一种地线绝缘子间隙放电波形识别方法与流程

本发明一种地线绝缘子间隙放电波形识别方法，属于架空输电线路地线绝缘监测领域。

背景技术：

输电线路架空地线的悬挂方式有两种，一种是直接悬挂在杆塔上，另一种是经过绝缘子与杆塔相连，使地线对地绝缘。雷击时，对地绝缘的架空地线在雷电的先导放电阶段即被击穿，使地线通过杆塔接地，因而不影响其防雷效果。但在正常运行时，由于架空地线至各相导线的距离不相等，与各相导线之间的互感有差别，尽管正常情况下各相导线的负荷电流平衡，但在地线上仍存在感应电动势。直接接地的架空地线会产生对地电流，造成连接金具发热，并产生电能损耗；对地绝缘的架空地线，当负荷电流过大时，架空地线上会产生很高的感应电压，达到带放电间隙的绝缘子的放电电压，使其长期击穿放电。

技术实现要素：

本发明提供一种地线绝缘子间隙放电波形识别方法，利用地线放电故障电流监测装置采集放电电流波形，并通过对放电电流波形识别，达到对架空输电线路地线绝缘监测的目的。该方法是一种简单、准确、实时识别地线绝缘子放电波形，以此掌握地线绝缘子绝缘状态方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种地线绝缘子间隙放电波形识别方法，包括以下步骤：

步骤1：通过地线放电故障电流监测装置，以1MS/s的采样速率进行采样，MS/s为一秒采集1M个点，测量的放电电流波形以3个周波为单元对波形进行处理，将采集到的电流信号传回终端服务器；采集的波形为3个周波，一个周波0.02s，三个周波0.06s。

步骤2：对采集到的放电电流波形进行小波阈值去噪；

步骤3：判断放电电流波形是否有较大触发脉冲；

步骤4：对放电电流波形进行最小二乘法曲线拟合；

步骤5：对放电电流波形脉冲出现周期与自身频率进行判断。

步骤2中：选取db3小波对放电电流波形进行3层分解；使用wbmpen函数选取阈值对电流波形去噪。

步骤3中：通过MATLAB编程设定脉冲最大值为6A作为判断条件。

步骤4中：设定拟合函数为S^*(x)＝a(1)*sin(a(4)*t+a(2))+a(3)，求得一个函数S^*(x)，使其与原始电流波形数据误差平方和

趋近于零。式中，δ为误差，y_i为原始波形。

S^*(x)＝a(1)*sin(a(4)*t+a(2))+a(3)

式中：a(1)位正弦函数幅值；a(2)为相位；a(3)为噪音分量；a(4)为角频率。

步骤5中：

将原始波形数据与拟合波形数据做差，得到剩余的波形部分。对剩余的部分求取2点之间的斜率，斜率K定义式：

求得斜率倾角接近90度即为脉冲部分。I为电流值，△t为2点间的时间。

对相邻脉冲的位置进行提取分别为a₁、a₂，求取脉冲出现周期。

式中，Fs为采样频率。a₁、a₂为一个波形数据中脉冲值对应的位置。

脉冲自身频率的计算为：

式中，t₁为脉冲出现时间、t₂为结束时间。

将计算的脉冲周期、频率与设定脉冲出现周期为5μs；脉冲频率为100kHz进行判断。

一种地线放电故障监测方法，通过地线放电故障电流监测装置采集放电电流波形，通过GSM网络将相关数据回传到服务终端，由服务终端对放电波形进行识别，以判断地线绝缘子放电间隙是否为长时间大电流工频放电，并通过终端对运行维护人员进行提示。

一种地线绝缘子间隙放电波形识别方法，应用在输电线路悬垂串和耐张串工频泄漏电流波形识别中；或者是变电站支柱绝缘子放电波形识别中。

发明一种地线绝缘子间隙放电波形识别方法，技术效果如下：

1)、本发明通过对地线放电波形整体特征及局部脉冲特征识别，为架空输电线路地线绝缘状态监测提供一种有效技术方法。

2)、该方法也适用于输电线路悬垂串和耐张串工频泄漏电流波形识别；以及变电站支柱绝缘子放电波形识别。

3)、本发明是基于泄漏电流监测技术和波形处理技术，具有简单、方便现场实施、易于推广的优点。

4)、本发明能有效对由于地线绝缘子钢脚烧毁导致的地线降线事故的发生进行预警，能有效提高线路安全运行水平，极大降低线路运行维护成本。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为选取放电间隙15.0mm为例时的原始电流波形图。

图3为图2的波形放大图。

图4为图2的局部1波形图。

图5为图3的局部2波形图。

图6为图2的局部3波形图。

图7为图2的局部4波形图。

图8为拟合曲线图。

具体实施方式

一种地线绝缘子间隙放电波形识别方法，包括以下步骤：

步骤1：通过地线放电故障电流监测装置，以1MS/s采样速率进行采样，测量的放电电流波形以3个周波为单元对波形进行处理，将采集到的电流信号传回终端服务器；

步骤2：对采集到的放电电流波形进行小波阈值去噪；

步骤3：判断放电电流波形是否有较大触发脉冲；

步骤4：对放电电流波形进行最小二乘法曲线拟合；

步骤5：对放电电流波形脉冲出现周期与自身频率进行判断。

步骤2中：选取db3小波对放电电流波形进行3层分解；使用wbmpen函数选取阈值对电流波形去噪。选db3小波是信号去噪中经常用到的基波，选取阈值对信号去噪去噪效果好。

步骤3中：通过MATLAB编程设定脉冲最大值为6A作为判断条件。

步骤4中：设定拟合函数为S^*(x)＝a(1)*sin(a(4)*t+a(2))+a(3)，求得一个函数S^*(x)，使其与原始电流波形数据误差平方和

趋近于零。式中，δ为误差，y_i为原始波形。

S^*(x)＝a(1)*sin(a(4)*t+a(2))+a(3)

式中：a(1)位正弦函数幅值；a(2)为相位；a(3)为噪音分量；a(4)为角频率。

不同间隙放电过程分析：

放电间隙在3.5mm至20mm区间，在加压初始阶段，电压幅值为零，且维持不变。此时绝缘子金具间隙之间未见放电现象，泄漏电流也一直为零。当电压增加到一定值，金具间隙会产生吱吱响声。随着电压升高，当间隙被击穿，泄漏电流产生较大的起始脉冲。此时，脉冲电流达到6A左右。脉冲电流过后出现正弦电流波形，电流幅值达0.25A左右，持续1到2个正弦波之后，电流降为零，且正弦电流波形中会出现2到4个小脉冲。

选取放电间隙：15.0mm为例：如图2～图7所示。从现有9组不同间隙放电脉冲数据可以看出，击穿电压随放电间隙的增大而增大，起始脉冲电流幅值一般超过6A。脉冲频率保持在100KHZ，放电间隙和击穿电压对该频率无影响，脉冲幅值因起始电压的不同而呈现出不同的值。若对间隙保持加压状态，则以后的波形完全重复第一个周波，但其脉冲幅值则呈非周期性的变化。

一般来看，第一个脉冲在间隙击穿6ms左右出现，以后每10ms出现一次，且脉冲多表现出正负交替出现的规律。脉冲持续时间约为5μs，在绝大多数情况下以单一脉冲的形式表现。但当放电间隙增大到一定程度时，则出现一系列短时高频的一大多小型脉冲群，正负交替出现的规律被破坏，持续时间约25μs。

表1不同放电间隙下的脉冲实验数据值

通过MATLAB编写程序画得拟合曲线图，如图8所示。从图中可以看出，拟合的曲线与原始曲线存在一定的差异。主要在波形脉冲上。将原始波形数据与拟合波形数据做差，得到剩余的波形部分。对剩余的部分求取2点之间的斜率，斜率倾角接近90度的为脉冲部分。然后通过对脉冲出现的周期进行求取，结果为5μs，持续时间约25μs。这与上述脉冲数据分析是一致的，证明识别结果的正确性。脉冲的频率高达100KHz，与波形其他部分区分度比较大，所以以此作为一个识别脉冲部分的参考量。

步骤5中：将原始波形数据与拟合波形数据做差，得到剩余的波形部分。对剩余的部分求取2点之间的斜率，斜率K定义式：

求得斜率倾角接近90度即为脉冲部分。I为电流值，△t为2点间的时间。

对相邻脉冲的位置进行提取分别为a₁、a₂，求取脉冲出现周期。

式中，Fs为采样频率。a₁、a₂为一个波形数据中脉冲值对应的位置。

脉冲自身频率的计算为：

式中，t₁为脉冲出现时间、t₂为结束时间。

将计算的脉冲周期、频率与设定脉冲出现周期为5μs；脉冲频率为100kHz进行判断。

用上述方法检测一个陌生信号，通过计算其脉冲的周期、频率与设定的周期、频率值做差，若结果为零，即可表明此信号具有间隙放电信号特征。若差不为零，即表明检测信号不是间隙放电信号。

一种地线放电故障监测方法，通过地线放电故障电流监测装置，ETCR080K电流传感器采集放电电流信号，通过GSM网络将相关数据回传到服务终端，由服务终端利用本发明对放电波形进行识别，以判断地线绝缘子放电间隙是否为长时间大电流工频放电，并通过终端对运行维护人员进行提示。

本发明识别方法对波形整体形状，幅值以及频率都有涉及判断，包含波形信息较丰富，且通过2点之间的斜率找到波形的走势，是比较通用的方法。即可应用于其他绝缘子放电波识别中。本发明一种地线绝缘子间隙放电波形识别方法，应用在：输电线路悬垂串和耐张串工频泄漏电流波形识别中；或者是变电站支柱绝缘子放电波形识别中。