系统的中性点接地，所以隐患电流只存在于A相，且对于220KV的输电线路而言，三相负载相对平衡，即Ia、Ib和Ic在数值上相近。
将
向后移相120°并将
向前移相120°，可得：
由于Ia≈Ib≈Ic，因此有：
由上述的移相相减过程，可得附加电流波形，如图5所示。对图5的附加电流进行数字信号滤波。具体过程是取附加电流的稳定时的周期波形，将该周期内的附加电流进行傅里叶变换，得到附加电流的频谱特征曲线图，选取频谱特征曲线图中50Hz的部分，将其复制设置为0，再对修改后的频谱特征曲线图进行傅里叶逆变换，得到新的电流波形，将该电流波形称为隐患电流，可见图6。
对上一步所得的图6中的隐患电流进行小波分解，识别隐患电流的各个频率分量，其中如果在当附加电流稳定时，隐患电流存在频率处于[a+50，b+50]范围内的电流分量，则可确定当前阶段存在局部电弧，即证明架空输电线路发生了绝缘子隐患放电。其中，a为局部电弧的电阻频率特征分量的下限值，b为局部电弧的电阻频率特征分量的上限值。
本实施例的移相相减的运算思路更加简单直接，而且减少了最后小波分解的运算量；利用移相相减的隐患电流的提取方法，使得最后所得的结果更加准确可靠，提高了对隐患电流识别的灵敏性。本实施例可以持续高效稳定工作，且原理简单。这种基于移相相减和小波变换的隐患电流的提取与识别方法提高了对隐患电流监测的准确性和可靠性。
Claims (3)
1.一种绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别方法，其特征在于，所述方法利用移相相减和小波变换的提取与识别方法，在发生鸟粪导致的绝缘子污秽闪络前的局部电弧阶段，识别局部电弧放电导致的隐患电流；
所述方法包括以下步骤：
(1)利用分布式监测装置监测三相行波电流，采用数字存储示波器显示各相电流波形；
(2)采用移相相减的运算模型对各相电流进行运算；运算规则为其他两相电流经过改变相位后使它们与被测试相的相电流同相位，然后利用被测试相的相电流减去其余两相电流相加的算术平均值；将被运算后的电流值被称为附加电流；采用数字存储示波器显示附加电流波形；
(3)对附加电流进行数字信号滤波；将附加电流进行傅里叶变换，选取附加电流中50Hz分量的部分进行剔除，再对进行傅里叶逆变换，得到新的电流波形，将该电流波形称为隐患电流；
(4)对隐患电流进行小波分解，识别隐患电流的各个频率分量，如果在当附加电流稳定时，隐患电流存在频率处于[a+50，b+50]范围内的电流分量，则可确定当前阶段存在局部电弧，即证明架空输电线路发生了绝缘子隐患放电；其中，a为局部电弧的电阻频率特征分量的下限值，b为局部电弧的电阻频率特征分量的上限值。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别方法，其特征在于，所述移相相减的具体运算过程如下：
假设A相中存在局部电弧隐患放电电流：
(1)将B相电流向后移相120°；
(2)将C相电流向前移相120°；
(3)求取B、C两相移相后的电流的算数平均值；
(4)用A相全电流减去上述平均值，所得结果为附加电流。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘子局部电弧产生的隐患电流的提取与识别方法，其特征在于，所述方法通过隐患电流提取与识别装置来实现，所述装置包括分布式监测装置、数字存储示波器、运算模块、数字滤波器和傅氏变换装置；所述分布式监测装置的输出端分别连接数字存储示波器和运算模块的输入端；所述运算模块的输出端连接数字滤波器；所述数字滤波器连接傅氏变换装置；
所述分布式监测装置用于监测三相行波电流，并将采集到的电流送数字存储示波器和运算模块，通过数字存储示波器显示各相电流波形；所述运算模块对三相电流进行移相相减及运算，并将得到的附加电流送数字滤波器进行信号滤波，再将滤波后的电流送傅氏变换装置进行傅里叶变换和逆变换，得到隐患电流；隐患电流送分布式监测装置进行小波分解，识别隐患电流的各个频率分量，确定当前阶段存在局部电弧，并进行预警。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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