[发明专利]一种变电站电缆受雷击干扰检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统变电站电磁兼容领域，具体涉及一种变电站电缆受雷击干扰检测装置及方法。

背景技术

当前我国电力系统正朝着高电压、大容量、智能化方向发展。而变电站作为电力系统输配电的集结点，在有限的空间内汇集了众多如断路器、互感器、避雷器等一次设备及数据采集系统、通信系统、继电保护系统等二次设备，电磁环境复杂，电力系统中变电站的电磁兼容问题成为确保电力系统安全可靠运行的一个重要因素。随着变电站综合自动化技术日益提高，二次设备的微型化、数字化、网络化，也增加了二次设备对电磁干扰的敏感性。尤其是变电站采用分层分布式的保护和控制系统后，一些二次设备被直接下放到变电站高压开关场内，由于一次系统趋向于高压大容量运行，反过来会对二次回路产生更加强烈的电磁干扰，造成二次设备误操作或设备损坏，进而影响到电力系统的安全运行，对电网安全构成严重的威胁。在国家电力调度通信中心，主编的《电力系统继电保护典型故障分析》中有215个事故案例，其中因二次系统问题引起的保护不正确动作有92次，占42%，二次电缆实际上构成了变电站安全运行的主要隐患。雷击、开关操作、系统短路故障等产生的瞬态电磁场会通过二次电缆在下放的二次设备端口产生干扰电压和电流，严重时影响二次设备的正常工作，甚至威胁整个系统的安全运行。而雷击作为唯一的自然干扰源，其特点是冲击电流大，放电瞬间电流峰值可达几十～几百千安，雷电流变化梯度大，且整个放电过程不会超过60μs。只有快速、准确识别二次电缆雷电干扰，才能采取有效措施控制和消除二次设备中的干扰信号，以提高二次设备的抗干扰能力，满足人们对系统运行安全、电能质量及供电可靠性的要求；因此，最优化方式为故障时过剩功率提供路径并同时稳定直流母线电压的研究工作显得极其重要。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明一种变电站电缆受雷击干扰检测装置及方法，以达到快速、准确检测干扰信类型的目的。

一种变电站电缆受雷击干扰检测装置，包括分压电路、电压比较器、电压保持器、A/D转换电路、上位机和计算机，其中，分压电路输出端连接电压比较器的输入端和A/D转换电路的一路输入端，电压比较器的输出端连接电压保持器的输入端，电压保持器的输出端连接A/D转换电路的另一路输入端，A/D转换电路的输出端连接上位机的输入端，上位机的输出端连接计算机的输入端。

所述的分压电路包括第一电阻、第二电阻和稳压二极管，所述的第一电阻的一端作为变电站电缆受雷击干扰检测装置的输入端，第一电阻的另一端同时连接第二电阻的一端、稳压二极管的阴极和电压比较器的输入端，第二电阻的另一端连接二极管的阳极，并接地。

采用变电站电缆受雷击干扰检测装置进行检测的方法，包括以下步骤：

步骤1、采集大量历史数据，包括变电站电缆的雷击干扰电压信号、短路故障干扰电压信号和开关操作干扰电压信号；

步骤2、对采集的历史数据进行H-S转换，建立模时频矩阵，具体如下：

步骤2-1、对采集的历史数据进行特征提取，即根据采集信号的采样频率和采样时间段，确定每个采样时间段内的电压信号；

步骤2-2、根据采样时间段中每个采样点所对应的电压值，通过比较确定电压峰值所在采样时间段，并确定当前信号频率；

步骤2-3、反复执行步骤2-1至步骤2-2进行多次特征提取；

步骤2-4、根据电压峰值所在采样时间段内采集点的个数和特征提取的次数建立模时频矩阵，该矩阵的行数为特征提取的次数，矩阵的列数为采样时间段内采集点的个数，矩阵中的元素为该采样点所对应的电压值；

步骤3、计算模时频矩阵每行数据的能量值，通过比较确定能量值最大值并确定该行数据所对应的信号频率值；

步骤4、反复执行步骤2至步骤3直至获得全部历史数据的能量值最大值及对应信号频率值；

步骤5、根据所有历史数据的最大能量值构建样本集，并对样本集进行分类，构建分类器，具体如下：

步骤5-1、随机建立一个三维坐标系，并在该坐标系中建立分类超平面，根据该分类超平面的法向量和坐标系原点到该分类超平面的距离构建目标函数，并结合约束条件，即分类超平面的法向量取最小值和目标函数关于样本值所获结果最小为1，获得最优分类超平面的法向量和坐标系原点到该分类超平面的距离，进而获取最优分类超平面函数；