高压输电线路行波法故障测距及无人机清障装置的制作方法

1.本技术涉及高压输电与故障清扫领域，具体涉及一种高压输电线路行波法故障测距及无人机清障装置。


背景技术：

2.高压输电线路是国家电网公司为实现远距离供电，对电能进行合理分配而建设的设备，高压输电线路穿越的距离长、地域广，承载的电能容量大，一旦发生故障，会产生巨大的经济损失。本设计主要从两个方面论述了对高压线路发生故障所采取的措施，第一是发现故障点，即故障点精准定位的方法的研究；第二是清除一般故障，如塑料薄膜、风筝、热气球、树枝等易燃异物进行清理，故研制了一种无人机清障装置，然后将故障点精准定位的结果转化为gps经纬度坐标传输给无人机的gps系统做精确悬停，能通过无人机自动找到故障点，然后用无人机所带的喷火装置将异物清除干净。为了提高电力系统运行的安全性、经济性和可靠性，减轻电力工人体力劳动强度和提高其工作效率，分析了各种精准故障定位的方法，对现有的多种故障测距方法展开研究，并在此基础上深入研究了行波法故障测距，重点研究了行波法故障测距的常用的单端法、双端法，分析这两种方法，并选择本设计所要采取的方法。将故障精准定位的结果通过在pms系统中设备位置搜寻故障点gps坐标，然后把故障点坐标输入无人机中，使得无人机能够精准悬停于故障点附近，准确找到故障点，并通过调节无人机位置，准确喷火，将障碍物清除掉。应用效果十分良好，具有较强的实用价值，减轻了电力工人的工作负担，提高了工作效率，具有很好的经济效益。
3.行波法是根据行波在电压电流中传播特征而实现线路故障测距的算法。输电线路可以看成一个相对匀称的阻抗、容抗，当输电线路发生故障时，输电线路的故障点的波阻抗会发生急剧变化，继而产生沿输电线路传输的故障行波，同时在故障发生的地方发生折射、反射，利用计算行波的最大值之间时间差来计算出故障与变电站的距离。利用一定的算法计算出故障点的所在位置，可以很好的帮助电力巡线工人精确地找到故障点，而不必过多的耗费体力和精力去查找故障点的位置。寻找到故障点如何清除故障，也是电力工人苦恼的问题。
4.首先是通过安装在高压输电线路的电流互感器采集电流信号，通过对电流信号展开分析。要满足信号采集要求，就要求行波传感器要满足安装后整体不影响变电站方面的一次接线问题，能够基本实现在检测系统和输电线路之间设置电气隔离，要求传感器的能力能够传变数百khz的甚至更高的高频信号，并且灵敏性要好，能够实现较好的动态特性，并且对波头的传输无动态时延。
5.如图1所示，为现有技术的电流检测电路，采用rc滤波和ad741h放大器闭环放大的方式，结构复杂，采样速度较慢，信号延迟较大，信号后期可塑性较差。
6.如图2所示，为现有技术的电信号检测电路，以ads1115芯片为核心，外围电路简洁，灵活度高，但受外界因素干扰较大，可靠性不强。


技术实现要素：

7.（一）技术问题1. 现有技术的清障装置，定位精确度不高，抗干扰性差。
8.2. 现有技术的清障装置，结构复杂，可靠性弱。
9.（二）技术方案针对上述技术问题，本技术提出高压输电线路行波法故障测距及无人机清障装置，包括依次连接的电流行波处理电路、电流电压检测电路、行波比较输出电路。通过行波法进行故障测距，并使无人机根据测距信号实施清障。
10.电流行波处理电路，一般是从电流互感器中提取电流信号获取，通过对电流信号展开分析。从电流互感器中提取信号比较容易，而且不易产生畸变，与真实相符。并且通过电流互感器提取信号不用改变线路的接线情况，一般行波信号都是高频的信号，通过电流互感器提取的电流，隔离出其中的高频信号，就能很好的实现提取信号的目的。还能由二次侧的电流得出一次侧电流，这样可以在很大程度上消除电流互感器本身对行波故障测距的影响；电流电压检测电路，正常的交流电在输电线路中传播时，是以规律的正弦波的形式传播的，而行波即平面波在传输介质上的一种传输状态。当线路中间发生故障时，故障点的波阻抗会发生变化，继而产生向两个方向传播的电流行波与电压行波，在这两种行波里面，蕴含着很多故障信息，这些故障信息沿着电流波或电压波以行波的形式传递出去。行波法故障测距就是通过采集这些行波信号来分析计算出故障的所在位置。对于正常的输电线路都是相对均匀的，在输电线路中行进的电压波和电流波满足波阻抗的关系，但是当输电线路发生故障时，其故障点波阻抗发生急剧变化，对电流波和电压波也产生响应的影响，并且行进中的波（行波）将会在波阻抗发生变化的地方产生波的折射和反射，折射波和反射波向相反的方向传播；行波比较输出电路，故障发生后会产生行波信号向两个方向传播，行波以电压或电流为载体进行传播，其带有故障的信息在里面，通过对故障信息的分析，可以测算出故障地点。最终，将处理后的故障信息传给无人机清障装置，通过导航定位解决高压输电线路故障点的问题。
11.电流行波处理电路：从电流互感器中提取电流信号，通过对电流信号展开分析，处理高频行波信号，并且消除电流互感器本身对行波故障测距的影响。信号流入电容c7和电阻r13组成的rc电路，进行输入信号稳定，通过电阻r5和r14分压后输入至三极管q2的基极，通过三极管q2的集电极后输入至三极管q3的基极，经过集电极后输入三极管q1的基极，提供偏置电压，信号流过经过二极管d1，电容c1，抑制共模信号干扰，传输放大的采样电压电流信号给下一级电路。
12.电流电压检测电路：对故障点的行波阻抗发生变化的信号进行处理，通过检测处理阻抗匹配导致的信号变化，通过采集这些行波信号来分析计算出故障的所在位置。信号通过电容c4和电阻r7输入信号流入，通过运算放大器u1a对输入电平进行转换调整，保证传感器中输出的模拟信号量转换为采集电路可处理的电压信号，通过电容c5耦合信号，经过电容c2、电阻r1构成一阶阻容低通滤波电路，起到过滤掉耦合高频杂波信号的作用，信号输入放大器u1b的反相端，通过电阻r12为放大器u1b的同相端提供电压，通过电阻r2和电容c3将信号反馈至同相端，最后通过电容c6耦合输出，保证电路处理不同电压，电阻r6和电阻r10保证输出电压电流信号的稳定性。
13.行波比较输出电路：故障发生后会产生行波信号向两个方向传播，行波以电压或电流为载体进行传播，其带有故障的信息在里面，通过对故障信息的分析，可以测算出故障地点。电路关键路径的信号流过三极管q6、三极管q5、三极管q8、三极管q7、三极管q4进行升压放大，补偿信号传输过程中的损耗，三极管q5、三极管q6组成的电流镜处理电路，补偿信号的电流输出，通过电阻r20、电阻r25分压输入三极管q8的基极，二极管d3保证信号流向，经过三极管q7和三极管q4两级放大，然后信号通过电阻r23和电容c9对信号进行处理，然后进行输出，保证输出故障信号的准确性。
14.（三）有益效果本技术提出高压输电线路行波法故障测距及无人机清障装置，首先，故障定位精确性高，抗干扰性强，具有较好的动态特性，其次，设备投资少、稳定性高、简单可靠，减少了供电损失，解放了劳动力。通过高压输电线路行波法故障测距及无人机清障装置，能够实现故障精准定位，并且通过无人机清障装置，将故障精准定位得到的故障位置应用到无人机清障装置中去，使得无人机能够精确找到故障点，取得了良好的效果。很好的提高了线路工人的工作效率，保障了人员的安全性，推动了带电检修作业向标准化和智能化迈进。
附图说明
15.图1为现有技术的电信号检测电路。
16.图2为现有技术的电流采集电路。
17.图3为本设计的电流行波处理电路。
18.图4为本设计的电流电压检测电路。
19.图5为本设计的行波比较输出电路。
具体实施方式
20.下面结合实施例对本发明做进一步说明。
21.如图3、图4、图5所示，为本技术提出的高压输电线路行波法故障测距及无人机清障装置，包括依次连接的电流行波处理电路、电流电压检测电路、行波比较输出电路。
22.电流行波处理电路：从电流互感器中提取电流信号，通过对电流信号展开分析，处理高频行波信号，并且消除电流互感器本身对行波故障测距的影响。信号流入电容c7和电阻r13组成的rc电路，进行输入信号稳定，通过电阻r5和r14分压后输入至三极管q2的基极，通过三极管q2的集电极后输入至三极管q3的基极，经过集电极后输入三极管q1的基极，提供偏置电压，信号流过经过二极管d1，电容c1，抑制共模信号干扰，传输放大的采样电压电流信号给下一级电路。
23.具体而言，所述电流行波处理电路包括输入端口vin，电容c7，4个电阻r3、r5、r13、r14，三极管q2，所述电流行波处理电路中输入端口vin分别与电容c7的负极、电阻r13的一端、电阻r5的一端、电阻r14的一端、三极管q2的一端连接，电容c7的正极与高电平vcc连接，电阻r13的负极接地，电阻r5的另一端与高电平vcc连接，电阻r14的另一端接地，三极管q2的发射极与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与高电平vcc连接，三极管q2的集电极接地。所述电流行波处理电路包括输出端口va，3个三极管q2、q3、q1，2个电阻r4、r11，2个电容c1、c8，2个二极管d1、d2，所述电流行波处理电路中三极管q2的发射极与三极管q3的基极连
接，三极管q3的集电极分别与电阻r4的一端、三极管q1的基极连接，电阻r4的另一端与高电平vcc连接，三极管q1的发射极与高电平vcc连接，三极管q3的发射极分别与电阻r11的一端、电容c8的正极、二极管d2的正极、二极管d1的负极、电容c1的一端连接，电阻r11的另一端接地，电容c8的负极接地，二极管d2的负极接地，二极管d1的正极与三极管q1的集电极连接，电容c1的另一端与高电平vcc连接，输出端口va与二极管d2的正极连接。
24.电流电压检测电路：对故障点的行波阻抗发生变化的信号进行处理，通过检测处理阻抗匹配导致的信号变化，通过采集这些行波信号来分析计算出故障的所在位置。信号通过电容c4和电阻r7输入信号流入，通过运算放大器u1a对输入电平进行转换调整，保证传感器中输出的模拟信号量转换为采集电路可处理的电压信号，通过电容c5耦合信号，经过电容c2、电阻r1构成一阶阻容低通滤波电路，起到过滤掉耦合高频杂波信号的作用，信号输入放大器u1b的反相端，通过电阻r12为放大u1b的同相端提供电压，通过电阻r2和电容c3将信号反馈至同相端，最后通过电容c6耦合输出，保证电路处理不同电压，电阻r6和电阻r10保证输出电压电流信号的稳定性。
25.具体而言，所述电流电压检测电路包括输入端口va，放大器u1a，3个电容c4、c7、c5，3个电阻r1、r7、r9，所述电流电压检测电路中输入端口va与电容c4的一端连接，电容c4的另一端与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端分别与电容c2的一端、电阻r1的一端、放大器u1a的2号接口连接，电阻r1的另一端分别与电容c2的另一端、放大器u1a的1号接口、电容c5的负极连接，电阻r9的一端与放大器u1a的3号接口连接，另一端接地。所述电流电压检测电路包括输出端口vb，放大器u1b，4个电阻r2、r6、r8、r12，电位器r10，3个电容c3、c5、c6，所述电流电压检测电路中电容c5的正极与电阻r8的一端连接，电阻r8的另一端分别与电阻r2的一端、电容c3的一端连接，电阻r2的另一端分别与电容c3的另一端、电容c6的负极、放大器u1b的7号接口连接，电容c6的正极分别与电阻r6的一端、电位器r10电阻的一端、输出端口vb连接，电阻r6的另一端与高电平vcc连接，电位器r10电阻的另一端接地，其滑片端与输出端口vb连接，电阻r12的一端与放大器u1b的5号接口连接，另一端接地。
26.行波比较输出电路：故障发生后会产生行波信号向两个方向传播，行波以电压或电流为载体进行传播，其带有故障的信息在里面，通过对故障信息的分析，可以测算出故障地点。电路关键路径的信号流过三极管q6、三极管q5、三极管q8、三极管q7、三极管q4进行升压放大，补偿信号传输过程中的损耗，三极管q5、三极管q6组成的电流镜处理电路，补偿信号的电流输出，通过电阻r20、r25分压输入三极管q8的基极，二极管d3保证信号流向，经过三极管q7和三极管q4两级放大，然后信号通过电阻r23和电容c9对信号进行处理，然后进行输出，保证输出故障信号的准确性。
27.具体而言，所述行波比较输出电路包括输入端口vb，2个三极管q6、q5，6个电阻r9、r16、r17、r21、r22、r20，所述行波比较输出电路中输入端口vb与电阻r9的一端连接，电阻r9的另一端分别与三极管q6的基极、电阻r21的一端连接，电阻r21的另一端接地，三极管q6的集电极与电阻r16的一端连接，电阻r16的另一端与高电平vcc连接，三极管q6的发射极分别与三极管q5的发射极、电阻r22的一端连接，电阻r22的另一端接地，三极管q5的集电极与电阻r17的一端连接，电阻r17的另一端与高电平vcc连接，三极管q5的基极与电阻r20的一端连接。所述行波比较输出电路包括输出端口vout，二极管d3，3个三极管q4、q7、q8，6个电阻r15、r18、r23、r24、r20、r25，电容c9，所述行波比较输出电路中电阻r20的另一端分别与电
阻r25的一端、三极管q8的基极连接，电阻r25的另一端接地，三极管q8的发射极接地，三极管q8的集电极分别与二极管d3的负极、三极管q7的基极连接，二极管d3的正极与高电平vcc连接，三极管q7的集电极与电阻r24的一端连接，电阻r24的另一端接地，三极管q7的发射极分别与电阻r18的一端、三极管q4的基极连接，电阻r18的另一端与高电平vcc连接，三极管q4的发射极与电阻r15的一端连接，电阻r15的另一端与高电平vcc连接，三极管q4的集电极分别与电阻r23的一端、电容c9的一端、输出端口vout连接，电阻r23的另一端接地，电容c9的另一端接地。
28.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。