一种基于电场信号的高压输电线路运行状态诊断装置的制作方法

1.本实用新型属于电力系统监测设备技术领域，涉及一种基于电场信号的高压输电线路运行状态诊断装置。


背景技术：

2.输电线路长期暴露在自然环境中，在承受正常机械载荷和电力负荷内部压力的同时还要经受污秽、雷击、冰雪和树木等外界因素的侵害，导致线路无法抵御较大灾害，运维难以精细管理，极易造成各类故障问题。一旦高压输电线路发生故障，容易引起单相接地、相间短路、电压突变等问题，威胁着电力系统的安全可靠运行。此外，高压输电线路附近的工频电场环境复杂，一旦出现运维管理工作人员误入危险区域引发的事故，将会造成无法补救的人员伤亡与经济损失。因此，只有发展智能高压输电线路运维管理技术，对输电线路的各相运行状态进行快速诊断及实时监测，才能够及时发现并识别故障类型，有效保障工作人员的人身安全与电力系统的安全运行。
3.传统的运行状态监测装置主要是通过电压互感器、霍尔电流传感器等方式采集输电线路的电压、电流与电场信号，检测到线路电压、电流或附近电场发生异常变化时触发录波功能，并记录下异常变化时刻前后的参数波形，通过无线通信传输给后台监控中心。这种方法能够基本实现对输电线路运行状态的监测，以及分析输电线路故障原因提供基础数据。但由于线路附近周围的电磁场环境较为复杂，使得安装在输电线路上各类传感器的通信设备和供电系统遭受严重的电磁干扰，导致信号的采样效果并不理想，存在误报、漏报故障等问题，严重拖延了线路故障排查时间，无法准确有效地及时对输电线路的故障进行识别或保障工作人员的人身安全。另外，以往的监测装置成本高、体积大、安装复杂，运维管理本身就存在一定局限性，加之线路故障时常产生过电压、短路电流，造成监测装置的损坏甚至烧毁，更进一步加重了输电线路的运维管理难度。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种基于电场信号的高压输电线路运行状态诊断装置，解决了现有技术中存在的无法准确有效地及时对输电故障进行识别问题。
5.本实用新型所采用的技术方案是，一种基于电场信号的高压输电线路运行状态诊断装置，包括电场强度监测模块，电场强度监测模块依次连接有模数转换器、数据存储模块、中央处理器、报警终端，中央处理器连接有供电模块。
6.本实用新型的特点还在于：
7.中央处理器还连接有无线通讯模块。
8.模数转换器输入端还连接有温度传感器。
9.数据存储模块输入端还连接有摄像头，中央处理器输出端通过数据编码与无线通讯模块连接。
10.报警终端包括led模块、显示屏、报警模块，led模块、显示屏、报警模块均与中央处
理器连接。
11.供电模块包括依次连接的光伏电池板、充\放电控制电路、稳压电路，稳压电路与中央处理器连接，充\放电控制电路还连接有蓄电池。
12.中央处理器还连接有北斗定位模块。
13.电场强度监测模块为球型电场传感器。
14.本实用新型的有益效果是：
15.本实用新型一种基于电场信号的高压输电线路运行状态诊断装置，通过非接触式的电场传感器采集输电线路附近空间的电场强度变化，对输电线路附近的工频电场进行监测，通过对比故障前、后的电场特征量来快速识别故障类型；安装于高压输电线路下方，与输电线路之间的距离较远，不仅方便安装与维修，而且能够减弱输电线路高压、强磁造成的干扰，进而消除电磁干扰效应造成的误差，增加监测和诊断的精确性；通过温度传感器、摄像头辅助监测输电线路的运行状态，更好地反映了输电线路各相运行状态以及所处环境情况；微处理器通过导线与报警终端、北斗定位系统相连，报警终端能够有效地反映输电线路运行状态，北斗定位系统则能够精确地定位输电线路故障坐标，极大提升了工作人员的运维效率；5g通信模块能够提高高压输电线路运行状态快速诊断装置对运行状态信息的传输速度，进一步实现对输电线路运行状态的快速诊断；供电模块采用光伏电池板、蓄电池并联，在地面为主控单元、监控终端和报警终端供电，解决传统供电系统受电磁干扰的问题。
附图说明
16.图1是本实用新型一种基于电场信号的高压输电线路运行状态诊断装置的结构示意图；
17.图2是本实用新型一种基于电场信号的高压输电线路运行状态诊断装置的安装状态图。
18.图中：1.电场强度监测模块，2.模数转换器，3.数据存储模块，4.中央处理器，5.无线通讯模块，6.温度传感器，7.摄像头，8.数据编码，9.led模块，10.显示屏，11.报警模块，12.光伏电池板，13.充\放电控制电路，14.稳压电路，15.蓄电池，16.北斗定位模块，17.后台监控中心。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
20.一种基于电场信号的高压输电线路运行状态诊断装置，安装于高压输电线路下方，如图1所示，包括电场强度监测模块1，电场强度监测模块1依次连接有模数转换器2、数据存储模块3、中央处理器4、报警终端，中央处理器4连接有供电模块，模数转换器2输入端还连接有温度传感器6。数据存储模块3输入端还连接有摄像头7，中央处理器4输出端通过数据编码8与无线通讯模块5连接，数据编码8对摄像头7采集的视频、图像数据进行编码后通过无线通讯模块5发送，而温度传感器6、电场强度监测模块1采集的数据并不经过数据编码8。本实施例中，电场强度监测模块1、温度传感器6、摄像头7组成监测终端，模数转换器2、数据存储模块3、中央处理器4组成主控单元。
21.电场强度监测模块1、温度传感器6、摄像头7在三相交流输电线路中间相的正下方
仅各安装一个，且均为非接触式测量，如图2所示，无线通讯模块5连接有后台监控中心17。电场强度监测模块1、温度传感器6通过导线连接模数转换器2的输入端，再将采集到的电场强度、温度数据参数存储在数据存储模块3，摄像头7直接将采集到的视频、图像数据直接存储在数据存储模块3，通过连接中央处理器4处理，对采集到的图像数据进行数据编码4后，再通过无线通讯模块5将数据远距离传输给后台监控中心17。
22.电场强度监测模块1为球型电场传感器，球型电场传感器用于感应输电线路附近空间电场强度的变化并进行采集，将采集到的数据传输到中央处理器4，中央处理器4的采用stm32f407型微处理器，中央处理器4对比故障前后的电场特征量来快速识别故障类型，将处理后的故障信息通过无限通讯模块5发送给后台监控中心17，帮助工作人员了解输电线路附近的工频电场环境。识别故障类型具体为：通过电场强度的最大值、幅度以及零点来快速识别故障类型，高压三相交流输电线路的各类故障后导线下方距离地面1.5m处的电场特征量相比正常运行时的关系可以参考表1(
“↓↓↓”
代表特征值显著下降，
“↓↓”
代表特征值较明显下降，
“↓”
代表特征值下降不明显，
“↑↑↑”
代表特征值显著增大，
“↑↑”
代表特征值较明显增大，
“↑”
代表特征值增大不明显，“—”代表特征值不变)；
23.电场强度幅度说明：交流输电线路下面的电场强度是按照正弦规律变化的曲线，所以特征量可以选取最大的电场强度和电场强度的幅度，即电场强度的最大值和最小值之间的差。
24.表1各类故障对应的电场变化情况
[0025][0026][0027]
由表1可以看出，高压输电线路发生不同故障类型时其周围的电场强度和电场幅
度有着一定的规律可循。因此，根据输电线路附近的电场特征量的变化程度，可以有效地判断输电线路故障类型。
[0028]
温度传感器6用于对输电线路下方的温度进行采集，辅助判断是否有火灾发生；摄像头7用于对输电线路以及输电线路附近的环境进行视频监测，将采集到的视频、图像通过数据编码8后，通过5g网络通信的方式远距离传输给后台监控中心17。
[0029]
无线通讯模块5采用无5g网络通信，中央处理器4将监测终端采集的数据，通过5g网络通信的方式远距离传输给后台监控中心17，并可接受后台监控中心17发出的命令。
[0030]
报警终端包括led模块9、显示屏10、报警模块11，led模块9、显示屏10、报警模块11均与中央处理器4连接。报警模块11可以为蜂鸣器，led模块9可以为显示灯。显示屏10是接受中央处理器4数据处理后用于判断故障信息形成的图像，报警模块11、led模块9是当中央处理器4判断输电线路运行状态出现故障时，触发报警信号，辅助工作人员及时的找到故障点位。
[0031]
供电模块包括依次连接的光伏电池板12、充\放电控制电路13、稳压电路14，稳压电路14与中央处理器4连接，充\放电控制电路13还连接有蓄电池15。供电模块由光伏电池板12、蓄电池15并联的两路系统组成，光伏电池板12可以在主控单元、监测终端和报警终端供电的同时给蓄电池15充电，当蓄电池15充满时转入浮充状态，阳光不足或晚上需使用电池时再切入蓄电池工作模式。
[0032]
中央处理器4还连接有北斗定位模块16。北斗定位模块16采用atgm336h高性能导航定位模块，输电线路发生故障后会通过北斗定位模块将输电线路故障所在位置迅速报告给相关电力部门，辅助工作人员快速定位。
[0033]
本实用新型一种基于电场信号的高压输电线路运行状态诊断装置的工作过程如下：
[0034]
工作时，进行通电、初始化处理后，温度传感器6实时采集输电线路下方附近的温度情况、球型电场传感器采集输电导线下方的电场强度变化数据，数据通过模数转换器2模数转换后存储在数据存储模块3，中央处理器4对数据存储模块3中数据进行分析判断输电导线上是否有异常，如果没有异常，则继续采集信息；若发现异常情况，中央处理器4就地储存根据球型电场传感器感应输电线路下方距离地面1.5m处的电场强度的变化，按照预设数据长度进行分组，将每组数据中的最大值与最小值剔除后，通过对比故障前、后的电场特征量，具体包括电场强度的最大值、幅度以及零点，最后中央处理器4进一步快速识别故障相的故障类型，并对线路附近的工频电场实时监测，同时通过led模块9、显示屏10、报警模块11发出报警信号；基于北斗定位模块16、无线通讯模块5，会将输电线路故障信息快速上报给后台监测中心17，后台监测中心17根据得到的输电线路的运行状态实现对输电线路的远程监测。
[0035]
通过以上方式，一种基于电场信号的高压输电线路运行状态诊断装置，通过非接触式的电场传感器采集输电线路附近空间的电场强度变化，对输电线路附近的工频电场进行监测，通过对比故障前、后的电场特征量来快速识别故障类型；安装于高压输电线路下方，与输电线路之间的距离较远，不仅方便安装与维修，而且能够减弱输电线路高压、强磁造成的干扰，进而消除电磁干扰效应造成的误差，增加监测和诊断的精确性；通过温度传感器、摄像头辅助监测输电线路的运行状态，更好地反映了输电线路各相运行状态以及所处
环境情况；微处理器通过导线与报警终端、北斗定位系统相连，报警终端能够有效地反映输电线路运行状态，北斗定位系统则能够精确地定位输电线路故障坐标，极大提升了工作人员的运维效率；5g通信模块能够提高高压输电线路运行状态快速诊断装置对运行状态信息的传输速度，进一步实现对输电线路运行状态的快速诊断；供电模块采用光伏电池板、蓄电池并联，在地面为主控单元、监控终端和报警终端供电，解决传统供电系统受电磁干扰的问题。