CN109142991A - 一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，包括步骤：S1、获取零值绝缘子串样本作为实验零值绝缘子串样本；S2、获取实验零值绝缘子串样本中的零值绝缘子铁帽与两片正常绝缘子铁帽的温度，并计算平均温差；S3、获取实验零值绝缘子串样本中不同绝缘子串的零值绝缘子的平均温差数据，得到零值绝缘子的平均温差数据样本；S4、采用三参数Burr分布对平均温差数据样本进行分布拟合获取零值绝缘子平均温差分布；S5、检验平均温差数据样本是否符合三参数Burr分布，若是执行步骤S6；S6、计算拟合的函数分布图像大于数值T的概率，其中数值T为任意正数；S7、概率是否大于预设概率值，若是则执行步骤S8；S8、将数值T作为红外测零温度阈值。

Description

一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法

技术领域

本发明涉及高压输变电设备运行维护检修技术领域，特别涉及一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法。

背景技术

绝缘子是输配电网中使用范围广，使用数量大的重要电工元件。运行中的瓷质绝缘子因长期经受机电负荷、大气污染、冷热变化等作用，会使得绝缘子的绝缘性能和机械性能下降。而绝缘子的劣化与其绝缘体的结构有关，瓷件结构不致密、多晶体共存，使得绝缘子瓷件中难免有细微的空隙。在外界因素长期无规律的作用下，会使瓷件内微孔逐渐渗透而扩展成小裂纹，进而扩大直至开裂。在强电场的作用下，劣化绝缘子极易产生电击穿，以致形成零值绝缘子。通常，对于绝缘电阻为10MΩ以上的劣化绝缘子称为低值绝缘子，而把绝缘电阻为10MΩ以下者称为零值绝缘子。高压输电线路是负责电厂与变电站、变电站与变电站之间电力传输和分配的主要电力设施，被称为电力事业的动脉。由于我国资源和人口分布不均匀，因此，就更加需要加强高压输电线路的建设工作，将电能有效输送到用电地区，完成电力事业肩负的任务。高压输电线路设计是高压输电线路规划和准备工作阶段的重点，做好高压输电线路设计工作意义重大。据统计,由绝缘子引发的各类故障居高压输电线路所有故障的首位。目前，针对输电线路应用红外热像技术检测绝缘子的依据是DL/T664-2008《带电设备红外诊断技术应用导则》。而在该导则标准中只说明了所有红外检测绝缘子的判定方法，并没有对某个特定电压等级的输电线路或变电站的绝缘子提供精确的标准。而高压输电线路瓷质绝缘子的劣化情况又是一个非常复杂的过程，影响其正常工作的因素也很多。其既与各部件自身的工作条件有关，又与带电设备的环境影响有关。不同电压等级的绝缘子所承受的电压情况和架空高度等条件的不一样，会导致红外检测技术的判别依据发生很大的差别。如若只依据导则中的1K温差作为判定条件，则会使得高压输电线路的绝缘子发生误判，漏判等现象。这将会导致整个电网的安全性和稳定性下降，同时也给更换劣化绝缘子的工作带来极大的不便和混乱。

发明内容

发明目的：当绝缘子劣化为零值绝缘子时，其阻值、电抗值、分布电压、泄露电流的流通路径以及发热功率等因素的变化会使得零值绝缘子盘面的温升相对于环境大气温升接近于零，从而导致正常绝缘子与劣化绝缘子温度相差很大。红外测零原理是根据正常绝缘子串的温度与电压分布相同，即呈现不对称的马鞍形分布，而劣化绝缘子串因零值绝缘子的存在，其温度分布会出现明显的一个下降，以此为依据进行比较分析。而依据现有技术，在实际应用中会导致多数绝缘子漏判，影响检测的准确。故本发明提供一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法。

技术方案：

一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，包括以下步骤：

S1、获取零值绝缘子串样本作为实验零值绝缘子串样本；

S2、获取实验零值绝缘子串样本中的零值绝缘子铁帽与两片正常绝缘子铁帽的温度，并计算平均温差；

S3、获取实验零值绝缘子串样本中不同绝缘子串的零值绝缘子的平均温差数据，得到零值绝缘子的平均温差数据样本；

S4、采用三参数Burr分布对平均温差数据样本进行分布拟合获取零值绝缘子平均温差分布；

S5、检验平均温差数据样本是否符合三参数Burr分布，若是则执行步骤S6；

S6、计算拟合的函数分布图像大于数值T的概率，其中数值T为任意正数；

S7、概率是否大于预设概率值，若是则执行步骤S8；

S8、将该数值T作为红外测零的温度阈值。

作为本发明的一种优选方式，步骤S1包括：

利用红外测零法检测零值绝缘子串样本并将其作为第一零值绝缘子串样本，利用绝缘电阻法检测零值绝缘子串样本并将其作为第二零值绝缘子串样本；实验零值绝缘子串样本为第一零值绝缘子串样本与第二零值绝缘子串样本的重合数据样本。

作为本发明的一种优选方式，步骤S2包括：

取零值绝缘子铁帽以及与该零值绝缘子铁帽相邻两侧的两片正常绝缘子铁帽的温度，并获取平均温差。

作为本发明的一种优选方式，平均温差的公式如下：

其中：为一串绝缘子串中零值绝缘子铁帽的铁帽温度值，与为零值绝缘子铁帽相邻的两侧铁帽的温度，为平均温差。

作为本发明的一种优选方式，零值绝缘子的平均温差数据样本为。

作为本发明的一种优选方式，所述分布拟合的过程具体为：将平均温差数据样本作为符合三参数Burr分布的样本，根据三参数Burr分布的函数表达式，对分布函数的三个参数进行极大似然估计并使用数值法求解获取三个参数的具体数值。

作为本发明的一种优选方式，步骤S5包括：

采用K-S检验平均温差数据样本是否服从三参数Burr分布。

作为本发明的一种优选方式，所述方法还包括：

若平均温差数据样本服从三参数Burr分布，则温差数据样本可用来描述高压瓷质绝缘子零值温度与相邻两片正常绝缘子的平均温度差，并执行步骤S6。

作为本发明的一种优选方式，步骤S6包括：

根据分布拟合过程获取拟合概率密度函数分布图，依据概率密度函数计算阴影部分的面积，可得到该分布平均温差大于某数值T的概率值。

本发明实现以下有益效果：

利用三参数Burr分布对零值绝缘子数据样本进行分布拟合，得到高压输电线路瓷质绝缘子红外测零的温度阈值，完善了绝缘子平均温差在某一电压等级的温度阈值，提高了红外测零的检测精确度和准确率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明提供的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法的流程图；

图2为本发明提供的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法的拟合概率密度函数分布图；

图3为本发明提供的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法的拟合累积概率分布图；

图4为本发明提供的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法的Ⅰ段母线间隔2号构架小号侧C相红外图像；

图5为本发明提供的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法的Ⅰ段母线间隔2号构架小号侧C相红外图像。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参考图1-5，图1为本发明提供的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法的流程图；图2为本发明提供的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法的拟合概率密度函数分布图；图3为本发明提供的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法的拟合累积概率分布图；图4为本发明提供的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法的Ⅰ段母线间隔2号构架小号侧C相红外图像；图5为本发明提供的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法的Ⅰ段母线间隔2号构架小号侧C相红外图像。

具体的，本实施例提供一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，包括以下步骤：

S1、获取零值绝缘子串样本作为实验零值绝缘子串样本。为提高实验精度获取不同变电站及不同架构零值绝缘子的样本作为实验的样本。

S2、获取实验零值绝缘子串样本中的零值绝缘子铁帽与两片正常绝缘子铁帽的温度，并计算平均温差。

S3、获取实验零值绝缘子串样本中不同绝缘子串的零值绝缘子的平均温差数据，得到零值绝缘子的平均温差数据样本。

S4、采用三参数Burr分布对平均温差数据样本进行分布拟合获取零值绝缘子平均温差分布。

S5、检验平均温差数据样本是否符合三参数Burr分布，若是则执行步骤S6。

S6、计算拟合的函数分布图像大于数值T的概率，其中数值T为任意正数。

S7、概率是否大于预设概率值，若是则执行步骤S8。

S8、将该数值T作为红外测零的温度阈值。

优选的，步骤S1包括：利用红外测零法检测零值绝缘子串样本并将其作为第一零值绝缘子串样本，利用绝缘电阻法检测零值绝缘子串样本并将其作为第二零值绝缘子串样本。实验零值绝缘子串样本为第一零值绝缘子串样本与第二零值绝缘子串样本的重合数据样本。

将红外检测出来的零值绝缘子与用绝缘电阻法检测零值缘子相吻合的跟踪数据作为样本来进行研究。这样能够使得本说明所用样本中用红外检测的零值绝缘子全部是真正劣化的绝缘子，避免红外检测误差，而导致样本失真的情况，从而提高了利用三参数Burr分布拟合的精确度。

优选的，步骤S2包括：取零值绝缘子铁帽以及与该零值绝缘子铁帽相邻两侧的两片正常绝缘子铁帽的温度，并获取平均温差。

在本实施例中，平均温差的公式如下：

其中：为一串绝缘子串中零值绝缘子铁帽的铁帽温度值，与为零值绝缘子铁帽相邻的两侧铁帽的温度，为平均温差。

具体的，将某一串劣化的绝缘子串（假设该串第4片为零值），取其铁帽温度值，再取该串第三、第五片铁帽温度值、。将得到的三个温度数据进行均化计算：

令，得到平均温差。

其中，零值绝缘子的平均温差数据样本为。

以上述过程为例，针对不同变电站及不同构架零值绝缘子的温差数据，从而得到零值绝缘子的平均温差数据样本。

本实施例中，所述分布拟合的过程具体为：将平均温差数据样本作为符合三参数Burr分布的样本，根据三参数Burr分布的函数表达式，对分布函数的三个参数进行极大似然估计并使用数值法求解获取三个参数的具体数值。

具体的，分布拟合过程：根据三参数Burr分布的函数表达式，对分布函数的三个参数进行极大似然估计，设符合三参数Burr分布的n个样本。其似然函数为：

对数似然函数为：

其对数似然函数的一阶偏导为：

令：

得：

观察上述方程我们发现其没有显式的解，因此只能用数值解法求解。在此我们采用Newton-Raphson方法。为了得到Newton-Raphson算法，我们首先考虑对数似然函数在处的泰勒级数展开。

当与很接近时，余项可忽略不计，上式的稳定点是下述方程：

的解。即：

表示赋予的初始值，表示第i次迭代的的值，Newton-Raphson算法迭代式如下：

常用的另一个迭代方程为：

对于三参数Burr分布来说：

,

,

,

,

,

,

.

通过上述过程对参数进行求解，我们可以得到三参数Burr拟合数据样本的三个参数，，的具体数值。

优选的，步骤S5包括：采用K-S检验平均温差数据样本是否服从三参数Burr分布。

具体的，三参数Burr分布与数据样本的拟合优度检验过程：采用K-S检验，它可以进行双侧检验，检验样本是否服从指定分布，构造统计量：

其中为样本得到的经验分布函数，为指定的分布函数。

设定显著水平为0.05，经K-S检验，若算出h=0（h为K-S检验返回值）,则表明接受原假设，温差数据样本符合三参数Burr分布，因此可用来描述高压瓷质绝缘子零值温度与相邻两片正常绝缘子的平均温度差。若不符合，则说明温差数据样本不符合三参数Burr分布，不可用来描述高压瓷质绝缘子零值温度与相邻两片正常绝缘子的平均温度差。

其中，若平均温差数据样本服从三参数Burr分布，则温差数据样本可用来描述高压瓷质绝缘子零值温度与相邻两片正常绝缘子的平均温度差，并执行步骤S6。

优选的，步骤S6包括：根据分布拟合过程获取拟合概率密度函数分布图，依据概率密度函数计算阴影部分的面积，可得到该分布平均温差大于某数值T的概率值。

依据概率密度函数的定义，其图像与横坐标的面积为相应数据发生的概率，如图1所示，即阴影部分的面积为该分布平均温差大于某一数值T的概率值。

根据步骤S7与步骤S8，当概率值大于预设概率值时，我们便可以将此数值T作为高压输电线路瓷质绝缘子红外测零的温度阈值。在本实施例中预设概率值可设置为0.8-0.99，具体可设置为0.95，即若数值T的概率值大于0.95，则将此数值T作为高压输电线路瓷质绝缘子红外测零的温度阈值。

应用实例，某省电网运行10年及以上的220kV~500kV变电站悬式绝缘子红外测零,共计检测出劣化绝缘子（低值和零值）344片，分布在11家地市公司的39座220kV变电站内。以某220kV变电站110kVⅠ段母线间隔2号构架小号侧C相零值绝缘子采集样本为例，以下为实施过程：

（1）该构架C相绝缘子红外检测时所得到的红外图像如图4所示。先对图像进行预处理，去除大气噪声，再通过软件对每一片绝缘子铁帽的温度进行取值，生成如图5的数据温度曲线图。

（2）将用红外检测出的零值绝缘子串进行停电维护并用绝缘电阻法测绝缘电阻值，本说明以其两种检测结果相吻合的数据为基准。该相零值绝缘子红外检测结果和绝缘电阻的测试结果如下表所示：

绝缘子位置	红外检测温度/℃	间隙法实测电阻/MΩ	诊断结果
				1	32.61739	7000	正常
2	32.64574	6800	正常
				3	32.17794	3500	正常
4	31.47921	7.9	零值绝缘子
				5	32.12783	3200	正常
6	32.12808	3300	正常
				7	32.11756	3700	正常
8	32.00243	4000	正常

（3）采集该片零值绝缘子与其相邻两片绝缘子铁帽的温度，进行均化处理，得到数据。

根据上述过程，针对某省电网运行10年及以上的220kV~500kV变电站悬式绝缘子红外测零的检测结果与跟踪数据，便得到本说明所用样本。

（4）根据上述发明内容中的公式，对样本进行拟合与参数的求解。经过计算，其结果分别为：，，。得到参数后对其进行拟合优度检验，经K-S检验计算得出h=0。三参数Burr分布与样本的拟合累积概率分布图如图3所示。

（5）三参数Burr分布与样本的拟合概率密度函数分布图如图2所示，其阴影面积为样本零值绝缘子平均温差大于0.3℃的概率，通过计算其值为0.9610，也就是说在该样本中有96.10%的零值绝缘子的平均温差大于0.3℃，故在本实例中将该值作为高压输电线路瓷质绝缘子红外测零的温度阈值。

本发明利用三参数Burr分布对零值绝缘子数据样本进行分布拟合，得到高压输电线路瓷质绝缘子红外测零的温度阈值。完善了DL/T664-2008《带电设备红外诊断技术应用导则》中绝缘子平均温差在某一电压等级的温度阈值。从而提高了红外测零的检测精确度和准确率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取零值绝缘子串样本作为实验零值绝缘子串样本；

S2、获取实验零值绝缘子串样本中的零值绝缘子铁帽与两片正常绝缘子铁帽的温度，并计算平均温差；

S3、获取实验零值绝缘子串样本中不同绝缘子串的零值绝缘子的平均温差数据，得到零值绝缘子的平均温差数据样本；

S4、采用三参数Burr分布对平均温差数据样本进行分布拟合获取零值绝缘子平均温差分布；

S5、检验平均温差数据样本是否符合三参数Burr分布，若是则执行步骤S6；

S6、计算拟合的函数分布图像大于数值T的概率，其中数值T为任意正数；

S7、概率是否大于预设概率值，若是则执行步骤S8；

S8、将该数值T作为红外测零的温度阈值。

2.根据权利要求1所述的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，其特征在于，步骤S1包括：

利用红外测零法检测零值绝缘子串样本并将其作为第一零值绝缘子串样本，利用绝缘电阻法检测零值绝缘子串样本并将其作为第二零值绝缘子串样本；实验零值绝缘子串样本为第一零值绝缘子串样本与第二零值绝缘子串样本的重合数据样本。

3.根据权利要求1所述的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，其特征在于，步骤S2包括：

取零值绝缘子铁帽以及与该零值绝缘子铁帽相邻两侧的两片正常绝缘子铁帽的温度，并获取平均温差。

4.根据权利要求1所述的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，其特征在于，平均温差的计算公式如下：

其中：为一串绝缘子串中零值绝缘子铁帽的铁帽温度值，与为零值绝缘子铁帽相邻的两侧铁帽的温度，为平均温差。

5.根据权利要求1所述的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，其特征在于，零值绝缘子的平均温差数据样本为。

6.根据权利要求1所述的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，其特征在于，所述分布拟合的过程具体为：将平均温差数据样本作为符合三参数Burr分布的样本，根据三参数Burr分布的函数表达式，对分布函数的三个参数进行极大似然估计并使用数值法求解获取三个参数的具体数值。

7.根据权利要求1所述的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，其特征在于，步骤S5包括：

采用K-S检验平均温差数据样本是否服从三参数Burr分布。

8.根据权利要求7所述的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，其特征在于，所述方法还包括：

若平均温差数据样本服从三参数Burr分布，则温差数据样本可用来描述高压瓷质绝缘子零值温度与相邻两片正常绝缘子的平均温度差，并执行步骤S6。

9.根据权利要求1所述的一种基于Burr分布的瓷绝缘子红外测零温度阈值判定方法，其特征在于，步骤S6包括：

根据分布拟合过程获取拟合概率密度函数分布图，依据概率密度函数计算阴影部分的面积，可得到该分布平均温差大于某数值T的概率值。