基于电场云图重构的变电站无接触式设备故障监测和运维人员安全保障方法

摘要

本发明涉及一种基于电场云图重构的变电站无接触式设备故障监测和运维人员安全保障方法，首先基于电场云图重构方法计算出工频电场在所有网格中的分布情况，得到整个监控区域的电场云图，再通过将变电站设备正常运行状态的电场云图和实时重构的电场云图进行比对：1)如果电场强度的最大值有明显突变，则说明设备运行状态异常；2)如果电场强度较大值附近突然出现场强低点，且位置出现在安全距离以内，则判断有运维人员或接地设备出现在该区域。本发明的优点是：能够得到变电站工频电场的详细分布；通过将重构的电场云图与正常运行状态的电场云图进行比对，为无接触式的设备故障在线监测和作业人员近电告警安全保障提供了新的方法。

主权项

基于电场云图重构的变电站无接触式设备故障监测和运维人员安全保障方法，其特征是：首先，将变电站的矩形监控区域划分为N个网格，随机部署M个场强测量点，每个测量点的位置为已知，场强测量点进行周期性同步采样，将采样结果发送到后台数据处理中心；采用模拟电荷法对区域中的带电设备和大地进行等效，系统的压缩采样过程用式(1)描述：$\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\\ .\\ .\\ .\\ y_M\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{E}_{1,1}& E_{1,2}& ...& E_{1,N}\\ E_{2,1}& E_{2,2}& ...& E_{2,N}\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& & \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ E_{M,1}& E_{M,2}& ...& E_{M,N}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ .\\ .\\ .\\ x_N\end{array}\right]---\left(1\right)$即Y＝EX式(1)中，测量矩阵中的元素E_m,n为第m个网格中的传感节点测量到的位于第n个网格中模拟电荷的场强；当第n个网格中有等效的正电荷+q时x_n＝q，有等效的负电荷‑q时，x_n＝‑q，无等效电荷时x_n＝0，1≤n≤N；设等效的模拟电荷数量为K个，则N维向量X的稀疏度为K；传感器的测量结果Y为测量矩阵与稀疏向量X的乘积，Y的元素y_m为场强测量点的场强测量结果，其物理意义为所有等效的模拟电荷在该点产生的场强之和，1≤m≤M；这样，测量过程就是得到Y的过程；重构过程就是根据Y和测量矩阵E计算出X的过程；贪婪重构算法设计如下，输入测量矩阵E，测量结果Y，输出重构信号第一步：初始化，匹配残差y′＝Y，重构结果第二步：求解如下优化问题(i,z_i)＝argmin||y′‑Ez||₁，即寻找一个网格，使得该网格中存在模拟电荷时测量结果的匹配残差最小化；其中z为稀疏度为1的列向量，即只有第i个元素的值为z_i，其余元素均为0，其物理意义为，网格i中含有z_i个等效的模拟电荷，若z_i为正值则为正电荷，若z_i为负值则为负电荷；第三步：如果z≠0，则y′＝y′‑Ez，然后跳转到第二步；第四步：信号重构结束，重构结果为由此计算出了工频电场在所有网格中的分布情况，得到整个监控区域的电场云图，通过将变电站设备正常运行状态的电场云图和实时重构的电场云图进行比对：1)如果电场强度的最大值有明显突变，则说明设备运行状态异常；2)如果电场强度较大值附近突然出现场强低点，且位置出现在安全距离以内，则判断有运维人员或接地设备出现在该区域，通过声光报警提示区域作业的运维人员注意自身安全。