一种高压输电线检测信号远距离传输系统及方法与流程

1.本发明属于电力领域，具体涉及一种高压输电线检测信号远距离传输系统及方法。


背景技术：

2.随着我国电网建设规模不断扩大，在输、配电的过程中气象高温及负荷攀升导致接头温度升高，加速了接头的老化使得接触电阻的增大，造成了接头更加发热的恶性循环，使得短路跳闸的事故屡屡发生，严重时甚至发生火灾。
3.现阶段我们在现场测温所采取的手段为红外测温仪定时逐点巡视检测，耗时费力的同时，也很难发现节点的温度升高。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种高压输电线检测信号远距离传输系统及方法，能够解决高压电力线开关柜触头、电缆接头、母排、变压器接头等设备的测温难题，为现代化的电力输配送线路及配电事故隐患提高了预防水平，为运维提升了检修效率。
5.本发明采用的技术方案为：
6.一种高压输电线检测信号远距离传输系统，该高压输电线检测信号远距离传输系统包括测温模组、数据传输模组，其中测温模组包括无线温度传感器、后台工作站，数据传输模组包括调制模块、耦合模块、处理器模块；所述无线温度传感器通过数据传输模组与后台工作站连接，数据传输模组中的调制模块将传感器信号调制后，送入耦合模块，耦合模块将传感器信号耦合到高压电力线上进行传输，处理器模块与调制模块和耦合模块连接，用于数据的计算。
7.进一步，所述无线温度传感器设有自发电装置，自发电装置采用温差发电片进行发电，温差发电片中的导热介质为液态金属。
8.一种高压输电线检测信号远距离传输方法，该高压输电线检测信号远距离传输方法基于上述的高压输电线检测信号远距离传输系统，包括以下步骤：
9.步骤1、测温模组的若干温度传感器进行数据采集；
10.步骤2、数据传输模组通过调制模块和耦合模块将数据进行调制和耦合；
11.步骤3、数据传输模组通过处理器模块对数据进行抗干扰处理；
12.步骤4、测温模组的后台工作站进行数据的远程接收以及存储。
13.进一步，步骤1、温度传感器数据采集采用将若干无线温度传感器安装于高压电力线容易发热的位置，测量各个接触点的温度，每一个温度传感器均设有一个唯一的id编号。
14.进一步，步骤2、将数据进行调制和耦合利用小波分解方法，将电力线中的电力载波信号进行分解，分解成高频信号和低频信号，针对不同频段的信号，进行信号融合。
15.进一步，将电力线中的电力载波信号进行分解步骤如下：
16.步骤1：设置采集的电力线载波信号用公式进行描述；
17.公式为：ζ(u)＝m2(s)
18.式中，ξ(u)为小波分解中的基本波，m为通过电力线的载波频率；
19.步骤2：对其进行傅里叶变换处理，得到ζ(ξ)，该结果需要符合下面公式的要求；
20.公式为：d
ξ
＝∫
s
|ζ(ξ)|2\|ξ|dξ＜∞
21.式中，d
ξ
为小波分解后数据的最终结果，ζ(ξ)为傅里叶变换处理结果，dξ为对d
ξ
求导，ξ为电力线载波信号；
22.其中，ξ(u)能够描述小波分解过程中的基本波；
23.该分解过程，首先电力线载波信号中的每一行信号进行分解，然后针对分解后的结果中的每列在进行分解，从而得到相应的分解结果。
24.进一步，信号融合步为将信号的拉普拉斯能量和计算方法与加权方法融合；
25.其中，信号的拉普拉斯能量和采用以下公式进行计算：
[0026][0027][0028]
其中，j
b
(j，k)用来表示高压电力线载波信号的低频系数，j
c
(j，k)用来表示高频系数。j
g
(j，k)表示高压电力线载波信号高频和低频融合系数，nm(j，k)表示高低频融合后的拉普拉斯能力系数。
[0029]
进一步，步骤3、对数据进行抗干扰处理为将上述干扰统称为反射系数ρ，利用公式计算信号进入导线初始值电压v
i
与反射系数ρ；
[0030]
公式为：
[0031]
式中、v
i
为导线传输电压；v
s
为系统端电压源，z0为线阻抗，z
s
为电源线阻抗，z
t
为负载端总阻抗；
[0032]
将线阻抗在不同情况下的反射条件，带入反射系数公式当阻抗正好匹配时，ρ＝0，信号将不反射，相同的假设阻抗无限大或者无线小，反射系数为全反射，当ρ＝
‑
1，阻抗为无限小，当ρ＝1阻抗为无限大。
[0033]
进一步，步骤4、后台工作站远程数据接收与存储过程中，后台工作站通过数据库对远距离传输过来的温度数据进行保存，其通过终端监控设备对整个电力线网络中的各个节点温度数据进行在线监控，当温度数据出现异常时，能够实时的进行报警。
[0034]
本发明的有益效果是：
[0035]
该高压输电线检测信号远距离传输系统及方法能够解决高压电力线开关柜触头、电缆接头、母排、变压器接头等设备的测温难题，为现代化的电力输配送线路及配电事故隐患提高了预防水平，为运维提升了检修效率，也提高了信号传输的精度和抗干扰强度。
附图说明
[0036]
图1为本发明系统框图；
[0037]
图2为本发明处理器模块的电路原理图；
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
如图1
‑
2所示，本发明提供一种高压输电线检测信号远距离传输系统及方法，该高压输电线检测信号远距离传输系统包括测温模组、数据传输模组。其中，测温模组包括无线温度传感器、后台工作站，数据传输模组包括调制模块、耦合模块、处理器模块。所述无线温度传感器通过数据传输模组与后台工作站连接，数据传输模组中的调制模块将传感器信号调制后，送入耦合模块，耦合模块将传感器信号耦合到高压电力线上进行传输，处理器模块与调制模块和耦合模块连接，用于数据的计算。
[0040]
所述处理器模块采用stm32系列处理器，能够对传感器采集到的信号进行高速计算，该系列处理器的计算精度高，对工作环境适应性强，能够满足野外高压电力线的安装环境。
[0041]
所述无线温度传感器采用带有自发电装置的无线温度传感器，所述的自发电装置采用温差发电片进行发电，自发电装置包括温差发电片、冷端散热片、热端传热介质，热端传热介质采用液态金属紧密安装在温差发电片下方，冷端散热片安装于温差发电片上方。
[0042]
基于上述高压输电线检测信号远距离传输系统，本发明还提供一种高压输电线检测信号远距离传输方法，该高压输电线检测信号远距离传输方法采用以下步骤：
[0043]
步骤1、温度传感器数据采集；
[0044]
所述的步骤1、温度传感器数据采集，具体采用以下方法：无线温度传感器安装于高压电力线容易发热的位置，一般为电力线的各类接触点，用于测量各个接触点的温度，每一个温度传感器都有一个唯一的id编号。作为安装地点和记录数据的根据，并与编号一起存入温度监测工作站计算机数据库中。传感器每隔一定时间，自动发射一次监测点的温度数据。
[0045]
步骤2、将数据进行调制和耦合；
[0046]
利用小波分解方法，将电力线中的电力线载波信号进行分解，分解成高频信号和低频信号，针对不同频段的信号，进行信号融合。其中，电力线中的电力线载波信号为传感器采集到的温度数据通过电力线进行传输，电力线所要传输的数据信号即为电力线载波信号。
[0047]
详细分解步骤如下：设置采集的电力线载波信号能够用
[0048]
ζ(u)＝m2进行描述，
[0049]
其中，ξ(u)为小波分解中的基本波，m为通过电力线的载波频率。对其进行傅里叶变换处理，能够得到ζ(ξ)，该结果需要符合下面公式的要求
[0050]
d
ξ
＝∫
s
|ζ(ξ)|2\|ξ|dξ＜∞
ꢀꢀꢀ
(1)
[0051]
其中，d
ξ
为小波分解后数据的最终结果，ζ(ξ)为傅里叶变换处理结果，dξ为对d
ξ
求导，ξ为电力线载波信号。
[0052]
其中，ξ(u)能够描述小波分解过程中的基本波，根据小波分解过程中的变量性质能够得知，对电力线载波信号进行小波分解主要分为两个步骤，首先电力线载波信号中的每一行信号进行分解，然后针对分解后的结果中的每列在进行分解，从而得到相应的分解结果。
[0053]
信号融合过程如下：
[0054]
在高压电力线数据传输中，都包含有大量的能量，针对上述信号信息拉普拉斯变换和能量计算，能够反映出信号的状态，从而提高电力线载波无线信号的质量。将信号的拉普拉斯能量和计算方法与加权方法融合，能够得到电力线载波无线信号融合方法。将上述信号的拉普拉斯能量和可以采用以下公式进行计算：
[0055][0056][0057]
其中，j
b
(j，k)用来表示高压电力线载波信号的低频系数，j
c
(j，k)用来表示高频系数。j
g
(j，k)表示高压电力线载波信号高频和低频融合系数，nm(j，k)表示高低频融合后的拉普拉斯能力系数。
[0058]
步骤3、对数据进行抗干扰处理；
[0059]
所述的步骤3对数据进行抗干扰处理，具体方法如下：由于长距离输电会受到外界辐射干扰、传导干扰、阻抗不匹配等因素，所以在进行数据抗干扰处理时，我们将上述干扰统称为反射系数
ρ
，那么有如下公式计算信号进入导线初始值电压vi与反射系数ρ的公式如下：
[0060][0061][0062]
其中、v
i
为导线传输电压；v
s
为系统端电压源，z0为线阻抗，z
s
为电源线阻抗，z
t
为负载端总阻抗；
[0063]
将线阻抗在不同情况下的反射条件，带入反射系数公式(3)，当阻抗正好匹配时，ρ＝0，信号将不反射，相同的假设阻抗无限大或者无线小，反射系数为全反射，当ρ＝
‑
1，阻抗为无限小，当ρ＝1阻抗为无限大。
[0064]
步骤4、数据的远程接收以及存储
[0065]
后台工作站包括数据库以及终端监控设备，能够对远距离传输过来的温度数据进行保存，也能够实时的对整个电力线网络中的各个节点温度数据进行在线监控，当温度数据出现异常时，能够实时的进行报警。当温度低于30℃时，上报周期未30min，当温度高于30℃低于50℃时，将上报周期更改为15min，当温度超过50℃时，将上报周期更改为1min。
[0066]
本发明能够解决高压电力线开关柜触头、电缆接头、母排、变压器接头等设备的测温难题，为现代化的电力输配送线路及配电事故隐患提高了预防水平，为运维提升了检修效率。