CN103163158A - 一种电力系统中绝缘子污秽物检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种电力系统中绝缘子污秽物检测方法，通过微波辐射计测量绝缘子污秽物的辐射亮温，通过辐射亮温特性作为主要参数来测量污秽等级。本发明利用微波辐射计对目标进行测量，根据不同的所测目标天线温度，反演出被测目标的辐射亮温，进而判断出绝缘子的污秽程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统中绝缘子污秽物检测方法，涉及电力系统领域。
背景技术
现在国内电网所属高压设备多采用定期清除污秽这项措施，包括带电或停电清扫、带电或停电水冲洗。但无论是人工清扫还是水冲洗都存在一个共同性的问题需要解决：即如何确定最恰当的清扫或冲洗周期。不仅涉及保养费用，而且更重要的是涉及电网的安全稳定运行。
在高压电力系统中，绝缘子常因受到盐分、泥土、煤灰、SO2等其他物质污秽的影响而使绝缘强度降低，进而发生污闪，造成停电事故，这已成为电力系统中的难题。如果能够有效地测定污秽的程度和性质，就有可能避免停电故事的发生的相关技术措施。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电力系统中绝缘子污秽物检测方法，利用微波辐射计对目标进行测量，根据不同的所测目标天线温度，反演出被测目标的辐射亮温，进而判断出绝缘子的污秽程度。
本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：一种电力系统中绝缘子污秽物检测方法，通过微波辐射计测量绝缘子污秽物的辐射亮温，通过辐射亮温特性作为主要参数来测量污秽等级。
所述微波辐射计的天线扫描绝缘子目标时，天线温度可以表示为：
根据公式①，绝缘子上有污秽物时，发射率ε就会随着污秽量和污秽性质发生变化，不同污秽物的辐射特性不同，最终导致微波辐射计的输出发生变化。
所述微波辐射计采用两点定标法进行整体定标，即选取一个高温点和一个低温点即完成整体定标。用常温黑体和浸在液氮中的黑体作为定标源，当天线对着常温黑体时，天线口面温度为常温T0，天线对准低温源时，天线口面温度略高于液氮沸点温度Tc，考虑多种误差，根据直流辐射计输出电压U与天线温度TA之间成线性关系，列出定标方程式，将辐射计对热源和冷源输出电压U0和Uc代入求解，便可以精确的完成辐射计的定标工作。
本发明一种电力系统中绝缘子污秽物检测方法，利用了污秽物的辐射亮温特性作为主要参数之一来测量污秽等级，物质的辐射亮温特性与它本身是否带电与不带电基本上没有关系，所以带不带电不会影响它的辐射特性。本发明利用微波辐射计对目标进行测量，根据不同的所测目标天线温度，反演出被测目标的辐射亮温，进而推出绝缘子的污秽程度。
附图说明
图1为本发明等质盐密-输出电压统计图；
图2为本发明亮盐-等质盐密统计图。
具体实施方式
便携式非接触带电检测仪由微波辐射计、天线、电源组成。
1）、微波辐射计定标：
便携式非接触带电检测装置利用高精度微波辐射计作为核心器件，能够方便、快捷的测量出绝缘子污秽等级。要测量绝缘子上污秽的分布，可以基于微波辐射特性以及污秽物在微波波段的辐射特性差异，检测绝缘子绝缘状况。其原理是绝缘子上有污秽物时发射率会随着污秽量和污秽性质变化导致辐射计的输出变化。
定标是微波辐射计进行绝对测量的重要步骤之一，定标精度直接影响测量精度。定标是利用辐射计去接收一个微波辐射特性精确已知的定标源的辐射信号，进而构造出辐射计输出电信号与接收到的辐射量值之间精确定量关系。
微波辐射计定标技术大体分为两种：
1）、分步定标法和整体定标法：分步定标法即分别完成接收机的定标和天线的定标。接收机定标比较容易，但天线定标比较困难，且需要较大的暗室和相应的专用测试设备测定天线的方向图及天线辐射效率。分步定标法需要测量的中间参数较多，故误差来源多，定标精度低。
整体定标是对微波辐射计整机进行定标，将天线指向噪声辐射源，改变辐射源的辐射量便得到输入输出的定量关系式。用于整体定标的噪声辐射源由己知发射率的材料做成，并且放入到温度可以精确可调的环境中。通过改变其环境的物理温度，就可得到亮度温度，以完成辐射计的整体定标。故通常采用两点定标法进行整体定标，即选取一个高温点和一个低温点即完成整体定标。用常温“黑体”和浸在液氮中的“黑体”作为定标源，当天线对着常温“黑体”时，天线口面温度为常温T0，天线对准低温源时，天线口面温度略高于液氮沸点温度Tc，考虑多种误差，根据直流辐射计输出电压U与天线温度TA之间成线性关系，可以列出定标方程式，将辐射计对“热”源和“冷”源输出电压U0和Uc代入求解，便可以精确的完成辐射计的定标工作。
2）、辐射计反演系统：
微波辐射特性测量原理的介绍中知道，微波辐射计测量输出的是通过定标方程换算后，得到目标的天线温度。天线温度是视在温度分布用天线方向图加权的积分，要得到被测物体的辐射亮温必须先求解这个积分方程，从天线温度中得到目标的视在温度，经过反演得到视在温度，这个过程称为视在温度的反演或恢复(或反演视在温度)，但天线温度的微小误差会造成反演出的视在温度的大的振荡，因此得到一个稳定的尽可能好的反演解是反演方法的目标。反演视在温度或亮度温度的方法有傅立叶变换递推法、神经网络法、Backus2Gilbert理论等。
3）、数字处理系统：
数字处理系统是检测仪的一个重要的组成部分，此部分完成以下功能：能够实时的处理微波辐射计的输出电信号，将其转换为被测物体的辐射亮温，一旦被测绝缘子的辐射亮温超过设定的门槛阀值，就能够给予使用者明确直观的反映。
绝缘子污秽带电检测仪数字处理系统组成：
①、核心处理器：
由于进行反演计算的计算量比较大，一般要进行傅立叶变换及其反变换等复杂的数学计算，因此选用了DSP信号处理芯片或是ARM系列的微处理器作为核心处理芯片。
②、外围电路：
外围电路主要包括一套工作电源系统与一套显示系统。
③、系统软件：
系统的软件主要的任务是直接控制系统的工作流程，同时包括用护主程序框图及其细节的说明，子程序及其说明，以及中断程序及其说明。
工作原理：
应用微波技术对电气设备在线监测及故障分析是一项行之有效的技术手段。随着现代微波技术的不断成熟与完善，由于基于微波的污秽检测技术能够以远距离、非接触、实时获取被测对象的运行状态信息，又有安全可靠以及效益/投资比高等优点，又可以在不停电、不取样、不解体的状况下进行故障的诊断分析。
实施步骤：
自然界各种物质辐射特性各不相同，相对介电常数较高或导电率较高的物质，发射率较小，反射系数较高。在相同物理温度下，高导电材料比低导电材料的辐射温度低，即较冷，当辐射计天线扫描绝缘子目标时，天线温度可以表示为：
公式①阐述了利用微波辐射计检测绝缘子污秽程度的基本原理，绝缘子上有污秽物时，发射率ε就会随着污秽量和污秽性质发生变化，不同污秽物的辐射特性不同，最终导致辐射计的输出发生变化。
以瓷绝缘子为例阐述其检测过程。洁净瓷绝缘子在干燥环境中因为是非导电体而发射率较高，在微波的毫米波段ε≈0.90。因绝缘子形状复杂，故实际测量中以测量值为准，根据式（1），计算得到洁净瓷绝缘子的的辐射亮温为263.7K（取室温293K）。瓷绝缘子上附着污秽物后，污秽绝缘子一旦遇到潮湿环境其表面会形成导电薄膜，使绝缘子绝缘性能降低，进而使ε下降，最终导致Tb急剧下降。通过在微波辐射测试场实验室对涂抹污秽的绝缘子进行实验测量，就可得到辐射亮温与等值盐密具有确定的关系。
绝缘子污秽程度与辐射计输出电压幅值（U,单位：伏）（与绝缘子辐射亮温满足一定的比例关系）或亮温（T，单位：K）满足一定的统计关系。根据现场检测出的U或T可以判断绝缘子的污秽程度。严重污秽的绝缘子与基本无污秽的绝缘子的辐射亮温相差较大。如图1、图2所示。
Claims (3)
1.一种电力系统中绝缘子污秽物检测方法，其特征在于：通过微波辐射计测量绝缘子污秽物的辐射亮温，通过辐射亮温特性作为主要参数来测量污秽等级。
2.根据权利要求1所述一种电力系统中绝缘子污秽物检测方法，其特征在于：微波辐射计的天线扫描绝缘子目标时，天线温度可以表示为：
根据公式①，绝缘子上有污秽物时，发射率ε就会随着污秽量和污秽性质发生变化，不同污秽物的辐射特性不同，最终导致微波辐射计的输出发生变化。
3.根据权利要求1所述一种电力系统中绝缘子污秽物检测方法，其特征在于：所述微波辐射计采用两点定标法进行整体定标，即选取一个高温点和一个低温点即完成整体定标，用常温黑体和浸在液氮中的黑体作为定标源，当天线对着常温黑体时，天线口面温度为常温T0，天线对准低温源时，天线口面温度略高于液氮沸点温度Tc，考虑多种误差，根据直流辐射计输出电压U与天线温度TA之间成线性关系，列出定标方程式，将辐射计对热源和冷源输出电压U0和Uc代入求解，便可以精确的完成辐射计的定标工作。
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