一种直流输电线路异常放电在线监测及预警方法和系统

技术领域

本发明涉及输电线路在线监测相关技术领域，具体涉及一种直流输电线路异常放电在线监测及预警方法和系统。

背景技术

直流输电线路输送容量大，输电距离长，若出现故障容易造成重大损失，对输电线路运行维护提出了更高的要求。然而实际直流输电线路在运行过程中，除容易遭受雷击、漂浮物等突发故障外，也存在大量运行维护中“渐发型”故障，如由于运行时间较长而致复合绝缘子劣化故障、金具长期悬浮放电而致断裂脱落、绝缘子长期污秽累积跳闸、树木生长较高至闪络跳闸、绝缘子覆冰导致闪络跳闸等等，严重威胁着电网的安全稳定运行水平。

为避免这些责任事故的发生，输电线路运维部门花费了大量的人力物力开展直流输电线路隐患点的检测预防工作。但由于这些故障往往在闪络前无明显肉眼可视征兆，人工巡视中受限于技术手段及经验难于发现；目前常采用紫外成像法、红外成像法、图像识别法、泄漏电流等监测技术，但是该类监测手段一般只能对单一异常进行监测，对多种异常的综合监测时往往需要安装较多的传感器，存在系统复杂、耗电量高、可靠性差的问题；此外，监测装置需要逐基杆塔安装，投入较大且运维困难，难于大规模的推广。

现有技术主要有离线式和在线式两大类，其中离线式主要依赖于人工巡检，具体实施方法包括紫外成像法、红外成像法、图像识别法、无人机巡查法等等，这种方法需要人工定期或不定期去线路巡视，无实时性，难以及时发现直流线路存在的异常情况，另外，由于直流线路输送距离长，且翻山越岭，对人工巡检增加了极大的难度。另一类是在线监测式，主要有视频法，图像法、泄露电流监测等几种方法，这几种在线监测方法的弊端均是监测范围过小，对于直流线路这种长距离输送特点，如需大范围覆盖，则需要安装大量监测装置，经济性得不到保证。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种直流输电线路异常放电在线监测及预警方法和系统，能够解决现有技术中直流线路长距离输送，需要安装大量监测装置，且持续高度监测，经济性差的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种直流输电线路异常放电在线监测及预警方法，包括以下步骤：

第一采样率采集电路以第一采样率采集输电线路的行波电流，判断有疑似异常放电后，启动第二采样率采集电路采集行波电流，并将以第二频率采集的行波电流上传，其中，第一采样率小于第二采样率；

对上传的行波电流的波形信息进行处理，识别出所有的风险杆塔；

对所有的风险杆塔进行判别，以确定异常放电的风险杆塔。

一些可选的实施例中，所述的判断有疑似异常放电，具体包括以下步骤：

判断每一行波电流中是否有超过设定阈值的电流点，若是，则采集储存该行波电流的N个电流点I(i)，i＝1,2，……，N；

计算N个电流点I(i)的有效点数占比η；

计算N个电流点I(i)的平坦程度λ；

判断有效点数占比η和平坦程度λ是否均不满足设定范围，若是，则判定有疑似异常放电，若否，则没有疑似异常放电。

一些可选的实施例中，所述的计算N个电流点I(i)的有效点数占比η，具体包括以下步骤：

根据公式

根据公式

筛选出满足

根据公式

一些可选的实施例中，所述的计算N个电流点I(i)的平坦程度λ，具体包括以下步骤：

将N个电流点I(i)等分为两份；

分别求出两部分电流点的平方和θ

根据公式

一些可选的实施例中，所述的对上传的行波电流的波形信息进行处理，识别出所有的风险杆塔，具体包括以下步骤：

对上传的行波电流的波形进行傅里叶FFT变换，分析波形的线路噪声干扰幅值和频带信息，并对波形进行识别与滤波处理，得到初步处理的放电波形；

对初步处理的放电波形进行小波变换，获取小波变换模极大值作为放电波形的波头；

根据放电波形的波头进行两两双端GPS定位计算，确定每一放电波头对应的杆塔，若放电的杆塔位于两个波形对应监测终端所监测的区段外，则该结果无效，则删除，若为监测区段内，则进行保存；

根据监测区间内各个杆塔的放电次数，生成放电分布数组；

计算放电分布数组的有效值，判定杆塔放电次数超过有效值设定倍数对应的杆塔为风险杆塔。

一些可选的实施例中，所述的对所有的风险杆塔进行判别，以确定异常放电的风险杆塔，具体包括以下步骤：

持续对上传的行波电流诊断分析，进行风险杆塔的判别；

判定后续连续预设个数的设定时段内均被判别是风险杆塔的杆塔为异常放电杆塔。

另一方面，本发明还提供一种直流输电线路异常放电在线监测及预警系统，包括：

监测终端，其用于以第一采样率采集输电线路的行波电流，判断有疑似异常放电后，启动第二采样率采集电路采集行波电流，并将第二采样率采集的行波电流上传，其中，第一采样率小于第二采样率；

数据中心站，其用于对上传的行波电流的波形信息进行处理，识别出所有的风险杆塔；对所有的风险杆塔进行判别，以确定异常放电的风险杆塔。

一些可选的实施例中，所述监测终端包括：

行波电流传感器单元，其用于感应放电产生的行波电流；

数据采集单元，其包括：

-第一采样率采集电路，其用于将所述行波电流传感器单元感应的行波电流第二频率信号转化为第一频率信号并采集，且判断是否有疑似异常放电，当有疑似异常放电时，发出唤醒信号；

-第二采样率采集电路，其用于根据第一采样率采集电路发出的唤醒信号激活后，以第二采样率采集所述行波电流传感器单元感应的行波电流；

无线通讯单元，其用于将采集的行波电流上传。

一些可选的实施例中，所述监测终端还包括放大滤波电路，其包括滤波电路和两级放大电路，用于将行波电流传感器单元感应放电产生的行波电流滤波和放大后传输给所述数据采集单元。

一些可选的实施例中，所述第一采样率采集电路包括检波电路和第一功耗采集单元，所述检波电路用于将所述行波电流传感器单元感应的行波电流第二频率信号转换为第一频率信号，所述第一功耗采集单元接收第一频率信号，判断是否有疑似异常放电，当有疑似异常放电时，发出唤醒信号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：先通过第一采样率电路采集电线路的行波电流并进行判断，当判断有疑似异常放电后，启动第二采样率电路采集，并将第二频率采集的行波电流上传，再进行进一步的精确判断，最终发出异常放电塔杆的预警信息。通过先用第一采样率的监测单元检测是否有疑似放电，再启动第二采样率采集电路来监测，第一采样率的监测单元的功耗低，可以减少实时监测设备的功耗，节省电能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，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为本发明实施例中在线监测及预警方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中在线监测及预警系统的原理示意图；

图3为本发明实施例中在线监测及预警系统的安装示意图。

图中：1、监测终端；2、数据中心站；3、客户端。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

本发明提供一种直流输电线路异常放电在线监测及预警方法，包括以下步骤：

S1：第一采样率采集电路以第一采样率采集输电线路的行波电流，判断有疑似异常放电后，启动第二采样率采集电路采集行波电流，并将第二频率采集的行波电流上传，其中，第一采样率小于第二采样率。

判断有疑似异常放电，具体包括以下步骤：

S11：判断每一行波电流中是否有超过设定阈值的电流点，若是，则采集储存该行波电流的N个电流点I(i)，i＝1,2，……，N。

S12：计算N个电流点I(i)的有效点数占比η。

计算N个电流点I(i)的有效点数占比η，具体包括以下步骤：

根据公式

根据公式

筛选出满足

根据公式

S13：计算N个电流点I(i)的平坦程度λ。

计算N个电流点I(i)的平坦程度λ，具体包括以下步骤：

将N个电流点I(i)等分为两份；

分别求出两部电流点的平方和θ

根据公式

S14：判断有效点数占比η和平坦程度λ是否均不满足设定范围，若是，则判定有疑似异常放电，若否，则没有疑似异常放电。

在本实施例中，第一采样率采集电路中以低功耗MCU单元采集输电线路的行波电流，判断有疑似异常放电后，启动第二采样率采集电路即FPGA高速采集单元采集行波电流，并将FPGA单元采集的行波电流上传，功耗MCU单元采样率小于FPGA单元，功耗更低，若无疑似异常放电发生时，FPGA处于硬休眠模式，以节省电源消耗。

具体的，若判断有疑似异常放电，则清空低功耗MCU单元采集的波形，与此同时，启动FPGA高速采集单元进行高速触发采集，并将满足触发阈值的FPGA采集波形进行实时上传，若FPGA高速采集单元采集波形不满足触发阈值，则FPGA高速采集单元在采集1min～1h(可设)后进入硬休眠状态，并等待下一次MCU判断疑似放电后唤醒。若没有疑似异常放电，则将低功耗MCU单元采集并进行了放电判断的波形进行清空。

在本实施例中，若η>95％，则该波形为无效波形，反之该波形可能有效。若平坦程度λ处于[0.8,1.2]以内，表明波形平坦，判定无效，反之可能有效。有效点数占比η和平坦程度λ均不判定为无效时，认为波形为疑似放电波形。

S2：对上传的行波电流的波形信息进行处理，识别出所有的风险杆塔。

步骤S2具体包括以下步骤：

S21：对上传的行波电流的波形进行傅里叶FFT变换，分析波形的线路噪声干扰幅值和频带信息，并对波形进行识别与滤波处理，得到初步处理的放电波形；

S22：对初步处理的放电波形进行小波变换，并对高频系数进行重构，获取小波变换模极大值作为放电波形的波头；

S23：根据放电波形的波头进行两两双端GPS定位计算，确定每一放电波头对应的杆塔，若放电的杆塔位于两个波形对应监测终端所监测的区段外，则该结果无效，并删除，若为监测区段内，则进行保存。

S24：根据监测区间内各个杆塔的放电次数，生成放电分布数组。

S25：计算放电分布数组的有效值，判定杆塔放电次数超过有效值设定倍数对应的杆塔为风险杆塔。

S3：所述的对所有的风险杆塔进行判别，以确定异常放电的风险杆塔，具体包括以下步骤：

S31：持续对上传的行波电流诊断分析，进行风险杆塔的判别；

S32：判定后续连续三个设定时段内均被判别是风险杆塔的杆塔为异常放电杆塔，则发出异常放电塔杆的预警信息。

在使用该直流输电线路异常放电在线监测及预警方法时，先通过第一采样率电路采集电线路的行波电流并进行判断，当判断有疑似异常放电后，启动第二采样率电路进行采集，并将以第二采样率采集的行波电流上传，再进行进一步的精确判断，最终发出异常放电塔杆的预警信息。通过先用第一采样率的监测单元检测是否有疑似放电，再启动第二采样率采集电路来监测，第一采样率的监测单元的功耗低，可以减少实时监测设备的功耗，节省电能。

本发明还提供一种直流输电线路异常放电在线监测及预警系统，包括：监测终端1，其用于以第一采样率采集输电线路的行波电流，判断有疑似异常放电后，启动第二采样率采集电路采集行波电流，并将第二采样率采集的行波电流上传，其中，第一采样率小于第二采样率；还包括数据中心站2，其用于对上传的行波电流的波形信息进行处理，识别出所有的风险杆塔；对所有的风险杆塔进行判别，以确定异常放电的风险杆塔。

在使用该直流输电线路异常放电在线监测及预警系统，通过监测终端1先通过第第一采样率采集电路以第一采样率采集输电线路的行波电流，判断有疑似异常放电后，再通过第二采样率采集电路以第二采样率采集的行波电流上传至数据中心站2，数据中心站2先识别出风险杆塔，再对风险杆塔进行判别，以确定异常放电的风险杆塔。另外数据中心站2还可以发出异常放电塔杆的预警信息，通过WEB或短信方式通知运维人员。第一采样率采集单元的功耗低，可以减少实时监测终端1的功耗，节省电能。

在一些可选的实施例中，监测终端1包括：行波电流传感器单元，其用于感应放电产生的行波电流；数据采集单元，其包括：第一采样率采集电路，其用于将所述行波电流传感器单元感应的行波电流第二频率信号转化为第一频率信号并采集，且判断是否有疑似异常放电，当有疑似异常放电时，发出唤醒信号；数据采集单元还包括第二采样率采集电路，其用于根据第一采样率采集电路发出的唤醒信号激活后，以第二采样率采集所述行波电流传感器单元感应的行波电流；监测终端1还包括无线通讯单元，其用于将采集的行波电流上传。

在本实施例中，检测终端的行波电流传感器单元采用行波电流传感器，其为一半圆环形罗氏线圈传感器，传感器材质为纳米晶或铁氧体。先用第一采样率采集电路将行波电流传感器单元感应的行波电流第二频率信号转化为第一频率信号并采集，通过第一频率信号判断是否有疑似异常放电。第二采样率采集电路为高速现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)。当有疑似异常放电时，唤醒第二采样率采集电路，若第一采样率采集电路采集波形中未出现疑似异常放电，高速FPGA处于休眠模式以节省电源消耗。

本实施例中，当接收到MCU唤醒信号时，启动高速FPGA采集电路采集，并将满足触发阈值的数据进行上传，若不满足触发阈值，则在设定的工作时间段后进入硬休眠，等待下一次唤醒；

在一些可选的实施例中，监测终端1还包括放大滤波电路，其包括滤波电路和两级放大电路，用于将行波电流传感器单元感应放电产生的行波电流滤波和放大后传输给数据采集单元。

在本实施例中，通过行波电流传感器单元感应到的行波，先通过放大滤波电路放大和滤波后传输给数据采集单元，以使数据采集单元更好的采集和储存。

在一些可选的实施例中，第一采样率采集电路包括检波电路和第一功耗采集单元，检波电路用于将行波电流传感器单元感应的行波电流第二频率信号转化为第一频率信号，第一功耗采集单元接收第一频率信号，判断是否有疑似异常放电，当有疑似异常放电时，发出唤醒信号。

在本实施例中，第一采样率采集电路实时触发采集行波电流传感器单元感应到的行波。第一采样率采集电路中的检波电路将将行波电流传感器单元感应的行波电流第二频率信号转化为第一频率信号。本例中，第一功耗采集单元为MCU为低功耗采集单元。

在本实施例中，监测终端1分布安装于直流输电线路的正负极导线上，两套设备之间的距离为15～20km。

该系统还包括电源模块和无线通讯单元，电源模块给各单元供电；无线通讯单元用于接收数据采集单元采集和处理后的数据，并发送给数据中心站2。本例中，无线通讯单元将数据通过4G方式发送回数据中心站2。另外，数据中心站2还可以通过无线通讯单元以4G无线通信方式下发采集指令给监测终端1，设定采集时刻点以及触发阈值等参数。

该系统还包括客户端3，客户端可以通过互联网主动访问和控制数据中心站2以查询隐患相关数据和诊断结果，并可以通过手机移动终端短信接收所述数据中心站2发送的隐患预警结果。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。