CN105510525B - 一种输电线路污秽监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输电线路污秽监测装置及方法，该装置包括：就地观测站和主站；就地观测站用于测量输电线路绝缘子的泄漏电流，并采集测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量，且将泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行判别整合后发给主站；主站用于对接收到的泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行分析，获得当前绝缘子的污秽度等级，并在污秽度等级达到告警阈值时进行告警。本发明提供的输电线路污秽监测装置及方法，可实现现场绝缘子泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量的同步采集，主站计算机通过分析数据，评估绝缘子的污秽状况，当发现异常时提醒管理员及时对报警点予以重视或采取必要的预防措施。

Description

一种输电线路污秽监测装置及方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种输电线路污秽监测装置及方法。

背景技术

输电线路绝缘子是一种特殊的绝缘控件， 能够在架空输电线路中起到重要作用。早年间绝缘子多用于电线杆，慢慢发展于高型高压电线连接塔。输电线路绝缘子一般是安装在高压电线连接塔一端，有很多盘状的绝缘体组成，通常由玻璃或陶瓷制成。输电线路绝缘子不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致的各种机电应力而失效，否则绝缘子就不会产生重大的作用，就会损害整条线路的使用和运行寿命。

在实际的使用中，由于输电线路绝缘子长期运行于室外环境中，容易积累污秽并受潮，导致绝缘强度下降，进而导致发生污闪事故。一旦发生污闪事故，则波及面大，持续时间长，是威胁电力系统安全运行的最严重问题之一。为保证线路运行可靠，需定期对绝缘子进行清扫，但是清扫绝缘子需要将相关线路断电，给生产和生活带来不便。

发明内容

为了解决上述技术问题，需要一种绝缘子污秽度监测装置，实时对绝缘子的污秽状况进行监测和分析，以便在污闪事故发生之前，进行及时清扫。但是，绝缘子的泄漏电流除了受污秽度影响外，还受环境温度、湿度、降雨有一定关联，为了更准确判别绝缘子污秽状况，必需同步对大气温度、湿度、降雨量数据进行采集和分析。

因此，本发明提供一种输电线路污秽监测装置及方法，可实现现场绝缘子泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量的同步采集，并通过网络将数据实时传输至主站计算机。主站计算机通过分析数据，评估绝缘子的污秽状况，当发现异常时提醒管理员及时对报警点予以重视或采取必要的预防措施。同时，本发明提供的输电线路污秽监测装置通过对监测点的长期运行数据积累、统计和分析，也可为后期线路运行维护提供指导。

本发明提供的输电线路污秽监测装置包括：就地观测站和主站；

所述就地观测站用于测量输电线路绝缘子的泄漏电流，并采集所述测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量，且将泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行判别整合后发给主站；

所述主站用于对接收到的泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行分析，获得当前绝缘子的污秽度等级，并在所述污秽度等级达到告警阈值时进行告警。

其中，所述装置包括至少两个分布式布设的就地观测站。

其中，所述就地观测站包括：

电源模块，用于为所述就地观测站的各个功能模块供电；

绝缘子泄漏电流测量模块，用于测量输电线路绝缘子的泄漏电流；

气象数据采集模块，用于采集所述测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量；

数据处理模块，用于对绝缘子泄漏电流测量模块和气象数据采集模块所测量、采集的数据进行判别整合后，通过数据通信模块将数据发给主站。

其中，所述电源模块包括：太阳能供电单元和电源管理单元；

太阳能供电单元用于对就地观测站各个功能模块供电；

电源管理单元用于对各个功能模块的供电管理，同时对其他功能模块进行监控，当发现运行异常时，对整个就地观测站进行重启。

其中，所述绝缘子泄漏电流测量模块包括：

采样单元，用于从第二片绝缘子处引出电流线进入绝缘子泄漏电流测量模块内，并通过绝缘子泄漏电流测量模块内部采样电阻接地形成回路，采集绝缘子泄漏电流波形数据；

计算单元，用于在所述采样单元采集到绝缘子泄漏电流波形数据后，通过傅立叶变换计算出绝缘子泄漏电流的基波、3次谐波和5次谐波。

其中，所述数据处理模块包括：

校验打包单元，用于对绝缘子泄漏电流测量模块和气象数据采集模块所测量、采集的数据有效性进行判别并添加时间标志，进行数据打包；

内部传输单元，用于将所述校验打包单元处理后的数据通过CAN总线发送给数据通信模块。

其中，所述数据通信模块通过2G/3G网络与主站进行数据信息交互。

其中，所述主站包括：

数据存储模块，用于接收所述就地观测站发送的泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据并存储；

数据分析模块，用于对接收到的泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行分析，获得当前绝缘子的污秽度等级；具体包括：统计雨量值为0时N小时的泄漏电流数据及湿度数据；去掉前后N/10小时数据，计算中间时段湿度的变化范围；若变化范围超过50%～98%，则把时间往后延2小时，重新统计数据；将有效时段的泄漏电流幅值和环境湿度代入到公式I_m = ae^bRh，其中I_m指的是泄漏电流幅值，R_h指环境湿度，关系参数a﹥0，b﹥0，获得a值和b值，将b值代入等值附盐密度预测模型ESDD = 0.008e^0.444b，其中ESDD指等值附盐密度，计算出等值附盐密度；b值代入预置的污秽度等级表查询出绝缘子当前的污秽度等级。

其中，所述主站还包括：

告警模块，用于在所述绝缘子当前的污秽度等级达到告警阈值时进行告警；

显示模块，用于对绝缘子泄漏电流与温湿度的关系进行数据显示。

对应的，本发明还提供一种输电线路污秽监测方法，该方法包括：

步骤a，测量输电线路绝缘子的泄漏电流，并采集所述测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量；

步骤b，统计雨量值为0时N小时的泄漏电流数据及湿度数据；

步骤c，去掉前后N/10小时数据，计算中间时段湿度的变化范围；若变化范围超过50%～98%，则把时间往后延2小时，返回步骤a；若变化范围在50%～98%以内，则执行步骤d；

步骤d，将有效时段的泄漏电流幅值和环境湿度代入到公式I_m = ae^bRh，其中I_m指的是泄漏电流幅值，R_h指环境湿度，关系参数a﹥0，b﹥0，获得a值和b值；

步骤e，将b值代入等值附盐密度预测模型ESDD = 0.008e^0.444b，其中ESDD指等值附盐密度，计算出等值附盐密度；

步骤f，将b值代入预置的污秽度等级表查询出绝缘子当前的污秽度等级；若所述绝缘子当前的污秽度等级达到告警阈值则告警。

本发明提供的输电线路污秽监测装置及方法，可实现现场绝缘子泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量的同步采集，并通过网络将数据实时传输至主站计算机。主站计算机通过分析数据，评估绝缘子的污秽状况，当发现异常时提醒管理员及时对报警点予以重视或采取必要的预防措施。同时，本发明提供的输电线路污秽监测装置通过对监测点的长期运行数据积累、统计和分析，也可为后期线路运行维护提供指导。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的输电线路污秽监测装置第一实施例结构示意图；

图2为本发明提供的输电线路污秽监测装置中就地观测站结构示意图；

图3是本发明提供的输电线路污秽监测装置第二实施例结构示意图；

图4是本发明提供的输电线路污秽监测装置第三实施例结构示意图；

图5是本发明提供的输电线路污秽监测装置第四实施例结构示意图；

图6为本发明提供的输电线路污秽监测装置中主站结构示意图；

图7为本发明提供的输电线路污秽监测方法流程示意图；

图8为图2中计算单元122所涉及的傅立叶变换的计算过程的算法流图；

图9为图2中计算单元122所涉及的8点的DFT的算法流程图。

具体实施方式

本发明提供的输电线路污秽监测装置及方法，可实现现场绝缘子泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量的同步采集，并通过网络将数据实时传输至主站计算机。主站计算机通过分析数据，评估绝缘子的污秽状况，当发现异常时提醒管理员及时对报警点予以重视或采取必要的预防措施。同时，本发明提供的输电线路污秽监测装置通过对监测点的长期运行数据积累、统计和分析，也可为后期线路运行维护提供指导。

参见图1是本发明提供的输电线路污秽监测装置第一实施例结构示意图。如图1所示，本发明提供的输电线路污秽监测装置包括：就地观测站1和主站2。

所述就地观测站1用于测量输电线路绝缘子的泄漏电流，并采集所述测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量，且将泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行判别整合后发给主站2。

所述主站2用于对接收到的泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行分析，获得当前绝缘子的污秽度等级，并在所述污秽度等级达到告警阈值时进行告警。更为具体的，所述输电线路污秽监测装置包括至少两个分布式布设的就地观测站1。

进一步的，参见图2，为本发明提供的输电线路污秽监测装置中就地观测站结构示意图，如图2所示，地观测站包括：电源模块11，绝缘子泄漏电流测量模块12，气象数据采集模块13，数据处理模块14和数据通信模块15。

电源模块11，用于为所述就地观测站的各个功能模块供电。更为具体的，所述电源模块包括：太阳能供电单元111和电源管理单元112。太阳能供电单元111用于对就地观测站各个功能模块供电；电源管理单元112用于对各个功能模块的供电管理，同时对其他功能模块进行监控，当发现运行异常时，对整个就地观测站进行重启。优选的，在绝缘子泄漏电流测量模块12和气象数据采集模块13采集间隔时间较长的情况下，电源管理单元112可临时关闭非必需功能单元的供电，以降低功耗。本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例多提供的装置采用了太阳能系统供电，清洁能源，可安装于任何有光照条件的环境；电源管理单元112采用了低功耗设计，可长时间运行在完全无光照和无外部电源补充的环境下，尤其适用于多雨天气；同时电源管理单元112所具备的电源管理功能，可根据需要可对非必需的功能单元临时关闭，进一步降低功耗。

绝缘子泄漏电流测量模块12，用于测量输电线路绝缘子的泄漏电流。更为具体的，所述绝缘子泄漏电流测量模块12包括：采样单元121和计算单元122。如图3所示。

采样单元121，用于从第二片绝缘子处引出电流线进入绝缘子泄漏电流测量模块12内，并通过绝缘子泄漏电流测量模块12内部采样电阻接地形成回路，采集绝缘子泄漏电流波形数据。具体的，采样单元121安装于绝缘子附近，为便于采样和测量，现场需要在原绝缘子串低电位侧额外增加一片绝缘子作为隔离用，如图4所示，从第二片绝缘子处引出电流线进入绝缘子泄漏电流测量模块内，并通过绝缘子泄漏电流测量模块内部50欧姆采样电阻接地形成回路。

计算单元122，用于在所述采样单元采集到绝缘子泄漏电流波形数据后，通过傅立叶变换计算出绝缘子泄漏电流的基波、3次谐波和5次谐波。具体计算过程如下：

针对一个采集N点的波形，一个N点的傅立叶变换变换过程可以用两个N/2点的傅立叶变换过程来表示，其具体公式为：

上式中X'(k')为偶数项分支的离散傅立叶变换，X''(k'')为奇数项分支的离散傅立叶变换。其计算过程请参见图8中示出的算法流图。

输入为两个N/2点的DFT输出为一个N点的DFT结果，输入输出点数一致。运用这种表示方法，8点的DFT的算法可参见图9示出的流程图。

经过以上傅立叶变换后，得到一组N点的复数。每一个点就对应着一个频率点，这个点的模值就是该频率值下的幅度值。至此，可求得基波、3次谐波、5次谐波的幅值。

气象数据采集模块13，用于采集所述测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量。

数据处理模块14，用于对绝缘子泄漏电流测量模块和气象数据采集模块所测量、采集的数据进行判别整合后，通过数据通信模块将数据发给主站。更为具体的，所述数据处理模块14包括：校验打包单元141和内部传输单元142。如图5所示。

校验打包单元141，用于对绝缘子泄漏电流测量模块和气象数据采集模块所测量、采集的数据有效性进行判别并添加时间标志，进行数据打包。内部传输单元142用于将所述校验打包单元处理后的数据通过CAN总线16发送给数据通信模块15。

数据通信模块15通过2G/3G网络与主站进行数据信息交互。

进一步结合附图1对就地观测站的工作过程进行描述，其具体工作过程是：当达到规定的定时时间后，数据处理模块同时发送指令给绝缘子泄漏电流测量模块和气象数据采集模块进行同步采集，采集完成后，数据处理模块对数据的有效性进行判别并添加时间标志，进行数据打包，而后通过CAN总线将打包好的数据发送给数据通信模块，进入等待下一次定时时间的状态。数据通信模块接收到数据后通过2G/3G网络与主站2联络并将数据发送给主站2，若网络出现故障则对数据进行存储，待通信恢复后将所有未发出的数据进行发送。

参见图6，为本发明提供的输电线路污秽监测装置中主站结构示意图，如图6所示，主站包括：数据存储模块21，数据分析模块22，告警模块23和显示模块24。

数据存储模块21，用于接收所述就地观测站发送的泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据并存储。

数据分析模块22，用于对接收到的泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行分析，获得当前绝缘子的污秽度等级。更为具体的，数据分析模块22分析数据，获得当前绝缘子的污秽度等级具体步骤如下：

步骤a，测量输电线路绝缘子的泄漏电流，并采集所述测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量；

步骤b，统计雨量值为0时N小时的泄漏电流数据及湿度数据；优选的，N=60。

步骤c，去掉前后N/10小时数据，计算中间时段湿度的变化范围；若变化范围超过50%～98%，则把时间往后延2小时，返回步骤a；若变化范围在50%～98%以内，则执行步骤d；

步骤d，将有效时段的泄漏电流幅值和环境湿度代入到公式I_m = ae^bRh，其中I_m指的是泄漏电流幅值，R_h指环境湿度，关系参数a﹥0，b﹥0，获得a值和b值；

步骤e，将b值代入等值附盐密度预测模型ESDD = 0.008e^0.444b，其中ESDD指等值附盐密度，计算出等值附盐密度；

步骤f，将b值代入预置的污秽度等级表查询出绝缘子当前的污秽度等级。更为具体的，该污秽度等级表可以如表1所示：

表1

污秽等级	ESDD/ (mg/cm2)	b
			a	0~0.01	0~1.400
b	0.01~0.025	1.400~3.878
			c	0.025~0.08	3.878~5.182
d	0.08~0.30	5.182~8.883
			e	>0.30	8.883~

当然，本领域技术人员可以理解的是，表1中的具体数值可以根据实际的情况进行合理的调整。

告警模块23，用于在所述绝缘子当前的污秽度等级达到告警阈值时进行告警。本领域技术人员可以理解的是，告警模块23可以以多种方式提醒管理员，以便及时对报警点予以重视或采取必要的预防措施。通过对监测点的长期运行数据积累、统计和分析，也可为后期线路运行维护提供指导。

显示模块24，用于对绝缘子泄漏电流与温湿度的关系进行数据显示。

本发明提供的输电线路污秽监测装置具有以下优点和积极的技术效果：1）模块化设计，每个功能单元可独立运行，便于维护和便于功能扩展；2）太阳能系统供电，清洁能源，可安装于任何有光照条件的环境；3）低功耗设计，可长时间运行在完全无光照和无外部电源补充的环境下，尤其适用于南方多雨天气；4）具备电源管理功能，根据需要可对非必需的功能单元临时关闭，进一步降低功耗；5）具备自身运行状态监控功能，发生运行异常时可自动重启，提高了装置的可靠性，无需人工维护，尤其适用于野外无人值守环境运行；6）支持多台就地观测站与一个主站进行多点分布式监测。

对应的本发明实施例还提供一种输电线路污秽监测方法，该方法可以由前述输电线路污秽监测装置实施。具体的，参见图7，该输电线路污秽监测方法包括：

步骤101，测量输电线路绝缘子的泄漏电流，并采集所述测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量；其具体的采样测量方式在上一装置实施例中已经详细描述，本实施例中不再赘述。

步骤102，统计雨量值为0时N小时的泄漏电流数据及湿度数据；例如，N可以取值为60。

步骤103，去掉前后N/10小时数据，计算中间时段湿度的变化范围。

步骤104，若步骤103种的变化范围超过50%～98%，则把时间往后延2小时，返回步骤102；若变化范围在50%～98%以内，则执行步骤105；

步骤105，将有效时段的泄漏电流幅值和环境湿度代入到公式I_m = ae^bRh，其中I_m指的是泄漏电流幅值，R_h指环境湿度，关系参数a﹥0，b﹥0，获得a值和b值；

步骤106，将b值代入等值附盐密度预测模型ESDD = 0.008e^0.444b，其中ESDD指等值附盐密度，计算出等值附盐密度；

步骤107，将b值代入预置的污秽度等级表查询出绝缘子当前的污秽度等级；若所述绝缘子当前的污秽度等级达到告警阈值则告警。该污秽度等级表可以如表1所示，当然，本领域技术人员可以理解的是，表1中的具体数值可以根据实际的情况进行合理的调整。

本发明提供的输电线路污秽监测装置及方法，可实现现场绝缘子泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量的同步采集，并通过网络将数据实时传输至主站计算机。主站计算机通过分析数据，评估绝缘子的污秽状况，当发现异常时提醒管理员及时对报警点予以重视或采取必要的预防措施。同时，本发明提供的输电线路污秽监测装置通过对监测点的长期运行数据积累、统计和分析，也可为后期线路运行维护提供指导。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种输电线路污秽监测装置，其特征在于，包括：就地观测站和主站；

所述就地观测站用于测量输电线路绝缘子的泄漏电流，并采集所述测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量，且将泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行判别整合后发给主站；

所述主站用于对接收到的泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行分析，获得当前绝缘子的污秽度等级，并在所述污秽度等级达到告警阈值时进行告警；

其中，所述就地观测站包括有绝缘子泄漏电流测量模块，用于测量输电线路绝缘子的泄漏电流；所述绝缘子泄漏电流测量模块包括：

采样单元，用于从第二片绝缘子处引出电流线进入绝缘子泄漏电流测量模块内，并通过绝缘子泄漏电流测量模块内部采样电阻接地形成回路，采集绝缘子泄漏电流波形数据；

计算单元，用于在所述采样单元采集到绝缘子泄漏电流波形数据后，通过傅立叶变换计算出绝缘子泄漏电流的基波、3次谐波和5次谐波；

所述就地观测站进一步包括：

电源模块，用于为所述就地观测站的各个功能模块供电；

气象数据采集模块，用于采集所述测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量；

数据处理模块，用于对绝缘子泄漏电流测量模块和气象数据采集模块所测量、采集的数据进行判别整合后，通过数据通信模块将数据发给主站；

所述数据处理模块包括：

校验打包单元，用于对绝缘子泄漏电流测量模块和气象数据采集模块所测量、采集的数据有效性进行判别并添加时间标志，进行数据打包；

内部传输单元，用于将所述校验打包单元处理后的数据通过CAN总线发送给数据通信模块。

2.如权利要求1所述的一种输电线路污秽监测装置，其特征在于，所述装置包括至少两个分布式布设的就地观测站。

3.如权利要求2所述的一种输电线路污秽监测装置，其特征在于，所述电源模块包括：太阳能供电单元和电源管理单元；

太阳能供电单元用于对就地观测站各个功能模块供电；

电源管理单元用于对各个功能模块的供电管理，同时对其他功能模块进行监控，当发现运行异常时，对整个就地观测站进行重启。

4.如权利要求3所述的一种输电线路污秽监测装置，其特征在于，所述数据通信模块通过2G/3G网络与主站进行数据信息交互。

5.如权利要求1所述的一种输电线路污秽监测装置，其特征在于，所述主站包括：

数据存储模块，用于接收所述就地观测站发送的泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据并存储；

数据分析模块，用于对接收到的泄漏电流、大气温度、湿度和降雨量数据进行分析，获得当前绝缘子的污秽度等级；具体包括：统计雨量值为0时N小时的泄漏电流数据及湿度数据；去掉前后N/10小时数据，计算中间时段湿度的变化范围；若变化范围超过50%～98%，则把时间往后延2小时，重新统计数据；将有效时段的泄漏电流幅值和环境湿度代入到公式I_m= ae^bRh，其中I_m指的是泄漏电流幅值，R_h指环境湿度，关系参数a﹥0，b﹥0，获得a值和b值，将b值代入等值附盐密度预测模型ESDD = 0.008e^0.444b，其中ESDD指等值附盐密度，计算出等值附盐密度；b值代入预置的污秽度等级表查询出绝缘子当前的污秽度等级。

6.如权利要求5所述的一种输电线路污秽监测装置，其特征在于，所述主站还包括：

告警模块，用于在所述绝缘子当前的污秽度等级达到告警阈值时进行告警；

显示模块，用于对绝缘子泄漏电流与温湿度的关系进行数据显示。

7.一种输电线路污秽监测方法，利用如权利要求1-6任一项的一种输电线路污秽监测装置的实现，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a，测量输电线路绝缘子的泄漏电流，并采集所述测量输电线路绝缘子所处环境的大气温度、湿度和降雨量；

步骤b，统计雨量值为0时N小时的泄漏电流数据及湿度数据；

步骤c，去掉前后N/10小时数据，计算中间时段湿度的变化范围；若变化范围超过50%～98%，则把时间往后延2小时，返回步骤a；若变化范围在50%～98%以内，则执行步骤d；

步骤d，将有效时段的泄漏电流幅值和环境湿度代入到公式I_m = ae^bRh，其中I_m指的是泄漏电流幅值，R_h指环境湿度，关系参数a﹥0，b﹥0，获得a值和b值；

步骤e，将b值代入等值附盐密度预测模型ESDD = 0.008e^0.444b，其中ESDD指等值附盐密度，计算出等值附盐密度；

步骤f，将b值代入预置的污秽度等级表查询出绝缘子当前的污秽度等级；若所述绝缘子当前的污秽度等级达到告警阈值则告警。