CN102937693A - 基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法和系统，该方法包括：提取绝缘子污秽放电声发射信号的能量和频谱信息；对污秽绝缘子的外绝缘强度按照预设标准进行划分，判别污秽绝缘子的外绝缘强度；根据所述外绝缘强度发布绝缘子污闪预警信息。采用本发明，可以实现绝缘子外绝缘强度的判别和污闪预警，而且，成本低，易于推广。

Description

基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法和系统

技术领域

本发明涉及电气设备状态监测和故障诊断技术，特别是涉及基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法和系统。

背景技术

绝缘子运行环境恶劣，其表面的积污不可避免。当遇到雾、毛毛雨、露等潮湿天气时，绝缘子的电气强度将明显下降，容易引发污秽闪络事故，即污闪。污闪事故危害巨大，严重威胁电力系统的安全稳定运行。但是有计划的定期清洗和检修以及相应的防污闪措施并不能杜绝污闪事故的发生。因此，开展绝缘子污秽监测，对其外绝缘强度进行判别并及时发布预警信息，提前采取具有针对性的预防措施，可有效避免污闪事故的发生，对提高电力系统运行的安全与稳定性具有重要的理论意义和实际工程意义。

目前，国内外主要采用等值盐密法、电导率法和泄漏电流法进行绝缘子污秽监测，相应的根据等值盐密、电导率和泄漏电流来判别污秽绝缘子的外绝缘强度。等值盐密法和电导率法采用人工测量，操作较复杂，不能实时判别污秽绝缘子的外绝缘状态，泄漏电流法需要对绝缘子进行改造，以便加装电流传感器，现场安装调试复杂，造价较高。所以，这三种方法还无法满足现场工作的要求。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法和系统，能够实现绝缘子外绝缘强度的判别和污闪预警。

一种基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法，包括：

提取绝缘子污秽放电声发射信号的能量和频谱信息；

对污秽绝缘子的外绝缘强度按照预设标准进行划分，判别污秽绝缘子的外绝缘强度；

根据所述外绝缘强度发布绝缘子污闪预警信息。

相应地，一种基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别系统，包括：

数据采集单元，用于提取绝缘子污秽放电声发射信号的能量和频谱信息；

与所述数据采集单元相连的判断划分单元，用于对污秽绝缘子的外绝缘强度按照预设标准进行划分，判别污秽绝缘子的外绝缘强度；

与所述判断划分单元相连的报警发布单元，用于根据所述外绝缘强度发布绝缘子污闪预警信息。

实施本发明，具有如下有益效果：

首先，目前对于绝缘子污秽放电还没有有效的在线监测方法和实用的污秽绝缘子外绝缘强度的判别方法，本方法可以填补这方面的空白；其次，本判别方法所采用的系统安装和操作都简单易行，容易被工作人员接受和掌握；最后，本方法成本低，易于推广。

附图说明

图1为本发明基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法的流程图；

图2为本发明基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法的实施例流程图；

图3为本发明基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别系统的示意图；

图4为本发明基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别系统的实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

图1为本发明基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法的流程图，包括：

S101：提取绝缘子污秽放电声发射信号的能量和频谱信息；

S102：对污秽绝缘子的外绝缘强度按照预设标准进行划分，判别污秽绝缘子的外绝缘强度；

S103：根据所述外绝缘强度发布绝缘子污闪预警信息。

理论研究表明，在绝缘子污秽放电发展的整个过程中，放电的出现是间歇的、时强时弱的，但它总的趋势是确定的，即由微弱的辉光放电到强烈的局部电弧放电。当绝缘子没有放电时，无声波信号发射，随着绝缘子污秽放电程度的发展，放电逐步增强，声信号也逐渐增大。也就是说，在绝缘子污秽放电的过程中，声波发射信号也是从无到有，由弱变强发展。即从开始的轻微的电晕声，到后面嗡嗡的电弧声。因此，根据绝缘子污秽放电声发射信号的强弱就可以判断出污秽绝缘子是否即将闪络。

绝缘子污闪是一个渐进的过程，根据绝缘子污秽放电发展的趋势和阶段，并结合污秽放电强度与等值盐密ESDD之间的密切相关关系，得知绝缘子污秽放电强度与其外绝缘强度之间存在对应关系。同时，绝缘子污秽放电声发射信号强度与放电强度之间也存在对应关系。可见，绝缘子污秽放电声发射信号与污秽放电强度及其外绝缘强度都存在对应关系。理论计算和实验研究表明，随着绝缘子污秽放电能量的增加，其声发射信号能量相应增加，声信号的中心频谱降低。因此，根据污秽放电声发射信号的能量和频率特征量，可对污秽绝缘子外绝缘强度进行阶段划分，为发布绝缘子污闪预警信息提供依据。

提取采用的绝缘子污秽放电声发射信号，该信号经过放大和滤波处理后，通过高速数据采集电路将其装换为数字信号，最终将声信号转换为标准的数字电压信号。

对数字化的声信号进行预处理，滤除或抑制监测环境中的噪声信号；经过预处理的污秽放电声发射信号，提取表征声信号能量和频率特征的有效特征量；根据提取的声信号特征量，对污秽绝缘子外绝缘强度进行分类识别，得出判别结果。最后，依据外绝缘强度状况发布污闪预警信息。

图2为本发明基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法的实施例流程图。与图1相比，图2是本发明实施例的示意图。

S201：提取绝缘子污秽放电声发射信号的能量和频谱信息；

S202：根据污秽绝缘子污秽闪络的闪络速度，将所述预设标准至少设置安全、报警、危险三个阶段；

S203：根据所述污秽放电声发射信号的能量计算能量特征向量；根据所述频谱信息计算频谱特征向量；

S204：按照随机森林方法训练，利用所述能量特征向量、所述频谱特征向量，判别污秽绝缘子的外绝缘强度；

S205：根据所述外绝缘强度发布绝缘子污闪预警信息。

低频声传感器的晶片振荡频率为20Hz~20kHz，中心频率约为12kHz。放大和滤波处理电路由模拟电子电路构成，高速数据采集电路由单片机控制进行数据采集和处理，将声信号转换为标准的数字电压信号。数字电压声信号作为污秽绝缘子外绝缘强度判别的输入量，反映出绝缘子污秽放点的强弱和发展趋势信息，为实现绝缘子外绝缘强度的判别提供依据。

采用基于小波变换的声发射信号预处理方法，滤除或抑制监测环境中的噪声，为后续的声信号特征量提取和绝缘子外绝缘强度判别奠定基础。

对预处理后的声信号的能量和频谱信息进行分析，提取与声信号能量和频谱相关的特征量，并对提取的特征量进行核主成分分析，将样本从低维的状态空间非线性的映射到高维核空间，作为后续绝缘子外绝缘强度分类识别的样本数据。

在核空间采用随机森林方法训练得到分类器群，根据分类器群的分类结果对每个测试样本进行投票表决决定其最终分类，即得出最终的污秽绝缘子外绝缘强度判别结果，为发布绝缘子污闪预警信息提供依据。

最后，根据上述识别结果以及实际监测需求发布污闪预警信息。

图3为本发明基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别系统的示意图，包括：

数据采集单元，用于提取绝缘子污秽放电声发射信号的能量和频谱信息；

与所述数据采集单元相连的判断划分单元，用于对污秽绝缘子的外绝缘强度按照预设标准进行划分，判别污秽绝缘子的外绝缘强度；

与所述判断划分单元相连的报警发布单元，用于根据所述外绝缘强度发布绝缘子污闪预警信息。

图3与图1相对应，图中各个单元的运行方式与方法中的相同。

图4为本发明基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别系统的实施例示意图。

在其中一个实施例中，所述判断划分单元，包括：

标准设置单元，用于根据污秽绝缘子污秽闪络的闪络速度，将所述预设标准至少设置安全、报警、危险三个阶段。

在其中一个实施例中，所述判断划分单元，还包括：

特征提取单元，用于根据所述污秽放电声发射信号的能量计算能量特征向量；并根据所述频谱信息计算频谱特征向量；

与所述特征提取单元相连的模糊分析单元，用于按照随机森林方法训练，利用所述能量特征向量、所述频谱特征向量，判别污秽绝缘子的外绝缘强度。

图4与图2相对应，图中各个单元的运行方式与方法中的相同。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法，其特征在于，包括：

提取绝缘子污秽放电声发射信号的能量和频谱信息；

对污秽绝缘子的外绝缘强度按照预设标准进行划分，判别污秽绝缘子的外绝缘强度；

根据所述外绝缘强度发布绝缘子污闪预警信息。

2.根据权利要求1所述的基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法，其特征在于，对污秽绝缘子的外绝缘强度按照预设标准进行划分的步骤，包括：

根据污秽绝缘子污秽闪络的闪络速度，将所述预设标准至少设置安全、报警、危险三个阶段。

3.根据权利要求1或2所述的基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别方法，其特征在于，判别污秽绝缘子的外绝缘强度的步骤，包括：

根据所述污秽放电声发射信号的能量计算能量特征向量；

根据所述频谱信息计算频谱特征向量；

按照随机森林方法训练，利用所述能量特征向量、所述频谱特征向量，判别污秽绝缘子的外绝缘强度。

4.一种基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别系统，其特征在于，包括：

数据采集单元，用于提取绝缘子污秽放电声发射信号的能量和频谱信息；

与所述数据采集单元相连的判断划分单元，用于对污秽绝缘子的外绝缘强度按照预设标准进行划分，判别污秽绝缘子的外绝缘强度；

与所述判断划分单元相连的报警发布单元，用于根据所述外绝缘强度发布绝缘子污闪预警信息。

5.根据权利要求4所述的基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别系统，其特征在于，所述判断划分单元，包括：

标准设置单元，用于根据污秽绝缘子污秽闪络的闪络速度，将所述预设标准至少设置安全、报警、危险三个阶段。

6.根据权利要求4或5所述的基于声发射信号的污秽绝缘子外绝缘强度判别系统，其特征在于，所述判断划分单元，还包括：

特征提取单元，用于根据所述污秽放电声发射信号的能量计算能量特征向量；并根据所述频谱信息计算频谱特征向量；

与所述特征提取单元相连的模糊分析单元，用于按照随机森林方法训练，利用所述能量特征向量、所述频谱特征向量，判别污秽绝缘子的外绝缘强度。

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