專利名稱：過電壓數(shù)據(jù)采集分層識別系統(tǒng)及類型分層模式識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高電壓技術(shù)中的電壓信號檢測領(lǐng)域，特別涉及一種過電壓數(shù)據(jù)采集分 層識別系統(tǒng)，還涉及一種過電壓類型分層模式識別方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會(huì)對電力系統(tǒng)供電的可靠性要求越來越高。造成電力系統(tǒng)供電中斷的原因 眾多，但絕緣的擊穿是造成停電的主要原因，而在絕緣事故中由于過電壓引起的事故又占 主導(dǎo)地位。電網(wǎng)過電壓特別是內(nèi)部過電壓的，對電氣設(shè)備和線路絕緣造成了嚴(yán)重的威脅；雷 電過電壓對220kV等級以下的系統(tǒng)絕緣也造成了嚴(yán)重威脅，電氣設(shè)備過電壓事故的頻繁發(fā) 生，給電網(wǎng)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的損失。隨著電網(wǎng)的迅速建設(shè)與發(fā)展，輸電線路輸電電 壓等級、輸送容量都在不斷提高。因此，電力系統(tǒng)過電壓是發(fā)展高壓和超高壓電網(wǎng)所必須研 究的重要課題，它不僅關(guān)系到發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等電力設(shè)備絕緣強(qiáng)度的合理設(shè)計(jì)， 而且直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。電力系統(tǒng)中的過電壓發(fā)生類型多種多樣，發(fā)生機(jī)理 不盡相同，波形、幅值、持續(xù)時(shí)間也不相同。在實(shí)際運(yùn)行中，各種過電壓出現(xiàn)后，各種故障往 往交織在一起，為后續(xù)的故障原因分析帶來困難。目前的電力系統(tǒng)過電壓在線監(jiān)測裝置，主要功能集中于對各種過電壓的波形的實(shí) 時(shí)采集，存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)維護(hù)，不具備分析識別能力，不能及時(shí)對事故進(jìn)行分析和防止。當(dāng)出 現(xiàn)過電壓事故時(shí)，往往需要人工來提取過電壓波形輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)，判斷出過電壓 類型作為分析事故原因的重要參考。由于監(jiān)測到的過電壓數(shù)據(jù)眾多，靠人工來對過電壓波 形做出識別，是一項(xiàng)十分繁復(fù)而艱巨的任務(wù)。同時(shí)，由于人員判斷是主觀因素的影響，靠人 工判斷過電壓波形，難以形成科學(xué)統(tǒng)一的判斷標(biāo)準(zhǔn)，容易導(dǎo)致誤判。過電壓信號攜帶著豐富的電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息。利用監(jiān)測到的過電壓信號進(jìn) 行特征提取，實(shí)現(xiàn)過電壓類型的自動(dòng)識別和診斷，對保證電網(wǎng)安全運(yùn)行具有十分重要的意 義(1)過電壓類型自動(dòng)識別的結(jié)果有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)絕緣薄弱點(diǎn)，進(jìn)行合理 的絕緣配合調(diào)整，提高系統(tǒng)安全運(yùn)行水平，也可以為日后電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)部門提供可靠的設(shè) 計(jì)參考依據(jù)，保證供電的可靠性。(2)系統(tǒng)故障和誤操作常常引起內(nèi)部過電壓，如果沒有對過電壓進(jìn)行具體的分析 和識別，很難查找出過電壓在線監(jiān)測裝置記錄的數(shù)據(jù)是誤操作還是故障產(chǎn)生的。進(jìn)行過電 壓類型自動(dòng)識別，可以顯示過電壓類型，易于查找引起過電壓的原因。(3)根據(jù)監(jiān)測到的過電壓波形，對過電壓類型實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分類，可以為過電壓產(chǎn)生及 發(fā)展的機(jī)理研究等提供重要的樣本參考，為限制過電壓大小，提高系統(tǒng)絕緣配合水平提供 先決條件。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種過電壓數(shù)據(jù)采集分層識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對現(xiàn)有電力系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備不具備分析過電壓類型的能力，根據(jù)弧光接地過電壓發(fā)生機(jī) 理，通過獲取過電壓波形，提取有效反映弧光接地過電壓本質(zhì)特征參量，從而實(shí)現(xiàn)對35kV 弧光接地過電壓有效識別；本發(fā)明的目的之二是提供一種過電壓類型分層模式識別方法。本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。該過電壓數(shù)據(jù)采集分層識別系統(tǒng)包括一次分壓裝置，用于與外部電壓傳感器的輸出端相聯(lián)接，對輸入的電壓信號進(jìn)行 分壓；二次分壓模塊，用于將輸入的大幅值信號按比例進(jìn)行減小，其輸入端與一次分壓 裝置的輸出端相聯(lián)接；前置信號調(diào)理模塊，接收從分壓模塊輸入的電壓信號，對其進(jìn)行濾波處理；信號觸發(fā)模塊，接收從分壓模塊輸入的電壓信號，當(dāng)電壓信號超過預(yù)定閥值時(shí)發(fā) 出觸發(fā)信號；數(shù)據(jù)采集處理模塊，通過三相電壓信號輸入通道與每一相上的前置信號調(diào)理模塊 相聯(lián)接，接收從信號觸發(fā)模塊發(fā)出的觸發(fā)信號并開啟數(shù)據(jù)采集處理模式，對每一相電壓信 號采集通道輸入的電壓信號進(jìn)行采集處理后，通過接口電路輸出；上位分析主機(jī)，接受并分析數(shù)據(jù)采集處理模塊輸出的過電壓數(shù)據(jù)，對過電壓類型 進(jìn)行判斷。進(jìn)一步，所述一次分壓裝置采用兩級結(jié)構(gòu)，其高壓臂采用聚苯乙烯電容器，低壓臂 采用多個(gè)電容器同軸并聯(lián)而成并用金屬圓盤屏蔽，在高壓臂末端串聯(lián)一阻尼電阻，所述高 壓臂的末端與低壓臂螺紋相連，所述高壓臂的外殼采用硅橡膠絕緣；進(jìn)一步，所述分壓模塊包括第一級分壓電路和第二級分壓電路，所述第一級分壓 電路的輸出端與第二級分壓電路的輸入端之間通過跳線I聯(lián)接，所述第二級分壓電路的輸 出端與前置信號調(diào)理模塊的輸入端之間通過跳線II聯(lián)接，所述第一級分壓電路與前置信 號調(diào)理模塊的輸入端之間通過跳線III聯(lián)接；進(jìn)一步，所述前置信號調(diào)理模塊包括前級電壓跟隨電路和后級有源濾波電路，所 述后級有源濾波電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集處理模塊的輸入端相聯(lián)接；進(jìn)一步，所述信號觸發(fā)模塊包括反相器、電壓比較器、光電耦合器和觸發(fā)邏輯門電 路，從分壓電路輸入的電壓信號分兩路進(jìn)入信號觸發(fā)模塊且通過兩個(gè)電壓比較器分別實(shí)現(xiàn) 正、負(fù)極性電壓比較觸發(fā)，所述電壓比較器的參考電平通過同一參考電壓源提供，其中負(fù)極 性電壓比較參考電平由參考電壓源輸出經(jīng)反相器提供，所述電壓比較器的輸出信號經(jīng)光電 耦合器隔離后通過觸發(fā)邏輯門電路形成觸發(fā)邏輯電平；進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)采集處理模塊包括三相模擬量輸入通道、存儲(chǔ)器和可編程邏輯 控制器，所述每一相模擬量輸入通道通過依次聯(lián)接信號調(diào)理子模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊，將 前置信號調(diào)理模塊輸入的電壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入至存儲(chǔ)器，所述可編程邏輯控制器 包括觸發(fā)邏輯控制子模塊、存儲(chǔ)器接口子模塊、時(shí)鐘/時(shí)序控制電路和總線控制電路，所述 觸發(fā)邏輯控制子模塊用于接受信號觸發(fā)模塊發(fā)出的觸發(fā)信號，所述存儲(chǔ)器接口子模塊用于 與存儲(chǔ)器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和地址分配，所述時(shí)鐘/時(shí)序控制電路用于提供系統(tǒng)時(shí)鐘信 號，所述總線控制電路用于與外部工控機(jī)總線相聯(lián)接。本發(fā)明的目的之二是提供了一種過電壓類型分層模式識別方法，包括以下步驟
1)獲取并存儲(chǔ)過電壓波形數(shù)據(jù)；2)在固定的采樣頻率fm下，將過電壓采樣數(shù)據(jù)以一個(gè)工頻周波Ti為間隔，劃分 為i個(gè)時(shí)間區(qū)間，采用sym4小波，對三相過電壓進(jìn)行分解，分解層數(shù)為r層，各層標(biāo)記為 d(l) d(r)，根據(jù)各層的對應(yīng)頻帶，依照下式計(jì)算各個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)的各層小波信號能量值
Ei (η)
權(quán)利要求
1.過電壓數(shù)據(jù)采集分層識別系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括一次分壓裝置，用于與外部電壓傳感器的輸出端相聯(lián)接，對輸入的電壓信號進(jìn)行分壓；二次分壓模塊，用于將輸入的大幅值信號按比例進(jìn)行減小，其輸入端與一次分壓裝置 的輸出端相聯(lián)接；前置信號調(diào)理模塊，接收從分壓模塊輸入的電壓信號，對其進(jìn)行濾波處理；信號觸發(fā)模塊，接收從分壓模塊輸入的電壓信號，當(dāng)電壓信號超過預(yù)定閥值時(shí)發(fā)出觸 發(fā)信號；數(shù)據(jù)采集處理模塊，通過三相電壓信號輸入通道與每一相上的前置信號調(diào)理模塊相聯(lián) 接，接收從信號觸發(fā)模塊發(fā)出的觸發(fā)信號并開啟數(shù)據(jù)采集處理模式，對每一相電壓信號采 集通道輸入的電壓信號進(jìn)行采集處理后，通過接口電路輸出；上位分析主機(jī)，接受并分析數(shù)據(jù)采集處理模塊輸出的過電壓數(shù)據(jù)，對過電壓類型進(jìn)行 判斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓數(shù)據(jù)采集分層識別系統(tǒng)，其特征在于所述一次分壓 裝置采用兩級結(jié)構(gòu)，其高壓臂采用聚苯乙烯電容器，低壓臂采用多個(gè)電容器同軸并聯(lián)而成 并用金屬圓盤屏蔽，在高壓臂末端串聯(lián)一阻尼電阻，所述高壓臂的末端與低壓臂螺紋相連， 所述高壓臂的外殼采用硅橡膠絕緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過電壓數(shù)據(jù)采集分層識別系統(tǒng)，其特征在于所述分壓 模塊包括第一級分壓電路和第二級分壓電路，所述第一級分壓電路的輸出端與第二級分壓 電路的輸入端之間通過跳線I聯(lián)接，所述第二級分壓電路的輸出端與前置信號調(diào)理模塊的 輸入端之間通過跳線II聯(lián)接，所述第一級分壓電路與前置信號調(diào)理模塊的輸入端之間通 過跳線III聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓數(shù)據(jù)采集分層識別系統(tǒng)，其特征在于所述前置信號 調(diào)理模塊包括前級電壓跟隨電路和后級有源濾波電路，所述后級有源濾波電路的輸出端與 數(shù)據(jù)采集處理模塊的輸入端相聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓數(shù)據(jù)采集分層識別系統(tǒng)，其特征在于所述信號觸發(fā) 模塊包括反相器、電壓比較器、光電耦合器和觸發(fā)邏輯門電路，從分壓電路輸入的電壓信號 分兩路進(jìn)入信號觸發(fā)模塊且通過兩個(gè)電壓比較器分別實(shí)現(xiàn)正、負(fù)極性電壓比較觸發(fā)，所述 電壓比較器的參考電平通過同一參考電壓源提供，其中負(fù)極性電壓比較參考電平由參考電 壓源輸出經(jīng)反相器提供，所述電壓比較器的輸出信號經(jīng)光電耦合器隔離后通過觸發(fā)邏輯門 電路形成觸發(fā)邏輯電平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電壓數(shù)據(jù)采集分層識別系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集 處理模塊包括三相模擬量輸入通道、存儲(chǔ)器和可編程邏輯控制器，所述每一相模擬量輸入 通道通過依次聯(lián)接信號調(diào)理子模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換子模塊，將前置信號調(diào)理模塊輸入的電壓信 號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入至存儲(chǔ)器，所述可編程邏輯控制器包括觸發(fā)邏輯控制子模塊、存儲(chǔ) 器接口子模塊、時(shí)鐘/時(shí)序控制電路和總線控制電路，所述觸發(fā)邏輯控制子模塊用于接受 信號觸發(fā)模塊發(fā)出的觸發(fā)信號，所述存儲(chǔ)器接口子模塊用于與存儲(chǔ)器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和 地址分配，所述時(shí)鐘/時(shí)序控制電路用于提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號，所述總線控制電路用于與外 部工控機(jī)總線相聯(lián)接。
7.過電壓類型分層模式識別方法，其特征在于包括以下步驟1)獲取并存儲(chǔ)過電壓波形數(shù)據(jù)；2)在固定的采樣頻率fm下，將過電壓采樣數(shù)據(jù)以一個(gè)工頻周波Ti為間隔，劃分為i個(gè) 時(shí)間區(qū)間，采用sym4小波，對三相過電壓進(jìn)行分解，分解層數(shù)為r層，各層標(biāo)記為d(l) d (r)，根據(jù)各層的對應(yīng)頻帶，依照下式計(jì)算各個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)的各層小波信號能量值Ei(n)
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過電壓類型分層模式識別方法，其特征在于所述步驟1)包 括以下子步驟1. 1)將外部電壓傳感器輸入的每一相過電壓信號經(jīng)過分壓后分為兩路，一路作為過電 壓信號的采集源，經(jīng)信號調(diào)理后與數(shù)據(jù)采集處理電路的信號輸入端相聯(lián)接；另一路作為觸 發(fā)源，經(jīng)信號觸發(fā)電路接觸數(shù)據(jù)采集處理電路的觸發(fā)端；1. 2)信號觸發(fā)電路將分壓后的過電壓信號與觸發(fā)閥值進(jìn)行比較，如果超過觸發(fā)閥值， 則發(fā)出觸發(fā)信號，數(shù)據(jù)采集處理電路的內(nèi)部模塊對采集源輸入的過電壓信號進(jìn)行調(diào)理和模 數(shù)轉(zhuǎn)換后，將相關(guān)數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過電壓類型分層模式識別方法，其特征在于在步驟1. 2) 中，采用變頻采樣技術(shù)進(jìn)行預(yù)觸發(fā)采樣，即設(shè)以低速采樣頻率得到的f2采樣得到的數(shù)據(jù)長 度為L2，稱為變頻采樣長度，在正常情況下，數(shù)據(jù)采集處理電路一直以高速采樣頻率fl進(jìn)行連續(xù)采樣，當(dāng)觸發(fā)信號到來后，數(shù)據(jù)采集處理電路同時(shí)啟動(dòng)其內(nèi)部的計(jì)數(shù)器I和計(jì)數(shù)器 II從零開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器II計(jì)數(shù)到設(shè)定長度(L-Ll-U)后，自動(dòng)將采樣頻率和地址發(fā)生 器的時(shí)鐘奇幻為f2，當(dāng)計(jì)數(shù)器I計(jì)滿設(shè)定長度(L-L1)后停止采樣。 9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過電壓類型分層模式識別方法，其特征在于在步驟幻中， Eha (n) ,Ehb (η)和 Ehc (η)以及 Ela (η) ,Elb (η)和 Elc (η)的計(jì)算方法如下將 dl d(r-l)層信 號相加，得到高頻信號Ah，并依據(jù)下式計(jì)算各個(gè)時(shí)間區(qū)間高頻能量值
全文摘要
本發(fā)明公開了一種過電壓數(shù)據(jù)采集分層識別系統(tǒng)，包括一次分壓裝置、二次分壓模塊、前置信號調(diào)理模塊、信號觸發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊和上位分析主機(jī)，該系統(tǒng)針對現(xiàn)有電力系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備不具備分析過電壓類型的能力，根據(jù)弧光接地過電壓發(fā)生機(jī)理，通過獲取過電壓波形，提取有效反映弧光接地過電壓本質(zhì)特征參量，從而實(shí)現(xiàn)對35kV弧光接地過電壓有效識別，其判斷速度快，應(yīng)用效率高，另外，本發(fā)明還提供了一種過電壓類型分層模式識別方法，本發(fā)明的類型判定方法基于對現(xiàn)有的過電壓類型特征進(jìn)行全面充分的分析，從各個(gè)類型中選取能夠突出反映該種過電壓特點(diǎn)的特征量參數(shù)，從而為類型辨識提供可靠的理論依據(jù)，其判斷過程簡潔高效。
文檔編號G01R19/165GK102135558SQ201010532549
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者席世友, 張建華, 杜林 , 江興平 申請人:重慶市電力公司綦南供電局