CN107515362A - 一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法 - Google Patents

一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，属于高电压绝缘子污秽度预测领域，首先由采集设备采集现场泄漏电流波形，根据信噪比选择去噪方式，以有效值50mA和150mA作为阈值划分安全区、预报区和危险区，利用泄漏电流有效值I、三次谐波和基波的幅值比K、高频能量与总能量之比α进行绝缘子重污状态下的监测预警，提取泄漏电流有效值的最大值I'emax、泄漏电流有效值的均值I'em、泄漏电流有效值与均值的标准差σ'输入微机系统，进行安全区绝缘子污秽度的在线监测。本发明相比现有技术，可以对重污状态下的绝缘子进行更加及时的警报，且可实时监测绝缘子具体的污秽度。

Description

一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法
技术领域
本发明属于高电压绝缘子污秽度预测领域，涉及一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法。
背景技术
现如今，我国超高压和特高压电网正如火如荼的建设和运行，因此对电网的安全性就有了更高程度的要求，污闪事故的预测和治理就是其中极为重要、突出的一环。我国对于污闪事故的应对并没有一套较为完善的处理方案，目前所采用的方法有：等值盐密度法、积分表面污层电导率法、绝缘子的污闪梯度法等，这些方法不仅消耗较多的时间而且会造成大量人力物力资源的浪费。科学地监控绝缘子污秽程度并对污闪时间进行及时的预测，能有效的解决上述问题。污闪是绝缘子沿面放电的极端结果，因此绝缘子表面产生的泄漏电流是绝缘子污秽度的重要体现，对泄漏电流进行科学有效的分析，寻找出泄漏电流与绝缘子污秽度的联系，便能以对泄漏电流的检测完成对绝缘子污秽度的监测，进而完成对污闪事故的预测与防治。
传统污秽度预测方法虽然相对简单但缺乏一个整体、全面的预测流程，导致预测结果准确性较差。
中国专利(CN102735582A)公开了一种电力绝缘子表面污秽度测量方法，使用清洁取样布清擦取绝缘子表面污秽，称量清洁取样布取样前与取样后的质量差m1，将取样后含污的取样布浸入去离子水中使可溶性污秽溶解，测量含有污秽的去离子水溶液电导率换算可溶性污秽质量m2并换算成盐密，而不可溶性污秽的质量即为m1-m2并换算成灰密，从而得到电力绝缘子表面污秽度。该方法使用ESDD表征污秽度，虽然结果较准确，但是需要较大人力，且时效性差，无法实现实时监测及预警。
中国专利(CN103823165A)公开了一种基于泄漏电流的绝缘子污闪预警方法及其系统，利用试验系统获得污闪测量数据、获得神经网络模型，所获得的神经网络模型的绝缘子污闪预警系统，将泄漏电流的有效值、幅值和脉冲数，以及绝缘子所处环境的相对湿度作为神经网络模型的输入量，获得绝缘子的污秽等级。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度的监测及预警方法，对绝缘子污秽度进行实时监测及预警，能更加准确快速地进行重污警报。
本发明采用以下技术方案：
一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1，实验室针对不同型号绝缘子进行实验，利用神经网络搭建预测模型并导入微机，作为预测判断模型；
S1.1，实验室针对不同型号绝缘子进行实验，采集实验泄漏电流；
S1.2，确定实验泄漏电流采样周期并进行泄漏电流采样，利用公式计算采样周期内实验泄漏电流有效值；
S1.3，提取实验泄漏电流有效值的最大值Iemax、实验泄漏电流有效值的均值Iem、实验泄漏电流有效值与均值的标准差σ，利用神经网络搭建预测模型，然后利用网络训练不断提高预测模型的预测准确性；
S1.4，将S1.3所得预测模型导入微机中，作为微机预测判断基础。
S2，采集现场泄漏电流波形，经过信号处理，读取实际泄漏电流的特征值，并与设定值进行比较，判断是否发出警报或微机计算并输出以ESDD表征的污秽度；
S2.1，通过挂接在地线上的电流传感器采集电网的实际泄漏电流；
S2.2，对实际泄漏电流进行信噪比分析及去噪；
S2.3，利用实际泄漏电流有效值I、三次谐波和基波的幅值比K和高频能量与总能量之比α进行绝缘子重污状态下的监测预警，若发出重污警报则立即返回S2.1；
S2.4，提取实际泄漏电流有效值的最大值I'emax、实际泄漏电流有效值的均值I'em、实际泄漏电流有效值与均值的标准差σ'三个泄漏电流特征值输入微机中，进行安全区绝缘子污秽度的在线监测；
S2.5，微机计算并输出以ESDD表征的污秽度,并返回S2.1进行下一周期的判断。
进一步，计算实验泄漏电流有效值公式：其中T为泄漏电流采样周期，i(t)为泄漏电流时域瞬时值，I1为一个采样周期内泄漏电流的采样值，I′是I1′的转至，N为一个采样周期内的采样点数；所述实验泄漏电流有效值的均值其中Ie(i)为实验泄漏电流各采样点i的有效值，N为一个采样周期内的采样点数；实验泄漏电流有效值的最大值Iemax＝max(Ie(i))，实验泄漏电流有效值与均值的标准差
进一步，所述S2.2对实际泄漏电流进行去噪，根据泄漏电流信噪比S/N的值采取各自对应的去噪方法，信噪比大于1.0选择自适应阈值去噪，信噪比小与1.0则采取电力电子电路进行去噪，实现泄漏电流的去噪。
进一步，所述S2.3绝缘子重污状态下的监测预警具体为：实验泄漏电流有效值I以50mA和150mA作为阈值划分安全区、预报区和危险区，当实验泄漏电流有效值I>150mA时处于危险区，需要发出临闪警报，并立即返回S2.1，持续发出警报直至污秽处理完毕，否则进入下一阶段；若三次谐波和基波的幅值比K>0.4且高频能量与总频能量之比α>85％，则发出重污警报，并立即返回S2.1，直到实验泄漏电流有效值I、三次谐波和基波的幅值比K和高频能量与总能量之比α显示处于安全区则取消警报，进入下一步，否则持续发出警报直至污秽处理完毕。所述三次谐波和基波的幅值比其中Am3和Am1分别表示基波、三次谐波的幅值；所述高频能量与总能量之比其中fg表示泄漏电流高低频分界值,P(w)表示电流信号的频域功率。
进一步，所述实际泄漏电流有效值的均值其中Ie'(i)为实际泄漏电流各采样点i的有效值，N为一个采样周期内的采样点数；实际泄漏电流有效值的最大值I'emax＝max(Ie'(i))，实际泄漏电流有效值与均值的标准差
本发明的有益效果为：
本发明一方面利用泄漏电流有效值I、三次谐波和基波的幅值比K、高频能量与总能量之比α进行绝缘子重污状态下的监测预警，能更加准确快速地进行重污警报；另一方面通过微机中由神经网络搭建的预测模型对绝缘子污秽度进行实时监测及预警。
附图说明
图1为基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警流程图；
图2为实验室操作流程图；
图3为实验室测试系统接线图；
图4为不同信噪比去噪前后泄漏电流的有效值对比图；
图5为泄漏电流有效值全体图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本实施例将某220kV输电线路绝缘子应用基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度的监测及预警方法进行在线监测和预警，以下结合附图介绍诊断过程。
如图1所示，一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，包含步骤：
步骤(1)，实验室针对不同型号绝缘子进行实验，利用神经网络搭建预测模型并导入微机，作为预测判断模型，如图2所示，具体包括以下步骤：
①实验室针对不同型号绝缘子进行实验，采集实验泄漏电流，如图3所示，图中实验电源是移圈式调压器和实验变压器组成的交流污秽试验电源，实验电源通过一个高压套管引入人工雾室，实验高压端通过交流电容式分压器连接到电压表，通过电压表可以测得当前实验所加的测试电压，确保电压在波动允许范围内；利用传感器将绝缘子泄漏电流采集到泄漏电流测量记录系统中，测量记录系统包括放大器、采样保护单元以及计算机。
②确定实验泄漏电流采样周期并进行泄漏电流采样，利用公式计算采样周期内实验泄漏电流有效值；
实验泄漏电流有效值的公式为：
其中：T为泄漏电流采样周期，i(t)为泄漏电流时域瞬时值，I1为一个采样周期内泄漏电流的采样值，I′是I1′的转至，N为一个采样周期内的采样点数。
③提取实验泄漏电流有效值的最大值Iemax、实验泄漏电流有效值的均值Iem、实验泄漏电流有效值与均值的标准差σ，利用神经网络搭建预测模型，然后利用网络训练不断提高预测模型的预测准确性，神经网络具有高度的自学习、自组织和自适应能力，大量广泛的应用验证了神经网络的可靠性和稳定性。
实验泄漏电流有效值的均值的计算公式为：
其中：Ie(i)为实验泄漏电流各采样点i的有效值；
实验泄漏电流有效值的最大值的计算公式为：
Iemax＝max(Ie(i)) (3)
实验泄漏电流有效值与均值的标准差的计算公式为：
④将③所得预测模型导入微机中，作为微机预测判断基础。
步骤(2)，采集现场泄漏电流波形，经过信号处理，读取实际泄漏电流的特征值，并与设定值进行比较，判断是否发出警报或微机计算并输出以ESDD表征的污秽度。
①通过挂接在地线上的电流传感器采集电网的实际泄漏电流，电流传感器的接线方法能有效的避免泄漏电流采集装置与高压输电线路的直接电接触，因此起到了隔离屏蔽作用。
②对实际泄漏电流进行信噪比分析及去噪，根据泄漏电流信噪比S/N的值采取各自对应的去噪方法：信噪比大于1.0选择自适应阈值去噪，如图4所示，将信噪比以0.2为间隔，观察信噪比从5.0递减到0.2的过程中的漏电流有效值Ie的变化，比较极大极小准则阈值方法(Ie1)、统一阈值方法(Ie2)、启发式阈值方法(Ie3)、自适应阈四种阈值去噪法(Ie4)四种阈值去噪法的优劣，发现信噪比大于1.0选择自适应阈值去噪效果最好；而信噪比小于1.0时四种方法均不能有效的去噪，则采取低通滤波电路实现泄漏电流的去噪；依据泄漏电流的具体情况采取与之对应的去噪方式，有效的保证了泄漏电流的真实性进而保证了本预测方法的可靠性。
③利用实际泄漏电流有效值I、三次谐波和基波的幅值比K和高频能量与总能量之比α进行绝缘子重污状态下的监测预警，若发出重污警报则立即返回S2.1；
实际泄漏电流有效值I以50mA和150mA作为阈值划分安全区、预报区和危险区，图5为泄漏电流有效值全体图，污闪发展全过程可以划分为三个区段：安全区、预报区和危险区；三区段的实际泄漏电流时域分界值是50mA和150mA，当实际泄漏电流小于50mA时，绝缘子整体处于安全状态，可称为安全区；当实际泄漏电流大于50mA且小于100mA时，这时候开始放电，虽然是安全的，但是电流上升很快；当实际泄漏电流大于150mA时，已经基本发展为闪络，这时候就需要线路进行动作，不然会造成很严重的后果，称之为危险区；当实际泄漏电流大于150mA就要进行报警，并立即返回系统起始端进行下一轮的分析,否则进入重污预警的下一阶段；
若三次谐波和基波的幅值比K>0.4且高频能量与总频能量之比α>85％，则发出重污警报，并立即返回S2.1，直到实际泄漏电流有效值I、三次谐波和基波的幅值比K和高频能量与总能量之比α显示处于安全区则取消警报，进入下一步，否则持续发出警报直至污秽处理完毕。
三次谐波和基波的幅值比K为：
其中：Am3和Am1分别表示基波的幅值、三次谐波的幅值；
高频能量与总能量之比α为：
其中：fg表示泄漏电流高低频分界值,P(w)表示电流信号的频域功率。
④提取实际泄漏电流有效值的最大值I'emax、实际泄漏电流有效值的均值I'em、实际泄漏电流有效值与均值的标准差σ'三个泄漏电流特征值输入微机中，进行安全区绝缘子污秽度的在线监测。
⑤微机计算并输出以ESDD表征的污秽度,并返回步骤(2)的①进行下一周期的判断。
以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明保护。

Claims (10)

1.一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1，实验室针对不同型号绝缘子进行实验，利用神经网络搭建预测模型并导入微机，作为预测判断模型；
S2，采集现场泄漏电流波形，经过信号处理，读取实际泄漏电流的特征值，并与设定值进行比较，判断是否发出警报或微机计算并输出以ESDD表征的污秽度。
2.如权利要求1所述的一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，所述S1具体为：
S1.1，实验室针对不同型号绝缘子进行实验，采集实验泄漏电流；
S1.2，确定实验泄漏电流采样周期并进行泄漏电流采样，利用公式计算采样周期内实验泄漏电流有效值；
S1.3，提取实验泄漏电流有效值的最大值Iemax、实验泄漏电流有效值的均值Iem、实验泄漏电流有效值与均值的标准差σ，利用神经网络搭建预测模型，然后利用网络训练不断提高预测模型的预测准确性；
S1.4，将S1.3所得预测模型导入微机中，作为微机预测判断基础。
3.如权利要求2所述的一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，所述S1.2中计算实验泄漏电流有效值公式为：其中T为泄漏电流采样周期，i(t)为泄漏电流时域瞬时值，I1为一个采样周期内泄漏电流的采样值，I′是I1′的转至，N为一个采样周期内的采样点数。
4.如权利要求2所述的一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，所述实验泄漏电流有效值的均值其中Ie(i)为实验泄漏电流各采样点i的有效值，N为一个采样周期内的采样点数；实验泄漏电流有效值的最大值Iemax＝max(Ie(i))，实验泄漏电流有效值与均值的标准差
5.如权利要求1所述的一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，所述S2具体为：
S2.1，从电网中采集实际泄漏电流；
S2.2，对实际泄漏电流进行信噪比分析及去噪；
S2.3，利用实际泄漏电流有效值I、三次谐波和基波的幅值比K和高频能量与总能量之比α进行绝缘子重污状态下的监测预警，若发出重污警报则立即返回S2.1；
S2.4，提取实际泄漏电流有效值的最大值I'emax、实际泄漏电流有效值的均值I'em、实际泄漏电流有效值与均值的标准差σ'三个泄漏电流特征值输入微机中，进行安全区绝缘子污秽度的在线监测；
S2.5，微机计算并输出以ESDD表征的绝缘子污秽度,并返回S2.1进行下一周期的判断。
6.如权利要求5所述的一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，所述S2.1中实际泄漏电流通过挂接在地线上的电流传感器获得。
7.如权利要求5所述的一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，所述S2.2对实际泄漏电流进行去噪，根据泄漏电流信噪比S/N的值采取各自对应的去噪方法，信噪比大于1.0选择自适应阈值去噪，信噪比小与1.0则采取电力电子电路进行去噪，实现泄漏电流的去噪。
8.如权利要求5所述的一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，所述S2.3绝缘子重污状态下的监测预警具体为：实验泄漏电流有效值I以50mA和150mA作为阈值划分安全区、预报区和危险区，当实验泄漏电流有效值I>150mA时处于危险区，需要发出临闪警报，并立即返回S2.1，持续发出警报直至污秽处理完毕，否则进入下一阶段；若三次谐波和基波的幅值比K>0.4且高频能量与总频能量之比α>85％，则发出重污警报，并立即返回S2.1，直到实验泄漏电流有效值I、三次谐波和基波的幅值比K和高频能量与总能量之比α显示处于安全区则取消警报，进入下一步，否则持续发出警报直至污秽处理完毕。
9.如权利要求8所述的一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，所述三次谐波和基波的幅值比其中Am3和Am1分别表示基波、三次谐波的幅值；所述高频能量与总能量之比其中fg表示泄漏电流高低频分界值,P(w)表示电流信号的频域功率。
10.如权利要求5所述的一种基于泄漏电流特性的绝缘子污秽度监测及预警方法，其特征在于，所述实际泄漏电流有效值的均值其中Ie'(i)为实际泄漏电流各采样点i的有效值，N为一个采样周期内的采样点数；实际泄漏电流有效值的最大值I'emax＝max(Ie'(i))，实际泄漏电流有效值与均值的标准差
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