CN114280434A - 一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法及系统通过实时监测复合绝缘子末屏泄漏电流、相对介损、相对电容量及局放信号，从而准确判断复合绝缘子是否存在明显的异常故障，同时通过量化灰色评价方法对复合绝缘子的状态进行量化分析，以达到及时获知复合绝缘子运行状态、及时排查劣化故障的目的；本发明提供一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，不仅能够弥补现有检测手段的不足，而且能有效地实时监控复合绝缘子的运行状态并进行量化分析，以及时发现潜在故障缺陷，进一步保证辖区内配电网络的安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明专利涉及带电检测领域，尤其涉及一种复合绝缘子缺陷带电检测用探测装置。
背景技术
现代化的输电线路及变电站管理对于复合绝缘子劣化问题极为重视，一旦因为绝缘劣化失修而导致电力设备的绝缘性能下降，就极有可能引发绝缘闪络等事故，随之而来的安全隐患以及经济损失将不可估量。因此复合绝缘子的良好运行有助于保障整个电力系统的安全和稳定。结合当前建设“特高压”工程、“西电东送”工程和坚强智能电网的时代背景，大规模推广复合绝缘子在输电线路上运行的趋势，对复杂环境下复合绝缘子性能退化、劣化的评价需要，加强复合绝缘子监测及劣化评价方法、尽力消除一切故障隐患是保障复合绝缘子正常工作、电力系统稳定运行的关键。
传统的对复合绝缘子的劣化检测方法一般通过现场取样，将复合绝缘子样品运送到实验室进行闪络电压、憎水性、FTIR、SEM及介电参数等测试，通过测试结果分析复合绝缘子劣化特性。以上方法检测成本偏高，且无法进行复合绝缘子劣化程度的量化分析。随着检测手段的不断发展，现今的电力设备运行检测方法多采用非接触便携装置，操作便捷，效率高，例如紫外成像技术、红外成像技术、图像识别技术等。紫外成像技术可以用于及时发现复合绝缘子周围的电晕放电异常，红外成像技术可以通过观察复合绝缘子不同位置的温度分布而鉴别发热故障，图像识别技术可以通过监测复合绝缘子表面水珠与水膜状态判断复合绝缘子憎水性等特性。此外，泄露电流在线监测技术也可以实时获取复合绝缘子运行的泄露电流特性。外绝缘设备是每条输电线路及户外变电站的薄弱环节，对其运行进行适当的监测和维护评价至关重要，如果能够实现基于多参量的复合绝缘子劣化程度量化分析，这将具有重大的工程价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，包括：
获取复合绝缘子多参量监测数据；
对复合绝缘子多参量监测数据归一化处理，得到复合绝缘子多参量标准数据；
基于复合绝缘子多参量监测数据构建比较数列；
基于复合绝缘子多参量标准数据构建参考数列；
计算比较数列与参考数列的关联系数；
通过关联系数计算关联度值；
将关联度值作为量化复合绝缘子劣化程度的指标。
进一步地，复合绝缘子多参量监测数据为：局部放电量P'1、表面平均温度P'2、表面最大温度P'3、表面憎水性等级P'4、表面水膜与试品表面积的比值P'5、泄漏电流的脉冲数量P'6、泄漏电流的脉冲数量P'7、泄漏电流的脉冲数量P'8、泄漏电流的脉冲数量P'9、最大脉冲幅值P'10和累积放电量P'11。
进一步地，累积放电量的计算公式为：
式中：P11为累积放电量；i(t)为泄漏电流；τ为累积时间。
进一步地，归一化处理的计算公式：
式中，Wi[]min为监测数据局数组中的最小值；Wi[]max为监测数据局数组中的最大值，i代表P'1- P'11参量数据。
进一步地，复合绝缘子多参量标准数据为：局部放电量P1、表面平均温度P2、表面最大温度P3、表面憎水性等级P4、表面水膜与试品表面积的比值P5、泄漏电流的脉冲数量P6、泄漏电流的脉冲数量P7、泄漏电流的脉冲数量P8、泄漏电流的脉冲数量P9、最大脉冲幅值 P10和累积放电量P11。
进一步地，比较数列为：Xi＝{Xi(k)|k＝1,2,…,n}，i＝1，2，…，m，其中，n 为11；m为待评价复合绝缘子个数。
进一步地，参考数列为：Y＝{Y(k)|k＝1，2，…，n}，其中，n为11。
进一步地，参考数列Y(k)与比较数列Xi(k)的关联系数计算公式为：
记△i(k)＝|y(k)-xi(k)|，则
其中ρ∈(0，∞)，称为分辨系数；ρ越小，分辨力越大，ρ的取值区间为(0,1)；当ρ≤0.5463时，分辨力最好，取ρ＝0.5；
ξi(k)是比较数列Xi的第k个元素与参考数列Y的第k个元素之间的关联系数。
进一步地，关联度ri计算公式如下：
相应地，一种复合绝缘子劣化程度量化分析系统，包括：
复合绝缘子多参量监测数据采集模块：用于采集复合绝缘子多参量监测数据；
归一化处理模块：用于输入复合绝缘子多参量监测数据，输出复合绝缘子多参量标准数据；
数列生成模块：用于基于复合绝缘子多参量监测数据构建比较数列和基于复合绝缘子多参量标准数据构建参考数列；
关联系数计算模块：用于计算比较数列和参考数列的关联系数；
关联度计算模块：用于根据关联系数计算关联度；
量化分析模块：用于将关联度值作为量化复合绝缘子劣化程度的指标。
本发明具有的有益效果：
本发明通过实时监测复合绝缘子末屏泄漏电流、相对介损、相对电容量及局放信号，从而准确判断复合绝缘子是否存在明显的异常故障，同时通过量化灰色评价方法对复合绝缘子的状态进行量化分析，以达到及时获知复合绝缘子运行状态、及时排查劣化故障的目的；本发明提供一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，不仅能够弥补现有检测手段的不足，而且能有效地实时监控复合绝缘子的运行状态并进行量化分析，以及时发现潜在故障缺陷，进一步保证辖区内配电网络的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明计算流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供的一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法。
分别通过紫外成像技术、红外成像技术、图像识别技术采集复合绝缘子局部放电量P'1、表面平均温度P'2、表面最大温度P'3、表面憎水性等级P'4、表面水膜与试品表面积的比值 P'5、通过泄露电流在线监测技术监测泄漏电流的脉冲数量(阈值设定为200A、500A、1mA、 2mA，幅值大于对应阈值的脉冲数为分别计为P'6、P'7、P'8和P'9)、最大脉冲幅值P'10和累积放电量P'11。最后通过灰色理论评价原理进行基于11参量的复合绝缘子劣化程度量化分析。
其中，所述复合绝缘子局部放电量P'1，通过紫外成像仪直接测量获得复合绝缘子表面放电量。
其中，所述复合绝缘子表面平均温度P'2、表面最大温度P'3，通过红外成像仪测量，并自动识别表面最大温度及平均温度。
其中，所述复合绝缘子表面憎水性等级P'4、表面水膜与试品表面积的比值P'5，通过图像识别技术测量获得；其中表面水膜与试品表面积的比值中的水膜为上表面水膜，面积为复合绝缘子上表面面积。
其中，所述复合绝缘子泄漏电流的脉冲数量、最大脉冲幅值P'10和累积放电量P'11通过泄露电流在线监测技术获得，泄漏电流的脉冲数量阈值设定为200A、500A、1mA、2mA，幅值大于对应阈值的脉冲数为分别计为P'6、P'7、P'8和P'9，波峰或波谷的绝对值大于阈值则计数值加1，即将波峰和波谷考虑为两个单独的脉冲。最大脉冲幅值，记录一定时间内泄漏电流的最大脉冲幅值。累积放电量，一定时间内累积放电量的计算公式为：
式中：P'11为累积放电量，单位符合C；i(t)为泄漏电流，单位符号A；为累积时间，单位符号s。
如图2所示，通过灰色关联算法对复合绝缘子进行量化分析。具体方法如下：
1)归一化处理
本文采集局部放电量P'1、表面平均温度P'2、表面最大温度P'3、表面憎水性等级P'4、表面水膜与试品表面积的比值P'5、泄漏电流的脉冲数量P'6、泄漏电流的脉冲数量P'7、泄漏电流的脉冲数量P'8、泄漏电流的脉冲数量P'9、最大脉冲幅值P'10和累积放电量P'11，十一参量数据，由于其单位不一致，且初始值各异。因此为了使十一组监测数据具有可比性，需要消除数据量级、量纲的影响，即对原始数据进行归一化处理：
式中，Wi[]min为监测数据局数组中的最小值；Wi[]max为监测数据局数组中的最大值，i代表P'1-P'11参量数据。
2)确定分析数列
确定评价复合绝缘子状态特征的参考数列和影响系统行为的比较数列。反映系统行为特征的数据序列，称为参考数列。本方法中将合格全新标准复合绝缘子的十一参量数据(局部放电量P1、表面平均温度P2、表面最大温度P3、表面憎水性等级P4、表面水膜与试品表面积的比值P5、泄漏电流的脉冲数量(P6、P7、P8和P9)、最大脉冲幅值P10和累积放电量P11) 作为参考数列(又称母序列)Y,Y＝{Y(k)|k＝1，2，…，n}。被监测待评价复合绝缘子十一参量数据作为比较数列Xi，比较数列又称子序列，Xi＝{Xi(k)|k＝1,2,…,n}，i＝1，2，…，m。其中，n为11，表示十一参量数据(局部放电量P'1、表面平均温度P'2、表面最大温度 P'3、表面憎水性等级P'4、表面水膜与试品表面积的比值P'5、泄漏电流的脉冲数量(P'6、 P'7、P'8和P'9)、最大脉冲幅值P'10和累积放电量P'11)；m为待评价复合绝缘子个数。
3)计算待评价复合绝缘子与合格全新标准复合绝缘子的十一参量特征关联系数
参考数列Y(k)与比较数列Xi(k)的关联系数计算公式如下所示。
记Δi(k)＝|y(k)-xi(k)|，则
其中ρ∈(0，∞)，称为分辨系数。ρ越小，分辨力越大，一般ρ的取值区间为(0,1),具体取值可视情况而定。当ρ≤0.5463时，分辨力最好，通常取ρ＝0.5。
ξi(k)是比较数列Xi的第k个元素与参考数列Y的第k个元素之间的关联系数。
4)计算关联度值
因为关联系数是比较数列与参考数列在各个时刻或条件下的关联程度值，所以它的数不止一个，而信息过于分散不便于进行整体性比较。因此有必要将各个时刻或条件下的关联系数集中为一个值，即求其平均值，也可对各个条件下的关联系数进行赋权进而求其关联度，作为比较数列与参考数列间关联程度的数量表示，以求平均值为例，其关联度ri计算公式如下：
根据灰色关联理论的含义，所得关联度大小与标准复合绝缘子参量指标成正相关，本方法将复合绝缘子的十一参量数据分别计算其灰色关联值(先构建序列Y和Xi，通过公式(3)和 (4)计算关联系数)，并取均值(通过公式(5)取均值)作为被监测复合绝缘子评价指标。
对比局部放电量P1、表面平均温度P2、表面最大温度P3、表面憎水性等级P4、表面水膜与试品表面积的比值P5、泄漏电流的脉冲数量(P6、P7、P8和P9)、最大脉冲幅值P10和累积放电量P11的直接监测结果，如果其中某参量的监测值过多偏离标准复合绝缘子参量值，则后台系统直接发出复合绝缘子异常警告信息。若十一参量监测数据均未明显偏离标准复合绝缘子参量值，则通过灰色理论进行量化分析，针对得分较低的复合绝缘子，进行重点关注甚至采取措施。
本发明通过紫外成像技术、红外成像技术、图像识别技术和泄露电流在线监测技术实时监测复合绝缘子局部放电量、表面平均温度、表面最大温度、表面憎水性等级、表面水膜与试品表面积的比值、泄漏电流的脉冲数量(阈值设定为200A、500A、1mA、2mA)、最大脉冲幅值和累积放电量参量，从而准确判断复合绝缘子是否存在明显的异常故障，同时通过量化灰色评价方法对复合绝缘子的劣化程度进行量化分析，以达到及时获知复合绝缘子运行状态、及时排查劣化故障的目的；本发明提供一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，不仅能够弥补现有检测手段的不足，而且能有效地实时监控复合绝缘子的运行状态并进行量化分析，以及时发现潜在故障缺陷，进一步保证辖区内输配电网络的安全稳定运行。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，其特征在于，包括：
获取复合绝缘子多参量监测数据；
对复合绝缘子多参量监测数据归一化处理，得到复合绝缘子多参量标准数据；
基于复合绝缘子多参量监测数据构建比较数列；
基于复合绝缘子多参量标准数据构建参考数列；
计算比较数列与参考数列的关联系数；
通过关联系数计算关联度值；
将关联度值作为量化复合绝缘子劣化程度的指标。
2.根据权利要求1的一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，其特征在于：复合绝缘子多参量监测数据为：局部放电量P'1、表面平均温度P'2、表面最大温度P'3、表面憎水性等级P'4、表面水膜与试品表面积的比值P'5、泄漏电流的脉冲数量P'6、泄漏电流的脉冲数量P'7、泄漏电流的脉冲数量P'8、泄漏电流的脉冲数量P'9、最大脉冲幅值P'10和累积放电量P'11。
3.根据权利要求2的一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，其特征在于：累积放电量的计算公式为：
式中：P11为累积放电量；i(t)为泄漏电流；τ为累积时间。
4.根据权利要求3的一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，其特征在于：归一化处理的计算公式：
式中，Wi[]min为监测数据局数组中的最小值；Wi[]max为监测数据局数组中的最大值，i代表P'1-P'11参量数据。
5.根据权利要求4的一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，其特征在于：复合绝缘子多参量标准数据为：局部放电量P1、表面平均温度P2、表面最大温度P3、表面憎水性等级P4、表面水膜与试品表面积的比值P5、泄漏电流的脉冲数量P6、泄漏电流的脉冲数量P7、泄漏电流的脉冲数量P8、泄漏电流的脉冲数量P9、最大脉冲幅值P10和累积放电量P11。
6.根据权利要求5的一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，其特征在于：比较数列为：Xi＝{Xi(k)|k＝1,2,…,n}，i＝1，2，…，m，其中，n为11；m为待评价复合绝缘子个数。
7.根据权利要求6的一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，其特征在于：参考数列为：Y＝{Y(k)|k＝1，2，…，n}，其中，n为11。
8.根据权利要求7的一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，其特征在于：参考数列Y(k)与比较数列Xi(k)的关联系数计算公式为：
记△i(k)＝|y(k)-xi(k)|，则
其中ρ∈(0，∞)，称为分辨系数；ρ越小，分辨力越大，ρ的取值区间为(0,1)；当ρ≤0.5463时，分辨力最好，取ρ＝0.5；
ξi(k)是比较数列Xi的第k个元素与参考数列Y的第k个元素之间的关联系数。
9.根据权利要求8的一种复合绝缘子劣化程度量化分析方法，其特征在于：
关联度ri计算公式如下：
10.一种复合绝缘子劣化程度量化分析系统，其特征在于，包括：
复合绝缘子多参量监测数据采集模块：用于采集复合绝缘子多参量监测数据；
归一化处理模块：用于输入复合绝缘子多参量监测数据，输出复合绝缘子多参量标准数据；
数列生成模块：用于基于复合绝缘子多参量监测数据构建比较数列和基于复合绝缘子多参量标准数据构建参考数列；
关联系数计算模块：用于计算比较数列和参考数列的关联系数；
关联度计算模块：用于根据关联系数计算关联度；
量化分析模块：用于将关联度值作为量化复合绝缘子劣化程度的指标。
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