CN109254227A - 面向电网状态的检测方法、装置及*** - Google Patents

Abstract

一种面向电网状态的检测方法、装置及***，其中，所述方法包括：获取多个传感器发送的传感信号，多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号；根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型，局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征；基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。相对于现有技术中单维度的检测方式，本发明实施例提供的方案能够提高局放信号检测的可靠性和局放源定位的精确性。

Description

面向电网状态的检测方法、装置及***

技术领域

本发明涉及无线检测技术领域，具体涉及一种面向电网状态的检测方法、装置及***。

背景技术

高压电力设备绝缘材料在有缺陷的情况下，局部地区会形成很强的电场，将周围绝缘短时击穿，产生局部放电。局部放电通常在很小的范围内发生，击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流，其上升时间小于1ns，并激发频率高达数GHz的电磁波。长时间的局放会最终导致绝缘材料的绝缘性能的不可恢复性损伤，影响设备的正常运行，甚至造成事故。因此，对高压设备进行局部放电监测和定位，提前对缺陷进行处理，能有效避免绝缘击穿故障的发生，有助于制定有针对性的检修方案，减少停电时间，为电力设备的安全可靠运行和状态检修提供重要参考依据。

高压设备局部放电监测有多种技术和方法。如超声波定位法、特高频定位法、电气定位法、光定位法等。超声定位法根据局部放电产生的超声波传播的方向和时间来确定放电源的空间位置。基于特高频无线局放定位方法最早由英国Strathclyde大学Martin Dudd教授提出，常用来检测变电站主要设备如变压器和开关局放定位，主要通过检测变压器局部放电的特高频电磁波信号来获得局部放电信息，并利用时延关系实现定位。基于时延关系(Time Difference of Arrival)进行局放定位的方法对采样率要求高，数据处理复杂，并要求很精确的***同步，因此实现成本相对高。该方法主要用在定期的局放巡视检查，并对有局放嫌疑的设备进行有针对性的近距离的精确定位，尚不能满足低成本、在线、全方位的局放监测的需求。目前，基于特高频无线信号强度分布的变电站局部放电检测和定位是该领域研究的一个热点，尤其是通过分布式特高频无线信号强度(能量检测)的数据融合，配合无线局域网通信技术，具有成本低、不需精确同步、安装方便、可以灵活扩展等优势，可以为变电站提供全方位的、非接入式、在线局放监测服务，大大降低设备人工维护的成本，提高预警率。但和现有面贴式或内置式特高频无线传感器相比，非接入式无线传感器部署位置离局放源距离相对要远，因此检测到的局放信号相对要弱，所以更易受变电站背景噪声和其他各种不同电磁干扰信号的影响。能否有效地排除各种电磁干扰，保证局放的可靠检测和局放源的精确定位，是基于非接入式特高频无线能量检测和无线传感网技术的局放监测方法能否得到实用化的关键。

因此，如何提高局放信号检测的可靠性和局放源定位的精确性成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于如何提高局放信号检测的可靠性和局放源定位的精确性。

为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种面向电网状态的检测方法，包括：

获取多个传感器发送的传感信号，多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号；根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型，局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征；基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。

可选地，根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型包括：将传感信号在频域上按预设频率范围进行分割形成多个子频段；将传感信号在时域上按预设时长进行分割形成多个相位段；根据多个子频段和多个相位段对传感信号构建得到局放能量分布模型。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在预设子频段上提取周期性信号；判断周期性信号的幅值是否大于预设幅值；如果周期性信号的幅值大于预设幅值，则得到用于表征可能存在窄带无线通信干扰的检测结果。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在时域上监听局放能量分布模型；当接收到单次脉冲突变的中断信号时，得到用于表征可能存在开关动作的检测结果。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在预设空间范围外监听局放能量分布模型；当接收到与预设空间范围内局放能量分布相似的信号时，得到用于表征可能存在电晕放电的干扰信号。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：将预设时段的局放能量分布与基准时段的局放能量分布进行比较得到比较结果；判断比较结果是否超过预设差值；如果比较结果超过预设差值，则得到用于表征预设时段可能存在背景噪声的检测结果。

根据第二方面，本发明实施例公开了一种面向电网状态的检测装置，包括：

信号获取模块，用于获取多个传感器发送的传感信号，多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号；模型构建模块，用于根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型，局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征；检测模块，用于基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。

根据第三方面，本发明实施例公开了一种计算机装置，包括处理器，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序实现如下方法：

获取多个传感器发送的传感信号，多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号；根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型，局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征；基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。

根据第四方面，本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序实现如下方法：

获取多个传感器发送的传感信号，多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号；根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型，局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征；基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的面向电网状态的检测方法、装置及***，由于多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号，在获取多个传感器发送的传感信号后，根据该传感信号可以构建出用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型，在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征，于是，通过该分布模型可以实现在三维上对电网状态进行检测得到检测结果，相对于现有技术中单维度的检测方式，本发明实施例提供的方案能够提高局放信号检测的可靠性和局放源定位的精确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例中一种面向电网状态的检测方法流程图；

图2为本实施例中一种面向电网状态的检测***结构框图；

图3为本实施例中一种面向电网状态的检测装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为了提高局放信号检测的可靠性和局放源定位的精确性，本实施例公开了一种面向电网状态的检测方法，请参考图1，为该面向电网状态的检测方法流程图，该面向电网状态的检测方法包括：

步骤S100，获取多个传感器发送的传感信号。本实施例中，多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号。在具体实施例中，请参考图2，为本实施例公开的一种面向电网状态的检测***结构示意图，该***有若干个分布在变电站的特高频无线能量传感器，一个局放监测主站和无线传感网。无线传感网为传感器和局放监测主站提供双向可靠通信。各传感器周期性的上传传感数据，局放监测主站对接收数据进行融合分析，找出局放信号和位置。局放监测主站通过无线传感网可以在线配置传感器的主要工作模式和参数。本实施例中，各个传感器采集的局放无线信号频率很宽，一般从几十MHz到2-3GHz(在专业界俗称特高频)。由于高频信号衰减快，非接入式特高频无线能量传感器通常检测50-800MHz频率范围。

步骤S200，根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型。本实施例中，由于在变电站的预定位置分布多个传感器，通过各个传感器的传感信号，可以在空间上反应出变电站的状态信息的分布特征，因此，本实施例中，构建的局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征。

步骤S300，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。本实施例中，通过构建的三维局放能量分布模型，对相应的信号进行检测分析可以得到电网状态的检测结果。

在可选的实施例中，在执行步骤S200时，根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型包括：将传感信号在频域上按预设频率范围进行分割形成多个子频段；将传感信号在时域上按预设时长进行分割形成多个相位段；根据多个子频段和多个相位段对传感信号构建得到局放能量分布模型。具体地，将各个传感器检测的频率范围分为M个子频段，其中，M为正整数，不失一般性，某子频段可以是其他子频段的一部分或子频段频率可以部分重叠；并将工频周期分为N个时间段(也叫相位段)，其中，N为正整数。传感信号在每个工频周期产生Z＝M x N个反映特高频能量强度的等效值，形成二维的局放能量工频相位和频谱图，或简称局放能量时频图，当然也可以构建三维的局放能量分布模型。举个例子，假设有4个子频段，16个相位段，每个能量强度等效值有8bit表示,则一工频周期即每20ms该传感器就产生512bit的传感数据,假设50％的协议冗余，则共有1024bit上传数据。对应传输速率为51.2kbps。对于周期性重复发生的局放信号，可以根据无线传感网的***带宽和其他因素，局放监测主站可以指令传感器每L个工频周期发送一次局放能量时频图。假设L＝20,则每传感器传感数据上传速率降为2.56kbps。如L≥1,各传感器可以对L个连续工频周期的传感数据(即所谓的局放能量时频图)先进行相应的统计相关处理，然后上传，也可以选一个工频周期的传感数据上传。关键的是，为了进行空间相关比较分析，各传感器发送的传感数据必须保持工频周期和工频相位同步。为了保持工频周期和工频相位同步，局放监测主站可采用工频电压过零点检测装置，在本地获取工频同步信息，然后通过无线传感网发送工频时间同步控制信号。各传感器都有一个本地的工频时间同步装置，通过定期的接收控制主站发来的时间同步信息，调节本地工频时钟。具体如何利用无线通信网络实现工频同步，和所采用的无线通信网络的物理层和MAC层协议有关，传感器端工频同步实现装置的复杂性和同步要求的精确度有关。需要说明的是，上述实施例公开的数值对本实施例的方案不构成限制。

为了检测是否存在窄带无线通信干扰，在可选的实施例中，在执行步骤S300时，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在预设子频段上提取周期性信号；判断周期性信号的幅值是否大于预设幅值；如果周期性信号的幅值大于预设幅值，则得到用于表征可能存在窄带无线通信干扰的检测结果。窄带无线通信干扰，如调频广播信号、电视广播信号、移动通信信号。相对于局放信号，窄带无线通信信号都有极强的频率选择性，大于1GHz的无线通信，可以通过滤波器加以消除。在特高频无线能量传感器检测范围内的干扰，可以将检测频率范围分割成M个子频带，可以有选择地采用某一子频带的传感数据，如在某一子频带存在较强的干扰，就忽略在这一时段的这一子频带的传感数据，进而提高整个检测的信噪比。另外，通常窄带无线通信干扰源一般和传感器距离较远，而各传感器相对距离较近，因此各传感器能同时接收到该类的干扰信号，传感器主站可以通过比较，找出这些共同干扰分量。在具体实施例中，所称预设幅值可以根据经验或者理论知识来确定。

为了检测隔离开关和断路器的开关动作产生的脉冲，在可选的实施例中，在执行步骤S300时，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在时域上监听局放能量分布模型；当接收到单次脉冲突变的中断信号时，得到用于表征可能存在开关动作的检测结果。一般而言，隔离开关和断路器的开关动作产生的脉冲和局放信号频谱有一定的重叠，用通常的频域处理方法，如滤波很难排除这类宽频电磁干扰。但这些脉冲干扰通常有较强的时间选择性，因此可以通过对接收传感信号数据在时域上的连续观察，应用相关检测和模式识别，在接收到单次脉冲突变的中断信号时，可以在很大程度上检测到这些脉冲电磁干扰。

为了检测电晕放电，在可选的实施例中，在执行步骤S300时，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在预设空间范围外监听局放能量分布模型；当接收到与预设空间范围内局放能量分布相似的信号时，得到用于表征可能存在电晕放电的干扰信号。本实施例中，所称预设空间是指变电柜等周边的空间，具体的空间范围可以根据经验确定。在具体实施例中，当在该预设空间范围外接收到与预设空间范围内局放能量分布相似的信号时，可以判断出在预设空间外可能存在电晕放电的干扰信号。

为了检测背景噪声，在可选的实施例中，在执行步骤S300时，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：将预设时段的局放能量分布与基准时段的局放能量分布进行比较得到比较结果；判断比较结果是否超过预设差值；如果比较结果超过预设差值，则得到用于表征预设时段可能存在背景噪声的检测结果。具体地，背景噪声一般是由许多不相关的噪声过程叠加而形成的，频谱较宽，有一定的频率选择性。背景噪声和变电站不同设备工作状态有关。背景噪声在大的时间区域段(如白天和晚上等)会随时间有较明显的变化，因此，可以将预设时段的局放能量分布与基准时段的局放能量分布进行比较，当存在较大差异时，则说明该预设时段可能存在背景噪声。在具体实施例中，所称基准时段可以预先定义、选择。

本实施例还公开了一种面向电网状态的检测装置，请参考图3，为该面向电网状态的检测装置结构示意图，该面向电网状态的检测装置包括：信号获取模块100、模型构建模块200和检测模块300，其中：

信号获取模块100用于获取多个传感器发送的传感信号，多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号；模型构建模块200用于根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型，局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征；检测模块300用于基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。

此外，本实施例还公开了一种计算机装置，包括处理器，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序实现如下方法：

获取多个传感器发送的传感信号，多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号；根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型，局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征；基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。

可选地，根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型包括：将传感信号在频域上按预设频率范围进行分割形成多个子频段；将传感信号在时域上按预设时长进行分割形成多个相位段；根据多个子频段和多个相位段对传感信号构建得到局放能量分布模型。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在预设子频段上提取周期性信号；判断周期性信号的幅值是否大于预设幅值；如果周期性信号的幅值大于预设幅值，则得到用于表征可能存在窄带无线通信干扰的检测结果。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在时域上监听局放能量分布模型；当接收到单次脉冲突变的中断信号时，得到用于表征可能存在开关动作的检测结果。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在预设空间范围外监听局放能量分布模型；当接收到与预设空间范围内局放能量分布相似的信号时，得到用于表征可能存在电晕放电的干扰信号。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：将预设时段的局放能量分布与基准时段的局放能量分布进行比较得到比较结果；判断比较结果是否超过预设差值；如果比较结果超过预设差值，则得到用于表征预设时段可能存在背景噪声的检测结果。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。计算机处理器用于执行存储介质中存储的计算机程序实现以下方法：

获取多个传感器发送的传感信号，多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号；根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型，局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征；基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。

可选地，根据传感信号构建用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型包括：将传感信号在频域上按预设频率范围进行分割形成多个子频段；将传感信号在时域上按预设时长进行分割形成多个相位段；根据多个子频段和多个相位段对传感信号构建得到局放能量分布模型。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在预设子频段上提取周期性信号；判断周期性信号的幅值是否大于预设幅值；如果周期性信号的幅值大于预设幅值，则得到用于表征可能存在窄带无线通信干扰的检测结果。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在时域上监听局放能量分布模型；当接收到单次脉冲突变的中断信号时，得到用于表征可能存在开关动作的检测结果。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：在预设空间范围外监听局放能量分布模型；当接收到与预设空间范围内局放能量分布相似的信号时，得到用于表征可能存在电晕放电的干扰信号。

可选地，基于局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：将预设时段的局放能量分布与基准时段的局放能量分布进行比较得到比较结果；判断比较结果是否超过预设差值；如果比较结果超过预设差值，则得到用于表征预设时段可能存在背景噪声的检测结果。

本实施例还公开了一种面向电网状态的检测***，请参考图2，该面向电网状态的检测***包括：多个传感器和监测主站，其中：

多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号；监测主站用于根据上述实施例公开的方法得到检测结果。

本实施例提供的面向电网状态的检测方法、装置及***，由于多个传感器用于分别采集变电站的信号得到传感信号，在获取多个传感器发送的传感信号后，根据该传感信号可以构建出用于表征变电站状态信息的局放能量分布模型，在空间、频域和时域三维上呈现状态信息的分布特征，于是，通过该分布模型可以实现在三维上对电网状态进行检测得到检测结果，相对于现有技术中单维度的检测方式，本发明实施例提供的方案能够提高局放信号检测的可靠性和局放源定位的精确性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种面向电网状态的检测方法，其特征在于，包括：

获取多个传感器发送的传感信号，所述多个传感器用于分别采集变电站的信号得到所述传感信号；

根据所述传感信号构建用于表征所述变电站状态信息的局放能量分布模型，所述局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现所述状态信息的分布特征；

基于所述局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。

2.如权利要求1所述的面向电网状态的检测方法，其特征在于，所述根据所述传感信号构建用于表征所述变电站状态信息的局放能量分布模型包括：

将所述传感信号在频域上按预设频率范围进行分割形成多个子频段；

将所述传感信号在时域上按预设时长进行分割形成多个相位段；

根据所述多个子频段和所述多个相位段对所述传感信号构建得到所述局放能量分布模型。

3.如权利要求2所述的面向电网状态的检测方法，其特征在于，所述基于所述局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：

在预设子频段上提取周期性信号；

判断所述周期性信号的幅值是否大于预设幅值；

如果所述周期性信号的幅值大于预设幅值，则得到用于表征可能存在窄带无线通信干扰的检测结果。

4.如权利要求1-3任意一项所述的面向电网状态的检测方法，其特征在于，所述基于所述局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：

在时域上监听所述局放能量分布模型；

当接收到单次脉冲突变的中断信号时，得到用于表征可能存在开关动作的检测结果。

5.如权利要求1-3任意一项所述的面向电网状态的检测方法，其特征在于，所述基于所述局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：

在预设空间范围外监听所述局放能量分布模型；

当接收到与所述预设空间范围内局放能量分布相似的信号时，得到用于表征可能存在电晕放电的干扰信号的检测结果。

6.如权利要求1-3任意一项所述的面向电网状态的检测方法，其特征在于，所述基于所述局放能量分布模型得到电网状态的检测结果包括：

将预设时段的局放能量分布与基准时段的局放能量分布进行比较得到比较结果；

判断所述比较结果是否超过预设差值；

如果所述比较结果超过预设差值，则得到用于表征预设时段可能存在背景噪声的检测结果。

7.一种面向电网状态的检测装置，其特征在于，包括：

信号获取模块，用于获取多个传感器发送的传感信号，所述多个传感器用于分别采集变电站的信号得到所述传感信号；

模型构建模块，用于根据所述传感信号构建用于表征所述变电站状态信息的局放能量分布模型，所述局放能量分布模型在空间、频域和时域三维上呈现所述状态信息的分布特征；

检测模块，用于基于所述局放能量分布模型得到电网状态的检测结果。

8.一种计算机装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序实现如权利要求1-6任意一项的所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，处理器用于执行存储介质中存储的计算机程序实现如权利要求1-6任意一项所述的方法。

10.一种面向电网状态的检测***，其特征在于，包括：

多个传感器，用于分别采集变电站的信号得到传感信号；

监测主站，用于根据如权利要求1-6任意一项所述的方法得到检测结果。