一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法与流程

1.本发明属于电压测量技术领域，尤其是涉及一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法。


背景技术：

2.随着城乡居民生活水平的不断提高,对电力的依赖程度电能质量要求也随之提升,这就对线路的供电能力和供电质量提出了更高的要求.配电线路是电力系统的终端,是电力系统的重要组成部分,直接面对用户端,与人们的生活息息相关,因此,配网线路故障更加引起人们的关注.然而,配网线路因点多、面广、线长,走径复杂,设备质量参差不齐等原因增加了查找具体故障点的难度。10kv线路故障指示器的安装,能快速确定短路及接地故障区段,缩短停电时间,缩小停电范围,不仅是提高供电可靠性的重要措施,也是建设智能化电网不可缺少的技术力量。
3.10kv线路故障指示器用于10kv配电架空线路，有发生接地或短路时翻牌指示的功能，它的电流检测使用罗氏线圈，精度可以控制，电压检测则是使用感应片(一块搭载电线上的金属)来实现，因为架空故障指示器安装在架空电线上，不能对地检测电场，依靠电场感应来检测电场值，但是检测电压利用对地感应电动势则十分的不准确，受到周围环境影响严重，天气变化，设备下面过车都会造成检测电压的变化，是接地故障检测不准确，造成误报，这也是就地指示器当前一直无法解决的难题。
4.当前故障指示器包括录波故障指示器电场检测都是利用感应电场检测，没有接地点作为参考，缺点如下。
5.1.受天气影响比较大，电场采集值受阴天下雨、空气湿度变化影响
6.2.受设备下面其他因素，如路边设备受车辆经过影响，刮风影响
7.3.受设备老化，外壳风化等影响。
8.本专利提供一种新的方法，提高电压检测精度，保证利用电压进行的接地检测算法的准确性。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本发明旨在提出一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，以解决电场采集值受天气影响问题，保证在各种天气下采样值的稳定，不再变化、解决电场采集值受周边环境影响问题，保证经过车辆，刮风震动不收影响以及解决设备长期保留在外部自然环境下，发生老化、蒙尘、生锈等因素造成的电场采集不准问题。
10.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
11.一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，包括检测设备，所述检测设备包括故障指示器和对地检测器，所述故障指示器和对地检测器二者双向通信连接；
12.电压测量方法，包括以下步骤：
13.s1、将故障指示器、对地检测器同时检测10kv感应电场；
14.s2、分别计算故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值，并记录故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值的波形数据及波动变化；
15.s3、故障指示器将其电场感应值通过蓝牙模块传给对地检测器；
16.s4、对地检测器接收故障指示器电场感应值后，对故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值进行快速傅里叶变换，获取信号中的各个谐波分量的幅值；
17.s4、把稳定的电场值通过蓝牙发给架空故障指示器，用于接地短路检测。
18.进一步的，在步骤s4中，对故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值进行快速傅里叶变换，具体包括以下内容：
19.s41、基于计算公式(1)故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值的波形数据分别进行时域分割、频域分割；
20.s42、分别计算故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值的基波频率和各次干扰谐波峰值和频率，从而计算出稳定的电场值。
21.进一步的，所述计算公式(1)的表达式为：
[0022][0023]
进一步的，在步骤s42中，通过傅里叶变换后，判断基波频率、幅值和50hz的的幅值，确定电场值频域幅值，逻辑判断如下：
[0024]
设定合适的高通低通滤波系数；
[0025]
使用d0＝50hz，做为合理常量，使用低通滤波器，去除高频干扰；
[0026]
使用高通滤波器，去除低频干扰0；
[0027]
确定电场值频域幅值。
[0028]
进一步的，低通滤波器的表达式为：
[0029][0030]
进一步的，高通滤波器的表达式为：
[0031][0032]
其中，d0是一个合理常量，d(u，v)是频域中一点(u，v)与频域矩形中心之间的距离确定所要计算的基波。
[0033]
进一步的，故障指示器和对地检测器的通讯机制为：双向的电场波形数据实时传输和对地电压取值的方法。
[0034]
进一步的，所述故障指示器包括指示器cpu、罗氏线圈、参考电压、指示器dac调理电路、指示器运放电路、指示器蓝牙模块、433无线通讯模块、高压电场天线和指示器电源模块，所述指示器cpu输出端分别电连接至指示器蓝牙模块、433无线通讯模块、指示器dac调
理电路，所述指示器cpu输入端分别电连接至罗氏线圈、参考电压，所述指示器蓝牙模块与对地检测器电连接，所述指示器dac调理电路输出端电连接至指示器运放电路，所述高压电场天线通过指示器运放电路连接至指示器cpu，所述指示器cpu、罗氏线圈、参考电压、指示器dac调理电路、指示器运放电路、指示器蓝牙模块、433无线通讯模块均电连接至指示器电源模块。
[0035]
进一步的，所述对地检测器包括检测器cpu、检测器dac调理电路、检测器运放电路、检测器蓝牙模块、对地电场天线和检测器电源模块，所述检测器cpu输出端分别电连接至检测器dac调理电路、检测器蓝牙模块，所述检测器蓝牙模块电连接至指示器蓝牙模块，所述检测器dac调理电路通过检测器运放电路连接至检测器cpu输入端，所述检测器运放电路还与对地电场天线连接，所述检测器cpu、检测器dac调理电路、检测器运放电路、检测器蓝牙模块均电连接至检测器电源模块。
[0036]
相对于现有技术，本发明所述的一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法具有以下优势：
[0037]
本发明所述的一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，本发明用于故障指示器的使用远近两个位置检测电场排除环境干扰检测，具体的，利用两个对地电场检测值，来稳定排除环境变化造成感应电场的干扰，实现了实际电场值稳定测量，该方法效果明显，易于实现，可在故障判断等配电自动化工作的开展过程中起到实质性作用。
附图说明
[0038]
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0039]
图1为本发明实施例所述的电压测量方法示意图；
[0040]
图2为本发明实施例所述的检测设备示意图；
[0041]
图3为本发明实施例所述的指示器cpu电路示意图；
[0042]
图4为本发明实施例所述的指示器蓝牙模块电路示意图；
[0043]
图5为本发明实施例所述的指示器参考电压电路示意图；
[0044]
图6为本发明实施例所述的指示器罗氏线圈电路示意图；
[0045]
图7为本发明实施例所述的指示器电场天线电路示意图；
[0046]
图8为本发明实施例所述的指示器运放电路示意图；
[0047]
图9为本发明实施例所述的指示器调理电路示意图；
[0048]
图10为本发明实施例所述的指示器电源模块电路示意图；
[0049]
图11为本发明实施例所述的指示器433无线通讯电路示意图；
[0050]
图12为本发明实施例所述的检测器cpu电路示意图；
[0051]
图13为本发明实施例所述的检测器电源模块电路示意图；
[0052]
图14为本发明实施例所述的检测器电场天线电路示意图；
[0053]
图15为本发明实施例所述的检测器基准电压电路示意图；
[0054]
图16为本发明实施例所述的检测器调理电路示意图；
[0055]
图17为本发明实施例所述的检测器蓝牙模块电路示意图。
具体实施方式
[0056]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0057]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0058]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0059]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0060]
如图1至图17所示，一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，包括检测设备，该检测设备分架空的故障指示器和对地检测器两部分组成。
[0061]
在本发明一种优选的实施方式中，所述故障指示器包括指示器cpu、罗氏线圈、参考电压、指示器dac调理电路、指示器运放电路、指示器蓝牙模块、433无线通讯模块、高压电场天线和指示器电源模块(包括电源电路、取电线圈和备用电池)，所述指示器cpu输出端分别电连接至指示器蓝牙模块、433无线通讯模块、指示器dac调理电路，所述指示器cpu输入端分别电连接至罗氏线圈、参考电压，所述指示器蓝牙模块与对地检测器电连接，所述指示器dac调理电路输出端电连接至指示器运放电路，所述高压电场天线通过指示器运放电路连接至指示器cpu，所述指示器cpu、罗氏线圈、参考电压、指示器dac调理电路、指示器运放电路、指示器蓝牙模块、433无线通讯模块均电连接至指示器电源模块。
[0062]
在本发明一种优选的实施方式中，所述对地检测器包括检测器cpu、检测器dac调理电路、检测器运放电路、检测器蓝牙模块、对地电场天线和检测器电源模块(包括备用电池)，所述检测器cpu输出端分别电连接至检测器dac调理电路、检测器蓝牙模块，所述检测器蓝牙模块电连接至指示器蓝牙模块，所述检测器dac调理电路通过检测器运放电路连接至检测器cpu输入端，所述检测器运放电路还与对地电场天线连接，所述检测器cpu、检测器dac调理电路、检测器运放电路、检测器蓝牙模块均电连接至检测器电源模块。
[0063]
其电压测量方法包括以下步骤：
[0064]
步骤1，架空的故障指示器和对地检测器同时检测10kv感应电场；
[0065]
步骤2，对地检测器直接接大地，把检测10v感应电场值与大地作差取得相对稳定的电场值；
[0066]
步骤3，故障指示器将检测到的电场值发给对地检测器，对地检测器实时接收，并把接收的电场值和自身检测电场值进行比较，对两个波形进行傅里叶变换，取出基波，去掉
干扰杂波，换算出故障指示器可以用于判断接地的真实电场值；
[0067]
步骤4，对地检测器把计算出来的电场值用蓝牙发送给故障指示器使用。
[0068]
本发明用于故障指示器的使用远近两个位置检测电场排除环境干扰检测，具体的，利用两个对地电场检测值，来稳定排除环境变化造成感应电场的干扰，实现了实际电场值稳定测量，该方法效果明显，易于实现，可在故障判断等配电自动化工作的开展过程中起到实质性作用。
[0069]
实施例1
[0070]
一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，包括以下步骤：
[0071]
步骤1：分别计算架空故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值，记录波形数据及波动变化；
[0072]
步骤2：架空指示器通过蓝牙传给对地检测器；
[0073]
步骤3：对地检测器使用傅里叶变换算法，把指示器检测波形和对地检测器检测波形进行快速傅里叶(fft)变换，获取信号中的各个谐波分量的幅值；
[0074]
步骤4：把稳定的电场值通过蓝牙发给架空故障指示器，用于接地短路检测。
[0075]
所述步骤1中两部分设备其3硬件结构如图3所示。在图3所示实施例中，展示了产品的硬件结构图。系统中dac调理电路和运放电路是核心，是把对地检测器数据经过算法处理成电场数据的关键，参考电压分为1.2v用于adc采样偏置电压，2.5v为adc采样参考电压。本系统的电源系统由取电线圈和电池供电，线路电流超过5a使用取电供电，低于5a使用电池供电。433模块用于和转发站通讯，交互指示器采集数据和报警通讯；蓝牙模块是指示器和对地检测器的通讯通道，检测器把对地采集电场强度变化换算分析后发给指示器，指示器根据高压天线采集的电场数据进行合成后输入给mcu的adc采集引脚进行数据转化；对地检测器电源使用电池供电，或者装在转发站中利用太阳能供电。
[0076]
所述步骤2中，对于采集所得到的离散序列来讲，所使用变换就是离散傅里叶变换(dft)，把波形数据进行时域分割，频域分割，计算基波频率和各次干扰谐波峰值和频率，从而计算出稳定的电场值。
[0077]
其快速傅里叶变换对采样数据计算公式：
[0078][0079]
通过傅里叶变换后，判断基波频率、幅值和50hz的的幅值，确定电场值频域幅值，逻辑判断如下：
[0080]
低通滤波模型：
[0081]
使用d0＝50hz，作为合理常量，使用低通滤波器，去除低频干扰；
[0082]
高通滤波模型
[0083]
高通滤波器的公式中，d0是一个合理常量，d(u，v)是频域中一点(u，v)与频域矩形中心之间的距离确定所要计算的基波。
[0084]
所述步骤3中电场分离计算方法为：设定合适的高通低通滤波系数。
[0085]
所述步骤4中架空指示器和就地检测单元的通讯机制为：双向的电场波形数据实时传输结构特点和对地电压取值的方法。
[0086]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，其特征在于：包括检测设备，所述检测设备包括故障指示器和对地检测器，所述故障指示器和对地检测器二者双向通信连接；电压测量方法，包括以下步骤：s1、将故障指示器、对地检测器同时检测10kv感应电场；s2、分别计算故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值，并记录故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值的波形数据及波动变化；s3、故障指示器将其电场感应值通过蓝牙模块传给对地检测器；s4、对地检测器接收故障指示器电场感应值后，对故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值进行快速傅里叶变换，获取信号中的各个谐波分量的幅值；s4、把稳定的电场值通过蓝牙发给架空故障指示器，用于接地短路检测。2.根据权利要求1所述的一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，其特征在于：在步骤s4中，对故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值进行快速傅里叶变换，具体包括以下内容：s41、基于计算公式(1)故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值的波形数据分别进行时域分割、频域分割；s42、分别计算故障指示器电场感应值和对地检测器感应电场值的基波频率和各次干扰谐波峰值和频率，从而计算出稳定的电场值。3.根据权利要求2所述的一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，其特征在于：所述计算公式(1)的表达式为：4.根据权利要求2所述的一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，其特征在于：在步骤s42中，通过傅里叶变换后，判断基波频率、幅值和50hz的幅值，确定电场值频域幅值，逻辑判断如下：设定合适的高通低通滤波系数；使用d0＝50hz，d0为合理常量；使用低通滤波器，去除高频干扰；使用高通滤波器，去除低频干扰；确定电场值频域幅值。5.根据权利要求4所述的一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，其特征在于：低通滤波器的表达式为：6.根据权利要求4所述的一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，其特征在于：高通滤波器的表达式为：
其中，d0是一个合理常量，d(u，v)是频域中一点(u，v)与频域矩形中心之间的距离确定所要计算的基波。7.根据权利要求1所述的一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，其特征在于：故障指示器和对地检测器的通讯机制为：双向的电场波形数据实时传输和对地电压取值的方法。8.根据权利要求1所述的一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，其特征在于：所述故障指示器包括指示器cpu、罗氏线圈、参考电压、指示器dac调理电路、指示器运放电路、指示器蓝牙模块、433无线通讯模块、高压电场天线和指示器电源模块，所述指示器cpu输出端分别电连接至指示器蓝牙模块、433无线通讯模块、指示器dac调理电路，所述指示器cpu输入端分别电连接至罗氏线圈、参考电压，所述指示器蓝牙模块与对地检测器电连接，所述指示器dac调理电路输出端电连接至指示器运放电路，所述高压电场天线通过指示器运放电路连接至指示器cpu，所述指示器cpu、罗氏线圈、参考电压、指示器dac调理电路、指示器运放电路、指示器蓝牙模块、433无线通讯模块均电连接至指示器电源模块。9.根据权利要求1所述的一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，其特征在于：所述对地检测器包括检测器cpu、检测器dac调理电路、检测器运放电路、检测器蓝牙模块、对地电场天线和检测器电源模块，所述检测器cpu输出端分别电连接至检测器dac调理电路、检测器蓝牙模块，所述检测器蓝牙模块电连接至指示器蓝牙模块，所述检测器dac调理电路通过检测器运放电路连接至检测器cpu输入端，所述检测器运放电路还与对地电场天线连接，所述检测器cpu、检测器dac调理电路、检测器运放电路、检测器蓝牙模块均电连接至检测器电源模块。

技术总结
本发明提供了一种关于10千伏故障指示器的电压测量方法，包括检测设备，所述检测设备包括故障指示器和对地检测器，所述故障指示器和对地检测器二者双向通信连接。本发明有益效果：本发明用于故障指示器的使用远近两个位置检测电场排除环境干扰检测，具体的，利用两个对地电场检测值，来稳定排除环境变化造成感应电场的干扰，实现了实际电场值稳定测量，该方法效果明显，易于实现，可在故障判断等配电自动化工作的开展过程中起到实质性作用。动化工作的开展过程中起到实质性作用。动化工作的开展过程中起到实质性作用。


技术研发人员：吴学煊 李杰 马梁
受保护的技术使用者：天津浩源汇能股份有限公司
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/10/11