CN111948450A - 基于小波变换的避雷器残压特性监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于小波变换的避雷器残压特性监测方法，步骤包括：步骤1、分别采集氧化锌避雷器雷电过电压冲击时的电流、电压参数；步骤2、对电流和电压参数进行处理，利用小波变换进行数据去噪和计算，利用小波变换能够将受到现场各因素干扰采集的电流参数、电压参数在时域和频域进行分解，将有效信号从含有噪声的原始信号中分离出来，得到氧化锌避雷器电过电压冲击时的残压特性曲线；步骤3、分析得到的残压特性曲线，找出残压特性变化与氧化锌避雷器工作状况的内在联系，确定氧化锌避雷器的工作状况。本发明方法能够快速准确的监测出氧化锌避雷器在雷电过电压时的残压特性，减少了重大事故的发生。
Description
技术领域
本发明属于避雷器故障监测技术领域，涉及一种基于小波变换的避雷器残压特性监测方法。
背景技术
随着国家电网公司智能电网计划的全面实施，在线监测技术在电力***二次领域的分量和地位逐步提升，是电力***自动化得以实现的重要保证，因此对在线监测技术进行深入研究并投入应用就显得尤为重要。
早在上世纪50年代起，世界各国就开始重视对电气设备实施安全性的监测，由传统的事故后维修发展为定期监测维修，而定期监测维修机制相比事故后维修使得电气设备故障更早地被发现，从而避免了电气突发事故的产生。但是传统定期维修采用停电维修的方式，需要耗费大量人力物力，定期对设备进行检修，经济性不高，定期停电维修仍存在许多不足之处，因此各国在总结检修经验基础上制定了一系列的电气设备预防试验规章，对电气设备各项指标进行监测，超过规定指标则进行维修试验。
我国从50年代开始制定电力设备预防性试验规程，对电力设备实施定期停电检修。但是定期检修存在一定的周期性，对***故障不能都及时发现，同时在停电试验时，不能够完全模拟正常运行时的环境，而忽略一些设备的缺陷。随着我国电网向高电压，大容量方向的发展，停电检测给生产和生活造成的损失越来越大，不再适合电网。80发展年代起我国开始研究在线监测技术，最初的避雷器监测器只检测泄漏全电流，监测器内部电路简单，通过内部毫安电流表显示泄漏电流值，精度不高，值班人员需要定期巡查记录电流表读数，不能全面的监测避雷器状态，亟需研制更为先进方便的监测方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于小波变换的避雷器残压特性监测方法，解决了现有技术中对氧化锌避雷器难以快速诊断出可能存在的故障隐患，贻误检修和更换故障设备时机，容易导致重大事故的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于小波变换的避雷器残压特性监测方法，按照以下步骤实施：
步骤1、利用电流传感器和电场传感器，分别采集氧化锌避雷器雷电过电压冲击时的电流、电压参数；
步骤2、信号处理单元对步骤1采集的电流和电压参数进行处理，处理后的信号输入监测终端，
利用小波变换进行数据去噪和计算，利用小波变换能够将受到现场各因素干扰采集的电流参数、电压参数在时域和频域进行分解，将有效信号从含有噪声的原始信号中分离出来，得到氧化锌避雷器电过电压冲击时的残压特性曲线；
步骤3、分析步骤2得到的氧化锌避雷器雷电过电压冲击时的残压特性曲线，找出残压特性变化与氧化锌避雷器工作状况的内在联系，确定氧化锌避雷器的工作状况。
本发明的有益效果是，首先利用两种传感器分别采集氧化锌避雷器雷电过电压冲击时的电流、电压数据；再利用小波变换对数据进行去噪、计算、分析后，根据氧化锌避雷器雷电过电压冲击时的残压特性曲线，找出残压特性变化与氧化锌避雷器工作状况的主要联系。该方法能够快速准确的监测出氧化锌避雷器在雷电过电压时的残压特性，并根据对残压特性进行分析找到当前氧化锌避雷器中的可能存在的安全隐患，减少了重大事故的发生。
附图说明
图1是本发明监测方法实施例依赖的一种监测装置的结构图；
图2是本发明监测方法中的雷电过电压时残压波形图；
图3是本发明监测方法中的小波变换原理简图。
图中，1.氧化锌避雷器，2.电场传感器，3.电流传感器，4.信号处理单元，5.监测终端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，本发明监测方法基于一种监测装置，该监测装置的结构是，包括电场传感器2和电流传感器3，电场传感器2设置在氧化锌避雷器1一侧，电场传感器2包括串联的电容C1和电容C2，电容C1和电容C2串联后接地，电容C1和电容C2之间的节点接入信号处理单元4；电流传感器3设置在氧化锌避雷器1的低压侧，电流传感器3的输出端也接入信号处理单元4，信号处理单元4与监测终端5连接，实现在线监测。
本发明基于小波变换的避雷器残压特性监测方法，对氧化锌避雷器雷电过电压时残压特性进行在线监测，该方法按照以下步骤实施：
步骤1、利用电流传感器3和电场传感器2，分别采集氧化锌避雷器1雷电过电压冲击时的电流、电压参数，
1.1)利用电流传感器3采集氧化锌避雷器1在雷电过电压冲击时的电流参数；
参照图1实施例，在氧化锌避雷器1的低压侧放置穿心式的电流传感器3，用来收集氧化锌避雷器雷电过电压冲击时10ms-100ms之内的电流参数。
1.2)利用电场传感器2采集氧化锌避雷器1在雷电过电压冲击时的电压参数；
参照图1实施例，利用安装在氧化锌避雷器1一侧的电容式的电场传感器2，采集氧化锌避雷器雷电过电压冲击时10ms-100ms之内的电压参数。
步骤2、信号处理单元4对步骤1采集的电流和电压参数进行处理，处理后的信号输入监测终端5，
先进行滤波处理(去除原始信号中存在的干扰部分)，再根据原始信号的大小选择不同的放大程度进行放大，
实施例中，步骤1采集的上述参数利用小波变换进行数据去噪和计算，利用小波变换能够将受到现场各因素干扰采集的电流参数、电压参数在时域和频域进行分解，将有效信号从含有噪声的原始信号中分离出来，得到氧化锌避雷器电过电压冲击时的残压特性曲线，
参照图3，小波变换的具体过程是：
设L2(R)表示R上平方可积函数构成的函数空间，
则有：
t为时间，
若f(t)∈L2(R)，则称f(t)为能量有限的信号，即采集的参数数据，
假设函数
则傅里叶变换满足容许条件性：
若函数Cψ有界，则称ψ(ω)为一个基小波，ω为信号频率，将该基小波经过伸缩和平移处理后得到一个小波序列：
其中，a为伸缩因子，b为平移因子，a,b∈R，且a≠0，x为a与b之间的任意数，定义下式为关于基小波的连续小波变换：
式(3)中，Wψf表示基小波的连续小波变换，f表示原始信号，ψa,b表示基小波函数，f(t)为原始信号函数；取
其中m,n∈Z，a0，b0为常数，得到相应的离散小波变换式：
传感器采集的电流参数、电压参数经过离散小波算法处理分解为细节分量和近似分量，表达式如下：
其中，cj[n]，dj[n]分别为原始信号的第j层的逼近分量和细节分量，h[n]为低通滤波器，g[n]为高通滤波器，其中j＝1,2......J，原始的电流和电压参数重复使用这两个滤波器进行逐步滤波分解；经过小波变换后，逐绘制出氧化锌避雷器电过电压冲击时10ms-100ms之内的电流、电压变化的残压特性曲线，有效提升了监测结果的准确度。
步骤3、分析步骤2得到的氧化锌避雷器雷电过电压冲击时的残压特性曲线，找出残压特性变化与氧化锌避雷器工作状况的内在联系，
见图2，氧化锌避雷器在雷电冲击下的残压特性是反映其工作状态的重要参数，正常情况下流过氧化锌避雷器的泄露电流十分微弱。只有受到雷电过电压冲击导致端电压快速升高时，氧化锌避雷器内部的电阻迅速减少，流过的电流才会急剧增加。
将氧化锌避雷器雷电过电压冲击时的电流、电压变化的残压特性曲线与正常状态下的氧化锌避雷器电过电压冲击时的残压特性进行对比，正常状态下的氧化锌避雷器电过电压冲击时的残压特性为电压峰值波形超前于电流峰值波形，并且电压的波形变化相对较为平缓；随着雷电过电压的冲击次数增加，氧化锌避雷器的内部将会受到一定程度的冲击老化，具体表现在氧化锌避雷器在不断受到雷电过电压冲击时，其残压峰值将会逐渐下降，在冲击老化的初期下降速度较为缓慢，随着冲击次数的增加将会出现明显的下降，残压出现了明显的变化，此时避雷器的保护性能开始丧失，根据这一特性不断比较残压特性变化趋势，能够反映出氧化锌避雷器的工作状况，维修人员根据这个结论及时进行相应维修或更换部件。
Claims (5)
1.一种基于小波变换的避雷器残压特性监测方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
步骤1、利用电流传感器和电场传感器，分别采集氧化锌避雷器雷电过电压冲击时的电流、电压参数；
步骤2、信号处理单元对步骤1采集的电流和电压参数进行处理，处理后的信号输入监测终端，
利用小波变换进行数据去噪和计算，利用小波变换能够将受到现场各因素干扰采集的电流参数、电压参数在时域和频域进行分解，将有效信号从含有噪声的原始信号中分离出来，得到氧化锌避雷器电过电压冲击时的残压特性曲线；
步骤3、分析步骤2得到的氧化锌避雷器雷电过电压冲击时的残压特性曲线，找出残压特性变化与氧化锌避雷器工作状况的内在联系，确定氧化锌避雷器的工作状况。
2.根据权利要求1所述的基于小波变换的避雷器残压特性监测方法，其特征在于：所述的步骤1中，具体过程是：
1.1)利用电流传感器采集氧化锌避雷器在雷电过电压冲击时的电流参数；
1.2)利用电场传感器采集氧化锌避雷器在雷电过电压冲击时的电压参数。
3.根据权利要求1所述的基于小波变换的避雷器残压特性监测方法，其特征在于：所述的步骤2中，小波变换的具体过程是：
设L2(R)表示R上平方可积函数构成的函数空间，
则有：
t为时间，
若f(t)∈L2(R)，则称f(t)为能量有限的信号，即采集的参数数据，
假设函数
则傅里叶变换满足容许条件性：
若函数Cψ有界，则称ψ(ω)为一个基小波，ω为信号频率，将该基小波经过伸缩和平移处理后得到一个小波序列：
其中，a为伸缩因子，b为平移因子，a,b∈R，且a≠0，x为a与b之间的任意数，定义下式为关于基小波的连续小波变换：
式(3)中，Wψf表示基小波的连续小波变换，f表示原始信号，ψa,b表示基小波函数，f(t)为原始信号函数；取
其中m,n∈Z，a0，b0为常数，得到相应的离散小波变换式：
传感器采集的电流参数、电压参数经过离散小波算法处理分解为细节分量和近似分量，表达式如下：
其中，cj[n]，dj[n]分别为原始信号的第j层的逼近分量和细节分量，h[n]为低通滤波器，g[n]为高通滤波器，其中j＝1,2......J，原始的电流和电压参数重复使用这两个滤波器进行逐步滤波分解。
4.根据权利要求3所述的基于小波变换的避雷器残压特性监测方法，其特征在于：所述的步骤2中，经过小波变换后，逐绘制出氧化锌避雷器电过电压冲击时10ms-100ms之内的电流、电压变化的残压特性曲线。
5.根据权利要求4所述的基于小波变换的避雷器残压特性监测方法，其特征在于：所述的步骤3中，具体过程是，
将氧化锌避雷器雷电过电压冲击时的电流、电压变化的残压特性曲线与正常状态下的氧化锌避雷器电过电压冲击时的残压特性进行对比，正常状态下的氧化锌避雷器电过电压冲击时的残压特性为电压峰值波形超前于电流峰值波形，并且电压的波形变化相对较为平缓；随着雷电过电压的冲击次数增加，氧化锌避雷器的内部将会受到一定程度的冲击老化，具体表现在氧化锌避雷器在不断受到雷电过电压冲击时，其残压峰值将会逐渐下降，在冲击老化的初期下降速度较为缓慢，随着冲击次数的增加将会出现明显的下降，残压出现了明显的变化，此时避雷器的保护性能开始丧失，根据这一特性不断比较残压特性变化趋势，能够反映出氧化锌避雷器的工作状况，维修人员根据这个结论及时进行相应维修或更换部件。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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