CN107729593B - 一种基于支持向量机的绝缘子检测机器人测量电压值修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于支持向量机的绝缘子检测机器人测量电压值修正方法，根据绝缘子分布参数模型和绝缘子检测机器人等效路模型，模拟存在不同低、零值绝缘子情况，分别计算无机器人时绝缘子串电压分布值和机器人在各片绝缘子测量获得的绝缘子串电压分布值，两组数据作为样本，构成样本库；选取样本集，利用支持向量机模型进行训练，修正得到实际电压分布，通过模型参数优化完成模型训练；利用训练好的模型对测量数据进行修正，即可得到绝缘子串真实电压分布。本方法可以通过典型缺陷情况下的样本数据训练学习得到测量电压值与实际绝缘子串分布电压之间复杂的非线性关系，对正常情况以及不同低、零值绝缘子情况下的测量电压值进行准确修正。

Description

一种基于支持向量机的绝缘子检测机器人测量电压值修正 方法

技术领域

本发明涉及输电线路绝缘子串的绝缘子机器人检测技术领域，具体涉及一种基于支持向量机的绝缘子检测机器人测量电压值修正方法。

背景技术

输电线路绝缘子工作在户外环境中，长期受恶劣气候或工业污染影响，可能遭受沙尘、自然盐酸、雾霾、酸雨、工业废气等污染物的侵蚀。随运行时间延长，绝缘性能随之下降，为了保证输电线路绝缘子的运行安全，需定期地进行劣化瓷绝缘子检测。传统的检测方法主要为人工检测，利用火花叉法、电压分布法等对绝缘子进行判别，对于长串绝缘子由于操作杆较长等原因非常不便，而采用绝缘子机器人检测方便有效，并可减少绝缘子检测工作的人力投入，降低输电线路运维成本。

但是，绝缘子检测机器人在测量过程中可能会改变原来绝缘子串的电场分布情况。检测机器人等效电气模型由探针间电容、测量电阻和测量回路的等效阻抗等部分组成，检测机器人在测量一片绝缘子时相当于在绝缘子旁并联了一条支路，使整体阻抗减小，从而造成分压减小，测量的电压值比真实值要小，存在一定的偏差，可能对低、零值绝缘子造成误判。而且绝缘子机器人检测绝缘子串各片绝缘子电压时，所处的位置都不一样，因此等效电气网络不断改变，所以测得的整串分布电压值与实际绝缘子串的分布电压值为复杂的非线性关系。因此，需提出一种智能算法模型，通过对样本数据训练学习获取这种非线性关系，然后可将训练好的模型用于绝缘子机器人测量数据的修正。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于支持向量机的绝缘子检测机器人测量电压值修正方法，根据绝缘子分布参数模型和绝缘子检测机器人等效电路模型，模拟存在不同低、零值绝缘子情况，分别计算无机器人时绝缘子串电压分布值和机器人在各片绝缘子测量获得的绝缘子串电压分布值，两组数据作为一个样本，选取对应数据构成样本库；对训练样本输入归一化，然后利用支持向量机模型进行训练，修正得到实际电压分布，通过优化当误差小于设定值时，模型训练完成；利用训练好的模型对测量数据进行修正，即可得到绝缘子串真实电压分布。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于支持向量机的绝缘子检测机器人测量电压值修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立绝缘子分布参数模型，计算无机器人存在时绝缘子串实际电压分布值；

步骤2：建立绝缘子检测机器人等效电路模型，仿真模拟绝缘子机器人在各片绝缘子测量获得的绝缘子串电压分布值；

步骤3：模拟绝缘子串中存在不同低、零值绝缘子情况，根据步骤1和步骤 2分别计算无机器人时绝缘子串电压分布值和机器人在各片绝缘子测量获得的绝缘子串电压分布值，两组数据作为一个样本，计算多种低、零值绝缘子情况下的数据，构成样本库；

步骤4：在样本库中选取训练样本集，对支持向量机模型进行训练，通过模型参数优化完成支持向量机模型训练；

步骤5：将检测机器人测量数据作为输入量，利用训练完成的支持向量机模型进行修正，即可得到绝缘子串实际分布电压。

进一步地，步骤1的实现过程包括：根据绝缘子串及铁塔结构尺寸建立三维模型，并设置材料参数，利用有限元法进行静电场的仿真计算，得到绝缘子串分布电容参数，结合各片绝缘子绝缘电阻值建立绝缘子串分布参数模型，其中每片绝缘子等效电路包括自身绝缘电阻、与其余各片绝缘子的互电容以及对地电容，绝缘子串中按正常绝缘子和低、零值绝缘子分别设置对应绝缘电阻值，最后利用分布参数模型计算绝缘子串的电压分布。

进一步地，步骤2的实现过程包括：根据绝缘子检测机器人结构尺寸建立机器人三维模型，并设置材料参数，利用有限元法计算绝缘子机器人探针间电容，并结合测量电阻以及测量回路等效阻抗，建立绝缘子机器人等效电路模型，模拟绝缘子检测机器人在绝缘子串上的检测过程，依次将绝缘子机器人等效电路模型并联在检测绝缘子的对应电路上，仿真计算被测片的电压值，最终得到有机器人时绝缘子串电压分布值。

进一步地，步骤4的实现过程包括：在样本库中选取训练样本集，每个样本中有机器人存在时的绝缘子串电压分布作为输入，无机器人时绝缘子串电压分布作为输出，将训练样本输入归一化，然后利用支持向量机模型进行训练，修正得到实际电压分布，与输出值进行对比，若误差大于设定值，对模型参数进行优化，再次训练，直到误差小于设定值，完成支持向量机模型训练。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本方法依次将绝缘子机器人等效电路模型并联在检测绝缘子的对应电路上，仿真计算被测片的电压值，可更准确的仿真模拟绝缘子检测机器人测量的绝缘子串分布电压；

(2)本方法基于支持向量机建立绝缘子检测机器人测量电压的修正模型，可以通过典型缺陷情况下的样本数据训练学习得到测量电压值与实际绝缘子串分布电压之间复杂的非线性关系，然后应用于不同低、零值绝缘子情况下的测量电压值修正，修正结果准确，满足实际工程要求。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2是本发明的绝缘子分布参数模型示意图。

图3是本发明的杆塔上绝缘子机器人测量示意图。

其中，1—220kV单回直线猫头塔、2—绝缘子串、3—绝缘子检测机器人。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

本实施例以一个220kV单回直线猫头塔的绝缘子检测机器人测量的电压值修正为例说明本专利的实施方式，杆塔上绝缘子机器人测量示意图如图2所示，图中1为220kV单回直线猫头塔，2为绝缘子串3为绝缘子检测机器人。

具体步骤如下：

1)：首先根据绝缘子串及铁塔结构尺寸建立三维模型，杆塔高42m，呼高 36m，横担长3.7m，塔窗高6m，塔脚宽4.98m；绝缘子串由13片绝缘子组成，采用XP-70瓷绝缘子，高度为146mm，盘径为255mm，爬电距离280mm；导线为二分裂，金具采用两个长方体代替，按照上述结构尺寸建立整体三维模型，利用有限元法计算分布电容参数，杆塔、上金具和最上面的钢帽都为地电位，计算结果如表1。建立如图2所示的绝缘子分布参数模型，其中U_N为额定电压，有效值设置为127kV，C_ij为第i个和第j个绝缘子之间的电容，C_gi为第i个绝缘子的对地电容，可由表1得到，R_i为第i个绝缘子的绝缘电阻，正常绝缘子设置为1GΩ，低、零值绝缘子可根据仿真需要设置≤300MΩ的对应值。参数设置完成后，可利用此模型计算无机器人时绝缘子串实际电压分布。

表1

2)：根据绝缘子机器人结构尺寸建立三维模型，绝缘子检测机器人主要组成部分有探针、步进电机、连板、机架、导向条、通讯模块。对绝缘子检测机器人的各部分加上对应材料属性，例如探针为导体，导向条、探针连杆等为绝缘材料，利用有限元仿真计算绝缘子机器人探针间电容为6.94pF。并结合测量电阻以及测量回路等效阻抗，例如设置为1GΩ，建立绝缘子机器人等效电路模型；模拟绝缘子检测机器人在绝缘子串上的检测过程，可将等效电路模型作为电气支路，依次将绝缘子机器人等效电路模型并联在检测绝缘子的对应电路上，仿真计算被测片的电压值，得到有机器人时绝缘子串电压分布值。

3)：模拟绝缘子串中存在不同低、零值绝缘子情况，每片绝缘子都可以设置低、零值电阻如300MΩ、240MΩ、200MΩ、150MΩ、100MΩ、50MΩ、10MΩ等不同情况，根据步骤1和步骤2分别计算无机器人时绝缘子串电压分布值和机器人在各片绝缘子测量获得的绝缘子串电压分布值，两组数据作为一个样本，例如2组仿真计算得到的典型样本如表2；计算多种低、零值绝缘子情况下的数据构成样本库。

表2

4)：在样本库中选取训练样本集，每个样本中有机器人存在时的绝缘子串电压分布作为输入，无机器人时绝缘子串电压分布作为输出，将训练样本输入归一化，然后利用支持向量机模型进行训练，修正得到实际电压分布，与输出值进行对比，设定误差允许值为1％，当误差大于1％，进行模型参数优化后，再次训练，直到误差小于1％，完成支持向量机模型训练。

5)：将检测机器人测量数据作为输入量，利用训练完成的支持向量机模型进行修正，即可得到绝缘子串实际分布电压。取任意低、零值绝缘子情况，例如设置第3片绝缘子绝缘电阻值为120MΩ，仿真模拟的检测机器人测量数据、支持向量机模型修正值以及仿真计算绝缘子串实际电压分布，三组数据对比如表3，可以看到修正值与实际电压分布单片最大误差约为1.47％，采用本专利的方法可有效修正测量数据。

表3

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (1)

1.一种基于支持向量机的绝缘子检测机器人测量电压值修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立绝缘子分布参数模型，计算无机器人存在时绝缘子串实际电压分布值；步骤1的实现过程包括：根据绝缘子串及铁塔结构尺寸建立三维模型，并设置材料参数，利用有限元法进行静电场的仿真计算，得到绝缘子串分布电容参数，结合各片绝缘子绝缘电阻值建立绝缘子串分布参数模型，其中每片绝缘子等效电路包括自身绝缘电阻、与其余各片绝缘子的互电容以及对地电容，绝缘子串中按正常绝缘子和低、零值绝缘子分别设置对应绝缘电阻值，最后利用分布参数模型计算绝缘子串的电压分布；

步骤2：建立绝缘子检测机器人等效电路模型，仿真模拟绝缘子机器人在各片绝缘子测量获得的绝缘子串电压分布值；步骤2的实现过程包括：根据绝缘子检测机器人结构尺寸建立机器人三维模型，并设置材料参数，利用有限元法计算绝缘子机器人探针间电容，并结合测量电阻以及测量回路等效阻抗，建立绝缘子机器人等效电路模型，模拟绝缘子检测机器人在绝缘子串上的检测过程，依次将绝缘子机器人等效电路模型并联在检测绝缘子的对应电路上，仿真计算被测片的电压值，最终得到有机器人时绝缘子串电压分布值；

步骤3：模拟绝缘子串中存在不同低、零值绝缘子情况，根据步骤1和步骤2分别计算无机器人时绝缘子串电压分布值和机器人在各片绝缘子测量获得的绝缘子串电压分布值，两组数据作为一个样本，计算多种低、零值绝缘子情况下的数据，构成样本库；

步骤4：在样本库中选取训练样本集，对支持向量机模型进行训练，通过模型参数优化完成支持向量机模型训练；步骤4的实现过程包括：在样本库中选取训练样本集，每个样本中有机器人存在时的绝缘子串电压分布作为输入，无机器人时绝缘子串电压分布作为输出，将训练样本输入归一化，然后利用支持向量机模型进行训练，修正得到实际电压分布，与输出值进行对比，若误差大于设定值，对模型参数进行优化，再次训练，直到误差小于设定值，完成支持向量机模型训练；

步骤5：将检测机器人测量数据作为输入量，利用训练完成的支持向量机模型进行修正，即可得到绝缘子串实际分布电压。

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