本發(fā)明涉及高壓輸電領域，特別是涉及一種絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法和監(jiān)測裝置。

背景技術：

合成絕緣子在我國高壓和超高壓、特高壓輸電中應用廣泛，高壓和超高壓、特高壓輸電線路穿越地區(qū)地形復雜、環(huán)境惡劣，當發(fā)生雷電閃絡、污閃、斷裂、鳥害及其不明原因閃絡等事故時，絕緣子閃絡造成的局部絕緣損傷往往沒有明顯的破壞痕跡，巡線工作十分艱苦，并且花費大量的時間。

閃絡瞬間流過絕緣子表面的電流中包含了與閃絡類型有關的重要信息，對絕緣子閃絡瞬間的電流波形進行監(jiān)測是開展后續(xù)閃絡原因的分析及機理研究，采取有效的措施預防閃絡以及提高輸電可靠性等工作的重要基礎。而目前尚無對絕緣子閃絡瞬間的電流波形實時監(jiān)測的方法及裝置。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對現(xiàn)有輸電系統(tǒng)無法對絕緣子閃絡瞬間的電流波形進行實時監(jiān)測的問題，提供一種可以對絕緣子閃絡瞬間的電流波形進行實時監(jiān)測的絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法和監(jiān)測裝置。

一種絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法，包括步驟：

采集絕緣子的電流信號，并將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；

將電壓信號進行處理，得到輸出信號；

對輸出信號進行連續(xù)采樣，當輸出信號的幅值超過預設值時，保存幅值超過預設值的輸出信號的波形。

一種絕緣子閃絡電流的監(jiān)測裝置，包括：

電流采集模塊，用于采集絕緣子的電流信號，并將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；

信號調(diào)理模塊，用于對電壓信號進行處理，得到輸出信號；

波形捕捉模塊，用于對輸出信號進行連續(xù)采樣，當輸出信號的幅值超過預設值時，保存幅值超過預設值的輸出信號的波形。

上述絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法和監(jiān)測裝置，首先采集絕緣子電流信號，并將絕緣子電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再將電壓信號進行處理，得到輸出信號，對該輸出信號進行連續(xù)采樣，當該輸出信號的幅值超過預設值時，保存該幅值超過預設值的輸出信號的波形。這樣就可以得到閃絡瞬間流過絕緣子表面的電流波形，進而實現(xiàn)對閃絡類型有關的特征量的提取，以及實現(xiàn)對閃絡原因的分析及機理研究，這對于采取有效的措施預防閃絡以及提高輸電可靠性具有重要意義。

附圖說明

圖1為一個實施例中絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法的流程示意圖；

圖2為一個實施例中絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法中羅氏線圈的實物圖；

圖3為一個實施例中絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法中羅氏線圈的外形示意圖；

圖4為一個實施例中絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法中羅氏線圈的等效電路圖；

圖5為一個實施例中絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法中跟隨濾波電路的電路原理圖；

圖6為一個實施例中絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法中單端轉(zhuǎn)差分電路的電路原理圖；

圖7為一個實施例中絕緣子閃絡電流的監(jiān)測裝置的結構示意圖。

具體實施方式

在一個實施例中，如圖1所示，一種絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法，包括如下步驟：

步驟S100，采集絕緣子的電流信號，并將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。

絕緣子是一種特殊的絕緣控件，能夠在架空輸電線路中起到重要作用，絕緣子早期多用于電線桿，慢慢發(fā)展于高型高壓電線連接塔的一端掛了很多盤狀的絕緣體，它是為了增加爬電距離的，通常由玻璃或陶瓷制成。采集絕緣子的電流信號，并將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號可以通過在絕緣子表面安裝電流傳感器實現(xiàn)。

電流傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測電流的信息，并將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成符合一定標準需要的電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。具體的，電流傳感器可以采用羅氏線圈，羅氏線圈又叫電流測量線圈、微分電流傳感器，是一個均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈。羅氏線圈不含鐵磁性材料，無磁滯效應，相位誤差幾乎為零，且沒有磁飽和，因而可以測量范圍從數(shù)安培到數(shù)百數(shù)千培的電流；此外，其結構簡單，并且和被測電流之間沒有直接的電路聯(lián)系，響應頻帶寬在0.1Hz至1MHz之間，與帶鐵芯的傳統(tǒng)互感器相比，羅氏線圈具有測量范圍寬，精度高，穩(wěn)定可靠，響應頻帶寬，且同時具有測量和繼電保護功能，其體積小、重量輕、安全且符合環(huán)保要求?；诹_氏線圈具有電流可實時測量、響應速度快、不會飽和、幾乎沒有相位誤差的特點，其可應用于繼電保護，可控硅整流，變頻調(diào)速，電阻焊等信號嚴重畸變的場合。進一步地，羅氏線圈可采用直徑為120mm的柔性空心羅氏線圈，它屬于無源自積分類型，具有外形柔性開環(huán)無芯結構，方便安裝且無需供電布線。該線圈的參數(shù)：靈敏度為0.0002V/A，最大電流為120kA，最大有效值電流為1kA，最低頻率為3dB/0.2Hz，最高頻率3dB/20MHz，使用溫度0-65度，傳輸阻抗50Ω，其實物圖如圖2所示，外形示意圖如圖3所示。

圖4為羅氏線圈的等效電路圖，其中，L、C、r分別為羅氏線圈的自感、分布電容和自阻；R_a為采樣電阻，U_s為采樣電壓，如果羅氏線圈為自積分型線圈，則R_a為積分電阻；E(t)為線圈感應出來的電壓源，i₁(t)為待測量的電流，i₂(t)為感應出來的電流，E(t)的表達式為：

$E\left(t\right)=LM\frac{{\mathrm{di}}_1\left(t\right)}{dt}---\left(1\right)$

式(1)中L和M分別是羅氏線圈的自感和互感，可通過測量確定，也可通過公式計算。若線圈中心半徑為r₀，骨架橫斷面的面積為S，線圈總圈數(shù)為N，真空磁導率為μ₀，制作的柔性羅氏線圈為圓形，則有M＝μ₀NS/2πr₀，L＝NM。實際使用線圈測量時，LCR測試儀可以將自感L測出來，而M則可通過計算得出。

根據(jù)電路有：

$E\left(t\right)=L\frac{{\mathrm{di}}_2\left(t\right)}{dt}+(r+R_a)i_2---\left(2\right)$

若則式(2)可以簡化為：

$E\left(t\right)=L\frac{{\mathrm{di}}_2\left(t\right)}{dt}---\left(3\right)$

由式(1)和式(3)可得：

$i_1\left(t\right)=\frac{{\mathrm{LU}}_s}{{\mathrm{MR}}_a}$

由上式可知，原邊電流正比于線圈輸出。

步驟S200，對電壓信號進行處理，得到輸出信號。

具體而言，對電壓信號進行處理，得到輸出信號的步驟可以包括：將電壓信號通過跟隨濾波電路進行處理，得到第一輸出信號以及將第一輸出信號通過單端轉(zhuǎn)差分電路進行處理，得到輸出信號。

跟隨濾波電路如圖5所示，AD8034的第一引腳通過電阻R5與AD8034的第五引腳連接，AD8034的第一引腳與AD8034的第二引腳連接，AD8034的第七引腳與AD8034的第六引腳連接，AD8034的第五引腳通過電阻R6接地，AD8034的第五引腳通過電容C4接地，AD8034的第三引腳與電流傳感器的輸出連接。AD8034不僅具有FET(Field Effect Transistor，場效應晶體管)輸入放大器高輸入阻抗以及在電路設計時幾乎不必考慮輸入偏置電流的優(yōu)異特性，此外，還具備低功耗、低噪聲、低失真和寬電源電壓的特性。單端轉(zhuǎn)差分電路如圖6所示，跟隨濾波電路的輸出通過電阻R11與ADA4940-1的第八引腳連接，且通過電阻R12接地，ADA4940-1的第八引腳通過電阻與ADA4940-1的第五引腳連接，ADA4940-1的第一引腳通過電阻R17與ADA4940-1的第四引腳連接，ADA4940-1的第一引腳通過電阻R18接地。ADA4940-1是低噪聲、低失真、超低功耗的差分放大器，非常適合驅(qū)動分辨率最高為18位、DC至1MHz的低功耗、高分辨率、高性能SAR型和Σ-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，靜態(tài)電流僅為1.25mA，可調(diào)輸出共模電平使ADA4940-1能夠與多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入共模電壓相匹配，其內(nèi)部共模反饋環(huán)路也可提供出色的輸出平衡，并能抑制偶數(shù)階諧波失真產(chǎn)物。

步驟S300，對輸出信號進行連續(xù)采樣，當輸出信號的幅值超過預設值時，保存幅值超過預設值的輸出信號的波形。

具體而言，對輸出信號進行連續(xù)采樣，當輸出信號的幅值超過預設值時，保存幅值超過預設值的輸出信號的波形的步驟可以包括：對輸出信號進行連續(xù)采樣；當輸出信號的幅值超過預設值時，記錄幅值超過預設值的輸出信號的波形；讀取已記錄的幅值超過預設值的輸出信號的波形，得到波形數(shù)據(jù)并存儲。

進一步地，可以采用14位高速管線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器在FPGA(Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)的控制下對輸出信號進行采樣，當輸出信號的幅值小于設置的觸發(fā)電平的時候，不做任何處理；一旦輸出信號的幅值超過觸發(fā)電平，且判斷出具有明顯地上升沿或下降沿的時候，開始記錄指定長度的波形數(shù)據(jù)，并通知CPU(Central Processing Unit，中央處理器)來讀取數(shù)據(jù)，CPU使用中斷來感知FPGA的輸入，當有波形被捕捉后，通過CPU與FPGA之間的接口將波形數(shù)據(jù)讀出，并保存于非易失性存儲器中，等待發(fā)送出去。

上述絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法，首先采集絕緣子電流信號，并將絕緣子電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再將電壓信號進行處理，得到輸出信號，對該輸出信號進行連續(xù)采樣，當該輸出信號的幅值超過預設值時，保存該幅值超過預設值的輸出信號的波形。這樣就可以得到閃絡瞬間流過絕緣子表面的電流波形，進而實現(xiàn)對閃絡類型有關的特征量的提取，以及實現(xiàn)對閃絡原因的分析及機理研究，這對于采取有效的措施預防閃絡，提高輸電可靠性具有重要意義。

在一個實施例中，絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法，對輸出信號進行連續(xù)采樣，當輸出信號的幅值超過預設值時，保存幅值超過預設值的輸出信號的波形的步驟之后還包括發(fā)送已保存的輸出信號的波形。

已保存輸出信號的波形的發(fā)送以及接收可以通過無線通信模塊實現(xiàn)，無線通信模塊廣泛地運用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標簽、身份識別、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I域中。無線通信模塊具有通信功能，即支持GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無線服務技術)和短消息雙通道傳輸數(shù)據(jù)以及支持多中心數(shù)據(jù)通信；具有采集功能，即采集串口設備數(shù)據(jù)，如串口儀表、采集器、PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)等；還具有遠程管理功能，即支持遠程參數(shù)設置和程序升級。采用無線通信方式，減少了布線工作，使得整個監(jiān)測更簡單方便，有效地減輕了巡線人員的工作強度。

具體而言，無線通信模塊可以采用一款功耗為100mW的低功耗無線串口模塊，其采用透明傳輸方式，工作在148-173.5MHz頻段，默認170MHz，TTL(Transistor-Transistor Logic，邏輯門電路)電平輸出，兼容3.3V與5V的I/O(Input/Output，輸入/輸出)口電壓，穿透繞射力強，具備空中喚醒功能。該模塊具有軟件前向糾錯算法，其編碼效率較高，糾錯能力強，在突發(fā)干擾的情況下，能主動糾正被干擾的數(shù)據(jù)包，大大提高可靠性和傳輸距離，在沒有前向糾錯的情況下，這種數(shù)據(jù)包只能被丟棄，具有數(shù)據(jù)加密和壓縮功能，模塊在空中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，具有隨機性，通過嚴密的加解密算法，使得數(shù)據(jù)截獲失去意義，而數(shù)據(jù)壓縮功能有概率減小傳輸時間，減小受干擾的概率，提高可靠性和傳輸效率。

在一個實施例中，絕緣子閃絡電流的監(jiān)測方法，采集絕緣子電流信號，并將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的步驟之后還包括采集輸電線路桿塔周圍的環(huán)境參數(shù)，環(huán)境參數(shù)包括氣壓和溫濕度。

桿塔周圍的溫度、濕度和氣壓等環(huán)境信息，作為分析閃絡現(xiàn)象的有力數(shù)據(jù)支撐，可以為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供參考。因此，可以通過氣壓傳感器采集氣壓，通過溫濕度傳感器采集溫濕度信息，并將這些環(huán)境參數(shù)與對應的閃絡電流關聯(lián)存儲，為后續(xù)研究分析閃絡原因提供參考。

在一個實施例中，一種絕緣子閃絡電流的監(jiān)測裝置，包括：

電流采集模塊100，用于采集絕緣子的電流信號，并將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。

信號調(diào)理模塊200，用于對電壓信號進行處理，得到輸出信號。

信號調(diào)理模塊包括：第一調(diào)理單元，用于將電壓信號通過跟隨和濾波電路進行處理，得到第一輸出信號；

第二調(diào)理單元，用于將第一輸出信號通過單端轉(zhuǎn)差分電路進行處理，得到輸出信號。

波形捕捉模塊300，用于對輸出信號進行連續(xù)采樣，當輸出信號的幅值超過預設值時，保存幅值超過預設值的輸出信號的波形。

波形捕捉模塊包括：信號采樣單元，用于對輸出信號進行連續(xù)采樣；

波形篩選單元，用于當輸出信號的幅值超過預設值時，記錄幅值超過預設值的輸出信號的波形；

波形存儲單元，用于讀取已記錄的幅值超過預設值的輸出信號的波形，得到波形數(shù)據(jù)并存儲。

上述絕緣子閃絡電流的監(jiān)測裝置，首先采集絕緣子電流信號，并將絕緣子電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再將電壓信號進行處理，得到輸出信號，對該輸出信號進行連續(xù)采樣，當該輸出信號的幅值超過預設值時，保存該幅值超過預設值的輸出信號的波形。這樣就可以得到閃絡瞬間流過絕緣子表面的電流波形，進而實現(xiàn)對閃絡類型有關的特征量的提取，以及實現(xiàn)對閃絡原因的分析及機理研究，這對于采取有效的措施預防閃絡，提高輸電可靠性具有重要意義。

在一個實施例中，絕緣子閃絡電流的監(jiān)測裝置還包括波形發(fā)送模塊，用于發(fā)送已保存的輸出信號的波形。

在一個實施例中，絕緣子閃絡電流的監(jiān)測裝置還包括環(huán)境參數(shù)采集模塊，用于采集輸電線路桿塔周圍的環(huán)境參數(shù)，環(huán)境參數(shù)包括氣壓和溫濕度。

在一個具體實施例中，絕緣子閃絡電流監(jiān)測裝置分為兩部分：塔上機和手持機，塔上機安裝在桿塔端完成數(shù)據(jù)采集，手持機是用于下載塔上機中所存的數(shù)據(jù)。通過在桿塔端安裝有傳感器和數(shù)據(jù)采集功能的塔上機，當發(fā)生閃絡放電現(xiàn)象時，塔上機將采集閃絡發(fā)生時放電電流相關數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存至本地，然后巡線人員通過手持機設備以無線傳輸?shù)姆绞较蛩蠙C發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸指令，將桿塔端保存的數(shù)據(jù)下載至手持機端并保存，以供后續(xù)分析研究。采取以無線傳輸方式將采集到的數(shù)據(jù)由塔上機傳輸至手持機，有效的減輕了巡線人員的工作強度，同時結合塔上機的溫濕度傳感器以及氣壓傳感器，記錄閃絡放電現(xiàn)象發(fā)生時的環(huán)境參數(shù)，以此作為分析閃絡現(xiàn)象的有力數(shù)據(jù)支撐，從而有效預防和檢測閃絡事故。該監(jiān)測裝置的電流檢測范圍是10kA-100kA，記錄長度是1000μs，垂直分辨率14bit，采樣率20MS/s，無線通信距離≥200m。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。