CN106970258B - 高压输电线路的带电识别方法 - Google Patents

Abstract

高压输电线路的带电识别方法，步骤如下：判断输电线路整体是否带电，如果带电则进一步分析输电线路的带电状态，计算实际测量点的特征值，在各仿真测量路径上选取位置与实际测量点位置相对应的仿真测量点，采用相同方法计算每一仿真测量路径上各仿真测量点的特征值，将实际测量点的特征值依次与仿真测量点的特征值进行对比，如果实际测量点的特征值与某一标准曲线上仿真测量点的特征值匹配，将该标准曲线归入匹配曲线集合中，遍历所有标准曲线后，分别计算实际测量点集与匹配曲线集合中各标准曲线的距离，将距离最小的标准曲线对应的仿真条件作为输电线路的带电状态。本发明不仅可以对线路是否带电进行识别，还可以对线路的具体带电情况进行识别。

Description

高压输电线路的带电识别方法

技术领域

本发明属于电力系统中带电设备验电技术领域，尤其涉及一种基于电场强度分布的对输电线路进行带电识别的方法。

背景技术

验电器是用于检测物体是否带电的仪器，目前，验电器主要按验电模式进行分类，可以分为接触式验电器和非接触式验电器。其中，非接触式验电器由于操作时可以不直接与待测物体接触，逐渐成为研究热点。非接触式验电器的工作原理是基于对工频电场强度的测量进行阀值触发，从而判断物体是否带电，通过信号指示发出有电或者无电信息，目前广泛应用于高压电等危险物体的验电。

大部分的非接触式验电器是通过感应带电体附近的电场强度，当感应到的电厂场强大于预设的阈值时判断带电体有电，否则判断带电体没电。在输电线路建设中，为了节省资源，很多线路都设计成单塔双回路的形式，而双回路中存在一路带电一路不带电的情况，此时带电一侧的输电线会在输电线路下方形成一个很强的电场，虽然可以通过某一带电侧所产生的电场强度判断出输电线路带电，但是仍难以判断出是哪一侧线路带电，即无法判断出输电线路的具体带电状况。

而且现有的对输电线路是否带电进行识别的方法，在测量时会受到现场条件的限制而受到一定的干扰，例如山地或丘陵地区等测量路径高低起伏，不在一条水平面上；或者测量路径倾斜，无法与输电线路的走向垂直；或者测量路径上有障碍物等，对测量造成较大影响，使得测量结果与实际的电场强度分布存在较大的差异。如何避免各种干扰以及因测量环境的限制导致的误差带来的影响，准确有效地对高压输电线路进行带电识别判断是目前业内急需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压输电线路的带电识别方法，通过测量垂直于输电线路走向的电场强度分量，基于电场强度的分布特征对输电线路的带电状况进行准确识别。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

高压输电线路的带电识别方法，包括以下步骤：

S101、判断输电线路整体是否带电，如果不带电则显示输电线路不带电的判断结果，如果带电则执行步骤S102，进一步分析输电线路的带电状态；

S102、当判断出输电线路整体带电时，对实际测量得到的数据进行处理，计算实际测量点的特征值；

实际测量点位于与输电线延伸方向相垂直且水平布置的测量路径上，将实际测量点从左至右依次排列，各实际测量点测得的电场强度值为(x₁,…,x_k,…,x_n)，k＝1,…,n，令第一个实际测量点的特征值为0，以待计算实际测量点为中心，将该待计算实际测量点的左半区域沿逆时针方向划分为4个相等的扇形区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，如果待计算实际测量点与上一个实际测量点间的连线落在区域Ⅰ内，则待计算实际测量点的特征值为2，如果连线落在区域Ⅱ内，则待计算实际测量点的特征值为1，如果连线落在区域Ⅲ内，则待计算实际测量点的特征值为-1，如果连线落在区域Ⅳ内，则待计算实际测量点的特征值为-2；

S103、在各仿真测量路径上选取位置与实际测量点位置相对应的仿真测量点，采用相同方法计算每一仿真测量路径上各仿真测量点的特征值，对于每一条标准曲线都有一组与实际测量点相对应的仿真测量点的特征值

S104、将步骤102得到的实际测量点的特征值依次与步骤S103得到的每一条标准曲线上对应的仿真测量点的特征值进行对比，如果实际测量点的特征值与某一标准曲线上仿真测量点的特征值满足则认为特征匹配，将该标准曲线归入匹配曲线集合中，如不满足则选取下一条标准曲线继续进行特征值的比对，直至遍历所有标准曲线后，执行步骤S105；如果遍历仿真数据库中的所有标准曲线都没有找到匹配的曲线，则这种情况视为无法判定，将结果显示给用户；

S105、分别计算实际测量点集与匹配曲线集合中各标准曲线的距离，将距离最小的标准曲线所对应的仿真条件作为输电线路的带电状态，输出识别结果。

更具体的，步骤S105中计算实际测量点集与某一标准曲线间的距离的方法如下：将最外侧的实际测量点间的区域定为测量区域，选取标准曲线位于测量区域内的曲线段，在该曲线段内选出m个设定仿真测量点，这些设定仿真测量点的场强值分别为(y₁,y₂,…,y_m)，对设定仿真测量点的场强值进行归一化处理，得到标准曲线上各设定仿真测量点的归一化值然后将实际测量点用直线相连，形成一条折线，在折线上找到与位置与设定仿真测量点位置相对应的设定测量点，以设定测量点在折线上的位置对应的值作为设定测量点的场强值(x₁,x₂,…,x_m)，对设定测量点的场强值进行归一化处理，得到折线上m个设定测量点的归一化值则实际测量点集与某一标准曲线间的距离为

更具体的，S101中判断输电线路整体是否带电的步骤如下：在垂直于输电线路延伸方向的水平线上选取n个实际测量点，测量各实际测量点位置处的电场强度值，判断所有实际测量点的电场强度值的平均值是否小于预设的阈值A，如果是则认为输电线路整体不带电，否则认为输电线路整体带电，阈值A为经验值。

更具体的，阈值A为200V/m。

更具体的，选取实际测量点时，将实际测量点设置于与输电线延伸方向相垂直且距离地面2米的水平线上，实际测量点的位置包括输电线路最外侧、输电线路的中心点。

更具体的，标准曲线为仿真计算得到的与不同类型的输电线路、杆塔高度、输电线路电压、杆塔类型以及电线相序的排列方式相对应的输电线路下方区域内的测量路径的电场强度曲线。

更具体的，仿真测量路径上位于最外侧的仿真测量点位于输电线路两外侧导线之外。

更具体的，最外侧的仿真测量点的位置按以下条件确定：I₁:I₂＝8:5，其中，I₁为输电线路两外侧导线间的距离，I₂为最外侧的仿真测量点与同侧的最外侧导线间的距离。

本发明的方法通过分析仿真数据库和实际测量值，只需测量很少的几个点，通过阈值判断和采集点的特征值比对，不仅可以对线路是否带电进行识别，还可以对线路的具体带电情况进行识别，解决了实际测量中遇到的限制和干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为一组仿真测量路径的电场强度曲线图；

图2为仿真测量点与输电线间的位置关系图；

图3为测量路径分布区域示意图；

图4为本发明方法的流程图；

图5a至图5c分别为不同类型输电线路的测量点的位置示意图；

图6为测量点特征值的定义示意图；

图7为仿真曲线上仿真测量点的示意图；

图8为计算实际测量点与标注曲线间距离的示意图；

图9a和图9b分别为一实施例的实际测量点的折线图和对应的标准曲线图。

下面结合附图和各实施例对本发明进一步详细说明。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

本发明的带电识别方法以输电线路下方区域内的电场强度的仿真数据作为判断的依据，首先对输电线路整体是否带电进行判断，然后再将实际测量数据与仿真数据库内对应的数据进行比较及分析，从而获取输电线路的带电状况。

以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的仿真数据库通过仿真软件计算得到，采用如ANSYS MAXWELL等仿真软件计算出不同类型的输电线路对应于不同的杆塔高度、输电线路电压、杆塔类型以及电线相序的排列方式时输电线路下方区域内的电场强度值，将仿真得到的测量路径的电场强度曲线作为标准曲线。

本发明的杆塔类型是指输电线缆在杆塔上的空间分布方式，杆塔高度是指输电线缆的距地高度(一般为14米～90米)。常见的输电线路的类型包括单塔单回路、单塔双回路、两(单回)路并行等，输电线路的电压为330kV，500kV，750kV和1000kV等。仿真数据库中包括各种输电线路类型与不同的电压、不同的杆塔类型、不同的相序及不同的杆塔高度相对应的电场强度的一个完整的数据库。

图1所示是杆塔类型为电缆沿竖直方向排列、电线相序为左侧上至下ABC，右侧上至下BCA的单塔双回路的多条仿真测量路径的电场强度曲线图，图1中的纵坐标为电场强度(V/m)，横坐标为以位于仿真测量路径最左侧的仿真测量点所在位置为起点、其余仿真测量点与原点间的距离(m)，即位于仿真测量路径最左侧的仿真测量点的横坐标为0，该单塔双回路输电线路两外侧导线间的距离(I₁)为32米。仿真测量路径是与输电线延伸方向相垂直的水平直线，仿真测量点位于仿真测量路径上，在同一仿真测量路径上的仿真测量点具有同一水平高度。本组仿真数据的仿真测量路径设置于输电线路下方14米至70米范围的区域h内(图2)，从输电线路下方14米处开始每间隔2米设置一条仿真测量路径，为了保证仿真数据的全面完整，可以涵盖各种测量条件，仿真测量路径上位于最外侧的仿真测量点位于输电线路两外侧导线之外，可按以下方式确定最外侧的仿真测量点的位置：I₁:I₂＝8:5，其中，I₁为输电线路两外侧导线间的距离，I₂为最外侧的仿真测量点a₁(a_n)与同侧的最外侧导线间的距离(图3)。

下面结合图4对本发明的带电识别方法进行说明，本发明方法的步骤如下：

S101、判断输电线路整体是否带电，如果不带电则显示输电线路不带电的判断结果，如果带电则执行步骤S102，进一步分析输电线路的带电状态；

本发明方法中判断输电线路整体是否带电的步骤如下：在垂直于输电线路延伸方向的水平直线(即测量路径)上选取n个实际测量点，测量各实际测量点位置处的电场强度值(x₁,x₂,…,x_n)，判断所有实际测量点的电场强度值的平均值是否小于预设的阈值A，即x_k表示第k个实际测量点，如果是则认为输电线路整体不带电，否则执行步骤S102；

阈值A为经验值，根据输电线路下方电场强度值确定，一般情况下，当输电线路带电时，输电线路下方地面附近的电场强度的最小值约为360V/m，而在附近没有强电源的区域内的电场强度值不会超过2位数，因此本发明根据经验将阈值A设定为200V/m；输电线路整体是否带电也可以采用现有的常规方法进行判断；

选取实际测量点时，优选将实际测量点设置于距离地面2米左右的水平线上(理想情况)，然后选取容易通过目测定位的点作为实际测量点，例如，从输电线路的下方往上看，比较容易确定输电线路最外侧的点、输电线路的中心点，可将这些点作为实际测量点。如图5a所示，图5a所示为单塔单回路的输电线路，以输电线路的最外侧确定两个最外侧的实际测量点(1、3)，然后在输电线路的中心点设置一个实际测量点(2)。图5b所示为单塔双回路的输电线路，以输电线路的最外侧确定两个最外侧的实际测量点(1、5)，然后在两最外侧的实际测量点(1、5)之间均匀间隔设置3个实际测量点(2、3、4)。图5c所示为两路并行的输电线路，同样以输电线路的最外侧确定最外侧的实际测量点(1、7)，在输电线路的中心设置一个实际测量点(4)，再根据地形环境等需求在实际测量点1、4以及实际测量点4、7之间分别对称设置2个实际测量点(2、3，5、6)。确定好实际测量点后，在各实际测量点位置处进行电场强度的测量，同一个实际测量点可以测量多次，取多次测量的平均值作为该点的电场强度测量值；

S102、当判断出输电线路整体带电时，对实际测量得到的数据进行处理，计算实际测量点的特征值；

本发明的测量数据是指实际测量得到的各个实际测量点的电场强度值，将实际测量点从左至右依次排列，各实际测量点的横向位置根据其与最左侧的实际测量点间的距离确定，纵向位置根据该测量点测得的电场强度值确定，最左侧的实际测量点为起点，横坐标为0；对于从左至右测得的各实际测量点的电场强度值(x₁,…,x_k,…,x_n)，k＝1,…,n，令第一个实际测量点A₁的(电场强度值)特征值为0，计算其余各实际测量点的电场强度值的特征值的步骤如下：如图6所示(x轴为各实际测量点与位于最左侧的实际测量点间的距离，y轴为各实际测量点的电场强度值)，以待计算实际测量点A_k为中心(圆心)，将该待计算实际测量点的左半区域沿逆时针方向划分为4个相等的扇形区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，最左侧的实际测量点(即第一个实际测量点A₁)的特征值为0，如果待计算实际测量点A_k与上一个实际测量点A_k-1间的连线l落在区域Ⅰ内，则待计算测量点A_k的特征值为2，如果连线l落在区域Ⅱ内，则待计算测量点A_k的特征值为1，如果连线l落在区域Ⅲ内，则待计算测量点A_k的特征值为-1，如果连线l落在区域Ⅳ内，则待计算测量点A_k的特征值为-2；实际测量点的特征值反应了电的走向；

S103、在各仿真测量路径上选取位置与实际测量点位置相对应的仿真测量点，计算各仿真测量路径上各仿真测量点的特征值(图7)，仿真测量点的特征值的计算方法同上；对于每一条标准曲线(仿真曲线)都有一组与实际测量点对应的仿真测量点的特征值

S104、将步骤102得到的实际测量点的特征值依次与步骤S103得到的每一条标准曲线上对应的仿真测量点的特征值进行对比，如果实际测量点的特征值与某一标准曲线上仿真测量点的特征值满足则认为特征匹配，将该标准曲线归入匹配曲线集合中，如不满足则将实际测量点与该标准曲线的距离记为0，然后选取下一条标准曲线继续进行特征值的比对，直至遍历所有标准曲线后，执行步骤S105；如果遍历仿真数据库中的所有标准曲线都没有找到匹配的曲线，则这种情况视为无法判定，将结果显示给用户；

S105、分别计算实际测量点集与匹配曲线集合中各标准曲线的距离，将距离最小的标准曲线所对应的仿真条件作为输电线路的带电状态，输出识别结果。

计算实际测量点与某一标准曲线间的距离的方法如下：将最外侧的实际测量点间的区域定为测量区域(图8中阴影部分)，选取标准曲线位于测量区域内的曲线段，在该曲线段内选出m个设定仿真测量点，这些设定仿真测量点的场强值分别为(y₁,y₂,…,y_m)，对设定仿真测量点的场强值进行归一化处理，得到标准曲线上各设定仿真测量点的归一化值然后将实际测量点用直线相连，形成一条折线，在折线上找到与位置与设定仿真测量点位置相对应的设定测量点，以设定测量点在折线上的位置对应的值作为设定测量点的场强值(x₁,x₂,…,x_m)，对设定测量点的场强值进行归一化处理，得到折线上m个设定测量点的归一化值则实际测量点集与某一标准曲线间的距离为

图9a为对一个750kV的单塔双回路输电线路的实际测量点的折线图，实际测量时在测量路径上布置了5个实际测量点，该5个实际测量点的电场强度测量值分别为3546、3319.5、1466.4、958.5、489.3，采用本发明方法通过匹配计算，发现测量值与图9b所述的标准曲线中的第9根标准曲线的特征值匹配，且第9根标准曲线是与测量点距离最短的一条仿真曲线，而图9b是在电压为750kV、左回路垂直ABC相序排列且带电，右回路不带电、仿真曲线的宽度(即图7中的L值)为7060的仿真条件下得到的一组仿真数据，由此可以判断输电线路为左路带电，右路不带电。

本发明方法不仅可以判断出输电线路是否带电，而且还可以进一步识别出输电线路的带电状况，与现有技术相比，具有以下优点：

1、带电状态识别准确，采用多重判断的方法，首先通过预设阈值A判断线路是否(整体)带电，其次通过特征值、距离等分析手段进行更为详细的带电识别，有效地解决了无法判断双回路中哪一侧带电的问题。

2、测量方便快捷。通过选取测量路径上少数的几个实际测量点进行测量，数据量少，而且待测点的位置与塔上线路的分布相关，测量者容易通过目测定位。

3、测量可以允许有较大的高差冗余。测量点的高差是最低测量点和最高测量点的高度差。测量点的高度差冗余为2米，因为测量者自身可以调节数据采集模块的高度约为2米，因此实际测量地形的高度差可以达到4米，因为测量的横向长度一般为几十米，因此这样的测量冗余可以实现在山地、丘陵等复杂地貌上的应用。

4、测量可以允许有一定的横向差冗余。测量点的横向差是实际测量点与仿真测量点(如图5所示)在垂直于输电线路走向上的偏差，测量点的横向差冗余值为1.5米，可以弥补目测位置形成的误差。

5、测量可以允许纵向差冗余。测量点的纵向差是实际测量点与仿真测量点的在平行于输电线路走向上的偏差，因为是点测量，在输电线路下方远离杆塔的地方，可以认为在每一个横截面上，其电场分布差异极小，因此可以认为纵向上没有限制。

当然，本发明的技术构思并不限于上述实例，还可以有其它更改，例如还可以采用其他方法选择更能体现电场特征的点作为测量点，或者采用其他方法计算测量点集与标准曲线之间的距离。另外仿真数据库也可以进行适当的扩展，比如电压范围下探到220kV，输电线路类型包含1路500kV，另一路220kV的单塔双回路非等压输电线路等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (8)

1.高压输电线路的带电识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、判断输电线路整体是否带电，如果不带电则显示输电线路不带电的判断结果，如果带电则执行步骤S102，进一步分析输电线路的带电状态；

S102、当判断出输电线路整体带电时，计算实际测量点的特征值；

实际测量点位于与输电线路延伸方向相垂直且水平布置的直线上，将实际测量点从左至右依次排列，各实际测量点测得的电场强度值为(x₁,…,x_k,…,x_n)，k＝1,…,n，令第一个实际测量点的特征值为0，以待计算实际测量点为中心，将该待计算实际测量点的左半区域沿逆时针方向划分为4个相等的扇形区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，如果待计算实际测量点与上一个实际测量点间的连线落在区域Ⅰ内，则待计算实际测量点的特征值为2，如果连线落在区域Ⅱ内，则待计算实际测量点的特征值为1，如果连线落在区域Ⅲ内，则待计算实际测量点的特征值为-1，如果连线落在区域Ⅳ内，则待计算实际测量点的特征值为-2；

S103、在各仿真测量路径上选取位置与实际测量点位置相对应的仿真测量点，采用相同方法计算每一仿真测量路径上各仿真测量点的特征值，对于每一条标准曲线都有一组与实际测量点相对应的仿真测量点的特征值

S104、将步骤102得到的实际测量点的特征值依次与步骤S103得到的每一条标准曲线上对应的仿真测量点的特征值进行对比，如果实际测量点的特征值与某一标准曲线上仿真测量点的特征值满足则认为特征匹配，将该标准曲线归入匹配曲线集合中，如不满足则选取下一条标准曲线继续进行特征值的比对，直至遍历所有标准曲线后，执行步骤S105；如果遍历仿真数据库中的所有标准曲线都没有找到匹配的曲线，则这种情况视为无法判定，将结果显示给用户；

S105、分别计算实际测量点集与匹配曲线集合中各标准曲线的距离，将距离最小的标准曲线所对应的仿真条件作为输电线路的带电状态，输出识别结果。

2.根据权利要求1所述 的高压输电线路的带电识别方法，其特征在于：步骤S105中计算实际测量点集与某一标准曲线间的距离的方法如下：将两最外侧的实际测量点间的区域定为测量区域，选取标准曲线位于测量区域内的曲线段，在该曲线段内选出m个设定仿真测量点，这些设定仿真测量点的场强值分别为(y₁,y₂,…,y_m)，对设定仿真测量点的场强值进行归一化处理，得到标准曲线上各设定仿真测量点的归一化值然后将实际测量点用直线相连，形成一条折线，在折线上找到位置与设定仿真测量点位置相对应的设定测量点，以设定测量点在折线上的位置对应的值作为设定测量点的场强值(x₁,x₂,…,x_m)，对设定测量点的场强值进行归一化处理，得到折线上m个设定测量点的归一化值则实际测量点集与某一标准曲线间的距离为

3.根据权利要求1所述 的高压输电线路的带电识别方法，其特征在于：S101中判断输电线路整体是否带电的步骤如下：在垂直于输电线路延伸方向的水平线上选取n个实际测量点，测量各实际测量点位置处的电场强度值，判断所有实际测量点的电场强度值的平均值是否小于预设的阈值A，如果是则认为输电线路整体不带电，否则认为输电线路整体带电，阈值A为经验值。

4.根据权利要求3所述 的高压输电线路的带电识别方法，其特征在于：阈值A为200V/m。

5.根据权利要求1或2或3或4所述 的高压输电线路的带电识别方法，其特征在于：选取实际测量点时，将实际测量点设置于与输电线延伸方向相垂直且距离地面2米的水平线上，实际测量点的位置包括输电线路最外侧、输电线路的中心点。

6.根据权利要求1所述 的高压输电线路的带电识别方法，其特征在于：标准曲线为仿真计算得到的与不同类型的输电线路、杆塔高度、输电线路电压、杆塔类型以及电线相序的排列方式相对应的输电线路下方区域内的仿真测量路径的电场强度曲线。

7.根据权利要求6所述 的高压输电线路的带电识别方法，其特征在于：仿真测量路径上位于最外侧的仿真测量点位于输电线路两外侧导线之外。

8.根据权利要求7所述 的高压输电线路的带电识别方法，其特征在于：最外侧的仿真测量点的位置按以下条件确定：I₁:I₂＝8:5，其中，I₁为输电线路两外侧导线间的距离，I₂为最外侧的仿真测量点与同侧的最外侧导线间的距离。