专利名称：基于声发射原理的输电线路实时在线监测方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到声发射原理、弱信号的传感与检测技术、高速数字信号处理与技术、无线通信技术、模式识别技术、状态估计技术、故障识别与定位技术的一种输电线路实时监测方法与装置。
背景技术：
运行中绝缘子的积污、闪烙、击穿、炸裂，必须通过对电力线路的巡视和检查才能发现，正常性巡视每月一次，并且每年组织不定期的夜巡。
绝缘子、杆塔长期处在机械负荷作用下，由于内部应力发生变化，在绝缘介质疲劳损伤，在覆冰、大风、地震、人为破坏等强烈外力的作用下，极易出现掉线、倒杆等事故，给国民经济造成巨大损失，在世界范围内，对这一问题还没有有效的监测和预警手段。
多年来，架空输电线路的在线检测一直困扰着众多的电力系统从业人员，世界各国的研究者一直在寻找着有效的检测手段去解决这一难题，不久前，国内成功研制出绝缘子泄漏电流远程在线监测系统。
美国研制出了专门检测线路放电用的紫外成像照相机，巡线员坐在直升机上，通过照相机监测线路上是否有放电引起的发光现象。
现有系统对输电线路的监测存在下列问题首先这些系统检测的内容比较单一，只能反应线路运行中出现的个别问题或问题的个别侧面，比如绝缘子泄漏电流远程在线监测系统，仅靠检测泄漏电流间接地反应绝缘子的污秽程度，不能对输电线路的状态进行全面监测，不能为线路的正常维护和故障检修指导；其次，也是最主要的，这些检测系统的造价都极高，各种传感器、前置机、电源、通信等设备加起来，一个杆塔至少要装备好几万甚至十几万元的检测设备，这些问题，导致了目前已有的监测测系统不能很好地应用和推广。
三、发明的内容本发明的目的就是为了解决目前各种监测方案的缺陷，从而提出一种适合现场推广的基于声发射原理的输电线路实时监测报警系统，按照自动化的要求实现对绝缘子状态的实时、在线监测，实现输电线路运行自动化为输电线路的检修，维护提供指导，增加检修，维护的目的性，做到有的放矢；减少每次停电检修的时间，减少停电检修的次数，提高输电线路运行的经济性和可靠性；减轻输电线路巡线的工作量，减轻巡线人员的劳动强度，提高输电线路运行的经济性；随时发现线路运行中出现的潜在危险，保证电力系统运行的安全性。
本发明的目的是这样实现的，即通过固定在每个杆塔或绝缘子串上方的声发射传感器实时监测高压输电线路上出现电气异常时的放电声发射波和出现机械形变时的机械声发射波，把声发射波(信号)转换成电信号，放大、滤波后送到装在杆塔上的前置机；前置机实时采集传感器变送过来的模拟电信号，此模拟信号被A/D变换后存储在前置机的RAM里，CPU根据采集的数据定期地计算信号的特征值，并判断监测到的信号是否超过启动值，如果是超过启动值，进行简单的声发射事件类型判断，并启动远程通信程序，利用GSM/CDMA等无线网络，上传声发射事件前后一段时间内的数据到上位机；上位机接收到上传的数据后，启动事件处理程序，利用正常、异常和事故时声发射波的特征，进行声发射事件类型识别、状态估计、声发射源定位中的一种或多种处理，并发出相应的声光、短信或邮件报警信息，使运行运行人员采用相应的措施，避免事故的发生，并为维护和检修人员提供相应的指导，增强维护、检修的目的性。
本发明具有以下优点和积极效果(1)监测内容全面。基于声发射原理的输电线路在线监测系统，能够反应绝缘子污秽、绝缘子闪烙、绝缘子零值、接触不良、雷击等多种电气故障；从绝缘子和杆塔是否有机械声发射现象，可以判断是否发生了疲劳、覆冰、大风、地震、人为破坏等等原因引起的机械形变或损坏故障。
(2)预报故障时间早。一般输电线路的电气或机械故障都会经过一个慢发展阶段，在故障的初始阶段，高频声发射信号比可闻声波出现要早，强度要高，因此，声发射法比泄漏电流法能更早地预报故障。
(3)抗干扰能力强。在超声频段内选择恰当的声发射信号的接收频率，可有效抑制干扰和噪声，提高监测正确率。
(4)不同输电线路故障引起的声发射信号间存在显著的差别，根据声发射信号的不同，可以有效地识别输电线路故障类型。
(5)极大地提高了装置的性价比，便于装置的推广和应用。
(6)监测内容几乎包括了输电线路日常运行维护检修的全部内容，可以实现输电线路完全自动化。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
图1为本发明的总体结构框图，它主要由四部分组成声发射传感器2、前置机3、上位机4和GSM/CDMA等无线网络5。
图2为声发射传感器2的原理图，它由压电晶片2.1、高通滤波电路2.2、电压放大电路2.3、带通滤波电路2.4和功率放大电路2.5组成，它们之间依次电连接。声发射传感器2装在绝缘子串的上方或杆塔的横担上，拾取声发射信号。为减小声波传播损耗，在压电晶片2.1和绝缘子表面或杆塔横担之间采用环氧树脂耦合或者夹具夹紧，其间通过声耦合。
图3为前置机3的原理图，它由多路转换开关3.1、放大电路3.2、采样保持电路3.3、A/D转换电路3.4、CPU系统3.5和通信接口3.6组成并依次电连接。多只声传感器共用一台前置机3，它就近固定安装在杆塔的横向型材上。前置机3负责采集多路声发射输入通道的信号，进行简单的故障判断，并和上位机通信，将声发射事件前后的数据上传至上位机。
上位机4由无线接收模块和计算机组成并依次电连接，参见图1。无线接收modem在硬件上通过com或者ilink或者PCI等接口和计算机相连，实现与前置机间的数据交换；汁算机上安装数据库及其管理程序、数据预处理程序、声发射事件处理程序、通信程序、人机接口程序等，其中声发射事件处理程序完成声发射事件鉴别、故障识别、状态估计、故障定位、事故后处理等一种或多种功能。
权利要求
1.一种输电线路实时监测方法，其特征在于实时在线监测高压输电线路出现电气异常时的放电声发射波和机械形变时的机械声发射波，来判断高压架空线路有无异常或故障、识别异常或故障类型、估计严重程度、定位声源，并发出相应的报警信号。
2.根据权利要求1所述的基于声发射原理的输电线路实时监测方法，其特征在于能够检测绝缘子、杆塔和导线下列异常或故障中的一种或多种绝缘子污秽、绝缘子裂损、绝缘子闪烙、绝缘子零值、接触不良、雷击、线路覆冰、大风、地震、人为破坏、疲劳变形等。
3.根据权利要求1所述的基于声发射原理的输电线路实时监测方法，其特征在于利用正常、异常或故障时声发射波的特征，进行异常或故障类型识别、严重程度估计、异常或故障定位中的一种或多种处理，并发出相应的报警信号。
4.根据权利要求1所述的基于声发射原理的输电线路实时监测方法，其特征在于包括声发射传感器在内，还可以传感温度、湿度、气压、风速、风向、雨量等环境变量中的一种或多种。
5.实现权利1要求所述的基于声发射原理的输电线路实时监测方法的装置，其特征在于装置由声发射传感器、前置机和上位机组成，前置机与上位机之间利用GSM/CDMA等无线网络进行通信。由声发射传感器2将声发射波转换成电信号；声发射传感器2与前置机3间直接电连接，前置机3对电信号进行数据采集、事件的简单判断，并上传数据到上位机；上位机通过专门编制的程序完成声发射事件处理。
6.根据权利要求4所述的基于声发射原理的输电线路实时监测装置，其特征在于声发射传感器由压电晶片2.1、滤波电路2.2、电压放大电路2.3、带通滤波电路2.4和功率放大电路2.5在电气上依次电连接组成，。
7.根据权利要求4所述的基于声发射原理的输电线路实时监测装置，其特征在于前置机由多路转换开关3.1、放大电路3.2、采样保持电路3.3、A/D转换电路3.4、CPU系统3.5、通信接口3.6在电气上依次电连接组成。
8.根据权利要求4所述的基于声发射原理的输电线路实时监测装置，其特征在于远处的监控中心内设有计算机，计算机上安装有专门的声发射事件处理程序，它能进行比如类型识别、状态估计、故障定位中的一种或多种处理，并发出相应的报警信号。
全文摘要
本发明涉及到声发射技术、弱信号的传感及检测技术、无线通信技术、模式识别技术、状态估计技术、故障识别与定位技术的一种输电线路实时监测方法与装置。它通过固定在每个杆塔或绝缘子串上方的声发射传感器实时监测线路上出现电气异常时的放电声发射波和机械形变时的机械声发射波，把声发射信号转换成电信号并送到装在杆塔上的前置机；前置机实时采集数据，定期地计算信号的特征值，进行简单的声发射事件类型判断，利用各种通信网络，上传声发射事件前后一段时间内的数据到上位机；上位机接收到数据后，启动事件处理程序，进行声发射事件类型识别、严重程度估计、声发射事件定位中的一种或多种处理，并发出相应的报警信息。本发明监测内容几乎包括了输电线路日常运行维护检修的全部内容，预报故障时间早，装置的性价比高，可以实现输电线路完全自动化，便于应用和推广。
文档编号G01R31/08GK101086513SQ20061009206
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月6日 优先权日2006年6月6日
发明者王成江 申请人:三峡大学, 王成江