一种机载非接触式高压验电方法及系统与流程

1.本发明涉及高压验电技术领域，并且更具体地，涉及一种机载非接触式高压验电方法及系统。


背景技术：

2.验电器是用于检测高压输电线路及其他高压电力设备是否带电的专用电力检测设备。《电力安全工作规程》中要求线路或设备停电后，必须使用验电器对检修线路或设备相应位置进行验电。验电是保证作业人员安全的措施。随着电力行业的迅速发展，高压验电器的需求量与日俱增。
3.目前，500kv及以上超特高压线路采用接触式验电方式，线路杆塔高、塔头尺寸大、绝缘子串长以及运行参数高、相-地距离大等特点，要求的绝缘操作杆具有较长的长度，这样一方面操作杆的重量大，会极大的增加作业人员的劳动强度；另一方面较长的绝缘操作杆容易扰曲，不便于操作。由于线路跨越河流、山谷等区域作业人员无法抵达或杆塔、线路高度提升时，接触式验电器无法正常使用。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供一种机载非接触式高压验电方法及系统。
5.根据本发明的一个方面，提供了一种机载非接触式高压验电方法，包括：通过验电系统搭载在无人机上的电场采集装置测量待测线路的电场分布，确定待测线路的电场分布曲线并传输至验电系统的电场输出装置；电场采集装置根据采集的待测线路的电场分布曲线，确定待测线路的空间电场变化特征，并传输至电场输出装置进行显示；电场采集装置根据空间电场变化特征与预先实验的验电判据进行比较，确定待测线路的验电结果，并传输至电场输出装置进行显示。
6.可选地，通过验电系统搭载在无人机上的电场采集装置测量待测线路的电场分布，确定待测线路的电场分布曲线的操作，包括：将无人机在地面固定点根据预先设置的避障距离飞行至临近待测线路，获取电场分布曲线。
7.可选地，电场采集装置根据采集的待测线路的电场分布曲线，确定待测线路的空间电场变化特征的操作，包括：电场采集装置根据电场分布曲线，计算待测线路的空间电场平均值以及电场最大波动率。
8.可选地，电场采集装置根据电场分布曲线，计算待测线路的电场最大波动率的操作，包括：电场采集装置根据电场分布曲线，获取待测线路的空间电场的最大值以及最小值；
电场采集装置根据空间电场的最大值和最小值确定空间位置，并通过空间位置进行样条插值，确定电场最大波动率。
9.可选地，还包括：通过如下步骤获取验电判据：通过电场采集装置获取预定数量带电线路的空间电场平均最大值、空间电场平均最小值以及空间电场平均波动率；根据电场采集装置进行预定次数背景电场值测量，确定电场采集装置采集的背景电场值；根据空间电场平均最大值、空间电场平均最小值、空间电场平均波动率以及背景电场值，确定验电判据。
10.可选地，电场采集装置根据空间电场变化特征与预先实验的验电判据进行比较，确定待测线路的验电结果的操作，包括：在e_avr》=e_max/2的情况下，电场采集装置判定待测线路带电；在erate_max》erate_avr，并且e_avr》=e_max/3的情况下，电场采集装置判定待测线路带电；在e_avr《=（e_min+e_zero）/2的情况下，电场采集装置判定待测线路已停电；在e_avr《e_max/3，并且e_avr》(e_min+e_zero)/2的情况下，电场采集装置判定待测线路已停电，其中，e_avr为待测线路的空间电场平均值，erate_max为待测线路的电场最大波动率，e_max为空间电场平均最大值，e_min为空间电场平均最小值，erate_avr为空间电场平均波动率，e_zero为背景电场值。
11.根据本发明的另一个方面，提供了一种机载非接触式高压验电系统，包括：电场采集装置以及电场输出装置，其中电场采集装置搭载在无人机上，由分压器、低通滤波模块、绝对值电路、第一mcu处理器以及第一无线通信模块组成，其中分压器实现待测线路空间电场的采集，通过低通滤波模块滤除工频信号以外的高频干扰，然后经过绝对值电路转换成第一mcu处理器可以进行a/d采样的正电压信号，在第一mcu处理器内部进行有效值计算后得到电场强度值的电场分布曲线，第一无线通信模块用于和电场输出模块进行数据传输；电场输出装置为手持装置，由显示屏、按键电路、第二mcu处理器以及第二无线通信模块组成，其中，第二无线通信模块和第一无线通信模块进行无线数据传输，显示屏和按键电路实现电场输出装置的人机界面的交互操作，显示屏上显示电场分布曲线以及验电结果信息，第二mcu处理器用于存储验电历史记录信息。
12.可选地，电场采集装置还包括：第一电源模块，通过锂电池为电场采集装置供电。
13.可选地，电场输出装置还包括：第二电源模块，用于为电场输出装置供电。
14.可选地，电场输出装置还包括：实时钟电路，用于记录事件时间。
15.从而，本发明提出了一种机载非接触式高压验电方法，在多旋翼无人机上挂载验电器采集端，使无人机飞行靠近导线，检测待测线路附近空间电场变化特征，判断线路是否带电、停电是否有感应电，准确性高；可以灵活选择验电的线路段，不受地形以及线路高度
的影响；电压等级越高，优势越明显，可以大大降低验电操作难度和工作量。解决了接触式验电器在高电压等级线路上应用的不足以及受特殊地形不能使用的缺点，同时也解决了目前市场上电场式非接触式验电器验电原理的缺陷和布置受测距传感器限制的缺点。
附图说明
16.通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：图1是本发明一示例性实施例提供的机载非接触式高压验电方法的流程示意图；图2是本发明一示例性实施例提供的机载非接触式高压验电系统的结构示意图；图3是本发明一示例性实施例提供的电场采集装置的结构示意图；图4是本发明一示例性实施例提供的电场输出装置的结构示意图。
具体实施方式
17.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中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公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都应当属于本公开保护的范围。
19.需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
20.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
21.示例性方法图1是本发明一示例性实施例提供的机载非接触式高压验电方法的流程示意图。本实施例可应用在电子设备上，如图1所示，机载非接触式高压验电方法100包括以下步骤：步骤101，通过验电系统搭载在无人机上的电场采集装置测量待测线路的电场分布，确定待测线路的电场分布曲线并传输至验电系统的电场输出装置。
22.步骤102，电场采集装置根据采集的待测线路的电场分布曲线，确定待测线路的空间电场变化特征，并传输至电场输出装置进行显示；步骤103，电场采集装置根据空间电场变化特征与预先实验的验电判据进行比较，确定待测线路的验电结果，并传输至电场输出装置进行显示。
23.其中，电场采集装置采集的数据组存储在自身存储模块里面，并且通过无线方式，
将同样的数据组传输到电场输出装置，因此验电系统中的电场采集装置和电场输出装置均可以进行验电判断，得到验电结果。其中电场输出装置实现待测电路的空间电场变化特征和验电结果的实时显示。因此，在无线通讯状况不佳，或无线通讯有数据丢包的情况下，电场输出装置若无法给出验电结果，电场采集装置可以独立验电判断和验电结果指示。
24.其中，通过检测待测线路附近空间电场变化特征进行验电判断，而不仅仅是空间某一点的电场值，样本点更多，还包含测量区域范围内空间电场特征信息。
25.可选地，通过验电系统搭载在无人机上的电场采集装置测量待测线路的电场分布，确定待测线路的电场分布曲线的操作，包括：将无人机在地面固定点根据预先设置的避障距离飞行至临近待测线路，获取电场分布曲线。
26.可选地，电场采集装置根据采集的待测线路的电场分布曲线，确定待测线路的空间电场变化特征的操作，包括：电场采集装置根据电场分布曲线，计算待测线路的空间电场平均值以及电场最大波动率。
27.可选地，电场采集装置根据电场分布曲线，计算待测线路的电场最大波动率的操作，包括：电场采集装置根据电场分布曲线，获取待测线路的空间电场的最大值以及最小值；电场采集装置根据空间电场的最大值和最小值确定空间位置，并通过空间位置进行样条插值，确定电场最大波动率。
28.可选地，还包括：通过如下步骤获取验电判据：通过电场采集装置获取预定数量带电线路的空间电场平均最大值、空间电场平均最小值以及空间电场平均波动率；根据电场采集装置进行预定次数背景电场值测量，确定电场采集装置采集的背景电场值；根据空间电场平均最大值、空间电场平均最小值、空间电场平均波动率以及背景电场值，确定验电判据。
29.可选地，电场采集装置根据空间电场变化特征与预先实验的验电判据进行比较，确定待测线路的验电结果的操作，包括：在e_avr》=e_max/2的情况下，电场采集装置判定待测线路带电；在erate_max》erate_avr，并且e_avr》=e_max/3的情况下，电场采集装置判定待测线路带电；在e_avr《=（e_min+e_zero）/2的情况下，电场采集装置判定待测线路已停电；在e_avr《e_max/3，并且e_avr》(e_min+e_zero)/2的情况下，电场采集装置判定待测线路已停电，其中，e_avr为待测线路的空间电场平均值，erate_max为待测线路的电场最大波动率，e_max为空间电场平均最大值，e_min为空间电场平均最小值，erate_avr为空间电场平均波动率，e_zero为背景电场值。
30.其中，分析交流架空输电线路在简单工况下，线路周边空间电场强度和线路距离
的关系：工况
①
：线路停电时，导线周边空间电场强度基本为零。
31.工况
②
：线路带电时，导线周边空间电场强度和离导线距离呈一种反趋势关系：离导线越近，空间电场强度越大；离导线越远，空间电场强度越小。
32.在离导线30米到5米这个空间范围内，线路带电和不带电，空间电场强度值的大小关系根据线路电压等级的不同，这个大小关系为上百倍，几百倍甚至上千倍。总的来说就是，在离导线较近的一个空间范围内，线路带电和不带电的工况下，空间电场强度值至少有上百倍数量级的区别。同时在线路带电时，离导线较近的空间范围内，电场强度很高；线路停电时，离导线较近的空间范围内，电场强度值基本为零，在二者之间电场根据作业环境的不同而按特定特征变化。利用这种特定特征的区别，通过测量线路附近的空间电场分布，可以准确的判断线路是正常带电还是停电。
33.具体地，在距离导线较近一个空间范围内，线路停电和带电，空间电场强度的分布只能是验电原理中的工况
①
或工况
②
，工况
①
和工况
②
的电场分布曲线不但没有交叉，而且距离也较远；通过距离和电场的波动率可以准确将工况
①
和工况
②
进行区分。
34.判断导线是否带电，不同电压等级线路，需要根据反复实测带电线路附近的空间电场变化特征和反复实测的无周边电场环境的背景值来进行判断，得到验电判据，验电方法如下：1、获取预定数量带电线路空间电场平均最大值e_max、空间电场平均最小值e_min和空间电场平均波动率erate_avr：通过具有自主避障功能的无人机，挂载非接触式验电器的电场采集装置，从地面固定点飞行临近导线，设置无人机避障距离，得到从地面到无人机离导线避障距离处的电场强度分布曲线，求取电场平均最大值e_max和电场平均最小值e_min；e_max减去e_min然后以空间位置d作样条插值得到空间电场平均波动率erate_avr；2、获取背景电场值e_zero：在无周边电场的自然环境下，多次实测非接触式验电器的电场采集装置测量到的背景电场值，考虑不同塔形、作业位置等区别进行加权得到背景值e_zero。
35.通过步骤1和步骤2得到验电判据。
36.3、通过电场采集装置以及电场输出装置实测待测线路附近空间电场ei，i为样本点数，设为n,将 (e_1、e_2、e_i...e_n)按数值从小到大顺序重新排列，通过样条插值得到待测线路的空间电场平均值e_avr和电场最大波动率erate_max。
37.验电判据如下：1.若实测的电场变化特征e_avr》=e_max/2，可判定待测线路带电；2.若实测的电场变化特征erate_max》erate_avr，并且e_avr》=e_max/3可判定待测线路带电；3.若实测的电场变化特征e_avr《=（e_min+e_zero）/2,可判定待测线路已停电。
38.如果既不是工况
①
也不是工况
②
中所述情况，有以下2种可能：工况
③
：线路已停电，但有很大的感应电；工况
④
：线路带电，验电过程中，验电器采集端与线路距离太远。
39.这种情况下需要重新验电，排除人为操作的原因造成的工况
④
，重新验电时若无人机与线路是在较近范围内，并且验电结果还不是工况
①
或工况
②
，可判定线路已停电，有
感应电，判据如下：实测的电场变化特征e_avr《e_max/3，并且e_avr》(e_min+e_zero)/2可判定待测线路已停电,有感应电。
40.此外第二mcu处理器可以存储历史记录数据，该功能可以查看历史数据的时间和验电曲线，对历史验电结果可以溯源，方便工作管理。
41.从而，本发明提出了一种机载非接触式高压验电方法，在多旋翼无人机上挂载验电器采集端，使无人机飞行靠近导线，检测待测线路附近空间电场变化特征，判断线路是否带电、停电是否有感应电，准确性高；可以灵活选择验电的线路段，不受地形以及线路高度的影响；电压等级越高，优势越明显，可以大大降低验电操作难度和工作量。解决了接触式验电器在高电压等级线路上应用的不足以及受特殊地形不能使用的缺点，同时也解决了目前市场上电场式非接触式验电器验电原理的缺陷和布置受测距传感器限制的缺点。
42.此外，本发明提供的机载非接触式高压验电方法采用多旋翼无人机挂载，安装和拆卸方便，只需要临近待测线路飞行，启动验电程序之后，不到一分钟即可完成验电判断，验电结果准确可靠，电压等级越高优势越明显，完全可以替代交流110kv及以上高压输电线路的接触式验电器。
43.示例性装置图2是本发明一示例性实施例提供的机载非接触式高压验电系统的结构示意图。如图2、图3和图4所示，装置200包括：电场采集装置以及电场输出装置，其中电场采集装置搭载在无人机上，由分压器、低通滤波模块、绝对值电路、第一mcu处理器以及第一无线通信模块组成，其中分压器实现待测线路空间电场的采集，通过低通滤波模块滤除工频信号以外的高频干扰，然后经过绝对值电路转换成第一mcu处理器可以进行a/d采样的正电压信号，在第一mcu处理器内部进行有效值计算后得到电场强度值的电场分布曲线，第一无线通信模块用于和电场输出模块进行数据传输；电场输出装置为手持装置，由显示屏、按键电路、第二mcu处理器以及第二无线通信模块组成，其中，第二无线通信模块和第一无线通信模块进行无线数据传输，显示屏和按键电路实现电场输出装置的人机界面的交互操作，显示屏上显示电场分布曲线以及验电结果信息，第二mcu处理器用于存储验电历史记录信息。
44.可选地，电场采集装置还包括：第一电源模块，通过锂电池为电场采集装置供电。
45.可选地，电场输出装置还包括：第二电源模块，用于为电场输出装置供电。
46.可选地，电场输出装置还包括：实时钟电路，用于记录事件时间。
47.具体地，电场采集装置方框图如图3所示，采集端由第一电源模块的锂电池供电，硬件电路由分压器、低通滤波模块、绝对值电路、第一mcu处理器、第一无线通信模块以及第一电源模块组成。
48.分压器实现空间电场的采集，通过低通滤波模块滤除除工频信号以外的高频干扰，然后经过绝对值电路转换成第一mcu处理可以进行a/d采样的正电压信号，在第一mcu处理器内部进行有效值计算后得到电场强度值。第一无线通信模块和电场输出装置进行无线数据传输，响应电场输出装置发送的指令，以及连续发送空间电场值给地面手持端。
49.具体地，电场输出装置为手持端方框图如图4所示，由第二电源模块电池供电，硬件电路由显示屏、按键电路、第二mcu处理器、实时钟电路、第二无线通信模块以及第二电源模块组成。
50.实时钟电路记录事件时间，第二无线通信模块和电场采集装置进行无线数据传输，显示屏和按键实现电场输出装置的人机界面交互操作，在显示屏上显示电场分布曲线以及验电结果信息。
51.电场输出装置所有的历史验电记录都会存储在第二mcu处理内部存储单元中，可查看距近不小于50条历史数据，每条数据包含有时间信息和验电曲线信息。
52.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
53.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
54.在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
55.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。