CN112345883A - 一种基于行波电流的输电线路隐患预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于行波电流的输电线路隐患预警系统,涉及输电线路监测技术领域,包括隐患行波电流传感模块、数据处理模块和服务端,所述隐患行波电流传感模块与所述数据处理模块连接,所述数据处理模块通过信息传输单元与所述服务端信息传输,其中,所述隐患行波电流传感模块,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模块,所述数据处理模块,用于提取电流信息中特定频率段的电流信号。本发明实现输电线路隐患的监测及预警,从而防止输电电路故障的发生,不仅克服了传统隐患监测方法监测对象单一的问题,实现监测对象多元化,而且监测效率高精度高。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路监测技术领域,具体来说,涉及一种基于行波电流的输电线路隐患预警系统。
背景技术
随着经济的发展,各地的高压输电线越来越多,然而由于高压输电线路的距离长,布置地理形势复杂及测试设备的局限性,现在对高压输电线路尤其是位于原始森林、海洋等偏僻或不易进入地域的线路没有有效、及时、简单、可靠的日常检修方法,只有在产生故障后再寻找故障点对其进行维修,不能做到防范于未燃,非常危险,产生问题后反应修复的时间长,由停电等造成的损失也大。为此,输电线路故障监测显得越来越有必要。
输电线路故障监测是输电线路发生故障时快速查找故障点的一项重要技术,目前输电线路故障监测的方法主要有三种,短路测距法、故障指示器法和手持监测器巡线法。短路测距法是通过测量短路点到测量点的线路阻抗,估计出短路点到测量点的线路长度从而确定短路点的位置,该方法需要的设备造价高,并且不能反映故障分支,不能直接测量变压器中性点非直接接地系统单相接地时的距离,一般仅在变电站使用。故障指示器法是在输电线路的沿线装设故障指示器,当线路故障时在故障段线路上有故障特征电流流过,如:短路电流、冲击电流、注入电流等。通过检测故障特征电流,故障段线路上的故障指示器就有机械翻牌或亮灯的指示,而非故障段线路的故障指示器无指示,这样有指示与无指示之间的线路为故障点所在位置。故障指示器法的主要问题是检测人员必须延故障线路巡查指示器,时间长工作量大。同样,手持监测器巡线法也是通过检测人员持监测器,沿故障线路检测特征电流信号的一种方法。该方法也需要很长的时间和较大的工作量,并且必须装设一个电流信号注入设备,造价也比较高。此外,更重要的是,现有的输电线路故障监测系统基本上都依赖于平均分布的多个监测节点,这些节点在有些受实际环境条件限制的区域是不便于被布置的,而且监测信息基本只是依靠一条链路得到的监测信息,一旦链路中的某个或者某些监测节点发生故障,则由于难以被在短时间内维修好而导致无法稳定地监测线路的故障。另外,线路上的监测节点本身也被作为现有技术中的监测算法的考虑因素。一旦因损坏等原因被替换的监测节点数量较多,则整个系统的算法的参数都需要调整。
检索中国发明专利CN111653081A公开了一种输电线路监测系统,属于输电线监测技术领域,包括监测前端和所述管理后台,所述监测前端包括壳体以及所述壳体上安装的高清摄像头和红外热成像摄像头,所述壳体的内部还集成有控制系统,通过驱动摄像头采集输电线路表面的覆冰和温度数据;所述管理后台包括无线组网服务器、数据存储服务器、文件服务器和web服务器,通过所述无线组网服务器提供无线网络支持接收所述监测前端上传的数据,所述数据存储服务器保存数据,再由所述文件服务器将数据以文件形式展示给用户,所述web服务器提供人机交互界面使用户可以浏览所述管理后台的监测数据。通过监测前端监测输电线路的覆冰厚度和温度,使输电线路使用更加安全放心。但其仍存在效率低精度低的问题。
针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题,本发明提出一种基于行波电流的输电线路隐患预警系统,实现输电线路隐患的监测及预警,从而防止输电电路故障的发生,不仅克服了传统隐患监测方法监测对象单一的问题,实现监测对象多元化,而且监测效率高精度高,以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种基于行波电流的输电线路隐患预警系统,包括隐患行波电流传感模块、数据处理模块和服务端,所述隐患行波电流传感模块与所述数据处理模块连接,所述数据处理模块通过信息传输单元与所述服务端信息传输,其中,所述隐患行波电流传感模块,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模块,所述数据处理模块,用于提取电流信息中特定频率段的电流信号,并通过所述信息传输单元将提取的电流信号传输至所述服务端,且所述数据处理模块对当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时,所述数据处理模块通过所述信息传输单元向所述服务端发送预警信号。
进一步的,还包括故障电流传感模块和故障行波电流传感模块,所述故障电流传感模块和所述故障行波电流传感模块分别与所述数据处理模块连接,且所述故障电流传感模块,用于采集架空输电运行线路的运行电流并传输至所述数据处理模块,所述故障行波电流传感模块,用于采集架空输电运行线路的故障行波电流并传输至所述数据处理模块。
进一步的,所述数据处理模块提取电流信息中特定频率段的电流信号,包括以下步骤:
确定隐患检测量FDC(tn),表示为:
其中,取数据窗长度为Ts=40us,当前时刻tn,每次数据窗移动长度为Δt=tn-tn-1=10us,SC(tn)为当前时刻中间量,SC(tn-1)为tn-1时刻中间量,FDC(tn)为当前时刻检测量;
进行隐患电流检测阈值与隐患检测量FDC(tn)进行比较,表示为:
FDC(tn)>TH或FDC(tn)≤TH
其中,FDC(tn)表示tn时刻故障检测量,TH为故障检测阈值,当故障检测量>故障检测阈值,则判断为隐患放电,并发出预警信号,当故障检测量≤故障检测阈值,则判断为正常电流谐波波形,不输出预警信号。
进一步的,还包括以下步骤:
标定系统正常运行,表示为:
其中,
ImA=ImB=ImC
表示为:
SSC
=iA 2+iB 2+iC 2=im 2
其中,SSC为三相电流平方和,iA为A相电流,iB为B相电流,iC为C相电流,Im为稳态电流幅值。
本发明的有益效果:
本发明行波电流的输电线路隐患预警系统,通过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模块对提取电流信息中特定频率段的电流信号,并通过信息传输单元将提取的电流信号传输至服务端,对当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时,数据处理模块向服务端发送预警信号,实现输电线路隐患的监测及预警,从而防止输电电路故障的发生,不仅克服了传统隐患监测方法监测对象单一的问题,实现监测对象多元化,而且监测效率高精度高,应用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,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,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种基于行波电流的输电线路隐患预警系统的流程示意图;
图2是根据本发明实施例的一种基于行波电流的输电线路隐患预警系统的判定示意图;
图3是根据本发明实施例的一种基于行波电流的输电线路隐患预警系统的原理框图。
图中:
1、隐患行波电流传感模块;2、数据处理模块;3、服务端;4、故障电流传感模块;5、故障行波电流传感模块。
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、完整地描述,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所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例,提供了一种基于行波电流的输电线路隐患预警系统。
如图1-图2所示,根据本发明实施例的基于行波电流的输电线路隐患预警系统,包括隐患行波电流传感模块1、数据处理模块2和服务端3,所述隐患行波电流传感模块1与所述数据处理模块2连接,所述数据处理模块2通过信息传输单元与所述服务端3信息传输,其中,所述隐患行波电流传感模块1,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模块2,所述数据处理模块2,用于提取电流信息中特定频率段的电流信号,并通过所述信息传输单元将提取的电流信号传输至所述服务端3,且所述数据处理模块2对当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时,所述数据处理模块2通过所述信息传输单元向后所述服务端3发送预警信号。
其中,还包括故障电流传感模块4和故障行波电流传感模块5,所述故障电流传感模块4和所述故障行波电流传感模块5分别与所述数据处理模块2连接,且所述故障电流传感模块4,用于采集架空输电运行线路的运行电流并传输至所述数据处理模块2,所述故障行波电流传感模块5,用于采集架空输电运行线路的故障行波电流并传输至所述数据处理模块2。
其中,所述数据处理模块2提取电流信息中特定频率段的电流信号,包括以下步骤:
确定隐患检测量FDC(tn),表示为:
其中,取数据窗长度为Ts=40us,当前时刻tn,每次数据窗移动长度为Δt=tn-tn-1=10us,SC(tn)为当前时刻中间量,SC(tn-1)为tn-1时刻中间量,FDC(tn)为当前时刻检测量;
进行隐患电流检测阈值与隐患检测量FDC(tn)进行比较,表示为:
FDC(tn)>TH或FDC(tn)≤TH
其中,FDC(tn)表示tn时刻故障检测量,TH为故障检测阈值,当故障检测量>故障检测阈值,则判断为隐患放电,并发出预警信号,当故障检测量≤故障检测阈值,则判断为正常电流谐波波形,不输出预警信号。
其中,还包括以下步骤:
标定系统正常运行,表示为:
其中,
ImA=ImB=ImC
表示为:
SSC
=iA 2+iB 2+iC 2=im 2
其中,SSC为三相电流平方和,iA为A相电流,iB为B相电流,iC为C相电流,Im为稳态电流幅值。
借助于上述技术方案,通过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模块对提取电流信息中特定频率段的电流信号,并通过信息传输单元将提取的电流信号传输至服务端3,对当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时,数据处理模块2向服务端3发送预警信号,实现输电线路隐患的监测及预警,从而防止输电电路故障的发生,能够对各类隐患(绝缘子污秽、植被超高、金具浮放电、绝缘子覆冰、复合绝缘子劣化)进行监测,克服了传统隐患监测方法监测对象单一的问题,实现监测对象多元化,而且监测效率高精度高,应用范围广。
另外,具体的,对于上述隐患行波电流传感模块1来说,隐患行波电流的频率一般在1kHz-200kHz,幅值在10mA-5A,但因该传感器安装于导线上,为保证传感器频响及幅值满足设计需求,采用以铁氧体为胚体,同时为了提高传感器抗磁饱和的能力,采用半圆罗氏线圈设计。
另外,在架空输电线路上,因存在自身的工频谐波分量,该谐波分量与隐患放电的波形有一定的相似度,故能否有效辨识并提取隐患放电行波,输电线路在正常运行情况下,三相导线的工频谐波分量处于平衡状态,但当某相线路发生隐患放电时势必会导致该状态的变化,通过设定一定的阈值最终判断采集到的隐患行波信号是工频谐波分量还是真正的隐患放电。
另外,如图3所示,所述数据处理模块2包括MCU内置的低速模数转换模块及外置的高速模数转换模块。
其中央处理单元即主监控板是整个装置的核心部分,主要实现采集、监控、分析、通讯、存储等功能。由FPGA和MCU组成,FPGA负责实时采集高速隐患行波信号,将超过阈值的信号及时抓取并上传给MCU。MCU采用ARM内核的高性能微功耗单片机,负责低速信号采集,提供4G通信模块与后台通讯、传输数据。数据存储单元为外部闪存,用于缓存采集数据及报警数据。
电源模块可以通过CT感应取电,太阳能取电。供电装置连接电源管理板,电源管理板的主要功能是将外部的交直流电源进行处理,为蓄电池提供充放电管理,对操作电源提供低压保护,当负荷电流大于20A时可以完全取到通讯能量,在通讯时可以做到“有问必答”或者定时主动发送;当负荷电流小于20A时,只能取到有限的电能,在通讯时会出现“两问一答”或者定时主动发送的情况,其他时间装置内部无线通讯模块都在休眠以减少电池损耗。为了确保数据传输的安全性,在上传数据时,MCU将采样数据经过加密算法处理后才能上传;在接收后台控制中心的数据时,需要先将数据通过解密算法处理后才能正确读取。
综上所述,借助于本发明的上述技术方案,通过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模块对提取电流信息中特定频率段的电流信号,并通过信息传输单元将提取的电流信号传输至服务端(3),对当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时,数据处理模块(2)向服务端(3)发送预警信号,实现输电线路隐患的监测及预警,从而防止输电电路故障的发生,不仅克服了传统隐患监测方法监测对象单一的问题,实现监测对象多元化,而且监测效率高精度高,应用范围广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于行波电流的输电线路隐患预警系统,其特征在于,包括隐患行波电流传感模块(1)、数据处理模块(2)和服务端(3),所述隐患行波电流传感模块(1)与所述数据处理模块(2)连接,所述数据处理模块(2)通过信息传输单元与所述服务端(3)信息传输,其中,所述隐患行波电流传感模块(1),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模块(2),所述数据处理模块(2),用于提取电流信息中特定频率段的电流信号,并通过所述信息传输单元将提取的电流信号传输至所述服务端(3),且所述数据处理模块(2)对当特定频率段的电流信号超过设定的阈值时,所述数据处理模块(2)通过所述信息传输单元向所述服务端(3)发送预警信号。
2.根据权利要求1所述的基于行波电流的输电线路隐患预警系统,其特征在于,还包括故障电流传感模块(4)和故障行波电流传感模块(5),所述故障电流传感模块(4)和所述故障行波电流传感模块(5)分别与所述数据处理模块(2)连接,且所述故障电流传感模块(4),用于采集架空输电运行线路的运行电流并传输至所述数据处理模块(2),所述故障行波电流传感模块(5),用于采集架空输电运行线路的故障行波电流并传输至所述数据处理模块(2)。
3.根据权利要求1所述的基于行波电流的输电线路隐患预警系统,其特征在于,所述数据处理模块(2)提取电流信息中特定频率段的电流信号,包括以下步骤:
确定隐患检测量FDC(tn),表示为:
其中,取数据窗长度为Ts=40us,当前时刻tn,每次数据窗移动长度为Δt=tn―tn-1=10us,SC(tn)为当前时刻中间量,SC(tn-1)为tn-1时刻中间量,FDC(tn)为当前时刻检测量;
进行隐患电流检测阈值与隐患检测量FDC(tn)进行比较,表示为:
FDC(tn)>TH或FDC(tn)≤TH
其中,FDC(tn)表示th时刻故障检测量,TH为故障检测阈值,当故障检测量>故障检测阈值,则判断为隐患放电,并发出预警信号,当故障检测量≤故障检测阈值,则判断为正常电流谐波波形,不输出预警信号。
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