一种混合线路过电压的非接触式测量方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统输电线路过电压测量技术领域，尤其涉及一种混合线路过电压的非接触式测量方法及系统。


背景技术：

2.对于电缆和架空线路互联而成的混合线路，由于电缆和架空线路在耐压性能以及线路参数上存在区别，使得混合线路的过电压幅值要高于单一线路，进而造成线路闪络或击穿。因此，有必要对混合线路的过电压进行测量。
3.传统技术中利用电压互感器进行过电压测量，由于过电压种类多样，其中暂态过电压频率超过电压互感器的带宽，仅依靠电压互感器进行过电压检测，并不能得到准确的测量结果，且在现有运行线路上进行电压互感器的安装往往需要停电操作，影响电力部门的运行指标。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种混合线路过电压的非接触式测量方法及系统，解决了传统技术中利用电压互感器进行过电压测量的方式测量准确度低、安装不便的技术问题。
5.本发明第一方面提供一种混合线路过电压的非接触式测量方法，包括：
6.在混合线路上设置各非接触式传感器，所述各非接触式传感器包括用于检测a相电缆终端的第一传感器、用于检测b相电缆终端的第二传感器以及用于检测c相电缆终端的第三传感器，设置时使所述第一传感器、第二传感器和第三传感器相对于对应电缆终端的安装位置一致；
7.获取各非接触式传感器在混合线路正常运行时的测量结果，构造解耦矩阵m，并根据所述测量结果求解解耦矩阵m，得到所述解耦矩阵m的具体值；
8.将所述解耦矩阵m的具体值代入传感器测量电压的计算式，分别计算单相、两相和三相的电缆终端在运行电压为预置过电压值时各非接触式传感器的测量电压，在得到的测量电压计算结果中选取最小值作为过电压的触发阈值，并设置触发方式为上升沿触发；
9.当任意非接触式传感器测得的电压超过所述触发阈值时，利用解耦矩阵m和非接触式传感器测得的电压计算对应电缆终端的过电压值。
10.根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述构造解耦矩阵m，并根据所述测量结果求解解耦矩阵m，包括：
11.构造解耦矩阵m为：
[0012][0013]
式中，m1、m2、m3为解耦矩阵m的元素；
[0014]
按照下式求解解耦矩阵m：
[0015][0016]
式中，u为混合线路的运行电压，ω0为工频下的角频率，为非接触式传感器输出信号的初相位，为第一传感器的输出电压，为第二传感器的输出电压，为第三传感器的输出电压。
[0017]
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述方法包括：
[0018]
设置所述传感器测量电压的计算式为：
[0019][0020]
式中，ua为a相电缆终端的电压，ub为b相电缆终端的电压，uc为c相电缆终端的电压。
[0021]
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述利用解耦矩阵m和非接触式传感器测得的电压计算对应电缆终端的过电压值，包括：
[0022]
按照下式计算对应电缆终端的过电压值：
[0023][0024]
式中，ua(t)为a相电缆终端的过电压，ub(t)为b相电缆终端的过电压，uc(t)为c相电缆终端的过电压。
[0025]
本发明第二方面提供一种混合线路过电压的非接触式测量系统，包括：
[0026]
多个非接触式传感器，包括用于检测a相电缆终端的第一传感器、用于检测b相电缆终端的第二传感器以及用于检测c相电缆终端的第三传感器，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器相对于对应电缆终端的安装位置一致；
[0027]
数据采集装置，包括数据采集模块；所述数据采集模块用于获取各非接触式传感器在混合线路正常运行时的测量结果，构造解耦矩阵m，并根据所述测量结果求解解耦矩阵m，得到所述解耦矩阵m的具体值；将所述解耦矩阵m的具体值代入传感器测量电压的计算式，分别计算单相、两相和三相的电缆终端在运行电压为预置过电压值时各非接触式传感器的测量电压，在得到的测量电压计算结果中选取最小值作为过电压的触发阈值，并设置触发方式为上升沿触发；当任意非接触式传感器测得的电压超过所述触发阈值时，利用解
耦矩阵m和非接触式传感器测得的电压计算对应电缆终端的过电压值。
[0028]
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述数据采集模块具体用于：
[0029]
构造解耦矩阵m为：
[0030][0031]
式中，m1、m2、m3为解耦矩阵m的元素；
[0032]
按照下式求解解耦矩阵m：
[0033][0034]
式中，u为混合线路的运行电压，ω0为工频下的角频率，为非接触式传感器输出信号的初相位，为第一传感器的输出电压，为第二传感器的输出电压，为第三传感器的输出电压。
[0035]
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述数据采集模块还具体用于：
[0036]
设置所述传感器测量电压的计算式为：
[0037][0038]
式中，ua为a相电缆终端的电压，ub为b相电缆终端的电压，uc为c相电缆终端的电压。
[0039]
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述数据采集模块还具体用于：
[0040]
按照下式计算对应电缆终端的过电压值：
[0041][0042]
式中，ua(t)为a相电缆终端的过电压，ub(t)为b相电缆终端的过电压，uc(t)为c相电缆终端的过电压。
[0043]
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述非接触式传感器包括：
[0044]
平板电容、积分电阻和积分器；
[0045]
所述平板电容的一端接地，另一端通过同轴线连接所述积分电阻的一端和积分器
的一端，所述积分电阻的另一端接地，所述积分器的另一端连接所述数据采集装置。
[0046]
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述平板电容包括：
[0047]
正对平行放置的上金属板电极和下金属板电极；
[0048]
所述平板电容用于按照下式耦合被测电压以得到电压信号：
[0049][0050]
式中，u
′
(t)表示经平板电容耦合得到的电压信号，u
hv
(t)表示被测电压，τ
dif
＝r
mce
，rm为所述积分电阻的电阻值，ce为所述下金属板电极的对地电容；
[0051]
所述积分器用于按照下式对所述电压信号进行积分处理以得到输出信号：
[0052]
u(t)＝τ
int
∫u
′
(t)dt
[0053]
式中，u(t)表示经积分器处理得到的输出信号，τ
int
为系数，由积分器确定。
[0054]
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述系统还包括：
[0055]
太阳能发电装置，包括一个或多个用于获取电能的太阳能电池板；
[0056]
所述数据采集装置还包括储能模块，所述储能模块用于存储由所述太阳能电池板获取的电能。
[0057]
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
[0058]
本发明在非接触条件下，利用传感器测量电缆架空混合线路电缆终端的电场信号，并利用解耦方法得到每相电缆终端的电压值，其中该解耦方法通过在稳态下已知的电缆终端相电压和传感器的测量结果，求解耦矩阵m，并根据解耦矩阵m的计算结果计算过电压下传感器的测量值，以计算的测量值作为过电压的触发阈值，在传感器捕获到电压信号后，将捕获的电压信号代入解耦方程得到对应电缆终端的过电压；本发明通过非接触式传感器获取电场信号，能够实现非接触式测量，保证不会对原有运行线路的状态进行干扰，且能实现不停电安装，通过该解耦方法对测量结果进行解耦，能够准确得到被测电缆终端上每相的过电压情况，提高过电压测量的准确度。
附图说明
[0059]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0060]
图1为本发明一个可选实施例提供的一种混合线路过电压的非接触式测量方法的流程图；
[0061]
图2为本发明一个可选实施例提供的非接触式传感器的安装示意图；
[0062]
附图说明：
[0063]
1-第一传感器；2-第二传感器；3-第三传感器；4-a相电缆终端；5-b相电缆终端；6-c相电缆终端；7-数据采集装置。
具体实施方式
[0064]
本发明实施例提供了一种混合线路过电压的非接触式测量方法及系统，用于解决
传统技术中利用电压互感器进行过电压测量的方式测量准确度低、安装不便的技术问题。
[0065]
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0066]
请参阅图1，图1示出了本发明实施例提供的一种混合线路过电压的非接触式测量方法的流程图。
[0067]
本发明提供的一种混合线路过电压的非接触式测量方法，包括步骤s1-s4。
[0068]
步骤s1，在混合线路上设置各非接触式传感器，所述各非接触式传感器包括用于检测a相电缆终端4的第一传感器1、用于检测b相电缆终端5的第二传感器2以及用于检测c相电缆终端6的第三传感器3，设置时使所述第一传感器1、第二传感器2和第三传感器3相对于对应电缆终端的安装位置一致。
[0069]
具体的实现方式中，非接触式传感器为电容式传感器，由于电容式传感器固有的特性，会耦合到来自空间各处的电场，此时会影响传感器对目标检测对象的检测结果。例如，第一传感器1的目标检测对象为a相电缆终端4，而由于传感器自身的耦合特性，第一传感器1不仅会耦合来自a相电缆终端4的电场，同时会耦合来自b相电缆终端5和c相电缆终端6的电场，此时第一传感器1输出的信号是传感器耦合全部电场的整体结果，第二传感器2和第三传感器3同理。因此需要对检测结果进行解耦，得到各个非接触式传感器对检测目标的检测结果。本发明的解耦方式通过以下步骤进行。
[0070]
本发明实施例，本通过非接触式传感器获取电场信号，能够实现非接触式测量，保证不会对原有运行线路的状态进行干扰，且能实现不停电安装。
[0071]
具体进行非接触式传感器的安装时，可以按照图2所示的方式进行安装。如图2所示，由于第一传感器1、第二传感器2和第三传感器3相对于对应电缆终端的安装位置一致，第一传感器1与a相电缆终端4的距离、第二传感器2与b相电缆终端5的距离以及第三传感器3与c相电缆终端6的距离相同。第一传感器1、第二传感器2和第三传感器3皆连接至数据采集装置7，该数据采集装置7用于执行以下步骤s2-s4。
[0072]
步骤s2，获取各非接触式传感器在混合线路正常运行时的测量结果，构造解耦矩阵m，并根据所述测量结果求解解耦矩阵m，得到所述解耦矩阵m的具体值。
[0073]
电缆架空线混合线路电缆电压与非接触式传感器的输出电压之间的关系可表示为：
[0074][0075]
其中
[0076]
[0077]
式中，为第一传感器1的输出电压，为第二传感器2的输出电压，为第三传感器3的输出电压，ua(t)为a相电缆终端4的过电压，ub(t)为b相电缆终端5的过电压，uc(t)为c相电缆终端6的过电压，m
1a
为第一传感器1与a相电缆终端4的耦合系数，m
1b
为第一传感器1与b相电缆终端5的耦合系数，m
1c
为第一传感器1与c相电缆终端6的耦合系数，m
2a
为第二传感器2与a相电缆终端4的耦合系数，m
2b
为第二传感器2与b相电缆终端5的耦合系数，m
2c
为第二传感器2与c相电缆终端6的耦合系数，m
3a
为第三传感器3与a相电缆终端4的耦合系数，m
3b
为第三传感器3与b相电缆终端5的耦合系数，m
3c
为第三传感器3与c相电缆终端6的耦合系数；
[0078]
在三相电路参数对称的情况下，电缆终端上的电压可以表示为：
[0079][0080]
式中，u为混合线路的运行电压，ω0为工频下的角频率；
[0081]
则由上述式子可知，三相电路对称情况下，电缆架空线混合线路电缆电压与非接触式传感器的输出电压的关系式可表示为：
[0082][0083]
由于解耦矩阵m为常数矩阵，电缆终端电压为对称工频交流电压，因此非接触式传感器的输出电压可表示为：
[0084][0085]
其中，未知参数ai、bi和可以利用正弦函数拟合输出信号进行求解。
[0086]
由于所述第一传感器1、第二传感器2和第三传感器3相对于对应电缆终端的安装位置一致，此时解耦矩阵m为关于主对角线对称的对称矩阵，即解耦矩阵m保持一致，此时解耦矩阵m可表示为：
[0087][0088]
解耦矩阵中的对角线元素m
1a
、m
2b
、m
3c
表示各相终端与各自对应的传感器的耦合系数；解耦矩阵中的m
1b
和m
2c
，分别表示第一传感器1对b相电缆终端5的耦合系数和第二传感器2对a相电缆终端4的耦合系数，因此在各相电缆终端与非接触式传感器的安装位置保持一致的情况下，满足m
1a
＝m
2b
＝m
3c
，m
1b
＝m
2c
。
[0089]
综上所述，具体实现时，构造解耦矩阵m为：
[0090][0091]
根据三相电路对称情况下，电缆架空线混合线路电缆电压与非接触式传感器的输出电压的关系式，可以设置解耦矩阵m的求解方程为：
[0092][0093]
式中，为非接触式传感器输出信号的初相位。
[0094]
将线路正常运行情况下监测值的拟合结果和运行电压u带入上式，可得到解耦矩阵m中各元素的具体值。若已知测试时线路运行在额定状态下，则可令u＝1，此时计算出的解耦矩阵m中各元素的结果为标幺值下的结果。
[0095]
步骤s3，将所述解耦矩阵m的具体值代入传感器测量电压的计算式，分别计算单相、两相和三相的电缆终端在运行电压为预置过电压值时各非接触式传感器的测量电压，在得到的测量电压计算结果中选取最小值作为过电压的触发阈值，并设置触发方式为上升沿触发。
[0096]
其中，根据三相电路对称情况下，电缆架空线混合线路电缆电压与非接触式传感器的输出电压的关系式，可以设置传感器测量电压的计算式为：
[0097][0098]
式中，ua为a相电缆终端4的电压，ub为b相电缆终端5的电压，uc为c相电缆终端6的电压。
[0099]
作为优选，该预置过电压值可以设定为额定运行电压的1.1倍。
[0100]
步骤s4，当任意非接触式传感器测得的电压超过所述触发阈值时，利用解耦矩阵m和非接触式传感器测得的电压计算对应电缆终端的过电压值。
[0101]
在一种能够实现的方式中，所述利用解耦矩阵m和非接触式传感器测得的电压计算对应电缆终端的过电压值，包括：
[0102]
按照下式计算对应电缆终端的过电压值：
[0103][0104]
式中，ua(t)为a相电缆终端4的过电压，ub(t)为b相电缆终端5的过电压，uc(t)为c相电缆终端6的过电压。
[0105]
通过上述实施例的的解耦方法对测量结果进行解耦，能够准确得到被测电缆终端上每相的过电压情况，提高过电压测量的准确度。
[0106]
本发明还提供了一种混合线路过电压的非接触式测量系统，包括：
[0107]
多个非接触式传感器，包括用于检测a相电缆终端4的第一传感器1、用于检测b相电缆终端5的第二传感器2以及用于检测c相电缆终端6的第三传感器3，所述第一传感器1、第二传感器2和第三传感器3相对于对应电缆终端的安装位置相同；
[0108]
数据采集装置7，包括数据采集模块；所述数据采集模块用于获取各非接触式传感器在混合线路正常运行时的测量结果，构造解耦矩阵m，并根据所述测量结果求解解耦矩阵m，得到所述解耦矩阵m的具体值；将所述解耦矩阵m的具体值代入传感器测量电压的计算式，分别计算单相、两相和三相的电缆终端在运行电压为预置过电压值时各非接触式传感器的测量电压，在得到的测量电压计算结果中选取最小值作为过电压的触发阈值，并设置触发方式为上升沿触发；当任意非接触式传感器测得的电压超过所述触发阈值时，利用解耦矩阵m和非接触式传感器测得的电压计算对应电缆终端的过电压值。
[0109]
其中，数据采集模块中可以设置数据采集卡对非接触式传感器所测得的信号进行采样。
[0110]
该数据采集装置7还可以包括数据传输模块，以用于将计算的对应电缆终端的过电压值传输至预置的处理平台，如控制中心。
[0111]
在一种能够实现的方式中，所述数据采集模块具体用于：
[0112]
构造解耦矩阵m为：
[0113][0114]
式中，m1、m2、m3为解耦矩阵m的元素；
[0115]
按照下式求解解耦矩阵m：
[0116][0117]
式中，u为混合线路的运行电压，ω0为工频下的角频率，为非接触式传感器输出
信号的初相位，为第一传感器1的输出电压，为第二传感器2的输出电压，为第三传感器3的输出电压。
[0118]
在一种能够实现的方式中，所述数据采集模块还具体用于：
[0119]
设置所述传感器测量电压的计算式为：
[0120][0121]
式中，ua为a相电缆终端4的电压，ub为b相电缆终端5的电压，uc为c相电缆终端6的电压。
[0122]
在一种能够实现的方式中，所述数据采集模块还具体用于：
[0123]
按照下式计算对应电缆终端的过电压值：
[0124][0125]
式中，ua(t)为a相电缆终端4的过电压，ub(t)为b相电缆终端5的过电压，uc(t)为c相电缆终端6的过电压。
[0126]
在一种能够实现的方式中，所述非接触式传感器包括：
[0127]
平板电容、积分电阻和积分器；
[0128]
所述平板电容的一端接地，另一端通过同轴线连接所述积分电阻的一端和积分器的一端，所述积分电阻的另一端接地，所述积分器的另一端连接所述数据采集装置7。
[0129]
在一种能够实现的方式中，所述平板电容包括：
[0130]
正对平行放置的上金属板电极和下金属板电极；
[0131]
所述平板电容用于按照下式耦合被测电压以得到电压信号：
[0132][0133]
式中，u
′
(t)表示经平板电容耦合得到的电压信号，u
hv
(t)表示被测电压，τ
dif
＝r
mce
，rm为所述积分电阻的电阻值，ce为所述下金属板电极的对地电容；
[0134]
所述积分器用于按照下式对所述电压信号进行积分处理以得到输出信号：
[0135]
u(t)＝τ
int
∫u
′
(t)dt
[0136]
式中，u(t)表示经积分器处理得到的输出信号，τ
int
为系数，由积分器确定。
[0137]
在一种能够实现的方式中，所述系统还包括：
[0138]
太阳能发电装置，包括一个或多个用于获取电能的太阳能电池板；
[0139]
所述数据采集装置7还包括储能模块，所述储能模块用于存储由所述太阳能电池板获取的电能。
[0140]
在具体的实现方式中，该储能模块可以包括储能控制单元和蓄电池，储能控制单元用于控制蓄电池的充放电，蓄电池用来存储太阳能电池板获取的电能。
[0141]
通过设置太阳能发电装置和储能模块，能够实现对混合线路电缆终端过电压的不间断监测。
[0142]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和模块的具体工作过程及效果，可以参考前述方法实施例中的对应过程及效果，在此不再赘述。
[0143]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。