CN104133135A - 一种电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法及装置,通过紫外成像图像参数的提取、紫外光斑亮度区域的分割和图像信号的无线传输,实现了雷击杆塔故障类型的判别,该装置包括,设置在输电线路杆塔横担上的雷电信号紫外数据采集单元和设置在变电站内部的雷电种类识别单元,通过无线电连接。有益效果是,利用紫外线实现高压输电线路杆塔附近雷电的在线检测,能有效观察杆塔附近雷电的放电情况,具有连续检测、远距离、不停电、不接触、不解体等特点,给电力线路状态检测提供了一种先进的检测手段,进而指导高压输电线路杆塔采取针对性强、防雷效果好的防雷措施,本发明投资少、见效快,适用于输电线路实施防雷预案的大规模推广应用。

Description

一种电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法及其装置
技术领域
    本发明涉及电力设备专业技术领域;特别是涉及一种电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法及装置。
背景技术
近年来,随着全球变暖趋势的不断增强,城市输电线路雷击跳闸率居高不下;然而,现代一线城市电网的发展又对供电可靠性提出了更高的要求,电网企业针对现存的雷击事故采取了多种输电线路防雷措施,典型的有,架设避雷线、安装线路避雷器、架设耦合地线、降低杆塔接地电阻等,上述统一化的防雷措施带来了投资高、防雷效果差强人意的局面。雷击事故的发生、发展具有一定的分散性和统计性,雷击故障的类型决定了防雷措施的有效性。因此,行业迫切需求对输电线路的雷击故障易发点进行故障类型鉴别,并做统计分析,进而指导采取针对性较强、防雷效果好的防雷措施。
雷击输电线路故障包括绕击和反击的雷击过程。其中绕击雷击过程为雷电绕过电力导线上方的避雷线而击中电力导线,即雷电屏蔽失效过程。雷电波在电力导线上以行波方式传播,行至杆塔的绝缘子串处发生闪络现象,进而形成稳定放电电弧,引发绕击雷击跳闸事故。雷电的反击雷击过程为雷电击中杆塔或者避雷线,避雷线起到了有效的雷电拦截作用,当雷电在避雷线上传播行至杆塔处时,由于杆塔接地电阻及杆塔阻抗原因,导致绝缘子串的杆塔横担处电位高于电力导线电位,发生闪络现象,进而引发稳定放电电弧,造成反击雷击跳闸事故。两种不同的雷击故障类型的放电过程是不一样的,绕击雷为从导线开始经绝缘子串向杆塔横担放电;反击雷为杆塔横担开始经绝缘子串向导线放电,紫外成像技术能捕捉放电过程中的电子踪迹,进而成像。紫外线的波长范围是40~400nm。太阳光中也含有紫外线,但由于地球的臭氧层吸收了部分波长的分量,实际上辐射到地面上的太阳紫外光谱都在300nm以上,低于300nm的波长区域称为太阳盲区。人们利用这一特点,研究出日光(盲区)型紫外线检测仪。该仪器的工作波段在240~280nm之间,可以在阳光下进行检测工作,比红外成像检测更方便。
从成像分析电子踪迹,通过识别雷电的放电过程,判别杆塔的雷击是绕击雷,还是反击雷,从而,可以判别故障易发点杆塔处的故障是绕击雷击跳闸事故,还是反击雷击跳闸事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种基于紫外检测技术的雷击故障实时鉴别***。
本发明所采用的技术方案是,一种电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法,其特征在于,包括以下步骤;
a)、紫外成像图像参数的提取;利用紫外线成像设备,使成像视野中心对准输电线路杆塔横担上绝缘子串的几何中心,观测距离为3-5米,录制紫外线视频图像信号;
b)、紫外光斑亮度区域的分割;将紫外线视频图像信号,从视频图像信号中连续或随机截取图像帧并将图像转换为灰度图像,然后,采用阈值分割将图像转换为二值图像,即“1”或“0”;
c)、图像信号的无线传输;图像传送模块将所述的二值图像信号无线传送到变电站内部的图像接收模块;
d)、雷击杆塔故障类型的判别;“1”的物理意义为高亮区,“0” 的物理意义为暗斑区,在每一个图像帧上,反击雷电在杆塔的绝缘子串处的紫外图像特征是,高亮区集中在截取的每一个图像帧的上方,而绕击雷电在杆塔的绝缘子串处的紫外图像特征是,高亮区集中在截取的每一个图像帧的下方,雷击故障类型判别单元通过对一个雷暴后的数据帧统计,即时判别雷击杆塔的故障类型。
电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法的装置,包括,设置在输电线路杆塔横担上的雷电信号紫外数据采集单元和设置在变电站内部的雷电种类识别单元,所述的雷电信号紫外紫外数据采集单元与雷电种类识别单元通过无线电连接。
所述的雷电信号紫外数据采集单元,包括,依次电连接的紫外线成像设备单元、紫外线图像帧单元、图像变换单元和图像传送模块单元;所述太阳能电源单元为雷电信号紫外数据采集单元内的各电路单元提供电力,紫外线成像设备单元的成像视野中心对准输电线路杆塔横担上绝缘子串的几何中心,观测距离为3-5米。
所述的雷电种类识别单元,包括,依次电连接的图像接收模块单元、图像识别单元和雷击故障类型判别单元。
所述紫外线成像设备单元采用SONY XCDSX910UV 紫外线CCD摄像机;图像传送模块单元和图像接收模块单元采用深圳市技卓科技有限公司生产的JZ8-xx系列无线数传模块。
本发明的有益效果是,利用紫外线实现高压输电线路杆塔附近雷电的在线检测,能有效观察杆塔附近雷电的放电情况,具有连续检测、远距离、不停电、不接触、不解体等特点,给电力线路状态检测提供了一种先进的检测手段,进而指导高压输电线路杆塔采取针对性较强、防雷效果好的防雷措施,本发明制作工艺简单、投资少、见效快,可操作性强,适用于输电线路实施防雷预案措施的大规模推广应用。
附图说明
图1是反击雷在电力杆塔的绝缘子串处紫外图像示意图;
图2是绕击雷在电力杆塔的绝缘子串处紫外图像示意图;
图3是本发明电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法及装置的方框图;
图4是本发明图像变换单元电路的电原理图;
图5是本发明图像变换单元的电平图;
图6是本发明紫外成像处理后反击雷电的图像示意图;
图7是本发明紫外成像处理后绕击雷电的图像示意图。
图中:
10、紫外数据采集单元       20、太阳能电源单元  
30、紫外线成像设备单元     32、紫外线图像帧单元
35、图像变换单元           40、图像传送模块单元
50、雷电种类识别单元       60、图像接收模块单元
70、图像识别单元           80、雷击故障类型判别单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明:
本发明电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法,包括以下步骤;
a)、紫外成像图像参数的提取;
b)、紫外光斑亮度区域的分割;
c)、图像信号的无线传输;
d)、雷击杆塔故障类型的判别。
a)步骤利用紫外线成像设备,使成像视野中心对准输电线路杆塔横担上绝缘子串的几何中心,观测距离为3-5米,录制紫外线视频图像信号;
b)步骤将紫外线视频图像信号,从视频图像信号中连续或随机截取图像帧并将图像转换为灰度图像,然后,采用阈值分割将图像转换为二值图像,即“1”或“0”;
c)步骤图像传送模块将所述的二值图像信号无线传送到变电站内部的图像接收模块;
d)步骤“1”的物理意义为高亮区,“0” 的物理意义为暗斑区,在每一个图像帧上,反击雷电在杆塔的绝缘子串处的紫外图像特征是,高亮区集中在截取的每一个图像帧的上方,而绕击雷电在杆塔的绝缘子串处的紫外图像特征是,高亮区集中在截取的每一个图像帧的下方,雷击故障类型判别单元通过对一个雷暴后的数据帧统计,即时判别雷击杆塔的故障类型。
 
如图3所示,一种实现电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法的装置,包括,设置在输电线路杆塔横担上的雷电信号紫外紫外数据采集单元10和设置在变电站内部的雷电种类识别单元50,所述的雷电信号紫外紫外数据采集单元10与雷电种类识别单元50通过无线电连接。
所述的雷电信号紫外紫外数据采集单元10,包括,依次电连接的紫外线成像设备单元30、紫外线图像帧单元32、图像变换单元35和图像传送模块单元40;所述太阳能电源单元20为雷电信号紫外紫外数据采集单元10内的各电路单元提供电力。所述紫外线成像设备单元30采用SONY XCDSX910UV 紫外线CCD摄像机,1280 * 960 SXGA 15fps;每帧图像为1280 * 960个点组成,每秒形成15帧图像。紫外线成像设备单元30通常挂于杆塔绝缘子串的上方,与驱鸟器相邻,太阳能电源单元20设置在杆塔的阳面,,紫外线成像设备单元30的成像视野中心对准输电线路杆塔横担上绝缘子串的几何中心。
如图1、图2所示,紫外图像中的白色区域为电离发光区域所成的图像,其亮度随雷击放电强度而变化,放电强度越强其亮度越亮。
如图4至图7所示,根据上述特性,图像变换单元35,亦即,紫外图像的预处理电路,该电路采用数字图像处理算法提取了图像参数用于对检测结果的量化,从视频中连续或随机截取图像帧并将图像转换为灰度图像,然后采用阈值分割将图像转换为二值图像,即“1”或“0”,从而实现了光斑亮度区域的分割,同时,减少了图像传送模块单元40和图像接收模块单元60的数据传输量。图像变换单元35由两个集成运放组成,输入电压ui分别接到运放Al的同相输入端和A2的反相输入端,参考电压UH和UL分别加在Al的反相输入端和A2的同相输入端。两个集成运放的输出端各通过一个二极管后并联在一起,成为图像变换单元35的输出端。
当输入电压ui>URH时,ui>URL,集成运放A1的输出uO1=+UOM,A2的输出uO2=-UOM。使得二极管D1导通D2截止,稳压管DZ工作在稳压状态,输出电压uO=+UZ。当输入电压ui<URL时, ui<URH,集成运放A1的输出uO1=-UOM,A2的输出uO2=+UOM。使得二极管D2导通D1截止,稳压管DZ工作在稳压状态,输出电压uO=+UZ。 当URL<ui<URH时,uO1=uO2=-UOM,所以D1和D2均截止,稳压管截止,uO=0。URH和URL分别为成为图像变换单元35的两个阈值电压,设URH和URL均大于零,则传输特性如图5所示。
定义“1”的物理意义为高亮区,“0” 的物理意义为暗斑区,在每一个图像帧上,反击雷电在杆塔的绝缘子串处的紫外图像特征是,高亮区集中在截取的每一个图像帧的上方,而绕击雷电在杆塔的绝缘子串处的紫外图像特征是,高亮区集中在截取的每一个图像帧的下方。
所述的雷电种类识别单元50,包括,依次电连接的图像接收模块单元60、图像识别单元70和雷击故障类型判别单元80。图像传送模块单元40和图像接收模块单元60采用深圳市技卓科技有限公司生产的JZ8-xx系列无线数传模块。该模块采用SI4432芯片,裸板体积小,方便内嵌使用。抗干扰性强,并带滤波电路,接收灵敏度高,功率大,传输稳定可靠,传送距离远。该模块采用GFSK的调制方式,视距可靠传输距离可达3000m;其接口方式可以为:TTL、RS-232、RS-485接口;数据收发转换自动完成,只要向接口收/发数据即可,转换时间短;可用于点对点,点对多点,多点对点等多种通信组合方式;可传输较长的数据帧;自动过滤掉空中产生的假数据,长期使用可靠性好,故障率低。
雷击输电线路具有分散性和统计性,不同的杆塔处于不同的微地形中,在不同的季节故障类型往往变化不一,就需要针对雷击故障进行实时鉴别,通过统计某杆塔的雷击故障特性,进而指导输电线路的雷电防护措施决策。图像识别单元70和雷击故障类型判别单元80通过对一个雷暴后的图像数据帧统计,即时判别雷击故障类型,即,高亮区在每一个数据帧的上方还是下方,高亮区在每一个数据帧的上方的雷击故障类型是反击雷造成杆塔的故障类型,高亮区在每一个数据帧的下方的雷击故障类型是绕击雷造成杆塔的故障类型。
也可以通过一个或几个雷暴季后,对某杆塔的雷击故障类型的数据统计得出,造成某杆塔的雷击故障类型通常是反击雷或绕击雷,进而指导杆塔的采取针对性较强的防雷措施。   
本发明利用紫外线实现高压输电线路杆塔附近雷电的在线检测,能有效观察杆塔附近雷电的放电情况,具有连续检测、远距离、不停电、不接触、不解体等特点,给电力线路状态检测提供了一种先进的检测手段,进而指导高压输电线路杆塔采取针对性较强、防雷效果好的防雷措施,本发明制作工艺简单,成本低廉,可操作性强,适于电力线路实施防雷措施的大规模推广应用。

Claims (6)

1.一种电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法,其特征在于,包括以下步骤;
a)、紫外成像图像参数的提取;
b)、紫外光斑亮度区域的分割;
c)、图像信号的无线传输;
d)、雷击杆塔故障类型的判别。
2.根据权利要求1所述的一种电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法,其特征在于,
a)步骤利用紫外线成像设备,使成像视野中心对准输电线路杆塔横担上绝缘子串的几何中心,观测距离为3-5米,录制紫外线视频图像信号;
b)步骤将紫外线视频图像信号,从视频图像信号中连续或随机截取图像帧并将图像转换为灰度图像,然后,采用阈值分割将图像转换为二值图像,即“1”或“0”;
c)步骤图像传送模块将所述的二值图像信号无线传送到变电站内部的图像接收模块;
d)步骤“1”的物理意义为高亮区,“0” 的物理意义为暗斑区,在每一个图像帧上,反击雷电在杆塔的绝缘子串处的紫外图像特征是,高亮区集中在截取的每一个图像帧的上方,而绕击雷电在杆塔的绝缘子串处的紫外图像特征是,高亮区集中在截取的每一个图像帧的下方,雷击故障类型判别单元通过对一个雷暴后的数据帧统计,即时判别雷击杆塔的故障类型。
3.实现权利要求1所述的电力传输杆塔的雷击故障鉴别方法的装置,其特征在于,包括,设置在输电线路杆塔横担上的雷电信号紫外数据采集单元(10)和设置在变电站内部的雷电种类识别单元(50),所述的雷电信号紫外紫外数据采集单元(10)与雷电种类识别单元(50)通过无线电连接。
4.根据权利要求3所述的电力传输杆塔的雷击故障鉴别装置,其特征在于,所述的雷电信号紫外数据采集单元(10),包括,依次电连接的紫外线成像设备单元(30)、紫外线图像帧单元(32)、图像变换单元(35)和图像传送模块单元(40);所述太阳能电源单元(20)为雷电信号紫外数据采集单元(10)内的各电路单元提供电力,紫外线成像设备单元(30)的成像视野中心对准输电线路杆塔横担上绝缘子串的几何中心,观测距离为3-5米。
5.根据权利要求3所述的电力传输杆塔的雷击故障鉴别装置,其特征在于,所述的雷电种类识别单元(50),包括,依次电连接的图像接收模块单元(60)、图像识别单元(70)和雷击故障类型判别单元(80)。
6.根据权利要求3或4所述的电力传输杆塔的雷击故障鉴别装置,其特征在于,所述紫外线成像设备单元(30)采用SONY XCDSX910UV 紫外线CCD摄像机;图像传送模块单元(40)和图像接收模块单元(60)采用深圳市技卓科技有限公司生产的JZ8-xx系列无线数传模块。
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