CN103499774A - 输电绝缘子闪络在线监视安全预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种输电绝缘子闪络在线监视和安全预警装置，使及时发现绝缘子的闪络、并预警或报警故障。本发明的装置，包括漏电闪络图像监视单元101、闪络图像提取单元102、闪络电流检测单元111、闪络数据处理单元112、微弱漏电流检测单元121、微弱信号处理单元122及嵌入式核心处理器151；其中微弱漏电流检测用于监督绝缘子工作时发现绝缘子的微弱变化；闪络电流检测用于发现绝缘子闪络过程中的电流变化；闪络图像监视和图像提取，用于在发现闪络电流达到预定等级时给出提取图像的指令；微弱信号处理单元、闪络数据处理单元、及图像提取单元都连接到嵌入式核心处理器；该核心处理器用于数据处理、分析、建模、识别、故障预警或报警决策。

Description

输电绝缘子闪络在线监视安全预警装置

一技术领域

本专利属于智能电网领域中输电网络安全监测与预警技术，其中输电网络安全的关键在于输电绝缘子；本装置在技术上解决高压输电绝缘子闪络图像在线监视和运行泄漏监测、基于闪络图像和泄漏数据的健康状况分析、在分析的基础上进行安全预警和故障报警等。 

二背景技术

高压输电线路在野外依靠高压输电铁塔高高架在空中进行电力输送，这其中起关键作用的是高压绝缘子，一串绝缘子(由多片串联组成)的下端拉住输电导线、上端固定在输电铁塔上；由于高压铁塔立在地上，使绝缘子挂铁塔的那一端成零电位；绝缘子拉住导线的那一端承受着输电导线的高电压；可见输电线路的高电压完全加在绝缘子串上，要求该绝缘子串绝缘强度很高，始终不漏电或基本不漏电；从等效电路意义上说，一回输电线路的某相导线在该线路所有铁塔上的绝缘子串都是并联在该相输电导线与地之间，哪一串或多串绝缘子漏电都会对该高压线路运行安全带来威胁。 

线路绝缘子裸露在高空中，直接受输电线路所在环境影响，特别受环境污秽影响而降低绝缘；绝缘子表面污秽后，在阴雨、雾露、冰雪等天气或潮湿情况下绝缘电阻急剧降低，在高电压作用下产生漏电，积污越多则绝缘强度越低，泄漏电流越大，大到产生不同强度的闪络弧光。 

这种漏电闪络达到一定程度就可以使输电线路过负荷、通路开关跳闸，导致该线路所带负荷全部停电；而空气污染在多数时候是较大区域性问题，典型如我国华北、内蒙、西北等地区的大雾、沙尘暴等，加之下雨、低温等天气变化影响的范围也大，二者凑在一起，常常会使电网多处多座铁塔的绝缘子漏电，造成多条输电线路同时跳闸或接二连三跳闸，这就是大面积电网停电事故，极大威胁着电网运行安全。 

电网或输电线路在出现这种事故以后，事关社会众多用户用电，不可须臾怠慢、紧迫感非常强，必须马上处理恢复供电；首先要立即知道是那条线路、哪座铁塔、哪串绝缘子发生了闪络，才能达到马上清理、迅速恢复送电。 

如果有一种装置能专注地在线监视绝缘子，时刻掌握该绝缘子的绝缘状况，预期其何时可能闪络，使管理者防患闪络于未然；装置即时识别该绝缘子有无闪络发生，一旦发生即发出报警且给出闪络弧光图片，这就准确地给出了输电线路或电网故障位置，就能达到迅速处理并恢复安全运行的目的。本发明的装置就是这样：密切监视绝缘子串闪络弧光、智能识别闪络放电，准确报警闪络所在铁塔和绝缘子串；在监视绝缘子闪络的同时还辅助监测该绝缘 子的漏电状况，联合进行安全判断；还追询过去闪络和漏电情况向后安全预警，故障时及时给出故障点位置和漏电程度。 

面对绝缘子在电网中角色的重要性和故障的危害性，现行电力系统对绝缘子故障查找已有多种监测、计算故障点距离的做法，也有许多研究绝缘子泄漏监测和泄漏故障定位的专利；由于不同监测方法和监测装置作用不同，不能一概而论，但至今都没有解决绝缘子潜在故障点测取、线路多故障点位置测准、绝缘子安全预警或报警等相当深层次的问题；由于输电线路往往很长，使得现行许多方法计算故障距离误差很大，导致不能及时找到故障点；特别当同一线路多绝缘子闪络的情况下，则定位计算更不准确或无法计算。 

例如：2007年6月6日授权发明专利0113452717的《高压输电线路绝缘子带电检测方法及其装置》，该装置和方法是外加电压信号到绝缘子两端并采集其分压值和电流值来计算绝缘子绝缘电阻，以判断绝缘子绝缘强度；该方法只有判断绝缘子好坏作用，使用中要另外加高压到绝缘子片两端，所以不能用于对运行线路绝缘子在线监测和自动监测； 

2008年12月10日授权发明专利200510096130的《基于脉冲电流法的合成绝缘子在线检测仪》，是在地面人工采集绝缘子泄漏电流脉冲宽度(脉冲起止时间)，用以判断绝缘子绝缘状况，该检测仪不是在线监测，不同于本专利判断漏电弧光，更不反映线路故障状况和故障地点； 

2009年4月29日公开的发明专利200810162754《输电线路合成绝缘子绝缘性能在线监测仪》，是针对合成绝缘子使用泄漏电流传感器、监测电路，离线检测绝缘子好坏，判断绝缘子是否需要更换等；仪器没有与线路运行相联系，不给出线路会否故障、泄漏弧光是否发生、引起泄漏的故障地点等； 

2006年2月8日授权实用新型专利200420054918的《电力输电线路弧光接地点探测装置》，是用超声波传感器接在线路两端，探测弧光放电时产生的声音，进而基于声速计算弧光点所在位置的距离；输电线路一般很长，超声波又容易受干扰，通过线路两端超声波信号探测计算放电故障点的距离不可能准确。 

这些做法和效果与本文发明专利的做法和效果完全是两回事。 

三专利内容 

本专利目的是提供一种对运行绝缘子闪络在线监视的装置和技术，使能及时发现绝缘子的缺陷、预警故障，给管理者及时准确的信息，维护输电线路的运行安全，使线路损失降到最低。 

在线运行绝缘子故障可以用闪络和漏电来衡量，闪络弧光强度和漏电电流大小可以检测、计算，从而可以分析故障预警和报警。 

本专利的这种输电绝缘子闪络在线监视安全预警装置，包括漏电闪络图像监视单元101、闪络图像提取单元102、闪络电流检测单元111、闪络数据处理单元112、微弱漏电流检测单元121、微弱信号处理单元122及嵌入式核心处理器151；其中微弱漏电流检测单元121用于监督绝缘子正常工作时的状况、发现绝缘子性能可能的微弱变化；微弱信号处理单元122，其与微弱漏电流检测单元121连接，用于对所述微弱漏电流检测单元121所检测的信号进行滤波去燥和数字转换；闪络电流检测单元111用于检测绝缘子闪络前及闪络过程中的电流；闪络数据处理单元112与闪络电流检测单元111连接，用于对闪络电流检测单元111所检测的闪络电流进行数字化及统计检验和阈值判断；闪络图像监视单元101用于监视绝缘子图像；闪络图像提取单元102与闪络图像监视单元101连接，用于在闪络数据处理单元112发现闪络电流达到预定等级时即给出单幅或连续提取图像的指令，还能由嵌入式核心处理器151根据需要而给出指令提取必要的图像；信号处理单元122、闪络数据处理单元112、及图像提取单元102都连接到嵌入式核心处理器151，并分别接收该处理器的提取或控制指令；该嵌入式核心处理器用于对微弱漏电流、闪络电流和闪络图像协同处理、分析、识别、预警或报警决策； 

所述的装置，其特征在于它还包括环境温度检测单元131和环境湿度检测单元132，分别检测环境温度和湿度状况，用于辅助故障原因或绝缘子健康分析，它们直接与核心处理器151连接，受核心处理器控制提取数据； 

所述的装置，其特征在于装置还包括数据收发通信单元141，它直接与核心处理器151连接并用于收发通信；收发通信单元141同时连接着短程无线传输单元142和远程无线通信单元143，以适应外部不同通信环境的需要。 

所述装置中所述闪络电流检测单元111，还用于测取绝缘子受雷击时可能的大电流数值，以记录和分析该绝缘子运行中受雷击情况，有助于向后绝缘子故障原因分析和故障预警。 

所述装置中微弱漏电流检测单元121，是检测无闪络情况下绝缘子有否因自身绝缘降低的原因而产生微小漏电流，用以分析运行绝缘子健康状况； 

所述的装置，其中嵌入式核心处理器151，根据所提取闪络图像和检测的闪络电流识别绝缘子是否发生闪络、以及闪络时的等级状态；一旦闪络达到某种程度即向管理者发出报警且给出闪络弧光图片，同时自动、准确地向管理后台通信，报告本次闪络故障发生所在铁塔和绝缘子串位置，以达到迅速处理故障并恢复线路安全运行的目的。 

所述的装置，其中闪络数据处理单元112在识别绝缘子闪络的等级状态213之前先建立绝缘子识别背景模型203、分片绝缘子轮廓模型，识别时基于此背景或轮廓模型执行；识别中建立亮度大小分层分布和分区分布217；由此识别闪络弧光在绝缘子串各片上的差异而识 别各片不同绝缘状况，尤其要指出零值绝缘子251； 

所述的装置，其中嵌入式核心处理器151在识别绝缘子故障状态时向后进行安全预警214，还追询过去发生闪络和漏电的档案记录235，结合当前的闪络和泄漏，联合过去档案记录分析、向后推测预警故障发生的可能性； 

所述的装置，采取从所在输电线路电流感应获能方式供电，能适应线路原电流几十A——几KA负荷变化，保证装置免维护、稳定可靠运行。 

所述的装置中绝缘子识别背景模型，用于绝缘子闪络识别时对背景范围的把握；所述分片绝缘子轮廓模型，用于在绝缘子闪络时对分片绝缘子识别其闪络程度(217)，特别判别绝缘失效的零值绝缘子(251)；此外所述装置还建立基于闪络电流测值的绝缘子泄漏模型(213)，用于对闪络电流表征的故障评判；建立基于闪络弧光图像的绝缘子闪络模型(216)，用于对绝缘子闪络等级识别评判；建立综合闪络图像与泄漏数值的预警和报警模型(220)，用于对闪络预警或报警的综合评判。 

该装置一方面在线监视输电线路绝缘子可见光图像，识别该绝缘子可能发生的各种闪络弧光，一方面检测绝缘子泄漏电流，由泄漏电流大小辅助弧光识别并预警闪络的发生；一旦检测和识别结果达到报警等级，即刻向该线路管理系统和管理者报警并发送闪络弧光图片，自动给定所报警的输电铁塔编号和绝缘子串编号；本装置根据各特定环境绝缘子发生闪络和泄漏自学习建立预警和报警模型，报警时自行修正模型；模型用以分析和预警闪络发生，配合识别闪络弧光状况分析绝缘子绝缘及漏电，映证绝缘子闪络和发展过程中泄漏电流的变化；自动记录该绝缘子历次闪络的参数值，用以分析、预估绝缘子健康状况。 

泄漏电流对于绝缘子串是个整体概念，在每个瞬时该串只有一个泄漏电流；而闪络弧光相对绝缘子串的各片呈空间分布，分片弧光亮度的差异和弧光发生先后的差异会反映绝缘子串中各片绝缘强度的差异，可给出零值(失效)绝缘子参考位置。 

四、附图说明

图1是本专利——输电绝缘子闪络在线监视安全预警装置的组成结构图； 

图2示出本装置核心处理器中主处理软件流程(装置中嵌入式核心处理器软件处理流程)； 

图3示出本专利的装置在输电线路上安装和使用的方式(绝缘子闪络监视安全预警装置安装方式)； 

图4示出本专利装置在实际线路上监视、识别的绝缘子闪络图像(闪络弧光图片，山西某输电线路一绝缘子串4次闪络的弧光图片)。 

五实施方式 

图1是本专利——输电绝缘子闪络在线监视安全预警装置组成结构图，其简要说明了该装置分块电路组成结构和连接关系。其中所述装置包括漏电闪络图像监视单元101、闪络图 像提取单元102、闪络电流检测单元111、闪络数据处理单元112、微弱漏电流检测单元121、微弱信号处理单元122及嵌入式核心处理器151；其中微弱漏电流检测单元121用于监督绝缘子正常工作时的状况、发现绝缘子性能可能的微弱变化；微弱信号处理单元122，其与微弱漏电流检测单元121连接，用于对所述微弱漏电流检测单元121所检测的信号进行滤波去燥和数字转换；闪络电流检测单元111用于检测绝缘子闪络前及闪络过程中的电流；闪络数据处理单元112与闪络电流检测单元111连接，用于对闪络电流检测单元111所检测的闪络电流进行数字化及统计检验和阈值判断；闪络图像监视单元101用于监视绝缘子图像；图像提取单元102与图像监视单元101连接，用于在闪络数据处理单元112发现闪络电流达到预定等级时即给出单幅或连续提取图像的指令，还能由嵌入式核心处理器151根据需要而给出指令提取必要的图像；信号处理单元122、闪络数据处理单元112、及图像提取单元102都连接到嵌入式核心处理器151，并分别接收该处理器的提取或控制指令；该嵌入式核心处理器用于对微弱漏电流、闪络电流和闪络图像协同处理、分析、识别、预警或报警决策； 

闪络图像监视电路101和图像提取电路102共同实现对绝缘子闪络发现和闪络图像提取； 

闪络电流检测电路111和闪络数据处理电路112共同实现对绝缘子闪络电流数据提取； 

微弱漏电流检测电路121和微弱电流信号处理电路122共同实现对正常运行情况下绝缘子有否漏电监测； 

环境温度检测电路131和环境湿度检测电路132共同实现对绝缘子运行环境的数据提取，该数据用于辅助分析判断绝缘子的健康状态； 

数据收发通信电路141和短程无线传输电路、远程无线通信电路共同赋予装置对外远程通信能力。 

嵌入式处理器151是装置的核心，负责所有数据处理、识别、预警和报警决策，还负责必要的收发通信数据处理。 

感应取电电源电路161负责从输电导线感应获能，整理后供给本装置各部分电路用电。 

图2示出本装置核心处理器中主处理流程，它在前述硬件平台的基础上决定着本装置对闪络预警和故障报警决策的核心作用。 

流程通过200初始化部分、201摄取背景图像、202识别绝缘子串、203建立绝缘子识别背景模型、204建立分片绝缘子轮廓模型几个步骤，完成后面识别处理的基础和把握识别对象准确的作用；在205自动调整初始参数后初始化工作完成，此后进入主处理流程循环。 

主处理流程首先经206弱小电流数据提取、207环境参数提取、208小电流加权分析直至209小电流(S值)超标判断，实现了绝缘子正常运行的监管；弱小电流数值不出问题则绝缘子正常，后边的处理没有必要，对于正常绝缘子来说绝大部分处理时间就处在这里循环； 

若小电流不小(S值超标)就进入大电流(Z值)分析，由210大电流数据提取、211大电流加权分析、213Z值超标判断共同完成； 

电流偏大但算不上泄漏时，流程不往“预警”“报警”上走，转向分析电流“偏大”的原因，经231查环境参数、232低温高湿判断就是做这个工作；是环境低温或高湿引起漏电增大的吗？是则经233综合模型评估看234判结果正常则返回监测循环；如234结果不太正常以及232不是环境原因，则漏电增大应是绝缘子本体原因，拟在它的健康记录上增加一笔，为以后的预警评判留下历史参考。 

若212中Z值电流超标，则走向213泄漏等级评判，暂时达不到214“故障预警”就不往后走；达到预警等级时就进入215提取闪络图像、216闪络等级识别分析；若亮度超强时进入241闪络报警，还进行242雷击判别或243雷击报警等；若216判断闪络数据一般，就走向217识别分层分区亮度分布，判断有无零值绝缘子；若有，在251指出，接着返回循环； 

若没有，在218建立此次闪络过程记录，219存入绝缘子闪络档案，到220调入泄漏数据与闪络综合分析，到221按报警模型分析，进222判未达闪络等级时在261给出“初步闪络分级预警”；达到报警等级时在223按等级报警，在224验证或调整报警模型； 

此后进入重复处理循环。 

图3示出本专利的装置在输电线路上安装和使用的方式。 

本绝缘子监视装置31直接穿挂在输电导线32上靠近绝缘子金具部位，装置内部具有从导线电流感应取能获得工作电源的电路(图上无标示)，装置与绝缘子处于同环境、等电位运行。 

装置摄像头斜向上监视着绝缘子串34，把握着绝缘子串颜色纹理变化和可能的闪络弧光动向，装置用一套泄漏电流传感器33(含铁芯线圈和空心线圈)套在绝缘子金属脖頚上，传感其中漏电流的大小变化。 

图4示出本专利装置在实际线路上监视、识别的绝缘子闪络图像。 

5.1、闪络图像监视与提取 

由101闪络图像监视电路连接102图像提取电路主要实施，由112闪络数据处理电路给出提取控制，闪络图像被核心处理器151取入进行处理。 

其中101闪络图像监视电路使用的图像传感器具有高分辨率至少130万像素、宽视角90-120度的特点；其可以常规按设定的帧率如10-25帧/秒抓拍图像，也可以按受控方式抓拍图像；本装置工作方式是：图像传感器按设定帧率不停抓拍视频，闪络电流检测111和数据处理电路112也不停工作，在发现闪络电流高出阈值时给出触发信号到图像提取模块102和核心处理器151，核心处理器即从视频中提取触发时刻对应的图像进行处理；这样做使无 延时、不漏采闪络图像。 

受控抓拍图像则是后台输电管理者根据需要经远程通信向本装置发出指令，装置核心处理器151从图像提取电路102视频中提取接收指令时刻的图像然后通信回送。 

本装置图像压缩处理模块是在151中按H.264压缩算法对视频图像压缩处理，对报警图片和受令发送的图片则按JPEG算法进行压缩处理； 

核心处理器151并不对所有图片或视频都进行处理，只对超阈值和发生闪络的视频图片处理，还对受指令提取的视频或图片处理；处理后根据结果确定是否提交通信发送。 

5.2、闪络电流检测与提取 

由111闪络电流检测电路连接112闪络数据处理电路实施对在线绝缘子闪络电流检测和提取，闪络电流数据输入151核心处理器进一步处理并用于判决闪络预警和故障报警。 

在111闪络电流检测电路中使用空心线圈传感器，检测电流范围为0.001A-10A，脉冲信号经一定倍数放大，再经112闪络电流处理电路中的A/D转换器数字化，用于对绝缘子临闪或闪络的分析和报警。 

表征泄漏电流特性的参量在本装置中取每次泄漏电流脉冲的峰值幅度超过一定阈值的计数，其中泄漏电流脉冲幅度阈值分4档为：＞1mA——10mA，＞10mA——0.1A，0.1A——1A，1A——10A；对它们的计数分别记为I₁、I₂、I₃、I₄，这里的数据从前述闪络电流检测和处理电路取得，泄漏电流的脉冲增大增多通常预示临近闪络，绝缘子表面污秽或结冰越严重，出现泄漏电流的脉冲频度和幅值也越大，这些参量可用于表征污秽绝缘子的污秽或健康状态。 

处理电路还把泄漏电流脉冲数字分别对应于1mA、10mA、100mA、1A的门限按秒计数，再交主处理器予以分析处理、综合泄漏弧光识别情况决策闪络预警和报警。 

检测绝缘子运行中泄露电流的传感器套在绝缘子高压端金属脖颈上，自动感应通过绝缘子流向铁塔塔架到大地的电流。 

一旦输电导线受到雷击，雷电压也加在绝缘子串上，装置中闪络电流检测电路111同时兼用于测取线路或绝缘子受雷击时可能的大电流数值，以记录和分析该绝缘子运行中受雷击情况，有助于向后绝缘子故障原因分析和故障预警。 

5.3、微弱漏电流检测与提取 

由微弱漏电流检测电路121连接微弱信号处理电路122实现对1μA∽1mA范围的电流检测，用于无闪时对绝缘子健康的观察，看绝缘子有否因自身绝缘降低的原因而产生微小漏电流； 

小于1ma的微弱漏电流检测是使用带铁心的线圈，检测信号经100倍放大后，由对应于1mA的电压比较器甑别，输出脉冲直接交151核心处理器按概率统计法则计算和分析； 

具体统计1天24小时按每小时中漏电流脉冲幅值＞0.5mA的计数a、1小时内计数a＞3的秒数b和计数a＞10的秒数s、秒数s在该1小时3600秒中所占的概率p。 

本装置在泄漏电流检测方面配置了弱电流检测和强电流检测两套电路和两套处理，使总检测范围比常规扩大千倍且保持线性度；其中弱电流检测用于掌握绝缘子健康状态和轻度污染，强电流检测则掌握区别闪络强弱和部分雷击程度。 

5.4、环境温度、湿度数据检测提取 

由环境温度检测电路131和环境湿度检测电路132实现对绝缘子运行环境的掌握，温度检测范围设计为-50℃～110℃，湿度检测范围设计为10％～100％。 

电路131和电路132直接与核心处理器151连接，并受151控制。 

环境温度和湿度检测传感器安装在装置的底部，使接触空气、感知环境。 

装置中设计环境温、湿度检测电路，是使得评判漏电故障发生时外部环境的影响状况，分清故障是绝缘子本体原因还是环境的影响，修正预警模型以充分估计气候、环境的影响。 

5.5、核心处理器对闪络识别及闪络预警、故障报警决策处理 

装置中特别设计了151嵌入式核心处理器，它负责所有外围电路检测数据的处理、智能识别、预警报警和向外通信等。 

识别中建立203绝缘子识别背景模型，用于对闪络识别时图像范围的把握； 

建立204分片绝缘子轮廓模型，用于在绝缘子闪络时对分片绝缘子识别其闪络程度217，特别判别绝缘失效的零值绝缘子251，指导绝缘子故障处理； 

建立213基于闪络电流测值的绝缘子泄漏等级模型，用于基于泄漏电流的故障评判； 

建立216基于绝缘子闪络弧光图像的绝缘子闪络等级模型，用于绝缘子闪络等级评判； 

建立220综合闪络图像与泄漏数值的预警和报警模型，用于对闪络预警报警的综合评判。 

装置还追询过去发生闪络和漏电情况，向后进行安全预警；每次闪络对绝缘子绝缘水平都有一定损害，绝缘子闪络有可能一次比另一次更强地发生，预警是联合过去情况进行分析、向后递归推理故障发生的可能性； 

装置对闪络弧光的亮度大小和泄露电流脉冲峰值大小分级是在每次闪络后采取自学习方式逐步作适应性调整的，使得分级更合理，更有利于预警和报警决策。 

5.5.1建立绝缘子闪络识别背景模型203 

为识别绝缘子闪络的等级状态，识别之前先建立绝缘子空间图像背景模型203，识别时基于此背景模型执行；模型基于白天图像传感器提取的图片，按Roberts边缘算子： 

g(x，y)＝{[f1/2(x，y)-f1/2(x+1，y+1)]²+[f1/2(x+1，y)-f1/2(x，y+1)]²}^1/2

勾画出所要监视绝缘子的轮廓，此算法处理类似于人眼视觉系统中发生的过程； 

接着对梯度边缘进行边缘线连接：在每个梯度点周围保留8个相邻点的梯度值，常规取等梯度值点连接，次取次梯度点连接，止于6级梯度大小；作为轮廓封闭曲线，每个梯度点都应向2个方向找到梯度连接点；允许大轮廓线内有小轮廓，但最后取大的封闭轮廓，删除小轮廓。 

去除图像中绝缘子轮廓以外其它物品纹理，以此绝缘子轮廓图作为后续识别使用的空间图像背景；就是说本装置识别绝缘子闪络弧光时仅在所确定背景的绝缘子轮廓范围处进行，较好排除如闪电、远处灯光或其它亮光对绝缘子干扰，减少误识别。 

顾及有时闪络亮光很强，照亮相邻部分像素，在计数亮度点数时使用绝缘子膨胀轮廓，膨胀算法为： $D=B\⊕S=\{x,y|S_{\mathrm{xy}}\∩B\≠\mathrm{\φ}\},$ S为原图，B为[3×3]阵。 

5.5.2建立分片绝缘子图像轮廓模型204 

绝缘子片本身都是圆形，成串以后安装在铁塔上，当摄像头与绝缘子串同轴安装时，从摄像头看过去这些绝缘子片部分是重叠的，只能看到绝缘子串上部小半圆，且前片挡住后片的中心部分，片的外轮廓线只看得见局部椭圆形状，且不同片还有差异；为了实现分片识别，在此定义一个不同分片的圆形度指标：d＝1/N∑X_i，X_i是该片图像边缘上的一个点到设定中心点的距离，共N个点； 

本文设定绝缘子图像中前片边缘弧形的最高点作为后片边缘弧形的中心店，则后片弧形相应度量为：g＝A/d²＝N³/∑X_i，其中i是从1——N。 

5.5.3基于闪络电流测值识别绝缘子串闪络等级213 

此处识别是基于闪络电流检测处获取的数据I₁(1mA～10mA)、I₂(10mA～100mA)、I₃(100mA～1A)、I₄(1A～10A)；识别依据是加权和：q₁I₁+q₂I₂+q₃I₃+q₄I₄达到的数值符合阈值Z₁、Z₂、Z₃、Z₄的哪一级，显然Z₁——Z₄逐级升高。 

其中权值q₁、q₂、q₃、q₄在系统初始化时设置为：0.1、0.2、0.3、0.4；然后系统在运行识别中自学习逐步修正。 

5.5.4基于绝缘子串闪络弧光图像识别其闪络等级216 

识别中先对绝缘子轮廓范围内的像素建立亮度大小分层分布： 

计亮度在51-100之间的像素个数X₁、亮度在101-150之间的像素个数X₂、亮度在151-200之间的像素个数X₃、亮度在201-255之间的像素个数X₄；亮度在50及以下的像素不计。 

亮度区域空间分布指绝缘子串中每片绝缘子分别按上述4级亮度的像素个数；这里要求在安装本装置时应做到使图像传感器拍摄图像能对每片绝缘子清晰可分。 

识别时按绝缘子轮廓范围总体亮度大小分层分布确定该绝缘子串是否闪络和闪络等级， 加权识别计算式为： 

Q₁X₁+Q₂X₂+Q₃X₃+Q₄X₄，此和值达到阈值S₁、S₂、S₃、S₄为事先设定的闪络等级； 

S₁为最低级、S₂为低级、S₃为高级、S₄为最高级； 

其中Q₁——Q₄为对应不同亮度的权值，初始设定对应为0.1、0.2、0.3、0.4；装置在运行、识别过程中逐步自学习修正这些权值。 

基于绝缘子闪络分片亮度区域空间分布，分析分片绝缘子的健康状况使用的算法类似，但给定的阈值不同。 

5.5.5综合闪络弧光识别和泄漏电流识别分析判别220、221 

设闪络弧光识别的加权结果为W₁，泄漏电流识别的结果为W₂， 

报警判别式为：K₁W₁+K₂W₂≥H，H为报警阈值，K₁、K₂为加权系数，对H、K₁、K₂都事先给出一定经验的初始值。 

6、装置在线路现场安装与在线监视实现方式 

使本绝缘子监视装置31穿挂在输电导线32靠近所监视的绝缘子距离约0.6米的位置，装置监视用广角镜头斜向前上方，使视角覆盖绝缘子串，专注地在线监视输电线路高电压绝缘子，抓拍绝缘子闪络弧光图片，即时识别绝缘子污秽和健康的等级状态； 

由于监视装置紧靠绝缘子安装，同处于一条输电线路、一座铁塔、一相导线，专门监视和检测该绝缘子、获取它的信息、发现它的故障，所以发生故障报警时其所在位置是绝对准确的，不存在报警错误、发现故障位置错误。达到处理闪络故障明确，恢复线路安全运行迅速； 

装置同时具备短程无线传输142和远程无线通信143两种方式，且都是收、发双工通信141，使装置在发送图像、数据的同时，可接受管理后台对本机的命令、控制和参数修改。 

装置在实际安装使用时一般只启用其中一种通信方式；短程无线传输是发送到本绝缘子所在输电铁塔集中信息平台接收处理，此种情况下对后台的远程通信则由铁塔信息平台完成；远程无线通信则是交由主处理器控制的远程无线通信模块向远方输电线路监控中心发送，远程无线通信则依赖于现场公共无线通信条件，是仅具备2G覆盖还是较好具备3G覆盖，装置在它们的支持下对应使用2G或3G无线移动通信方式。 

短程无线通信使用常规ZIGBEE或WIFI方式实现，ZIGBEE(不限于)传输速率在250Kbps左右，适宜于图片方式工作；WIFI带宽可达54Mbps及以上，能轻松传输多路视频，适宜于视频方式工作；为此本装置做成不同方式可选。 

本专利装置采取从所在输电线路电流感应获能方式供电，所以装置拟于安装在绝缘子串靠输电导线那一端；装置电源对输电线路原电流适应范围很宽，线路负荷低谷至30A、负荷 高峰至3000A本装置都能可靠工作，保证装置稳定可靠运行、免维护。 

Claims (10)

1.一种输电绝缘子闪络在线监视安全预警装置，包括漏电闪络图像监视单元(101)、闪络图像提取单元(102)、闪络电流检测单元(111)、闪络数据处理单元(112)、微弱漏电流检测单元(121)、微弱信号处理单元(122)及嵌入式核心处理器(151)；其中微弱漏电流检测单元(121)用于监督绝缘子正常工作时的状况、发现绝缘子性能可能的微弱变化；微弱信号处理单元(122)，其与微弱漏电流检测单元(121)连接，用于对所述微弱漏电流检测单元(121)所检测的信号进行滤波去燥和数字转换；闪络电流检测单元(111)用于检测绝缘子闪络前及闪络过程中的闪络电流；闪络数据处理单元(112)与闪络电流检测单元(111)连接，用于对闪络电流检测单元(111)所检测的闪络电流进行数字化及统计检验和阈值判断；闪络图像监视单元(101)用于监视绝缘子图像；闪络图像提取单元(102)与闪络图像监视单元(101)连接，用于在闪络数据处理单元(112)发现闪络电流达到预定等级时即给出单幅或连续提取图像的指令，还能由嵌入式核心处理器(151)根据需要而给出指令提取必要的图像；微弱信号处理单元(122)、闪络数据处理单元(112)、及闪络图像提取单元(102)都连接到嵌入式核心处理器(151)，并分别接收该处理器的提取或控制指令；该嵌入式核心处理器用于对微弱漏电流、闪络电流和闪络图像协同处理、分析、建模、识别、预警或报警决策。 

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置还包括环境温度检测单元(131)和环境湿度检测单元(132)，分别检测环境温度和湿度状况，用于辅助故障原因或绝缘子健康分析，它们直接与所述嵌入式核心处理器(151)连接，受该嵌入式核心处理器(151)控制提取数据。 

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述装置还包括数据收发通信单元(141)，它直接与所述嵌入式核心处理器(151)连接并用于收发通信；收发通信单元(141)同时连接着短程无线传输单元(142)和远程无线通信单元(143)，以适应外部不同通信环境的需要。 

4.如权利要求1所述装置，其中所述闪络电流检测单元(111)，还用于测取绝缘子受雷击时可能的大电流数值，以记录和分析该绝缘子运行中受雷击情况，有助于向后绝缘子故障原因分析和故障预警。 

5.如权利要求1所述的装置，其中微弱漏电流检测单元(121)，是检测无闪络情况下绝缘子有否因自身绝缘降低的原因而产生微小漏电流，用以分析运行绝缘子健康状况。 

6.如权利要求1所述的装置，其中所述嵌入式核心处理器(151)，根据所提取闪络图像和检测的闪络电流识别绝缘子是否发生闪络(212)、以及闪络时的等级状态(213)(216)(222)；一旦闪络达到某种程度即向管理者发出报警(224)且给出闪络弧光图片，同时自动、准确地向管理后台通信，报告本次闪络故障发生所在铁塔和绝缘子串位置，以达到迅速处理故障并恢复线路安全运行的目的。 

7.如权利要求1所述的装置，其中所述闪络数据处理单元(112)在识别绝缘子闪络的等级状态(213)之前先建立绝缘子识别背景模型(203)、分片绝缘子轮廓模型，识别时基于此背景或轮廓模型执行；识别中建立亮度大小分层分布和分区分布(217)；由此识别闪络弧光在绝缘子串各片上的差异，进而识别各片不同绝缘状况，尤其要指出零值绝缘子(251)。 

8.如权利要求1所述的装置，其中所述嵌入式核心处理器(151)在识别绝缘子故障状态时向后进行安全预警(214)，还追询过去发生闪络和漏电的档案记录(235)，结合当前的闪络和泄漏，联合过去档案记录分析、向后推测预警故障发生的可能性。 

9.如权利要求1所述的装置，其中采取从所在输电线路电流感应获能方式供电，能适应线路原电流几十A——几KA负荷变化，保证装置稳定可靠运行、免维护。 

10.如权利要求1所述的装置，其中所述绝缘子识别背景模型，用于绝缘子闪络识别时对背景范围的把握；所述分片绝缘子轮廓模型，用于在绝缘子闪络时对分片绝缘子识别其闪络程度(217)，特别判别绝缘失效的零值绝缘子(251)；此外所述装置还建立基于闪络电流测值的绝缘子泄漏模型(213)，用于对闪络电流表征的故障评判；建立基于闪络弧光图像的绝缘子闪络模型(216)，用于对绝缘子闪络等级识别评判；建立综合闪络图像与泄漏数值的预警和报警模型(220)，用于对闪络预警或报警的综合评判。 

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