CN108363829A - 绝缘子温升诊断方法和系统 - Google Patents

绝缘子温升诊断方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种绝缘子温升诊断方法和系统，包括以下步骤：根据绝缘子的导热方程和绝缘子对应的边界条件建立所述绝缘子的径向温度计算模型；其中，径向为垂直于绝缘子中心轴方向；获取绝缘子的外表面温度、绝缘子参数以及所述绝缘子所处环境对应的环境参数；根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及所述径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度；根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断。上述绝缘子温升诊断方法，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。

Description

绝缘子温升诊断方法和系统
技术领域
本发明涉及输变电设备检修技术领域，特别是涉及一种绝缘子温升诊断方法和系统。
背景技术
在湿热地区，绝缘子(例如复合绝缘子)异常发热问题尤为严重，发热的绝缘子老化速度加快，若发现不及时则有可能造成绝缘子断裂等重大事故，严重威胁电网的安全稳定运行。为了保证电网的安全稳定运行，需要对绝缘子的温升进行诊断。
传统的绝缘子的温升诊断方案，主要是通过红外热像仪直接测量绝缘子外表面的温度。若存在发热点，则将发热点温度与未发热处对比，根据对比结果来诊断绝缘子的温升情况，对绝缘子温升诊断的准确性低。
发明内容
基于此，有必要针对绝缘子温升诊断的准确性低的问题，提供一种绝缘子温升诊断方法和系统。
其中，本发明实施例提供了一种绝缘子温升诊断方法，包括以下步骤：
根据绝缘子的导热方程和绝缘子对应的边界条件建立所述绝缘子的径向温度计算模型；其中，所述径向为垂直于绝缘子中心轴方向；
获取绝缘子的外表面温度、绝缘子参数以及所述绝缘子所处环境对应的环境参数；
根据所述外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及所述径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度；
根据所述内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断。
上述绝缘子温升诊断方法，通过绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型，根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度，并根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。
在一个实施例中，所述的绝缘子温升诊断方法，在根据绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型之前，还包括以下步骤：
将绝缘子护套处圆柱形结构作为目标模型，根据所述目标模型和绝缘子导热特性建立所述绝缘子的导热方程。
在一个实施例中，所述的绝缘子温升诊断方法，所述导热方程为：
其中，r为绝缘子半径，k为绝缘子护套导热系数，T为绝缘子径向温度。
在一个实施例中，所述的绝缘子温升诊断方法，所述径向温度计算模型为：
其中，Ts,2为所述绝缘子外表面温度，qs为绝缘子总散热量，r2为绝缘子护套半径，A为绝缘子散热面积。
在一个实施例中，所述的绝缘子温升诊断方法，所述绝缘子总散热量qs包括对流散热qs1和辐射散热qs2，其中，qs1对应的计算公式为：
qs2对应的计算公式为：
qs2＝Aεσ(Ts,2 4-T∞ 4)
式中，为平均对流系数，ε为发射率，σ为黑体辐射常数，T∞为环境温度。
在一个实施例中，所述的绝缘子温升诊断方法，获取绝缘子的外表面温度、绝缘子参数以及所述绝缘子所处环境对应的环境参数，包括以下步骤：
根据红外热像仪获取绝缘子的外表面温度，根据绝缘子型号获取绝缘子参数，利用安装在输电杆塔上的微气象站获取所述绝缘子所处环境对应的环境参数。
在一个实施例中，所述的绝缘子温升诊断方法，所述微气象站由蓄电池和风光互补的方式供电。
本发明实施例提供了一种绝缘子温升诊断系统，包括：
第一获取模块，用于根据绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型；其中，所述径向温度计算模型为垂直于绝缘子中心轴方向的温度公式；
第二获取模块，用于获取绝缘子的外表面温度、绝缘子参数以及所述绝缘子所处环境对应的环境参数；
公式代入模块，用于根据所述外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及所述径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度；
诊断模块，用于根据所述内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断。
上述绝缘子温升诊断系统，通过绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型，根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度，并根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的绝缘子温升诊断方法。
上述计算机存储介质，通过其存储的计算机程序，实现了提高绝缘子温升诊断的准确性。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述的绝缘子温升诊断方法。
上述计算机设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，实现了提高绝缘子温升诊断的准确性。
附图说明
图1为本发明一个实施例的绝缘子温升诊断方法步骤示意图；
图2为本发明一个实施例的复合绝缘子结构示意图；
图3为本发明一个实施例的具体方案实施场景示意图；
图4为本发明一个实施例的计算复合绝缘子温升诊断方法流程图；
图5为本发明一个实施例的温升诊断系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中的绝缘子温升诊断方法可以应用于在对输电线路的运行维护时，对绝缘子进行温升诊断。本发明实施例中以复合绝缘子为例，对绝缘子温升诊断方法进行详细介绍。本发明的核心思想为：通过运行人员使用红外热像仪测得外表面温度，结合附近杆塔上安装的微气象站测得的环境温度、湿度及风速等数据，再查阅资料获得故障绝缘子的结构参数和物性参数，根据以上参数建立绝缘子径向温度数学模型，推算出绝缘子内部热源温度，从而对复合绝缘子的温升程度进行准确判断。
下面结合图1阐述绝缘子温升诊断方法的实施例。
图1为本发明一个实施例的绝缘子温升诊断方法步骤示意图，包括以下步骤：
S101，根据绝缘子的导热方程和绝缘子对应的边界条件建立所述绝缘子的径向温度计算模型；其中，所述径向为垂直于绝缘子中心轴方向；
具体地，如图2所示，复合绝缘子由芯棒和硅橡胶护套组成，如图2(a)所示，芯棒的半径为r1，硅橡胶护套的半径为r2。如图2(b)所示，绝缘子的外表面包括护套和伞裙，可以采用护套处圆柱形结构作为计算模型。计算时，可以假设芯棒的单位时间单位体积发热量为常数，护套处芯棒表面的温度均匀，绝缘子各部分的物性参数为常数，且忽略芯棒与硅橡胶护套之间的接触热阻，根据热传导理论可以得到绝缘子径向温度计算模型。
S102，获取绝缘子的外表面温度、绝缘子参数以及所述绝缘子所处环境对应的环境参数；
上述绝缘子的外表面温度可以利用红外热像仪测量，如图3所示，图3是本发明一个实施例的具体方案实施场景示意图，可以通过人手持红外热像仪对绝缘子的外表面温度进行测量，选取的红外热像仪应具备大气条件的修正功能，可将大气温度、相对湿度、测量距离等补偿参数输入并进行修正，并选择适当的测温范围。测量过程中应尽量使视线能够看到绝缘子的伞裙和护套。在安全距离保证的条件下，可对绝缘子进行登塔测量，以提高测温精度。在使用红外热像仪测量表面温度时，还可以拍摄绝缘子图片，根据拍摄的图片辨认出复合绝缘子型号，查找资料得到该型号绝缘子参数，其中，绝缘子参数包括机构参数和物性参数。如图3所示，还可以利用安装在输电杆塔上的微气象站，测量出该区域的环境温度、湿度及风速等环境参数。
S103，根据所述外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及所述径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度；
上述内部热源指的是复合绝缘子内部(芯棒表面)发热源温度。由于复合绝缘子的发热源多出现在内部，且基本集中在芯棒表面，是由泄漏电流流经劣化芯棒表面或芯棒与硅橡胶界面时产生的极化损耗及电导损耗引起的，因此，通过计算绝缘子内部热源温度来进行温升诊断，能够更加精确地确定绝缘子的温升程度。
S104，根据所述内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断。
由于受到硅橡胶护套阻挡，位于芯棒表面的发热源温度无法直接测量，本发明根据内部温度、环境温度、湿度及风速等参数计算出绝缘子内部热源温度。精确测量芯棒温度有利于对复合绝缘子的温升程度进行诊断。
上述实施例，通过绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型，根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度，并根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。
在一个实施例中，所述的绝缘子温升诊断方法中，可以通过以下方式建立绝缘子导热方程：将绝缘子护套处圆柱形结构作为目标模型，根据所述目标模型和绝缘子导热特性建立所述绝缘子的导热方程。
绝缘子护套处的圆柱结构见图2，可以假设芯棒的单位时间单位体积发热量为常数，护套处芯棒表面的温度均匀，且忽略芯棒与硅橡胶护套之间的接触热阻，再建立绝缘子的导热方程。
上述实施例，通过绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型，根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度，并根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。
在一个具体的实施例中，所述导热方程为：
其中，r为绝缘子半径，k为绝缘子护套导热系数，T为绝缘子径向温度。
上述实施例中绝缘子护套导热系数为绝缘子的物性参数，可以根据复合绝缘子型号查阅资料获取，为常数。
上述实施例，通过绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型，根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度，并根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。
在一个实施例中，绝缘子的径向温度计算模型为：
其中，Ts,2为所述绝缘子外表面温度，qs为绝缘子总散热量，r2为绝缘子护套半径，A为绝缘子散热面积，其中公式字母下标中的s代表的是表面(surface)。
具体地，假定k为常数，对式(1)进行两次积分，得到通解为：
T(r)＝C1ln r+C2 (3)
已知复合绝缘子表面温度为Ts,2，且内部传递出的热量等于硅橡胶护套表面对流和辐射的总散热量qs，则有以下绝缘子对应的边界条件：
T(r2)＝TS,2 (4)
将绝缘子对应的边界条件(4)和(5)代入式(3)即可得到(2)式。芯棒的半径为r1，硅橡胶护套的半径为r2，可得芯棒表面温度公式为：
上述实施例，通过绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型，根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度，并根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。
在一个实施例中，绝缘子总散热量qs包括对流散热qs1和辐射散热qs2，其中，qs1对应的计算公式为：
qs2对应的计算公式为：
qs2＝Aεσ(Ts,2 4-T∞ 4) (8)
式中，为平均对流系数，ε为发射率，σ为黑体辐射常数，T∞为环境温度。
上述实施例中，平均对流系数和发射率可以由微气象站测量出的环境温度、湿度及风速等环境参数代入经验公式计算得到。
上述实施例，通过绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型，根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度，并根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。
在一个实施例中，步骤S102可以通过以下方式实现：根据红外热像仪获取绝缘子的外表面温度，根据绝缘子型号获取绝缘子参数，利用安装在输电杆塔上的微气象站获取所述绝缘子所处环境对应的环境参数。
上述实施例具体的流程图如图4所示，可以通过红外热像仪测量绝缘子的外表面温度，通过微气象站测量绝缘子所处环境对应的环境参数，通过查找资料获得绝缘子参数，再分别将外表面温度、环境参数以及绝缘子参数代入由式(2)的绝缘子径向温度计算模型推导出的绝缘子内部热源温度，即式(6)的芯棒表面温度，并根据内部热源温度对复合绝缘子的温升程度进行诊断。
上述实施例，通过绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型，根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度，并根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。
在一个实施例中，所述微气象站由蓄电池和风光互补的方式供电。
上述实施例中，微气象站可以测量出该区域的环境温度、湿度及风速等参数，并可以由经验公式计算出平均对流系数及发射率；由蓄电池和风光互补的方式供电的微气象站可以克服由突发事件造成的供电困难的问题。
上述实施例，通过绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型，根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度，并根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。
另外，如图5所示，本发明实施例还提供了一种绝缘子温升诊断系统，包括：
第一获取模块11，用于根据绝缘子的导热方程和绝缘子对应的边界条件建立所述绝缘子的径向温度计算模型；其中，所述径向为垂直于绝缘子中心轴方向；
具体地，如图2所示，复合绝缘子由芯棒和硅橡胶护套组成，芯棒的半径为r1，硅橡胶护套的半径为r2。绝缘子的外表面包括护套和伞裙，可以采用护套处圆柱形结构作为计算模型。计算时，可以假设芯棒的单位时间单位体积发热量为常数，护套处芯棒表面的温度均匀，绝缘子各部分的物性参数为常数，且忽略芯棒与硅橡胶护套之间的接触热阻，根据热传导的相关知识可以得到绝缘子径向温度计算模型(导热微分方程)。
第二获取模块12，用于获取绝缘子的外表面温度、绝缘子参数以及所述绝缘子所处环境对应的环境参数；
上述绝缘子的外表面温度可以利用红外热像仪测量，如图3所示，可以通过人手持红外热像仪对绝缘子的外表面温度进行测量，选取的红外热像仪应具备大气条件的修正功能，可将大气温度、相对湿度、测量距离等补偿参数输入并进行修正，并选择适当的测温范围。测量过程中应尽量使视线能够看到绝缘子的伞裙和护套。在安全距离保证的条件下，可对绝缘子进行登塔测量，以提高测温精度。在使用红外热像仪测量表面温度时，还可以拍摄绝缘子图片，根据拍摄的图片辨认出复合绝缘子型号，查找资料得到该型号绝缘子参数，其中，绝缘子参数包括机构参数和物性参数。还可以利用安装在输电杆塔上的微气象站(如图3所示)，测量出该区域的环境温度、湿度及风速等环境参数。
公式代入模块13，用于根据所述外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及所述径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度；
上述内部热源指的是复合绝缘子内部(芯棒表面)发热源温度。研究表明，复合绝缘子的发热源多出现在内部，且基本集中在芯棒表面，是由泄漏电流流经劣化芯棒表面或芯棒与硅橡胶界面时产生的极化损耗及电导损耗引起的。
诊断模块14，用于根据所述内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断。
由于受到硅橡胶护套阻挡，位于芯棒表面的发热源温度无法直接测量，但内外温度关系满足传热理论，传递到外表面的温度与内部温度、环境温度、湿度及风速等参数有关，根据这些参数可推演计算出绝缘子内部热源温度。精确测量芯棒温度有利于对复合绝缘子的温升程度进行诊断。
上述实施例，通过绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型，根据外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度，并根据内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断，可以提高绝缘子温升诊断的准确性。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序该程序被处理器执行时实现绝缘子温升诊断方法。
上述实施例与本发明的绝缘子温升诊断方法中对应的实施例相类似，此处不再赘述。
更进一步地，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现绝缘子温升诊断方法。
上述实施例与本发明的绝缘子温升诊断方法中对应的实施例相类似，此处不再赘述。
本发明的绝缘子温升诊断系统与本发明的绝缘子温升诊断方法一一对应，在上述绝缘子温升诊断方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于绝缘子温升诊断系统的实施例中，特此声明。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种绝缘子温升诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据绝缘子的导热方程和绝缘子对应的边界条件建立所述绝缘子的径向温度计算模型；其中，所述径向为垂直于绝缘子中心轴方向；
获取绝缘子的外表面温度、绝缘子参数以及所述绝缘子所处环境对应的环境参数；
根据所述外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及所述径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度；
根据所述内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断。
2.根据权利要求1所述的绝缘子温升诊断方法，其特征在于，在根据绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型之前，还包括以下步骤：
将绝缘子护套处圆柱形结构作为目标模型，根据所述目标模型和绝缘子导热特性建立所述绝缘子的导热方程。
3.根据权利要求2所述的绝缘子温升诊断方法，其特征在于，所述导热方程为：
其中，r为绝缘子半径，k为绝缘子护套导热系数，T为绝缘子径向温度。
4.根据权利要求3所述的绝缘子温升诊断方法，其特征在于，所述径向温度计算模型为：
其中，Ts,2为所述绝缘子外表面温度，qs为绝缘子总散热量，r2为绝缘子护套半径，A为绝缘子散热面积。
5.根据权利要求4所述的绝缘子温升诊断方法，其特征在于，所述绝缘子总散热量qs包括对流散热qs1和辐射散热qs2，其中，qs1对应的计算公式为：
qs2对应的计算公式为：
qs2＝Aεσ(Ts,2 4-T∞ 4)
式中，为平均对流系数，ε为发射率，σ为黑体辐射常数，T∞为环境温度。
6.根据权利要求1所述的绝缘子温升诊断方法，其特征在于，获取绝缘子的外表面温度、绝缘子参数以及所述绝缘子所处环境对应的环境参数，包括以下步骤：
根据红外热像仪获取绝缘子的外表面温度，根据绝缘子型号获取绝缘子参数，利用安装在输电杆塔上的微气象站获取所述绝缘子所处环境对应的环境参数。
7.根据权利要求6所述的绝缘子温升诊断方法，其特征在于，所述微气象站由蓄电池和风光互补的方式供电。
8.一种绝缘子温升诊断系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于根据绝缘子的导热方程获取所述绝缘子的径向温度计算模型；其中，所述径向温度计算模型为垂直于绝缘子中心轴方向的温度公式；
第二获取模块，用于获取绝缘子的外表面温度、绝缘子参数以及所述绝缘子所处环境对应的环境参数；
公式代入模块，用于根据所述外表面温度、绝缘子参数、环境参数以及所述径向温度计算模型得到绝缘子内部热源温度；
诊断模块，用于根据所述内部热源温度对绝缘子的温升程度进行诊断。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至6任意一项所述的绝缘子温升诊断方法。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至7任意一项所述的绝缘子温升诊断方法。
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