一种基于电场耦合的高压线路谐波检测装置及方法与流程

1.本发明涉及高压检测领域，特别是涉及一种基于电场耦合的高压线路谐波检测装置及方法。


背景技术：

2.随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加，各种非线性和时变性电子装置大规模应用不可避免地将产生的谐波电流大量注入电网，造成了诸如电网电压波形畸变、电压闪变、干扰等现象，导致电能质量日趋恶化。世界各国十分重视供电可靠性和供电质量的管理，要求能够对电网质量以及保证电网可靠运行的辅助设备进行检测。电能质量谐波检测，成为了如今运检工作中不可或缺的一环。谐波指在电流中频率是基波频率的整数倍的电量，当电网中非线性负载较多时容易产生大量谐波，对电网造成危害，主要表现为：增加变压器的损耗、 缩短电动机的使用年限、造成配网中的导线耗损和中性线电流较大、造成电容器老化和损坏、引起继电保护误动作及造成测量仪表计量不准确等。因此为保证电网的正常运行，需要对电网中谐波进行监测，以便采取相应措施控制谐波。传统的谐波监测设备通过对电网的线路进行采样分析，从而实现对电网中谐波的监测。传统的高压输电线路谐波检測方法采用有线方式，在变电站中将谐波检测仪接入pt二次侧，通过检测pt二次端的小电压信号来检测母线上的电压，间接获得线路中谐波含量。然而该检测过程需要人工的进入，同时需要主动分析电网中谐波异常的状况，不利于电网状态的实时分析和监测。
3.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种配网谐波监测设备”，其公告号cn205176134u，涉及变频器故障检测技术领域，包括电压电流互感器、谐波检测装置、通信装置和监控装置，电压电流互感器接入配电变压器输送至用户负载的三相线路，谐波检测装置分别连接电压电流互感器和通信装置，通信装置连接监控装置；电压电流互感器将对应三相线路的电压电流信号输出至谐波检测装置，谐波检测装置接收电压电流信号后输出谐波数据，并通过通信装置将谐波数据输出至监控装置。因此，工作人员通过通信设备即可远程接收检测得到的谐波数据，实现在线监测，提高了谐波监测的便利性。然而该装置无法自动判断电网中存在的谐波异常信号，需要人工对谐波数据进行分析判断，使检测过程更加麻烦，无法自动对其中的异常信号进行预警。


技术实现要素：

4.本发明主要针对现有技术下高压电网谐波的人工检测麻烦、在线监测无法自动对其中的异常信号进行预警问题；提供了一种基于电场耦合的高压线路谐波检测装置及方法；通过电压耦合方式直接连接高压电网，利用高压谐波会在空载两端形成电压的方式获取谐波信号；通过建立谐波信号的历史数据模型，通过所测谐波的特征值分析谐波信号中是否存在异常，若存在异常可直接对异常状态进行后台预警，并直接关联谐波采集点，方便快速判断异常点。
5.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于电场耦合的高压线路谐波检测装置，包括：电压信号耦合电路，和高压电网连接，用于测量高压电路中的谐波量；采集装置，用于对耦合电网电压信号的采集处理，计算电网各次谐波含量并经无线调制后向接收装置进行发射；接收装置，用于将接收到的谐波信息解调后实现显示各次谐波含量，并对异常信号进行预警。通过电压耦合方式直接连接高压电网，利用高压谐波会在空载两端形成电压的方式获取谐波信号，安全且方便，检测速度较人工pt设备检测较快，并且准确安全。
6.作为优选，所述电压信号耦合电路包括电极，电阻r1，电感l1，电容c1，导体gdt，功率放大器u1，电阻r2，电阻r3和电容c2；高压线路通过电极连接电阻r1的端口1，电阻r1的端口2连接电感l1的端口1，电感l1的端口2连接电容c1端口1，电容c1的端口2接地；电阻r1的端口1连接导体gdt的端口1，导体gdt的端口2接地；电感l1端口2连接功率放大器u1的正向输入端，功率放大器u1的负向输入端连接功率放大器u1的输出端，功率放大器u1的输出端连接电阻r2的端口1，电阻r2的端口2连接电阻r3的端口1，电阻r3的端口2接地；电阻r3的端口1连接电容c2的端口1，电容c2的端口2接地；电容c2的端口1连接电压信号耦合电路的输出端。通过电路回路间的连接，使用电容滤除掉电路当中存在的电磁干扰信号，通过导体gdt两端的电压获取高压电网当中的谐波信号。
7.作为优选，所述装置外部设置防干扰壳体；所述防干扰壳体包括上壳体和下壳体；下壳体顶部设置有凸台，所述装置贴合下壳体设置，所述装置上设置有和凸台相对应的螺孔；所述壳体右侧设置有第一凸块；所述下壳体上设置有与接地线契合的接地孔；第一凸块上包含贯穿第一凸块的第一圆孔，另有一抱箍，抱箍上设置第二凸块；所述第二凸块上设置有适合第一圆孔的第二圆孔。防干扰外壳可以隔绝外部的电磁干扰，避免外界电磁干扰影响谐波的检测和判断；同时凸台支撑装置，而第一圆孔和第二圆孔契合固定，则可以将装置固定在抱箍上，且拆卸方便。
8.作为优选，所述装置间通过无线网络进行通讯，保证装置内部的设备运行通畅。
9.一种高压线路谐波检测方法，采用上述装置，包括，步骤s1、选取多个待检测点；采集待检测点处任一频次谐波的多个监测数据；步骤s2、将监测数据划分为多段数据；计算每段数据的特征值；获取历史数据模型；根据特征值判断段数据是否存在异常；步骤s3、若段数据存在异常，则采集异常的持续时间；步骤s4、根据异常持续时间判断所述频次谐波是否存在异常，若异常持续时间超出预警时间，则后台提示预警，并上报异常状态，关联异常谐波出现的待采集点。
10.通过建立谐波信号的历史数据模型，通过所测谐波的特征值分析谐波信号中是否存在异常，若存在异常可直接对异常状态进行后台预警，并直接关联谐波采集点，方便快速判断异常点。
11.作为优选，所述步骤s2中历史数据模型的获取方法如下：步骤s21、设定特殊周期，采集历史监测点各频次谐波数据；步骤s22、设置偏差范围，将所有样本聚类拟合在同一坐标系中，取中位值，最大值和最小值；若样本谐波数据偏离该频次中位曲线，且偏离范围超出所设置的偏差范围，则筛除该样本；若偏离范围未超出所设置的偏差范围，则该样本为有效样本数据；分别计算各样
本数据组的样本特征值；步骤s23、该频次的样本特征值即为该频次的历史数据模型。
12.特征值作为谐波的一个重要评判数据，可以作为判断谐波正常与否的标准。而标准的设立需要通过采集同样频次的多个数据进行数据库的建立和筛选。采集不同待采集点的多个频次的历史数据能够使样本数据当中存在足够多的点方便后续的判断，并且作为后续检测的异常判断的依据。
13.作为优选，所述步骤s2中根据特征值判断段数据是否存在异常的判断方法如下：其特征值是否超出步骤s22所述偏差范围，若超出则视为异常值。偏差范围可以通过个人需要设定，一般则需要根据待检测点关联的用户节点数，若该用户节点数所安装的产生谐波的数量多，则可能产生异常较大的情况，但是该异常值则为一个稳定的数值，并不是具备波动性的异常，因此不同的情况需要根据不同的节点连接状态进行判断。
14.作为优选，所述待采集点的选取优先选择有关联关系的电路节点，即用户设备连接节点；在与多个节点有关联关系的电路节点中，选取关联节点多的节点。关联节点多，接入的设备越多，产生的谐波信号便越多，因此多关联节点处的数据更具备参考价值，优先选取此处的数据能够使谐波数据能够更好的反应电路中存在的谐波信号。
15.本发明的有益效果是：通过电压耦合方式直接连接高压电网，利用高压谐波会在空载两端形成电压的方式获取谐波信号；通过建立谐波信号的历史数据模型，通过所测谐波的特征值分析谐波信号中是否存在异常，若存在异常可直接对异常状态进行后台预警，并直接关联谐波采集点，方便快速判断异常点。
附图说明
16.图1为本发明流程图；图2为电压信号耦合电路图；图3为防干扰外壳结构图。
具体实施方式
17.应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
18.下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
19.一种基于电场耦合的高压线路谐波检测装置，包括：电压信号耦合电路，和高压电网连接，用于测量高压电路中的谐波量；采集装置，用于对耦合电网电压信号的采集处理，计算电网各次谐波含量并经无线调制后向接收装置进行发射；接收装置，用于将接收到的谐波信息解调后实现显示各次谐波含量，并对异常信号进行预警。通过电压耦合方式直接连接高压电网，利用高压谐波会在空载两端形成电压的方式获取谐波信号，安全且方便，检测速度较人工pt设备检测较快，并且准确安全。内部装置通过无线网络进行通讯，能够快速传递信息，并且可以通过无线网络将采集到的装置信息传递至后台。
20.该装置外部设置防干扰壳体，防干扰外壳可以隔绝外部的电磁干扰，避免外界电
磁干扰影响谐波的检测和判断；同时凸台支撑装置，而第一圆孔和第二圆孔契合固定，则可以将装置固定在抱箍上，且拆卸方便。凸台可以直接抵在装置底部，通过螺孔固定，保证装置稳固，同时上壳体和下壳体的组合能够保证拆卸方便，壳体外的抱箍上的第二凸块可以贯穿防干扰壳体的第一凸块内部，通过螺孔将两者连接，不仅可以排除外部的电磁干扰对内部电路的影响，同时可以方便安装和拆卸。
21.一种高压线路谐波检测方法，采用上述装置，包括，步骤s1、选取多个待检测点；采集待检测点处任一频次谐波的多个监测数据；步骤s2、将监测数据划分为多段数据；计算每段数据的特征值；获取历史数据模型；根据特征值判断段数据是否存在异常；步骤s3、若段数据存在异常，则采集异常的持续时间；步骤s4、根据异常持续时间判断所述频次谐波是否存在异常，若异常持续时间超出预警时间，则后台提示预警，并上报异常状态，关联异常谐波出现的待采集点。
22.通过建立谐波信号的历史数据模型，通过所测谐波的特征值分析谐波信号中是否存在异常，若存在异常可直接对异常状态进行后台预警，并直接关联谐波采集点，方便快速判断异常点。
23.所述步骤s2中历史数据模型的获取方法如下：步骤s21、设定特殊周期，采集历史监测点各频次谐波数据；步骤s22、设置偏差范围，将所有样本聚类拟合在同一坐标系中，取中位值，最大值和最小值；若样本谐波数据偏离该频次中位曲线，且偏离范围超出所设置的偏差范围，则筛除该样本；若偏离范围未超出所设置的偏差范围，则该样本为有效样本数据；分别计算各样本数据组的样本特征值；其特征值是否超出步骤s22所述偏差范围，若超出则视为异常值。偏差范围可以通过个人需要设定，一般则需要根据待检测点关联的用户节点数，若该用户节点数所安装的产生谐波的数量多，则可能产生异常较大的情况，但是该异常值则为一个稳定的数值，并不是具备波动性的异常，因此不同的情况需要根据不同的节点连接状态进行判断。
24.步骤s23、该频次的样本特征值即为该频次的历史数据模型。特征值作为谐波的一个重要评判数据，可以作为判断谐波正常与否的标准。而标准的设立需要通过采集同样频次的多个数据进行数据库的建立和筛选。采集不同待采集点的多个频次的历史数据能够使样本数据当中存在足够多的点方便后续的判断，并且作为后续检测的异常判断的依据。
25.待采集点的选取优先选择有关联关系的电路节点，即用户设备连接节点；在与多个节点有关联关系的电路节点中，选取关联节点多的节点。关联节点多，接入的设备越多，产生的谐波信号便越多，因此多关联节点处的数据更具备参考价值，优先选取此处的数据能够使谐波数据能够更好的反应电路中存在的谐波信号。