CN112630603B - 基于噪声的交流感应放电电流确定方法 - Google Patents

基于噪声的交流感应放电电流确定方法 Download PDF

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基于噪声的交流感应放电电流确定方法，电压采集模块采集交流感应放电试验中电压源的交流电压值，用于为声压采集模块提供过零触发信号；在过零触发信号作用下，声压采集模块连续采集交流感应放电的瞬间声压；存储采集的声压数据于电脑中，按一定间隔采样时间分组，顺序编号进行存储；计算每组声压数据的变化周期，根据声压数据的变化周期，得到交流感应放电电流的脉冲变化时间；计算每组声压数据的声功率有效值，根据声功率有效值，计算得到交流感应放电电流的脉冲峰值。本发明方法通过感应放电的声效应来确定放电电流，只需声压采集模块和电压采集模块，放置在电弧放电附近即可；不受场地和高压源的影响。

Description

基于噪声的交流感应放电电流确定方法
技术领域
本发明属于高压输变电工程电磁兼容技术领域，具体涉及一种基于噪声的交流感应放电电流确定方法。
背景技术
为了适应电网巡检和运维模式的变革，输电线路巡检、带电作业机器人的应用越来越多。这些设备进/出等电位时，由于设备是金属体，在输电线路导线的强电场作用下，机器人金属部件上感应大量电荷，使得机器人与导线之间的电场发生畸变，超过一定程度时，气隙击穿，产生较为强烈的电弧放电，干扰机器人的正常工作，甚至烧毁机器人的电气部件。机器人进/出等电位时的电磁干扰防护问题成为输电机器人的技术瓶颈之一。
交流感应放电的测量十分困难，导体处于悬浮电位，现有技术的测量设备要么接地运行，要么而浮地工作。接地运行时，改变了感应电的路径；而浮地方式增加了悬浮电位导体的电容量，改变了放电电流的大小。感应放电电流是进行带电作业机器人电磁干扰防护设计的基础，亟需提供一种确定感应放电的方法。
发明内容
针对现有技术中感应放电电流难以测量的问题，结合导体感应放电的机理和声效应，为克服当前带电作业机器人感应放电不便测试的困难，本发明提供了一种基于噪声的交流感应放电电流确定方法。
本发明采取的技术方案为：
基于噪声的交流感应放电电流确定方法，包括以下步骤：
步骤1：电压采集模块采集交流感应放电试验中电压源的交流电压值，用于为声压采集模块提供过零触发信号；
步骤2:在步骤1中过零触发信号作用下，声压采集模块连续采集交流感应放电的瞬间声压；
步骤3:存储步骤2中采集的声压数据于电脑中，按一定间隔采样时间分组，顺序编号进行存储；
步骤4:计算每组声压数据的变化周期，根据声压数据的变化周期，得到交流感应放电电流的脉冲变化时间；
步骤5:计算每组声压数据的声功率有效值，根据声功率有效值，计算得到交流感应放电电流的脉冲峰值。
本发明一种基于噪声的交流感应放电电流确定方法，技术效果如下：
1)现有的静电放电电流测量是一种直接接触的测量方法，受限于场地的电磁环境和高压源。本发明方法通过感应放电的声效应来确定放电电流，是一种间接方法，不受场地和高压源的影响。
2)现有的静电放电电流测量采用电流靶和示波器，设备昂贵，实施复杂。本发明方法则只需声压采集模块和电压采集模块，放置在电弧放电附近即可。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明的交流感应放电示意图；
其中：1-声压采集模块，2-电压采集模块，3-绝缘支柱，4-高电位导体，5-电弧，6-悬浮导体，N-接地面(大地)。
图3为声压脉冲周期示意图。
图4为交流感应放电脉冲示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
放电电压为20kV，悬浮导体6的对地电容为20pF，采用基于噪声的感应放电电流确定方法，处理步骤如图2所示，
步骤1：电压采集模块采集交流感应放电试验中电压源的交流电压值，用于为声压采集模块提供过零触发信号。
步骤1中连续采集交流电压值，电压采集模块提供过零触发信号，并通过线缆传输给声压采集模块，作为声压采集模块的采样触发信号。
图2给出了交流感应放电试验主要的试验配置，典型的配置主要包括连接市电的调压器，调压器输出送入高压试验变压器，试验变输出到导体(高压导体)。典型的悬浮电位导体是带电作业机器人、带电作业工器具等，通过绝缘绳或者绝缘斗臂车来升降悬浮导体，实现进/出等电位。
电压采集模块连接市电或者调压器的输入、输出均可。声压采集模块输出端连接电脑。电压采集模块可以是单独的电压采集模块，采样率500kHz以上，能输出触发信号即可。声压采集模块包括声压传感器和B&K数据采集单元。声压传感器负责将采集到的声音信号转化成电信号，采用的声压传感器灵敏度为50mV/Pa，有效频率范围1～40kHz。信号经B&K数据采集单元简单处理后进行储存，储存在电脑中，后期对测得声波进行处理分析。
步骤2:在步骤1中过零触发信号作用下，声压采集模块连续采集交流感应放电的瞬间声压，每次采集的时间间隔为T＝20ms，其目的是对应一个交流信号周期，方便进行信号处理。也可以是一个周期的整数倍。
在采集交流放电的瞬间声压值过程中，环境中无其他明显噪声源。本发明方法是通过噪声来判断放电的激烈程度，周边环境的噪声对结果有影响，放电的声音很大，类似放鞭炮的声音，只要听不到明显的声音就不影响试验结果，可以人耳朵判断，也可以通过声压传感器数据判断。
声压探头与悬浮导体6的放电区域保持水平，并保持一定的安全距离r，如图2所示。水平时为了更好的采集放电声音，保持一定的距离是放置高压导体对声压探头放电，损坏仪器。
步骤3:存储步骤2中采集的声压数据于电脑中，按一定间隔采样时间分组，顺序编号进行存储。
步骤4:计算每组声压数据的变化周期，根据声压数据的变化周期，得到交流感应放电电流的脉冲变化时间。
步骤4中，计算声压值数据的变化周期，计算公式具体为：
将间隔采样时间内所有采样声压值数据求和并平均，得到平均值SAV，即
Figure BDA0002759182340000031
式中：N为采样点数，Mi为第i个采样点的声压值。
设定两个权值w1、w2，W1＝0.6-0.7，w2＝1.1-1.3。
Figure BDA0002759182340000032
Figure BDA0002759182340000033
w是权值，M是处理中的声压值，Si是处理后的声压值。这里主要是对底噪进行处理，通信设置w1和w2两个门限，将幅值较小的干扰信号去掉，提取放电对应的声压脉冲信号。
首先，按照采样点顺序，依次查找Si中非零值、持续时间超过100us的零值点，得到将Si分为h个非零值的集合；最后，查找每段中出现峰值的采样点，依次为jh，再获得感交流感应放电电流峰值出现的时间tph＝T/(N-1)*jh-r/0.34。如图3所示：查找非零值，首先得到横轴4后面的第一个脉冲信号，同理得到整个T时间内的7个脉冲信号，同时也得到这7个脉冲对应的出现时间。这个时间与放电的脉冲电流具有对应的关系。由此得到放电电流脉冲的出现时间。
步骤5:计算每组声压数据的声功率有效值，根据声功率有效值，计算得到交流感应放电电流的脉冲峰值。
步骤5中计算得到的悬浮导体的感应放电电流的脉冲峰值，其具体为：
对每段数据进行求和，得到
Figure BDA0002759182340000041
fi表示放电电流信号。
其中：h0和h1分别为每段非零数据集合的开始和最后一个采样点，则感应放电电流幅值
Figure BDA0002759182340000042
其中：A＝100，A数值是通过多次试验总结出来的值，可以得到声压与电流的变换关系。
Th表示声压的求和值，类似于声功率或声压脉冲持续时间内的能量。
依据tph和AMP值可绘制完整的感应放电电流脉冲图，如图4所示。
步骤4得到放电电流脉冲出现的时间，步骤5得到放电电流的最大峰值，由此得到放电电流的特征波形。这个波形可用于感应放电的电磁防护及设备的兼容要求评定。

Claims (4)

1.基于噪声的交流感应放电电流确定方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：电压采集模块采集交流感应放电试验中电压源的交流电压值，其过零信号用于为声压采集模块提供触发信号；
步骤2:在步骤1中过零触发信号作用下，声压采集模块连续采集交流感应放电的瞬间声压；
步骤3:存储步骤2中采集的声压数据于电脑中，按一定间隔采样时间分组，顺序编号进行存储；
步骤4:计算每组声压数据的变化周期，根据声压数据的变化周期，得到交流感应放电电流的脉冲变化时间；
所述步骤4中，计算声压值数据的变化周期，计算公式具体为：
将间隔采样时间内所有采样声压值数据求和并平均，得到平均值SAV，即
Figure FDA0003578550290000011
式中：N为采样点数，Mi为第i个采样点的声压值；
设定两个权值w1、w2，w1＝0.6-0.7，w2＝1.1-1.3；
Figure FDA0003578550290000012
Figure FDA0003578550290000013
首先，按照采样点顺序，依次查找Si中非零值、持续时间超过100us的零值点，得到将Si分为h个非零值的集合；最后，查找每段中出现峰值的采样点，依次为jh，再获得感交流感应放电电流峰值出现的时间tph＝T/(N-1)*jh-r/0.34，T表示每次采集的时间间隔，r表示声压探头与悬浮导体(6)的放电区域保持水平时二者之间的安全距离；
步骤5:计算每组声压数据的声功率有效值，根据声功率有效值，计算得到交流感应放电电流的脉冲峰值；
所述步骤5中，计算得到的悬浮导体的感应放电电流的脉冲峰值，其具体为：
对每段数据进行求和，得到
Figure FDA0003578550290000021
fi表示放电电流信号；其中：h0和h1分别为每段非零数据集合的开始和最后一个采样点，则感应放电电流幅值
Figure FDA0003578550290000022
其中：A＝100，
依据tph和AMP值可绘制完整的感应放电电流脉冲图。
2.根据权利要求1所述基于噪声的交流感应放电电流确定方法，其特征在于：所述步骤1中，连续采集交流电压值，电压采集模块提供过零触发信号，并通过线缆传输给声压采集模块，作为声压采集模块的采样触发信号。
3.根据权利要求1所述基于噪声的交流感应放电电流确定方法，其特征在于：所述步骤2中，连续采集交流感应放电的瞬间声压值，每次采集的时间间隔为T＝20ms。
4.根据权利要求1所述基于噪声的交流感应放电电流确定方法，其特征在于：所述步骤2中，在采集交流放电的瞬间声压值过程中，环境中无其他明显噪声源；声压探头与悬浮导体的放电区域保持水平，并保持一定的安全距离r。
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