高压线电压等级自适应判别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力传输安全领域，涉及一种利用高压传输线附近电场分布特征判别 高压线电压等级的方法。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的高速发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对供电部门供应 电力的质量要求也越来越高，因此电力行业的建设和服务显得尤为重要;安全可靠的电力 供应对保障社会稳定和促进经济发展具有十分重要的意义。电力设施的安全可靠运行离不 开电力工人的劳动，他们时常需要建设、抢修电力设施，甚至是在设备带电的情况下；高压 线带有很高的电压，过于靠近会有电击的危险，但是电力工人在工作时却时常处于这种危 险之中。针对电力工人施工的安全保障，我国制定了严格的行业准则和行为标准，但是在施 工的过程中，往往还是会因为疏忽而导致事故的发生。由于不同电压等级高压线最小安全 距离不同，所以知晓电压等级是保障电力工人安全的第一步，从技术的层面实现高压输电 线电压等级的自动判别对于提高施工安全是很有意义的。
[0003] 电力源自发电机，由于发电机绝缘条件的限制，发电机的最高电压一般在22kV以 下。为了降低输电线路的电能损耗、增大电能输送的距离，发电厂发出的电通常需要经过升 压之后才能接入输电系统。电力输送到配电站后，又需要根据电力用户的类别把高压电降 压成不同的电压输送给最终的电力用户；发电、输电、配电的升压、降压过程导致了输电线 路的电压差异。在1949年之前，我国电力工业发展缓慢，电压等级繁多，有22/33/44/66/ 110/154kV等电压等级的输电线路;随着电力工业建设加快，我国逐步统一了电压等级，经 过多年的发展，形成了现在750/500/330/220/110/35/10/0.38kV几个电压等级。
[0004] 高压输电线的危险不仅仅体现在人体触碰之后会被电击，更在于当人体没有碰到 时就有可能会触电;所以，高压线往往都有一个最小安全距离范围。又由于不同电压等级的 高压线危险程度往往是不同的，电压等级越高，其危险性往往也越大，所以高压线的安全距 离是不同的，如下表：
[0005]
[0006]
[0007] 判断人体是已经超出了安全距离进入危险区域一个重要准则就是高压线的电压 等级。首先要知道工人施工时面对的高压线电压等级，然后才能判断工人是否有电击的危 险。针对上述背景，本专利提出了一种自适应判别高压线电压等级的方法。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种高压线电压等级自适应判别方法，该方法利用高压线 附近电场分布特征，根据检测到的辐射工频电场信号，通过计算实现对高压输电线电压等 级的自适应判别。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0009] 高压线电压等级自适应判别方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤1.检测电场强度，当电场强度值超过了检测门限τ时，开始记录；
[0011] 步骤2.每前进采用间隔距离μ，记录一个采样值，当前进距离大于积分窗长度πιμ 时，开始求和，得到积分窗口内积分值ε ;
[0012] 步骤3.滑动积分窗，每前进积分窗滑动距离mi，更新一个积分值，并比较最新的积 分值与其前一个积分值的大小，若最新的积分值大于前一个积分值，则继续测量更新;若最 新的积分值小于其前一个积分值，则认定其前一个积分值为最大积分值e max;
[0013] 步骤4.将步骤3所得最大积分值emax与系统中预存各电压等级对应最大积分值分 别进行比较，找出与e max最接近的预存值，其所对应电压等级即认定为当前电压等级。
[0014] 本发明的有益效果在于：提供一种高压线电压等级自适应判别方法，该方法利用 高压线附近电场分布特征，根据检测到的辐射工频电场信号，通过计算实现对高压输电线 电压等级的自适应判别;为电力工人工作环境提供有效安全保障。
【附图说明】
[0015] 图1为220kV水平布线高压线周围辐射电场强度分布图。
[0016]图2为220kV四分裂高压线周围辐射电场强度分布图。
[0017]图3为110kV三角布线空间电场强度与边导线距离关系图。
[0018]图4为各电压等级三角形布线高压线周围电场强度与距离关系对比图。
[0019] 图5为本发明高压线电压等级自适应判别方法框图。
[0020] 图6为引入噪声条件下电场强度分布曲线。
[0021] 图7、图8为仿真性能曲线。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0023]首先从原理上说明：我国高压输电线路采用50Hz的交流电输电，输电线周围会产 生交变的工频电磁场;磁场强度揭示了输电线路中电流的大小，而电场强度则反映了输电 线路上电压大小。高压输电线周围会产生感应电场，如图1所示为220kV单根导线水平布线 条件下输电线周围瞬时电场强度分布图，由图可知高压线周围的电场是由三根导线各自产 生的相位相差120度辐射电场叠加的结果，所以在其中两根线中间有一处电场强度很小。如 图2所示为220kV四分裂导线周围电场强度分布图，与图1比较，其周围电场强度较小，这也 是采用分裂导线的原因所在。通过图1、图2可以看出，尽管不同布线方式高压线周围电场强 度分布复杂且各不相同，但是基本上都是随着距离导线越来越远，电场强度也越来越小。 [0024]如图3所示为110kV三角布线条件下辐射电场强度与距边导线距离关系曲线，从图 中可以看出，高压线辐射电场强度随距边导线距离的增加呈指数衰减，在靠近边导线的地 方电场强度值可以达到很大，但是随距离的增加很快就衰减到很小的值。与110kV类似，不 同电压等级高压线周围电场强度值与距离都服从类似规律，如图4所示给出不同电压等级 高压线周围电场强度与到边导线距离的关系图，由图可知，在同一位置处不同电压等级高 压线下电场强度可能相差10多倍，并且随着距离的增大，电场强度迅速衰减。
[0025] 因为不同电压等级高压线下电场强度分布差别较大，所以可以根据一定距离处的 电场强度特征来区分高压线的电压等级，但是这需要准确知道工人位置到边导线的距离， 这在实际施工中往往不易实现。因此，本发明根据输电线路周围电场强度随距离的增加衰 减剧烈的特性，利用人体由远靠近输电线的过程中电场强度的变化会十分明显，提出一种 高压线电压等级自适应判别方法。
[0026] 本发明中设定工人位于高压线下方地面，从远处位置向高压线方向前进，每前进 采样间隔距离μ采样一个电场强度值，则当其从起点位置前进距离ημ时，采样得到η个电场 强度值，依次记为Ex，Ε 2，…，Εη，并存储备用；
[0027] 判别电压等级通过在一个积分窗口内对观测到的最新的m个电场强度进行求和得 到，积分窗长度为πιμ，积分窗滑动距离为wy:
[0028] 当前进距离πιμ时，开始求和，得到第1个求和值
[0029] 当前进距离(πι+?)μ时，得到第2个求和{1
[0030] 依次类推，当前进距离(m+kw)y时，得到第k+Ι个求和
[0031 ] 在得到一组求和值，. . .，￡1<的过程中，当出现从某一个求和值ε」开始出现了 连续的下降，则认为^为最大积分值；按照上述方式得到q个电压等级对应最大积分值 '為，..為 r预先存储于系统中。
[0032] 本实施例中，高压线电压等级自适应判别过程框图如图5所示，具体步骤为：
[0033] 步骤1.检测电场强度，当电场强度值超过了检测门限τ时，开始记录；
[0034]步骤2.每前进采用间隔距离μ，记录一个采样值，当前进距离大于积分窗长度πιμ 时，开始求和，得到积分窗口内积分值ε ;加入噪声条件下模拟电场强度采样值如图6所示； [0035]步骤3.滑动积分窗，每前进积分窗滑动距离w，更新一个积分值，并比较最新的积 分值与其前一个积分值的大小，若最新的积分值大于前一个积分值，则继续测量更新;若最 新的积分值小于其前一个积分值，则认定其前一个积分值为最大积分值e max;
[0036] 步骤4.将步骤3所得最大积分值emax与系统中预存各电压等级对应最大积分值 A，矣，.·為分别进行比较，找出与最接近的预存值欠，其所对应电压等级即认定为当前电 压等级。
[0037] 将分别与為，4,…< 求差值，得到一组差值为：
[0038]
[0039] 然后搜寻这组差值的最小值. . .Dq)，则当前测试环境下高压线的 电压等级即为预存值4所对应的电压等级。
[0040] 如图7、图8所示为本实施例中对各种测量误差和判定参数对判定正确率的影响曲 线，其中，图7为llOkv下，固定积分窗长度πιμ为3m，不同积分窗滑动距离《μ条件下电场强度 测量误差对判定正确率的影响；图8为110kV下，固定积分窗长度πιμ为3m，积分窗滑动距离w 和采样间隔μ取相同的值，并且这个值不同条件下的性能。从图中可知，当积分窗滑动距离w μ和采样间隔μ均取0.5m，积分窗长度πιμ为3m的时候可以得到较好的性能。
[0041]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，本说明书中所公开的任一特征，除非特别 叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换;所公开的所有特征、或所有方 法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
【主权项】
1.高压线电压等级自适应判别方法，包括以下步骤： 步骤1.检测电场强度，当电场强度值超过了检测门限τ时，开始记录； 步骤2 .每前进采用间隔距离μ，记录一个采样值，当前进距离大于积分窗长度πιμ时，开 始求和，得到积分窗口内积分值ε ; 步骤3.滑动积分窗，每前进积分窗滑动距离W，更新一个积分值，并比较最新的积分值 与其前一个积分值的大小，若最新的积分值大于前一个积分值，则继续测量更新;若最新的 积分值小于其前一个积分值，则认定其前一个积分值为最大积分值 emax; 步骤4.将步骤3所得最大积分值emax与系统中预存各电压等级对应最大积分值分别进 行比较，找出与emax最接近的预存值，其所对应电压等级即认定为当前电压等级。
【专利摘要】本发明属于电力传输安全领域，提供一种高压线电压等级自适应判别方法，首先每前进采用间隔距离μ，记录一个采样值，当前进距离大于积分窗长度mμ时，计算积分窗口内积分值ε；然后滑动积分窗，每前进积分窗滑动距离wμ，更新一个积分值，并比较最新的积分值与其前一个积分值的大小，若最新的积分值大于前一个积分值，则继续测量更新；若最新的积分值小于其前一个积分值，则认定其前一个积分值为最大积分值εmax；最后将最大积分值εmax与系统中预存各电压等级对应最大积分值分别进行比较，找出与εmax最接近的预存值，其所对应电压等级即认定为当前电压等级。本发明能够实现对高压线电压等级的自适应判别；为电力工人工作环境提供有效安全保障。
【IPC分类】G01R29/08
【公开号】CN105510725
【申请号】CN201511000494
【发明人】刘光辉, 吴顶顶, 朱明 , 顾宇斌
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月28日