CN114280430A - 一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统，包括：闪络电流检测装置，用于检测绝缘子表面的电流信息；电流预处理单元，用于对采集到的绝缘子表面电流进行放大和滤波处理；处理器，用于对预处理后的电流信息进行算法滤波处理，并判断是否发生闪络、计算闪络发生次数以及闪络电流强度；通讯装置，用于将处理器的处理结果发送到监控中心。本发明对每一个检测绝缘子的闪络电流检测装置进行标签，并在后台监控中心中储存每个标签对应的位置信息以及绝缘子历史检测数据，从而能及时发现故障绝缘子，并定位到精确位置进行更换，提升了故障处理效率。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路在线监测领域，尤其是涉及一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统。
背景技术
高压电力线路的绝缘子在运行一段时间后，由于表面落有污秽、裂纹等因素会使耐压强度降低，绝缘子表面形成放电回路，使泄漏电流增大，当达到一定值时，造成表面放电闪络击穿；虽然绝缘子表面落有污秽很小，但由于电力系统中发生某种过电压或绝缘子本身原因在过电压的作用下使绝缘子表面闪络放电。当绝缘子发生闪络放电后，绝缘子表面绝缘性能下降很大，严重时会发生闪络放电击穿跳闸故障。污闪事故一旦发生，往往不能依靠重合闸迅速恢复送电，必须经过检修人员全面巡查，确定故障点处理后才能送电。此外，污闪事故一旦发生，还会造成整个电网停电故障，对电力系统的安全和稳定运行构成严重的威胁，如不快速及时处理，后果非常严重。
在中国专利文献上公开的“绝缘子污闪监测方法、装置、设备及存储介质”，其公开号为CN113092959A，公开日期为2021-07-09，绝缘子污闪监测方法包括：筛选OPGW光缆上的采样点，获得目标对象；获取目标对象的特征信息，作为目标信息，特征信息包括与目标对象对应的电信号的接收时间、电压幅值、频率值和振动幅值；获取目标对象的电压幅值首次大于预设的第一电压阈值时的接收时间，作为参照时间点；获取参照时间点前预设的第一时间段的目标对象的特征信息，作为预警信息；根据预警信息判断目标对象是否发生闪络故障。通过采集OPGW光缆内返回的后向瑞利散射光信号，可基于后向瑞利散射光信号的偏振态的变化，实现对OPGW光缆上绝缘子的监测。但是该技术中心采用光信号来判断闪络故障的发生，容易受到外界环境因素的干扰而发生误判，同时缺少对发生闪络故障的绝缘子位置信息的了解，使维修人员无法直接获得需要进行更换的绝缘子的具体位置，从而拖延了故障处理时间。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中在线监测绝缘子是否发生闪络尤其是污闪的同时缺少对故障绝缘子进行定位技术的问题，提供了一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统，对每一个检测绝缘子的闪络电流检测装置进行标签，并在后台监控中心中储存每个标签对应的位置信息以及绝缘子历史检测数据，从而能及时发现故障绝缘子，并定位到精确位置进行更换，提升了故障处理效率。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统，包括：
闪络电流检测装置，用于检测绝缘子表面的电流信息；
电流预处理单元，用于对采集到的绝缘子表面电流进行放大和滤波处理；
处理器，用于对预处理后的电流信息进行算法滤波处理，并判断是否发生闪络、计算闪络发生次数以及闪络电流强度；
通讯装置，用于将处理器的处理结果发送到监控中心。
本发明中，闪络电流检测装置采集绝缘子表面的电流信息，将采集到的电流信息经过电流预处理单元进行放大处理和硬件电路滤波处理后传输到处理器中；处理器对预处理后的电流信息再次进行算法滤波处理后提取有效闪络电流值，根据提取得到的有效闪络电流值判断绝缘子是否发生闪络，计算闪络电流强度并且计算绝缘子发生闪络的次数；通讯装置将处理器的处理结果以及原始数据都发送到后台监控中心，供监控人员查询处理。
作为优选，所述闪络电流检测装置为罗氏线圈，所述罗氏线圈套设在绝缘子根部的芯棒上。
本发明中采用罗氏线圈作为闪络电流检测装置，可以直接套在被测量的绝缘子上来测量电流；其电流测量范围大，测量带宽能从低频如0.1赫兹一直到几兆甚至几十兆赫兹，测量无需跟测量源相连接，具有绝缘等级高、能承受大电流过载而不坏的特点。
作为优选，所述闪络电流检测装置设置有标签，所述监控中心中储存有标签所对应的闪络电流检测装置的位置信息以及历史检测数据。
本发明中每一个闪络电流检测装置对应的标签各不相同，标签可以是由数字或数字和字母组合而成的一串字符，在监控中心中只需要输入标签就能查询到该标签所对应的绝缘子和闪络电流检测装置的实际位置以及该位置上的绝缘子的更换记录和每个绝缘子的历史检测数据。
作为优选，所述处理器中设置有闪络电流下限阈值，闪络电流中间阈值和闪络电流上限阈值；当检测得到的实际绝缘子表面电流大于等于闪络电流下限阈值时表示发生闪络，同时绝缘子闪络次数加一。
本发明中设置有闪络电流下限阈值、闪络电流中间阈值和闪络电流上限阈值，根据实际采集得到的闪络电流值位于的阈值区间采取不同的处理措施。同时闪络电流下限阈值是判断是否发生闪络的分界线，当发生闪络后处理器中对当前的绝缘子累计闪络次数加一，并将信息发送到监控中心。
作为优选，当检测得到的实际绝缘子表面电流大于等于闪络电流上限阈值时，发送绝缘子更换信息到监控中心；当累计的绝缘子闪络次数大于预先设定的闪络次数阈值时，发送绝缘子更换信息到监控中心；更换完成后累计闪络发生次数归零。
本发明中当绝缘子发生闪络后，绝缘子本身的绝缘性能会下降，当某一次闪络电流值大于闪络电流上限阈值后，绝缘子会被快速碳化而损坏，因此需要马上进行更换。而当闪络电流值小于闪络电流上限阈值时，绝缘子的绝缘性能会下降但是并不影响绝缘子的使用，只有当累计闪络发生次数达到闪络次数阈值后，绝缘子无法继续工作，此时对绝缘子进行更换，从而在保证了电路安全性的基础上降低了维护成本。
作为优选，所述通讯装置还能将处理器的处理结果发送到移动端设备，所述移动端设备与监控中心互相通信得到发生闪络的绝缘子位置信息和历史检测数据。
本发明中既可以在监控中心查询绝缘子的详细位置以及具体检测数据，也能通过移动端设备来查询绝缘子的位置和检测数据，方便维修人员或巡查人员在移动过程中了解具体情况，并能及时准确地前往故障绝缘子位置维修更换。
作为优选，还包括环境参数采集装置，用于采集绝缘子周围环境的具体参数并通过通信装置发送到监控中心，结合绝缘子闪络发生次数与发生闪络的电流强度判断是否更换绝缘子。
本发明中设置有环境参数采集装置，能够采集在绝缘子周围的具体环境参数，因为环境因素是影响绝缘子闪络发生情况的重要因素，如潮湿天气情况下绝缘子表面堆积的污垢尘埃被湿润，使得绝缘子表面电导急剧增加，导致绝缘子的闪络电压降低，从而更易发生闪络。因此结合具体的环境情况和绝缘子本身的绝缘情况可以来判断是否需要更换绝缘子。
本发明具有如下有益效果：对每一个检测绝缘子的闪络电流检测装置进行标签，并在后台监控中心中储存每个标签对应的位置信息以及绝缘子历史检测数据，从而能及时发现故障绝缘子，并定位到精确位置进行更换，提升了故障处理效率；对闪络电流的强度进行划分，根据不同闪络电流的强度采取不同的处理措施，在保证了线路安全性的基础上降低了维护成本；添加了环境参数采集装置，考虑了绝缘子所处环境对绝缘子发生闪络的影响，进一步降低了绝缘子发生闪络故障的风险。
附图说明
图1是本发明绝缘子闪络在线监测系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示，一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统，包括：闪络电流检测装置，套设在绝缘子上，用于检测绝缘子表面的电流信息；电流预处理单元，包括一次连接的闪络电流放大电路和闪络电流滤波电路，用于对采集到的绝缘子表面电流进行放大和滤波处理；微处理器，用于对预处理后的电流信息进行算法滤波处理，并判断是否发生闪络、计算闪络发生次数以及闪络电流强度；通讯装置和微处理器双向交流，并且将处理器的处理结果发送到监控中心。通讯装置还能将处理器的处理结果发送到移动端设备，移动端设备与监控中心互相通信得到发生闪络的绝缘子位置信息和历史检测数据。
闪络电流检测装置为罗氏线圈，罗氏线圈套设在绝缘子根部的芯棒上。闪络电流检测装置设置有标签，监控中心中储存有标签所对应的闪络电流检测装置和绝缘子的位置信息以及历史检测数据。
处理器中设置有闪络电流下限阈值，闪络电流中间阈值和闪络电流上限阈值；当检测得到的实际绝缘子表面电流大于等于闪络电流下限阈值时表示发生闪络，同时绝缘子闪络次数加一。当检测得到的实际绝缘子表面电流大于等于闪络电流上限阈值时，发送绝缘子更换信息到监控中心；当累计的绝缘子闪络次数大于预先设定的闪络次数阈值时，发送绝缘子更换信息到监控中心；更换完成后累计闪络发生次数归零。
电流预处理单元、微处理器和通讯装置集成在一起安装在电线杆或者塔架角铁上，微处理器和通讯装置由相连的一次性锂亚电池供电。
本发明的在线监测系统还包括环境参数采集装置，用于采集绝缘子周围环境的具体参数并通过通信装置发送到监控中心，结合绝缘子闪络发生的次数与发生闪络的电流强度判断是否更换绝缘子。
本发明中，闪络电流检测装置采集绝缘子表面的电流信息，将采集到的电流信息经过电流预处理单元进行放大处理和硬件电路滤波处理后传输到处理器中；处理器对预处理后的电流信息再次进行算法滤波处理后提取有效闪络电流值，根据提取得到的有效闪络电流值判断绝缘子是否发生闪络，计算闪络电流强度并且计算绝缘子发生闪络的次数；通讯装置将处理器的处理结果以及原始数据都发送到后台监控中心，供监控人员查询处理。
本发明中采用罗氏线圈作为闪络电流检测装置，可以直接套在被测量的绝缘子上来测量电流；其电流测量范围大，测量带宽能从低频如0.1赫兹一直到几兆甚至几十兆赫兹，测量无需跟测量源相连接，具有绝缘等级高、能承受大电流过载而不坏的特点。
本发明中每一个闪络电流检测装置对应的标签各不相同，标签可以是由数字或数字和字母组合而成的一串字符，在监控中心中只需要输入标签就能查询到该标签所对应的绝缘子和闪络电流检测装置的实际位置以及该位置上的绝缘子的更换记录和每个绝缘子的历史检测数据。
本发明中设置有闪络电流下限阈值、闪络电流中间阈值和闪络电流上限阈值，根据实际采集得到的闪络电流值位于的阈值区间采取不同的处理措施。同时闪络电流下限阈值是判断是否发生闪络的分界线，当发生闪络后处理器中对当前的绝缘子累计闪络次数加一，并将信息发送到监控中心。
本发明中当绝缘子发生闪络后，绝缘子本身的绝缘性能会下降，当某一次闪络电流值大于闪络电流上限阈值后，绝缘子会被快速碳化而损坏，因此需要马上进行更换。而当闪络电流值小于闪络电流上限阈值时，绝缘子的绝缘性能会下降但是并不影响绝缘子的使用，只有当累计闪络发生次数达到闪络次数阈值后，绝缘子无法继续工作，此时对绝缘子进行更换，从而在保证了电路安全性的基础上降低了维护成本。
本发明中既可以在监控中心查询绝缘子的详细位置以及具体检测数据，也能通过移动端设备来查询绝缘子的位置和检测数据，方便维修人员或巡查人员在移动过程中了解具体情况，并能及时准确地前往故障绝缘子位置维修更换。
本发明中设置有环境参数采集装置，能够采集在绝缘子周围的具体环境参数，因为环境因素是影响绝缘子闪络发生情况的重要因素，如潮湿天气情况下绝缘子表面堆积的污垢尘埃被湿润，使得绝缘子表面电导急剧增加，导致绝缘子的闪络电压降低，从而更易发生闪络。因此结合具体的环境情况和绝缘子本身的绝缘情况可以来判断是否需要更换绝缘子。
实施例一，本发明的实施例中的闪络电流放大电路采用高速信号放大器，拥有纳秒级的0.1dB增益平稳度，能够保持信号稳定度和增强信号高保真度，能捕捉到瞬间闪络事件。微处理器采用STM32L152R8T6单片微处理器，运行速度快功耗低，可以保证长时间的工作。通讯装置采用NB-IoT通讯模组，NB-IoT窄带物联网接入技术覆盖广，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，提升了100倍区域覆盖的能力；NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；NB-IoT终端模块的待机时间可长达近10年，具有更低的功耗和模块成本。采用一次性锂亚电池为系统供电，其能量密度特高，温度范围宽，低温性能优异，持续放电能力强，贮存寿命长，自放电率极低，仅为每年1％。对比太阳能电池，可以避免太阳能电池因安装位置的原因难以清洁导致表面被污染后效率降低寿命短的问题。
当闪络现象发生时，绝缘子表面有电流，套设在绝缘子根部芯棒上的罗氏线圈可以感应并采集得到闪络电流信号，这个闪络电流信号经过闪络电流放大电路的放大处理和闪络电流滤波电路的滤波处理排除电磁干扰后输入到微处理器中。在微处理器中进一步使用一阶带通滤波算法对闪络电流信号进行二次滤波，过滤掉干扰信号，一阶带通滤波的算法公式为：Y(n)＝a×X(n)+(1-a)×Y(n-1)，式中α是滤波系数；X(n)是本次采样值；Y(n-1)是上次滤波输出值；Y(n)是本次滤波输出值。然后利用功率谱变换对闪络电流进行频域分析，提取出闪络电流频域中功率谱最大谱峰值曲线增长速率作为污闪监测的有效值，从而得到实际的有效闪络电流峰值。在单位时间内闪络电流信号中有多个有效闪络电流峰值，在微处理器中对单位时间内的多个有效闪络电流峰值进行模数转换后选取数值最大的作为最终的实际闪络电流值I实际。
闪络电流的范围一般在0.5kA到50kA，也会有大于50kA的闪络电流出现，每一次闪络的发生都会一定程度上降低绝缘子的绝缘性能。在本实施例中设置闪络电流下限阈值I下为0.5kA，闪络电流中间阈值I中为2kA，闪络电流上限阈值I上为20kA，即当绝缘子表面的实际闪络电流I实际大于等于0.5kA时说明发生闪络，且增加一次闪络次数，计累计闪络次数为N总。当绝缘子表面电流I实际处于0.5kA到2kA之间时属于轻微闪络，只考虑闪络次数的累计来判断是否需要更换绝缘子，当累计闪络次数N总＝N微≥N0时需要更换绝缘子，其中N微表示发生轻微闪络的次数，N0表示闪络次数阈值。当绝缘子表面电流N实际处于2kA到20kA之间时属于中度闪络，需要同时考虑闪络次数和每次闪络的电流强度来判断是否需要更换绝缘子。在实际情况中中度闪络和轻微闪络是混合的，因此以设定发生N微次轻微闪络，N中次中度闪络，则在该情况下的累计闪络次数
其中αi＝(I实际/I中)2为每次发生中度闪络时的次数系数，I实际为发生中度闪络时的实际电流，以闪络发生时电流释放的能量来作为绝缘子碳化损坏程度的判断依据得到次数系数αi，当N总≥N0时则需要更换绝缘子。当绝缘子表面电流I实际大于等于20kA时说明闪络现象严重，需要立即更换绝缘子。
微处理器将处理后的结果、原始检测数据和闪络电流检测装置的标签同时通过通讯装置发送到后台的监控中心。监控中心根据接收到的信息实时更新储存的绝缘子检测数据。监控中心的储存设备中，每一个标签对应有一个闪络电流检测装置和其检测的绝缘子的具体位置信息，同时还对应有该闪络电流检测装置的历史检测数据，以及绝缘子的更换记录和每一个绝缘子的检测数据，包括绝缘子型号、历史更换次数、更换间隔时间、当前绝缘子闪络发生次数、每次闪络电流强度等。
当监控中心接收到的信息中显示某一绝缘子发生闪络的实际闪络电流值超过闪络电流上限阈值时或者检测到绝缘子发生闪络的次数超过了闪络次数阈值时，监控中心中会进行告警提醒更换绝缘子，并在显示屏中显示该绝缘子的具体位置信息。监控中心会将绝缘子的位置信息和更换任务下发到离绝缘子所在位置最近的移动端设备处，由持有该移动端设备的维修人员赶赴现场进行跟换。移动端设备也能实时接收到邻近的微处理器经过通讯装置发送的信息，方便巡查人员或者维修人员在移动过程中接收到标签信息和闪络发生的信息，同时巡查人员或维修人员能通过移动端设备连接到监控中心，在监控中心的存储设备中查询标签信息对应的绝缘子信息，与实地观察检测的结果进行对比，完成巡查或维修任务。当损坏的绝缘子跟换完成后，微处理器中的绝缘子累计闪络次数进行重置归零，监控中心中当前绝缘子闪络发生次数也归零，同时历史更换次数加一。
实施例二，在实施例一的基础上添加了环境参数采集装置，环境参数采集装置能够采集检测闪络电流检测装置和绝缘子所在区域的具体环境情况，并将实际采集到的各项参数由微处理器处理后经过通讯装置传输到后台监控中心中。具体的环境参数包括空气湿度、温度、风速、颗粒物浓度、霜冻情况等会影响绝缘子绝缘性能和闪络电压的因素。在监控中心中建立有绝缘子的绝缘性能与闪络发生次数和环境参数相关联的评估模型，对每一个绝缘子，结合其已发生闪络次数和所在环境参数判断评估其绝缘性能，当绝缘性能不足以保证绝缘子的安全使用时，监控中心会发出告警提醒，下达任务安排维修人员更换绝缘子。
上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统，其特征在于，包括：
闪络电流检测装置，用于检测绝缘子表面的电流信息；
电流预处理单元，用于对采集到的绝缘子表面电流进行放大和滤波处理；
处理器，用于对预处理后的电流信息进行算法滤波处理，并判断是否发生闪络、计算闪络发生次数以及闪络电流强度；
通讯装置，用于将处理器的处理结果发送到监控中心。
2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监系统，其特征在于，所述闪络电流检测装置为罗氏线圈，所述罗氏线圈套设在绝缘子根部的芯棒上。
3.根据权利要求1所述的一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统，其特征在于，所述闪络电流检测装置设置有标签，所述监控中心中储存有标签所对应的闪络电流检测装置的位置信息以及历史检测数据。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统，其特征在于，所述处理器中设置有闪络电流下限阈值，闪络电流中间阈值和闪络电流上限阈值；当检测得到的实际绝缘子表面电流大于等于闪络电流下限阈值时表示发生闪络，同时绝缘子闪络次数加一。
5.根据权利要求4所述的一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统，其特征在于，当检测得到的实际绝缘子表面电流大于等于闪络电流上限阈值时，发送绝缘子更换信息到监控中心；当累计的绝缘子闪络次数大于预先设定的闪络次数阈值时，发送绝缘子更换信息到监控中心；更换完成后累计闪络发生次数归零。
6.根据权利要求1或3所述的一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统，其特征在于，所述通讯装置还能将处理器的处理结果发送到移动端设备，所述移动端设备与监控中心互相通信得到发生闪络的绝缘子位置信息和历史检测数据。
7.根据权利要求1所述的一种高压输电线路的绝缘子闪络在线监测系统，其特征在于，还包括环境参数采集装置，用于采集绝缘子周围环境的具体参数并通过通讯装置发送到监控中心，结合绝缘子闪络发生的次数与发生闪络的电流强度判断是否更换绝缘子。
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