CN111413590B - 一种基于opgw的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，包括步骤一、通过闪络在线监测装置采集原始信号；步骤二、从原始信号中筛选出闪络信号；步骤三、截取闪络信号中段T1～T2时间段的原始数据，然后做傅里叶变换进行频谱分析；步骤四：提取步骤三中得到的频谱中0～500Hz频段最大能量幅度A1，500Hz～1500Hz频段最大能量幅度A2，以及1500Hz～2500Hz频段最大能量幅度A3；步骤五：计算能量比K1＝A1/A2，K2＝A1/A3，将K1、K2分别与阈值进行比较，判断是输电线路跳闸故障闪络还是输电线路非故障闪络信号。本发明针对闪络机理进行特征提取分析，具有较高的辨识度和较快的相应速度。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路故障辨识技术领域，具体是一种基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法。
背景技术
输电线路分布广泛，很容易受到雷击、覆冰、台风、树木、污秽、鸟害等自然灾害影响。针对输电线路故障监测，目前一般采用在线故障监测模式，为准确捕捉每一次的故障信号，监测系统一般调教的较为灵敏，因此会不可避免的采集到大量的非故障干扰信号。
针对输电线路故障辨识目前研究方向主要分为雷击故障辨识和非雷击故障辨识。其中雷击故障辨识分为雷电绕击和反击，辨识方法有：(1)根据雷电流强度辨识雷电绕击和反击；(2)根据输电线路发生闪络的相别判断雷电绕击和反击；(3)根据雷电流方向判别雷电绕击和反击；(4)根据地形地貌及接地电阻辨识。但上述辨识方法仅是对雷击闪络故障进行辨识。针对非雷击故障辨识，有学者提出了通过分析闪络前后故障电流的高次谐波频谱特征进行跳闸原因的辨识。但其方法仅是理论分析和实验室仿真结果，尚未在实际中推广应用。
目前现有的输电线路故障辨识，绝大多数是基于电流行波信号分析的，而光纤传感输电线路闪络监测是一种新兴手段，研究分析的是光学信号，目前该领域研究者较少。在现场应用中输电线路由于绝缘子性能变化、污秽、潮湿等可能发生电晕放电、闪络放电，当闪络短路电流未达到断路器动作电流时将不产生跳闸故障记录。而针对输电线路故障与非故障闪络信号辨识目前还没有较好的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，区分闪络信号是否为跳闸故障信号，具有较高的辨识度和较快的相应速度。
为实现上述目的，本发明提供一种种基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，其基于OPGW光偏振态雷击监测原理，利用光纤传感输电线路闪络在线监测装置采集的光信号数据，分析输电线路闪络信号，辨识跳闸故障闪络与非故障闪络信号，根据OPGW光信号强度和信号中段工频能量比判断，所述方法包括如下步骤：
步骤一：安装光纤传感输电线路闪络在线监测装置，采集原始信号；
步骤二：从采集到的原始信号中筛选出闪络信号；
步骤三：截取闪络信号中段T1～T2时间段的原始数据，然后做傅里叶变换进行频谱分析；
步骤四：提取步骤三中得到的频谱中0～500Hz频段最大能量幅度A1，500Hz～1500Hz频段最大能量幅度A2，以及1500Hz～2500Hz频段最大能量幅度A3；
步骤五：计算能量比K1＝A1/A2，K2＝A1/A3，将K1、K2分别与阈值进行比较，判断是输电线路跳闸故障闪络还是输电线路非故障闪络信号。
进一步的，所述原始信号为光纤传感输电线路闪络在线监测装置采集到的各种光学信号，包括雷击信号、振动信号、闪络信号。
进一步的，所述步骤一中光纤传感输电线路闪络在线监测装置安装在输电线路OPGW光缆终端机所在的变电站机房。
进一步的，光纤传感输电线路闪络在线监测装置通过单模光纤跳线连接光缆配线架到监测设备光纤端口。
进一步的，所述光纤传感输电线路闪络在线监测装置为单端测量装置。
进一步的，所述步骤二筛选方法为：根据光信号强度大于阈值Th1，且信号波形起点和终点的时间差大于阈值Th2，且有工频特征来筛选出闪络信号。
进一步的，阈值Th1为0.02V，阈值Th2为50ms，工频特征为明显的50Hz和100Hz工频特征。
进一步的，所述步骤三中信号中段T1～T2时间段为：T1为信号起点时刻之后10ms的时间位置，T2为信号终点之前10ms的时间位置。
进一步的，步骤四中所述能量幅度为频谱图中频率曲线的相对幅度，所述0～500Hz频段最大能量幅度A1需在工频或其谐波频率±5Hz范围内取得的峰值，所述500Hz～1500Hz频段最大能量幅度A2需在工频或其谐波频率±5Hz范围内取得的峰值，所述1500Hz～2500Hz频段最大能量幅度A3需在工频或其谐波频率±5Hz范围内取得的峰值。
进一步的，步骤五中所述阈值分别为Th3、Th4，Th3一般取值1，Th4一般取值4～7；判断依据是：当K1>Th3且K2>Th4时判断为非故障闪络信号；否则判断为跳闸故障闪络信号。
本发明利用闪络信号的频谱特征进行故障与非故障的辨识，在进行频谱分析前进行预处理，首先筛选出闪络信号是为了提高辨识速度，为避免信号波头和波尾的干扰，本发明只截取信号中段数据进行频谱分析，10ms为半个工频周期，因此对信号工频谐波的分析影响不大。闪络信号导致跳闸在电气上的表现是有较强的工频续流现象，工频谐波范围较大；如果是闪络未跳闸，则工频续流现象不明显，工频谐波主要在低频段。本发明所提方法针对闪络机理进行特征提取分析，具有较高的辨识度和较快的相应速度。
附图说明
图1是本发明一种基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法的流程图；
图2是本发明实施例中跳闸故障闪络信号原始波形；
图3是本发明实施例中跳闸故障闪络信号中段的频谱图；
图4是本发明实施例中非故障闪络信号原始波形；
图5是本发明实施例中非故障闪络信号中段的频谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示为本发明实施例提供的一种基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，所述输电线路故障闪络信号为导致跳闸的闪络信号，所述输电线路非故障闪络信号为没有跳闸的闪络信号，所述方法具体包括以下步骤：
首先选定合适的输电线路安装光纤传感输电线路闪络在线监测装置，采集原始信号。光纤传感输电线路闪络在线监测装置安装在变电站机房，为减少光纤连接损耗，装置最好装在通信机房，通过单模光纤跳线连接光缆配线架到监测设备光纤端口。输电线路两端均可安装，在线监测装置为单端测量装置，线路较短时可单端安装，线路较长时可双端安装。所述原始信号为光纤传感输电线路闪络在线监测装置采集到的各种类型的信号，包括雷击信号、振动信号、闪络信号等所有光学信号。
其次对监测到的包括雷击信号、振动信号、闪络信号等所有光学信号进行筛选，如果是非闪络信号则不作处理，如果是闪络信号则做进一步辨识。为提高辨识速度，要筛选出与跳闸相关的闪络信号，其他信号可不做处理。闪络信号的确定需满足以下三个条件：
(1)原始光信号最大幅度大于幅值阈值Th1，本实施例依据监测设备参数，取阈值Th1为0.02V，如果原始信号幅度大于0.02V则进一步处理，如果原始信号幅度小于等于0.02V则为非有效信号，直接退出；
(2)原始信号波形起点和终点时间差大于阈值Th2，求取原始信号波形起点时间、终点时间，计算信号持续时间△t(终点时间-起点时间)，本实施例中阈值Th2取值50ms，如果信号持续时间△t大于50ms则进一步处理，如果信号持续时间△t小于等于50ms则退出；根据经验，闪络信号的持续时间要明显长于雷击等信号；
(3)可看到明显的50Hz和100Hz工频特征，50Hz对应周期为20ms，100Hz对应周期为10ms，此特征可肉眼观看，亦可根据频谱进行分析。如图2和图4闪络信号波形，可看到明显的工频特征，特别是10ms周期信号。
同时满足以上三个条件则可准确筛选出闪络信号。
然后对筛选出的闪络信号，截取闪络信号中间一段T1～T2时间段的原始数据，本实施例中取T1为信号起点时刻之后10ms的时间位置，T2为信号终点之前10ms的时间位置。如图2和图4所示的闪络信号原始波形，T1可取为10ms时刻，T2可取为50ms时刻，可以看到截取之后可明显除去信号波头和波尾的干扰。
然后对截取的信号做傅里叶变换进行频谱分析。频谱图绘制出之后，提取频谱中0～500Hz频段最大能量幅度A1，500Hz～1500Hz频段最大能量幅度A2，以及1500Hz～2500Hz频段最大能量幅度A3，如图3和图5所示。
需要注意的是所述能量幅度为频谱图中频率曲线的相对幅度，所述0～500Hz频段最大能量幅度A1需在工频或其谐波频率±5Hz范围内取得的峰值，所述500Hz～1500Hz频段最大能量幅度A2需在工频或其谐波频率±5Hz范围内取得的峰值，所述1500Hz～2500Hz频段最大能量幅度A3需在工频或其谐波频率±5Hz范围内取得的峰值。
本实施例图3中可得到：A1＝0.00335，A2＝0.005361，A3＝0.002997；图5中可得到：A1＝0.04795，A2＝0.00923，A3＝0.003469。
最后计算能量比K1、K2，本实施图3为跳闸故障闪络信号中段的频谱图，根据提取得到的能量幅度A1、A2、A3，可计算出K1＝A1/A2＝0.6249，K2＝A1/A3＝1.1178；本实施图5为非故障闪络信号中段的频谱图，根据提取得到的能量幅度A1、A2、A3，可计算出K1＝A1/A2＝5.195，K2＝A1/A3＝13.8224。
将K1、K2与阈值Th3和Th4进行比较，判断是跳闸故障闪络还是非故障闪络信号。本实施例中阈值Th3取值为1，阈值Th4一般取值为7；
具体的判断依据是：当K1>Th3且K2>Th4时判断为非故障闪络信号；否则判断为跳闸故障闪络信号。
因此，本实施例图3中K1<Th3，K2<Th4则可判断为跳闸故障闪络信号；本实施例图5中K1>Th3，K2>Th4则可判断为非故障闪络信号。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：安装光纤传感输电线路闪络在线监测装置，采集原始信号；
步骤二：从采集到的原始信号中筛选出闪络信号；
步骤三：截取闪络信号中段T1～T2时间段的原始数据，然后做傅里叶变换进行频谱分析；
步骤四：提取步骤三中得到的频谱中0～500Hz频段最大能量幅度A1，500Hz～1500Hz频段最大能量幅度A2，以及1500Hz～2500Hz频段最大能量幅度A3；
步骤五：计算能量比K1＝A1/A2，K2＝A1/A3，将K1、K2分别与阈值进行比较，判断是输电线路跳闸故障闪络还是输电线路非故障闪络信号；
所述步骤二筛选方法为：根据光信号强度大于阈值Th1，且信号波形起点和终点的时间差大于阈值Th2，且有工频特征来筛选出闪络信号；
阈值Th1为0.02V，阈值Th2为50ms，工频特征为明显的50Hz和100Hz工频特征。
2.如权利要求1所述的基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，其特征在于：所述原始信号为光纤传感输电线路闪络在线监测装置采集到的各种光学信号，包括雷击信号、振动信号、闪络信号。
3.如权利要求1所述的基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，其特征在于：所述步骤一中光纤传感输电线路闪络在线监测装置安装在输电线路OPGW光缆终端机所在的变电站机房。
4.如权利要求1或3所述的基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，其特征在于：光纤传感输电线路闪络在线监测装置通过单模光纤跳线连接光缆配线架到监测设备光纤端口。
5.如权利要求1所述的基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，其特征在于：所述光纤传感输电线路闪络在线监测装置为单端测量装置。
6.如权利要求1所述的基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，其特征在于：所述步骤三中信号中段T1～T2时间段为：T1为信号起点时刻之后10ms的时间位置，T2为信号终点之前10ms的时间位置。
7.如权利要求1所述的基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，其特征在于：步骤四中所述能量幅度为频谱图中频率曲线的相对幅度，所述0～500Hz频段最大能量幅度A1需在工频或其谐波频率±5Hz范围内取得的峰值，所述500Hz～1500Hz频段最大能量幅度A2需在工频或其谐波频率±5Hz范围内取得的峰值，所述1500Hz～2500Hz频段最大能量幅度A3需在工频或其谐波频率±5Hz范围内取得的峰值。
8.如权利要求1所述的基于OPGW的输电线路故障与非故障闪络信号辨识方法，其特征在于：步骤五中所述阈值分别为Th3、Th4，Th3一般取值1，Th4一般取值4～7；判断依据是：当K1>Th3且K2>Th4时判断为非故障闪络信号；否则判断为跳闸故障闪络信号。
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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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