CN112557836B - 一种高压输电线放电类型识别方法 - Google Patents

一种高压输电线放电类型识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一个实施例公开了一种高压输电线放电类型识别方法，包括如下步骤：在检测环境布设能够检测到高压输电线放电电磁辐射信号的探测器组成的探测阵列；探测器采集检测环境中的放电电磁辐射信号；将采集到的放电电磁辐射信号的电压幅值与预设阈值对比，所述预设阈值包括第一预设阈值和第二预设阈值，根据对比判断放电现象存在并确定所述放电类型为电弧放电、火花放电和电晕放电中的一种。本发明对运行中的高压输电线的放电状态进行检测，能够识别电晕放电、火花放电和电弧放电等多种放电形式，降低高压输电线的运行风险和维护成本。

Description

一种高压输电线放电类型识别方法
技术领域
本发明涉及高压输电线放电检测领域，更具体地，涉及一种高压输电线放电类型识别方法。
背景技术
随着社会的快速发展，人们对电能的需求越来越高，为了保证电能的高效传输，电力系统的输电线路电压不断提高，目前已经达到了特高压级别(1000kV以上)，因此电气设备和输电线路附近的电场强度越来越强，在强电场作用下，电器设备绝缘中一些薄弱部分就会发生局部放电，同时当输电线路上局部电场的强度大于气体的电离强度时，就会发生电晕放电。据不完全统计，中国每年因为电晕放电而消耗的电能能够达到20.5亿kW·h。另外，如果放电发生后不及时进行处理，极易引起高压设备损坏，造成巨大安全隐患与经济损失。通过研制低成本全天候的放电检测装置，可以实现输电线路的安全预警，辅助决策，从而降低安全隐患和运营成本。
脉冲检测法是目前唯一有国际标准的局部放电检测方式，它是通过获取测量阻抗在耦合电容侧或通过Rogowski线圈从电力设备的中性点或接地点测取由于局部放电所引起的脉冲电流。脉冲电流法多应用于电气设备的出厂试验中，有学者将其应用于变压器等设备的在线检测，但该方法测量频率低、抗干扰能力弱，监测范围小，此外该方法无法对电晕放电进行检测。紫外成像法也是目前较为常用的检测方法，该方法主要是靠高压设备电气放电时产生的紫外信号，经过处理后与可见光影像重叠进行显示，能够达到确定电晕位置和强度的目的。该方法对放电部位定位准确，反应迅速，但成本非常高，监控范围小，无法实现对整个高压线路进行全天候实时检测。有学者提出利用红外成像技术对局部放电进行检测，但是这种方法只能检测出电气设备绝缘状态恶化比较严重的情况，同时受自然干扰比较严重，造成这种方法的误检率很高。另外有人开展了利用声信号对局部放电进行检测，但这种方法也存在抗干扰能力差等缺点。
高压放电电流通常呈现脉冲形式，放电过程中会产生电磁辐射，已经有学者提出利用放电产生的电磁辐射信号实现对高压设备局部放电进行检测，其通过在不同的频带内的辐射信号对电晕放电与电弧放电进行区分，但是这种检测方式对设备的采样率较高，设备成本高。因此研制一种能够在线测量的低成本传感器能够测试电晕放电、电弧放电以及火花放电等脉冲放电是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压输电线放电类型识别方法，对运行中的高压输电线的放电状态进行检测，能够识别电晕放电、火花放电和电弧放电等多种放电形式，降低高压输电线的运行风险和维护成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种高压输电线放电类型识别方法，包括如下步骤：
在检测环境布设能够检测到高压输电线放电电磁辐射信号的探测器组成的探测阵列；
探测器采集检测环境中的放电电磁辐射信号，所述的探测器能够在电晕放电、电弧放电和火花放电三种放电形式产生的电磁辐射场的共有频率范围内对三种放电电磁辐射信号进行探测；
将采集到的放电电磁辐射信号的电压幅值与预设阈值对比，所述预设阈值包括第一预设阈值和第二预设阈值，如果放电电磁辐射信号电压幅值大于第一预设阈值，则认为检测到放电现象存在，如果放电电磁辐射信号电压幅值大于第二预设阈值，则认为是电弧放电或火花放电等局部放电现象，否则为电晕放电；
确定放电形式为局部放电的一种后对放电电磁辐射信号的波形进行检测，在首个电压幅值超过第二预设阈值的放电电磁辐射信号出现后的30μs～300μs内连续出现三次以上电压幅值超过第二预设阈值的放电电磁辐射信号则说明放电形式为电弧放电，否则为火花放电。
在一个具体实施例中，所述探测阵列至少由三个探测器组成，探测器在距高压输电线第一方向5m处沿平行于高压输电线的直线布设，探测器之间的间隔为10m。
在一个具体实施例中，所述方法还包括利用抗干扰方法对采集到的放电电磁辐射信号进行处理，判断所探测到的放电电磁辐射信号是否为雷电等干扰信号，从而对干扰信号进行排除，所述抗干扰方法的步骤为：
当所述探测阵列探测到放电电磁辐射信号时，判定放电发生在最先接收到信号的两个探测器之间的区域；
记录最先接收到放电电磁辐射信号的探测器与相邻两个探测器接收到放电电磁辐射信号的时间差；
利用探测器接收到放电电磁辐射信号的时间差计算并判断是否为干扰信号，判断准则如下：
a、b、c为三个依次布设的探测器，a与b相邻，b与c相邻。探测器a、b是首先接收到信号的两个探测器，且b是最先接收到信号的探测器；
当所述探测阵列检测到放电电磁辐射信号时，若放电电磁辐射信号满足下述条件则判定为是放电电磁辐射信号，否则为干扰信号，
Figure BDA0002776215770000041
其中，
h：输电线与探测器之间的高度差；
d：两个相邻探测器之间的距离差；
Δtab：a、b两个探测器探测到放电电磁辐射信号的时间差，a、b为相邻布设的两个探测器；
Δtbc：b、c两个探测器探测到放电电磁辐射信号的时间差，b、c为相邻布设的两个探测器；
C：光速。
在一个具体实施例中，所述的探测器阵列中各探测器之间能够保持同步通信，各探测器既能够作为识别其所在区域输电线的放电情况和类型，同时也能够协助相邻探测器排除雷电等干扰信号。
在一个具体实施例中，所述探测器能够在特定频率内接收放电电磁辐射信号，并对其进行处理和存储，对放电电磁辐射信号的采样频率不低于500MHz。
在一个具体实施例中，所述第一阈值为300mV，所述第二阈值为3V，但不限于300mV和3V，其具体值与探测器的灵敏度有关。
在一个具体实施例中，所述放电电磁辐射信号是每个时刻探测阵列获取的放电电磁辐射信号电压值。
有益效果：
1、本发明的一种高压输电线放电类型识别方法可以通过放电辐射场探测器对高压输电线放电类型进行实时探测，可应用在高压设备、高压输电线放电状态的检测。
2、本发明的一种高压输电线放电类型识别方法，对运行中的高压输电线的放电状态进行检测，能够识别电晕放电、火花放电和电弧放电等多种放电形式，降低高压输电线的运行风险和维护成本。
附图说明
图1是一种高压输电线放电类型识别方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
本发明的一个实施例提供一种高压输电线放电类型识别方法，这里所述的高压包括：根据输送电能距离的远近，采用不同的高电压，从我国现在的电力情况来看，送电距离在200～300公里时采用220千伏的电压输电；在100公里左右时采用110千伏；50公里左右采用35千伏；在15公里～20公里时采用10千伏，有的则用6600伏，输电电压在110千伏以上的线路，称为超高压输电线路。在远距离送电时，我国还有500千伏的超高压输电线路。
如图1所示，所述方法包括以下步骤：
在检测环境布设能够检测到高压输电线放电电磁辐射信号的探测器组成的探测阵列；
探测器采集检测环境中的放电电磁辐射信号，所述的探测器能够在电晕放电、电弧放电和火花放电三种放电形式产生的电磁辐射场的共有频率范围内对三种放电电磁辐射信号进行探测；
将采集到的放电电磁辐射信号的电压幅值与预设阈值对比，所述预设阈值包括第一预设阈值和第二预设阈值，如果放电电磁辐射信号电压幅值大于第一预设阈值，则认为检测到放电现象存在，如果放电电磁辐射信号电压幅值大于第二预设阈值，则认为是电弧放电或火花放电等局部放电现象，否则为电晕放电；
确定放电形式为局部放电的一种后对放电电磁辐射信号的波形进行检测，在首个电压幅值超过第二预设阈值的放电电磁辐射信号出现后的30μs～300μs内连续出现三次以上电压幅值超过第二预设阈值的放电电磁辐射信号则说明放电形式为电弧放电，否则为火花放电。
在一个具体实施例中，所述探测阵列至少由三个探测器组成，探测器在距高压输电线第一方向即正下方5m处沿平行于高压输电线的直线布设，高压输电线位于空中，所述探测器安装在地面搭设的支架上，支架最高点放置探测器，每两个探测器之间的间隔为10m。
在一个具体实施例中，所述方法还包括利用抗干扰方法对采集到的放电电磁辐射信号进行处理，判断所探测到的放电电磁辐射信号是否为雷电等干扰信号，从而对干扰信号进行排除，所述抗干扰方法的步骤为：
当所述探测阵列探测到放电电磁辐射信号时，判定放电发生在最先接收到信号的两个探测器之间的区域；
记录最先接收到放电电磁辐射信号的探测器与相邻两个探测器接收到放电电磁辐射信号的时间差；
利用探测器接收到放电电磁辐射信号的时间差计算并判断是否为干扰信号，判断准则如下：
a、b、c为三个依次布设的探测器，a与b相邻，b与c相邻。探测器a、b是首先接收到信号的两个探测器，且b是最先接收到信号的探测器；
当所述探测阵列检测到放电电磁辐射信号时，若放电电磁辐射信号满足下述条件则判定为是放电电磁辐射信号，否则为干扰信号，
Figure BDA0002776215770000071
其中，
h：输电线与探测器之间的高度差；
d：两个相邻探测器之间的距离差；
Δtab：a、b两个探测器探测到放电电磁辐射信号的时间差，a、b为相邻布设的两个探测器；
Δtbc：b、c两个探测器探测到放电电磁辐射信号的时间差，b、c为相邻布设的两个探测器；
C：光速。
在一个具体实施例中，所述的探测器阵列中各探测器之间能够保持同步通信，各探测器既能够作为识别其所在区域输电线的放电情况和类型，同时也能够协助相邻探测器排除雷电等干扰信号。
在一个具体实施例中，所述探测器能够在特定频率内接收放电电磁辐射信号，并对其进行处理和存储，对放电电磁辐射信号的采样频率不低于500MHz。
在一个具体实施例中，所述特定频率为60MHz～80MHz和120MHz～150MHz。
在一个具体实施例中，所述第一阈值为300mV，所述第二阈值为3V，但不限于300mV和3V，其具体值与探测器的灵敏度有关。
在一个具体实施例中，所述放电电磁辐射信号是每个时刻探测阵列获取的放电电磁辐射信号电压值。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种高压输电线放电类型识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
在检测环境布设能够检测到高压输电线放电电磁辐射信号的探测器组成的探测阵列；
探测器采集检测环境中的放电电磁辐射信号，所述的探测器能够在电晕放电、电弧放电和火花放电三种放电形式产生的电磁辐射场的共有频率范围内对三种放电电磁辐射信号进行探测；
将采集到的放电电磁辐射信号的电压幅值与预设阈值对比，所述预设阈值包括第一预设阈值和第二预设阈值，如果放电电磁辐射信号电压幅值大于第一预设阈值，则认为检测到放电现象存在，如果放电电磁辐射信号电压幅值大于第二预设阈值，则认为是电弧放电或火花放电局部放电现象，否则为电晕放电；
确定放电形式为局部放电的一种后对放电电磁辐射信号的波形进行检测，在首个电压幅值超过第二预设阈值的放电电磁辐射信号出现后的30μs～300μs内连续出现三次以上电压幅值超过第二预设阈值的放电电磁辐射信号则说明放电形式为电弧放电，否则为火花放电；
还包括利用抗干扰方法对采集到的放电电磁辐射信号进行处理，判断所探测到的放电电磁辐射信号是否为雷电干扰信号，从而对干扰信号进行排除，所述抗干扰方法的步骤为：
当所述探测阵列探测到放电电磁辐射信号时，判定放电发生在最先接收到信号的两个探测器之间的区域；
记录最先接收到放电电磁辐射信号的探测器与相邻两个探测器接收到放电电磁辐射信号的时间差；
利用探测器接收到放电电磁辐射信号的时间差计算并判断是否为干扰信号，判断准则如下：
a、b、c为三个依次布设的探测器，a与b相邻，b与c相邻，探测器a、b是首先接收到信号的两个探测器，且b是最先接收到信号的探测器；
当所述探测阵列检测到放电电磁辐射信号时，若放电电磁辐射信号满足下述条件则判定为是放电电磁辐射信号，否则为干扰信号，
Figure FDA0003704534280000021
其中，
h：输电线与探测器之间的高度差；
d：两个相邻探测器之间的距离差；
Δtab：a、b两个探测器探测到放电电磁辐射信号的时间差，a、b为相邻布设的两个探测器；
Δtbc：b、c两个探测器探测到放电电磁辐射信号的时间差，b、c为相邻布设的两个探测器；
C：光速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测阵列至少由三个探测器组成，探测器在距高压输电线第一方向5m处沿平行于高压输电线的直线布设，探测器之间的间隔为10m。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的探测器阵列中各探测器之间能够保持同步通信，各探测器既能够作为识别其所在区域输电线的放电情况和类型，同时也能够协助相邻探测器排除雷电干扰信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测器能够在特定频率内接收放电电磁辐射信号，并对其进行处理和存储，对放电电磁辐射信号的采样频率不低于500MHz。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设 阈值为300mV，所述第二预设 阈值为3V，但不限于300mV和3V，其具体值与探测器的灵敏度有关。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放电电磁辐射信号是每个时刻探测阵列获取的放电电磁辐射信号电压值。
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