專(zhuān)利名稱(chēng)：一種輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀及分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀及分析方法，屬于高壓輸變電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
輸電線(xiàn)路的絕緣子是用來(lái)固定導(dǎo)體，使其保持電氣性能的重要部件。在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，由于日曬雨淋、機(jī)電負(fù)荷以及冷熱變化，可能出現(xiàn)絕緣電阻降低、絕緣子開(kāi)裂等現(xiàn)象甚至發(fā)生擊穿故障，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。高壓絕緣子一般有兩種故障問(wèn)題，一種是由于絕緣子產(chǎn)生裂縫或絕緣介質(zhì)有空隙，這些縫隙中氣體的場(chǎng)強(qiáng)比固體介質(zhì)中高，而氣體的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度又遠(yuǎn)低于固體，所以會(huì)發(fā)生局部放電但并未擊穿的現(xiàn)象。局部放電的電流會(huì)通過(guò)絕緣子本身的電容及絕緣子對(duì)地形成的電容回路，經(jīng)接地線(xiàn)流到地面，在接地線(xiàn)上能夠采集到稱(chēng)為感應(yīng)脈沖的電流信號(hào)。另一種是由于絕緣子內(nèi)部的放電溝道在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行情況下可能會(huì)徹底擊穿，此時(shí)絕緣子就成為一個(gè)固定電阻器，內(nèi)部不再產(chǎn)生放電，用萬(wàn)用表就能測(cè)出其電阻值，我們把它稱(chēng)為零值絕緣子。對(duì)存在零值絕緣子的絕緣子串，由于零值絕緣子上的分布電壓趨于零，高電壓將分配給其余各個(gè)絕緣子，靠近輸電線(xiàn)或靠近地線(xiàn)處的絕緣子分配到的電壓較高。這些絕緣子附近的強(qiáng)電場(chǎng)使電場(chǎng)中的氣體分子產(chǎn)生電離但并未擊穿從而引起氣體的放電和發(fā)光的現(xiàn)象叫做電暈放電。產(chǎn)生電暈放電后,在接地線(xiàn)上檢測(cè)到電暈脈沖。電暈脈沖發(fā)生在接近工頻信號(hào)的正、負(fù)峰值處，其相位差為180度。為了實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)故障絕緣子，常采用的方法有火花叉法、光電法、靜電探頭法、自走式不良絕緣子電阻檢測(cè)法等。但是根據(jù)這些方法研制的裝置在使用中都要求現(xiàn)場(chǎng)有三至五個(gè)操作人員，其中部分操作人員爬上帶高壓的電線(xiàn)桿塔，逐個(gè)檢測(cè)塔上所有的絕緣子。另外，若使用火花叉檢測(cè)，在產(chǎn)生火花的瞬間相當(dāng)于所檢測(cè)的絕緣子短路，有引起絕緣子串閃絡(luò)的危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提出一種輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀及分析方法，能夠在地面上方便安全的檢測(cè)高壓輸電線(xiàn)路的絕緣子，找出故障絕緣子，保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀及分析方法，所述輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀包括探頭、電腦測(cè)試主機(jī)和電池幾個(gè)部分。其中探頭套裝在輸電鐵塔接地線(xiàn)上，探頭中的電流傳感器通過(guò)電磁感應(yīng)作用采集感應(yīng)脈沖或電暈脈沖。由于這些脈沖信號(hào)十分微弱，不足以達(dá)到后續(xù)電路的輸入要求，所以在探頭中還設(shè)有前置放大器，對(duì)采集到的脈沖信號(hào)進(jìn)行初步放大。由于故障絕緣子感應(yīng)脈沖信號(hào)的能量大部分分布在20MHz以?xún)?nèi)，而在2MHz以下還同時(shí)存在泄露電流、諧波和電力載波等背景干擾脈沖信號(hào)，且干擾信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于感應(yīng)脈沖信號(hào)。所以對(duì)于來(lái)自探頭的信號(hào)，還要進(jìn)行放大、濾波、采樣和數(shù)據(jù)分析。在電腦測(cè)試主機(jī)中設(shè)有數(shù)據(jù)采集板卡和分析模塊，其中數(shù)據(jù)采集板卡按照信號(hào)處理順序，包括高頻寬帶放大器、兩級(jí)高通濾波器和高速數(shù)據(jù)采集單元。由于感應(yīng)脈沖信號(hào)的能量大部分集中在20MHz以?xún)?nèi)，小部分高于20MHz，為了盡量收集所有有用的信號(hào)，高頻寬帶放大器的截止頻率選擇40MHz，這樣基本上所有的有用信號(hào)都能夠被高頻寬帶放大器所放大。按照前面所述在2MHz以下的頻譜內(nèi)還存在有泄漏電流、諧波和電力載波等背景干擾的脈沖信號(hào)，且干擾信號(hào)的幅度遠(yuǎn)大于感應(yīng)脈沖信號(hào)。所以選擇了截止頻率為2MHz的兩級(jí)高通濾波器，將這些干擾信號(hào)濾掉。過(guò)濾后的信號(hào)就可以進(jìn)行采樣了，在數(shù)據(jù)采集板卡中設(shè)有高速數(shù)據(jù)采集單元，其采用20MHz的采樣頻率，并擁有512K的存儲(chǔ)空間。采樣信號(hào)通過(guò)接口傳輸給分析模塊。分析模塊運(yùn)行有數(shù)據(jù)分析軟件，該數(shù)據(jù)分析軟件可以對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行頻譜分析和相位分析，以判斷絕緣子是否正常工作。電池本身與電腦測(cè)試主機(jī)分開(kāi)，并為電腦測(cè)試主機(jī)供電，電池供電方式可以方便野外作業(yè)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電池為鋰電池，并且采用雙路供電方式，分別為分析模塊和數(shù)據(jù)采集板卡提供單獨(dú)的電源線(xiàn)，以避免分析模塊工作時(shí)通過(guò)電源線(xiàn)干擾數(shù)據(jù)采集板卡。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，電流傳感器的鐵芯采用寬帶高頻鐵淦氧材料制成，以盡量的采集更寬頻譜內(nèi)的有用信號(hào)。作為本發(fā)明的又一種改進(jìn)，所述接口為USB接口。一種輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析方法，包括以下步驟
O從輸電鐵塔接地線(xiàn)上采集電流信號(hào)；
2)對(duì)步驟I)中采集來(lái)的電流信號(hào)放大和濾波；
3)對(duì)經(jīng)過(guò)放大和濾波的電流信號(hào)進(jìn)行采樣得到采樣信號(hào)； 4)對(duì)步驟3)中得到的采樣信號(hào)作FFT分析和相位分析，找出具有感應(yīng)脈沖和電暈脈沖特征的采樣信號(hào)。有益效果本發(fā)明克服了傳統(tǒng)檢測(cè)方式勞動(dòng)強(qiáng)度高、人員工作效率低、工作環(huán)境危險(xiǎn)等缺點(diǎn)。這種輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀及分析方法能夠方便安全的檢測(cè)高壓輸電線(xiàn)路的絕緣子，找出故障絕緣子，保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。


圖I為輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明感應(yīng)脈沖FFT頻譜對(duì)比 圖3為本發(fā)明的相位分析圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖I所示，輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀包括探頭、電腦測(cè)試主機(jī)和電池幾個(gè)部分，電腦測(cè)試主機(jī)由一套在VC++環(huán)境下開(kāi)發(fā)的控制軟件來(lái)控制。其中探頭套裝在輸電鐵塔接地線(xiàn)上，由電流傳感器和前置放大器組成。電流傳感器通過(guò)電磁感應(yīng)作用采集感應(yīng)脈沖或電暈脈沖，其鐵芯采用寬帶高頻鐵淦氧材料制成，以盡量的采集更寬頻譜內(nèi)的有用信號(hào)。由于這些脈沖信號(hào)十分微弱，不足以達(dá)到后續(xù)電路的輸入要求，所以在電流傳感器后面還設(shè)有前置放大器，對(duì)采集到的脈沖信號(hào)進(jìn)行初步放大。對(duì)于來(lái)自探頭的信號(hào)，還要進(jìn)行放大、濾波、采樣和數(shù)據(jù)分析。在電腦測(cè)試主機(jī)中設(shè)有數(shù)據(jù)采集板卡和分析模塊。其中數(shù)據(jù)采集板卡包括高頻寬帶放大器、兩級(jí)高通濾波器和高速數(shù)據(jù)采集單元。由于感應(yīng)脈沖信號(hào)的能量大部分集中在20MHz以?xún)?nèi)，小部分高于20MHz，為了盡量收集所有有用的信號(hào)，高頻寬帶放大器的截止頻率選擇40MHz，這樣基本上所有的有用信號(hào)都能夠被高頻寬帶放大器所放大。在2MHz以下的頻譜內(nèi)還存在有泄漏電流、諧波和電力載波等背景干擾的脈沖信號(hào)，且干擾信號(hào)的幅度遠(yuǎn)大于感應(yīng)脈沖信號(hào)。所以選擇了截止頻率為2MHz的兩級(jí)高通濾波器，將這些干擾信號(hào)濾掉。過(guò)濾后的信號(hào)就可以進(jìn)行采樣了，在數(shù)據(jù)采集板卡中設(shè)有高速數(shù)據(jù)采集單元，其采用20MHz的采樣頻率，并擁有512K的存儲(chǔ)空間。采樣信號(hào)通過(guò)USB接口傳輸給分析模塊。
分析模塊運(yùn)行有VC++環(huán)境下開(kāi)發(fā)的控制軟件。對(duì)于采集來(lái)的采樣信號(hào)二進(jìn)制代碼文件，控制軟件中的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件利用輸出函數(shù)，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫(xiě)入mat文件。然后控制軟件調(diào)用matlab對(duì)采樣數(shù)據(jù)先進(jìn)行去噪平均，再使用FFT變換，把采集到的感應(yīng)脈沖信號(hào)從一片噪聲信號(hào)中提取出來(lái)，并進(jìn)行頻譜分析或相位分析。如圖2所示，通過(guò)FFT頻譜圖可以看出在3至5MHz處存在故障絕緣子感應(yīng)脈沖信號(hào)的特征譜成分。在實(shí)際使用中，不同鐵塔特征譜的位置可能會(huì)有所偏移，同一輸電線(xiàn)上有粉塵的絕緣子串也會(huì)產(chǎn)生有偏移的譜。檢測(cè)不到這些特征譜的塔桿不存在故障絕緣子。在圖3中可以看出如果電暈現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)該能夠觀(guān)測(cè)到在相位分析圖中相位差為180度的兩個(gè)地方都存在有脈沖峰值。檢測(cè)到這些特征的塔桿可能存在零值絕緣子。對(duì)這兩種故障的檢測(cè)都需要定期記錄、觀(guān)察和比較，才能實(shí)現(xiàn)地面上在線(xiàn)檢測(cè)故障絕緣子。為了方便野外作業(yè)，檢測(cè)儀采用電池供電的形式。電池選用常見(jiàn)的鋰電池，并且采用雙路供電方式，分別為分析模塊和數(shù)據(jù)采集板卡提供單獨(dú)的電源線(xiàn)，以避免分析模塊工作時(shí)通過(guò)電源線(xiàn)干擾數(shù)據(jù)采集板卡。
現(xiàn)在介紹輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析方法，包括以下步驟
O從輸電鐵塔接地線(xiàn)上采集電流信號(hào)；在本發(fā)明
2)對(duì)步驟I)中采集來(lái)的電流信號(hào)放大和濾波；
3)對(duì)經(jīng)過(guò)放大和濾波的電流信號(hào)進(jìn)行采樣得到采樣信號(hào)；
4)對(duì)步驟3)中得到的采樣信號(hào)作FFT分析和相位分析，找出具有感應(yīng)脈沖和電暈脈沖特征的采樣信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀，其特征在于包括探頭、與探頭相連接的電腦測(cè)試主機(jī)、分別與探頭及電腦測(cè)試主機(jī)連接的電池； 所述探頭包括連接在一起的高頻電流傳感器和前置放大器； 所述電腦測(cè)試主機(jī)包括與前置放大器連接的數(shù)據(jù)采集板卡、分析模塊以及連接數(shù)據(jù)采集板卡和分析模塊的接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀，其特征在于所述電池為鋰電池，并且采用雙路供電方式，分別給數(shù)據(jù)采集板卡和分析模塊供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀，其特征在于所述電流傳感器的鐵芯采用寬帶高頻鐵淦氧材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀，其特征在于所述接口為USB 接口。
5.一種輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析方法，其特征在于包括以下步驟 1)從輸電鐵塔接地線(xiàn)上采集電流信號(hào)； 2)對(duì)步驟I)中采集來(lái)的電流信號(hào)放大和濾波； 3)對(duì)經(jīng)過(guò)放大和濾波的電流信號(hào)進(jìn)行采樣得到采樣信號(hào)； 4)對(duì)步驟3)中得到的采樣信號(hào)作FFT分析和相位分析，找出具有感應(yīng)脈沖和電暈脈沖特征的采樣信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀及分析方法。由其探頭在輸電線(xiàn)路桿塔的接地線(xiàn)上采集感應(yīng)信號(hào)，并進(jìn)行放大、濾波和采樣處理，然后進(jìn)行頻譜分析和相位分析，找出故障絕緣子和正常絕緣子在頻譜或相位上的差異，從而判斷是否存在故障絕緣子。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)檢測(cè)方式需帶電爬高作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、人員工作效率低、工作環(huán)境危險(xiǎn)等缺點(diǎn)。這種輸電線(xiàn)路在線(xiàn)感應(yīng)脈沖信號(hào)分析儀及分析方法能夠方便安全地檢測(cè)高壓輸電線(xiàn)路的絕緣子，找出故障絕緣子，保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。
文檔編號(hào)G01R31/12GK102967805SQ20121043933
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者陸履豪 申請(qǐng)人:南京能新電力高科實(shí)業(yè)有限公司