CN117783792B - 基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法及系统，涉及绝缘状态检测技术领域，包括实时采集绝缘状态影响参数，并对数据进行预处理；通过改进的熵权法计算参数影响；进行数据融合，构建绝缘状态评估模型。本发明提供的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法通过根据改进的熵权法进行客观分析，使分析结果更加精确，不受人为干扰，通过多种数据共同分析绝缘效果，使分析结果更加精确并且避免单一数据造成的分析延迟过高。采用多种数据权重进行分析，分析结果更加科学。技术数据大部分都在安全指标内，可能识别出可能存在的绝缘风险，更加安全。本发明在准确性、安全性以及适用性方面都取得更加良好的效果。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘状态检测技术领域，具体为基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法及系统。
背景技术
在电力系统中，阀侧套管作为关键的绝缘组件，其绝缘状态的可靠性直接影响到整个系统的安全运行。传统的绝缘状态检测方法多依赖于定期的物理检查和简单的电气测试，这些方法虽然在早期电力系统中得到了广泛应用，但随着电力系统的复杂化和高压技术的发展，这些方法逐渐暴露出诸多不足。例如，定期检查往往无法捕捉到绝缘状态的突发变化，而且这种方法对于大规模电网而言效率低下。此外，传统的电气测试方法在某些情况下可能会对绝缘材料造成额外的损伤，从而降低了系统的整体可靠性。
然而，现有的实时监测方法在数据处理和参数权重分配方面仍存在不足。例如，一些方法在处理大量监测数据时效率不高，无法实现快速响应；另一些方法在参数权重分配上缺乏灵活性和准确性，无法充分反映各参数对绝缘状态的真实影响。并且当前的绝缘分析，运维人员的专家判断也有一定占比，当数据没有明显的过高或过低，运维人员难以直接分析出来。目前的绝缘分析，主要是别的是局部放电，但是单一分析并不精确，并且当发生局部放电，通常已经发生较为严重的绝缘失效危险。
发明内容
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：现有的侧套管绝缘状态检测方法存在分析数据类型单一，时效性差，以及如何避免过于依赖专家经验，使分析数据更加客观准确的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法，包括实时采集绝缘状态影响参数，并对数据进行预处理；通过改进的熵权法计算参数影响；进行数据融合，构建绝缘状态评估模型。
作为本发明所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的一种优选方案，其中：所述实时采集绝缘状态影响参数包括配置热电偶传感器实时采集温度数据，配置电阻式湿度传感器实时采集湿度数据，配置电场强度传感器检测电场变化，配置压电传感器检测声波特征，将传感器收集到的模拟信号转换为数字信号，完成一个采集周期后将数据传递至监控平台。
作为本发明所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的一种优选方案，其中：所述对数据进行预处理包括对采集的四种数据进行处理，表示为：
；
其中，表示采集的参数，将采集的四种参数均进行处理。
作为本发明所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的一种优选方案，其中：所述通过改进的熵权法计算参数影响包括根据历史数据对四种参数分别构建绝缘安全指标，安全指标内的任一数据以及数据同周期的三项参数同时符合绝缘安全指标，当存在一种数据均不符合安全指标，则触发低风险警报，系统根据数据异常类型发出告警，若温度数据异常，识别为绝缘材料退化，发出机械故障告警，若湿度数据异常识别为水汽渗入，发出机械故障告警，若电场数据异常，识别为存在局部放电，发出电气故障告警，若声波特征异常，识别为机械故障，发出机械故障告警，当存在一类以上数据不符合安全指标，则出发高风险警报，当数据均符合安全指标，则进行数据分析预测，根据数据和指标j构建系数矩阵，改进的信息熵表示为：
；
其中，表示第i个样本在第j个指标上的值，若安全指标中未记录当前数据，则为0，/>为常数，当/>为0，则/>为1，当/>不为0，则/>为0，n为处理后的参数总数，/>是第/>个指标的平均概率分布，/>表示调节参数，未惩罚权重表示为：
；
其中，m表示指标总数，惩罚型状态变权函数表示为：
；
其中，表示对/>超出安全指标的惩罚，对四种参数分别进行计算确定参数影响。
作为本发明所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的一种优选方案，其中：所述进行数据融合包括结合四种参数的影响构建数据融合函数，表示为：
；
其中，和/>分别表示/>的均值和标准差。
作为本发明所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的一种优选方案，其中：所述构建绝缘状态评估模型包括基于综合常权因子和数据融合结果，评估阀侧套管的绝缘状态，表示为：
；
其中，表示指标调节系数。
作为本发明所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的一种优选方案，其中：所述构建绝缘状态评估模型还包括当绝缘状态评估模型输出值<−0.5时，触发高风险警报，数据采集周期减半在监控平台中进行示警，呈现周期内采集的数据并将符合安全指标的历史数据的变化趋势和当前数据的变化趋势进行比对展示给运维人员，发出绝缘失效临界告警和局部放电警告，当绝缘状态评估模型输出值＞−0.5且为负值时触发低风险警报，发出绝缘退化告示，并根据设备数据识别当前设备的寿命，将设备寿命发送至运维人员，当绝缘状态评估模型输出值＞0，识别为绝缘状态良好。
本发明的另外一个目的是提供一种基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测系统，其能通过根据改进的熵权法进行客观分析，使分析结果更加精确，不受人为干扰，解决了目前的阀侧套管绝缘状态检测技术含有过于依赖专家检测的问题。
作为本发明所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测系统的一种优选方案，其中：包括数据采集模块，参数影响计算模块，绝缘评估模块；所述数据采集模块通过配置传感器实时采集绝缘状态影响参数，并对数据进行预处理；所述参数影响计算模块通过改进的熵权法计算度、湿度、电场强度、声波特征的影响；所述绝缘评估模块用于进行数据融合，构建绝缘状态评估模型，并根据输出值进行分析和告警。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序是实现基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明提供的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法通过根据改进的熵权法进行客观分析，使分析结果更加精确，不受人为干扰，通过多种数据共同分析绝缘效果，使分析结果更加精确并且避免单一数据造成的分析延迟过高。采用多种数据权重进行分析，分析结果更加科学。技术数据大部分都在安全指标内，可能识别出可能存在的绝缘风险，更加安全。本发明在准确性、安全性以及适用性方面都取得更加良好的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明第一个实施例提供的一种基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的整体流程图。
图2为本发明第三个实施例提供的一种基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测系统的整体流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
实施例1
参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法，包括：
S1：实时采集绝缘状态影响参数，并对数据进行预处理。
更进一步的，实时采集绝缘状态影响参数包括配置热电偶传感器实时采集温度数据，配置电阻式湿度传感器实时采集湿度数据，配置电场强度传感器检测电场变化，配置压电传感器检测声波特征，将传感器收集到的模拟信号转换为数字信号，完成一个采集周期后将数据传递至监控平台。
应说明的是，对数据进行预处理包括对采集的四种数据进行处理，表示为：
；
其中，表示采集的参数，将采集的四种参数均进行处理。
S2：通过改进的熵权法计算参数影响。
更进一步的，通过改进的熵权法计算参数影响包括根据历史数据对四种参数分别构建绝缘安全指标，安全指标内的任一数据以及数据同周期的三项参数同时符合绝缘安全指标，当存在一种数据均不符合安全指标，则触发低风险警报，系统根据数据异常类型发出告警，若温度数据异常，识别为绝缘材料退化，发出机械故障告警，若湿度数据异常识别为水汽渗入，发出机械故障告警，若电场数据异常，识别为存在局部放电，发出电气故障告警，若声波特征异常，识别为机械故障，发出机械故障告警，当存在一类以上数据不符合安全指标，则出发高风险警报，当数据均符合安全指标，则进行数据分析预测，根据数据和指标j构建系数矩阵，改进的信息熵表示为：
；
其中，表示第i个样本在第j个指标上的值，若安全指标中未记录当前数据，则为0，/>为常数，当/>为0，则/>为1，当/>不为0，则/>为0，n为处理后的参数总数，/>是第/>个指标的平均概率分布，/>表示调节参数，未惩罚权重表示为：
；
其中，m表示指标总数，惩罚型状态变权函数表示为：
；
其中，表示对/>超出安全指标的惩罚，对四种参数分别进行计算确定参数影响。
应说明的是，安全指标是通过未发生绝缘失效的构成的数据集，通过安全指标限定数据，来确定权重避免数据污染，设计计算更加准确。改进的摘权法用于计算和分配各参数对绝缘状态的影响权重。这种方法通过考虑历史数据和当前数据的差异，以及各参数的概率分布，来动态调整权重。这种方法的优势在于它能够更准确地反映出各个参数对绝缘状态的实际影响，从而提高了整体评估模型的准确性和可靠性。特别是，惩罚型状态变权函数的引入，使得模型能够有效地处理异常数据，增强了模型的鲁棒性。
S3：进行数据融合，构建绝缘状态评估模型。
更进一步的，进行数据融合包括结合四种参数的影响构建数据融合函数，表示为：
；
其中，和/>分别表示/>的均值和标准差。数据融合是将从不同传感器收集的数据综合起来，以获得更全面的绝缘状态视图。这一步骤的关键在于如何有效地整合多源数据，并从中提取有价值的信息。基于综合常权因子和数据融合结果的绝缘状态评估模型，能够综合考虑各种影响因素，提供更为全面和准确的绝缘状态评估。
应说明的是，构建绝缘状态评估模型包括基于综合常权因子和数据融合结果，评估阀侧套管的绝缘状态，表示为：
；
其中，表示指标调节系数。
还应说明的是，构建绝缘状态评估模型还包括当绝缘状态评估模型输出值<−0.5时，触发高风险警报，数据采集周期减半在监控平台中进行示警，呈现周期内采集的数据并将符合安全指标的历史数据的变化趋势和当前数据的变化趋势进行比对展示给运维人员，发出绝缘失效临界告警和局部放电警告，当绝缘状态评估模型输出值＞−0.5且为负值时触发低风险警报，发出绝缘退化告示，并根据设备数据识别当前设备的寿命，将设备寿命发送至运维人员，当绝缘状态评估模型输出值＞0，识别为绝缘状态良好。
实施例2
本发明的一个实施例，提供了一种基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。
首先，实验处在江苏某电厂的阀侧套管绝缘状态监测环境。在此环境中，安装热电偶传感器、电阻式湿度传感器、电场强度传感器和压电传感器，以实时采集温度、湿度、电场强度和声波特征数据。这些数据通过模拟-数字转换器转换为数字信号，并传输至监控平台。
在数据预处理阶段，采用标准化处理方法，将采集的四种参数数据进行标准化，消除量纲和范围差异，以便于后续分析。
接下来，通过改进的摘权法计算各参数的影响权重。选择一年之内的历史数据构建安全指标，并根据当前数据与安全指标的匹配程度动态调整权重。
最后，进行数据融合，并基于综合常权因子和数据融合结果，评估阀侧套管的绝缘状态。绝缘状态评估模型输出值的不同阈值用于触发不同级别的警报。
表1 数据分析表
参照表1所示本发明通过实时监测多个参数并进行数据融合，能够准确地评估绝缘状态。
样本1和样本4显示出较好的绝缘状态（评估值分别为0.8和1.0），这表明在温度、湿度、电场强度和声波特征较为稳定的情况下，绝缘状态保持良好。特别是样本4，其所有参数都在理想范围内，因此绝缘状态评估为最佳。
相比之下，样本2和样本3的绝缘状态评估值分别为-0.3和-0.7，表明绝缘状态存在风险。这主要是由于温度和湿度较高，电场强度和声波特征异常，这些因素共同导致绝缘性能下降。特别是样本3，其所有参数都超出了安全范围，因此绝缘状态评估为高风险。
这些数据对比表明，本发明能够有效地识别和评估绝缘状态的风险等级，为运维人员提供准确的数据支持。与传统的单一参数监测方法相比，本发明的多参数实时监测和数据融合方法在绝缘状态评估的准确性和及时性方面具有显著优势。通过实时监测和数据分析，可以及时发现潜在的绝缘问题，从而提前采取预防措施，避免更严重的设备故障，显著提高了电力系统的安全性和可靠性。
实施例3
参照图2，为本发明的一个实施例，提供了一种基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测系统，包括数据采集模块，参数影响计算模块，绝缘评估模块。
其中，数据采集模块通过配置传感器实时采集绝缘状态影响参数，并对数据进行预处理；参数影响计算模块通过改进的熵权法计算度、湿度、电场强度、声波特征的影响；绝缘评估模块用于进行数据融合，构建绝缘状态评估模型，并根据输出值进行分析和告警。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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。应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法，其特征在于，包括：
实时采集绝缘状态影响参数，并对数据进行预处理；
通过改进的熵权法计算参数影响；
进行数据融合，构建绝缘状态评估模型；
所述通过改进的熵权法计算参数影响包括根据历史数据对四种参数分别构建绝缘安全指标，安全指标内的任一数据以及数据同周期的三项参数同时符合绝缘安全指标，当存在一种数据均不符合安全指标，则触发低风险警报，系统根据数据异常类型发出告警，若温度数据异常，识别为绝缘材料退化，发出机械故障告警，若湿度数据异常，识别为水汽渗入，发出机械故障告警，若电场数据异常，识别为存在局部放电，发出电气故障告警，若声波特征异常，识别为机械故障，发出机械故障告警，当存在一类以上数据不符合安全指标，则触发高风险警报，当数据均符合安全指标，则进行数据分析预测，根据数据x′i和指标j构建系数矩阵，改进的信息熵表示为：
其中，x′ij表示第i个样本在第j个指标上的值，若安全指标中未记录当前数据，则x′ij为0，∈为常数，当x′ij为0，则∈为1，当x′ij不为0，则∈为0，n为处理后的参数总数，是第j个指标的平均概率分布，α表示调节参数，未惩罚权重表示为：
其中，m表示指标总数，惩罚型状态变权函数表示为：
W′j＝Wj×(1-Penalty(x′ij,thresholdj))
其中，Penalty(x′ij,thresholdj)表示对x′ij超出安全指标的惩罚，对四种参数分别进行计算确定参数影响。
2.如权利要求1所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法，其特征在于：所述实时采集绝缘状态影响参数包括配置热电偶传感器实时采集温度数据，配置电阻式湿度传感器实时采集湿度数据，配置电场强度传感器检测电场变化，配置压电传感器检测声波特征，将传感器收集到的模拟信号转换为数字信号，完成一个采集周期后将数据传递至监控平台。
3.如权利要求2所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法，其特征在于：所述对数据进行预处理包括对采集的四种数据进行处理，表示为：
其中，xi表示采集的参数，将采集的四种参数均进行处理。
4.如权利要求3所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法，其特征在于：所述进行数据融合包括结合四种参数的影响构建数据融合函数，表示为：
其中，μi和σi分别表示x′i的均值和标准差。
5.如权利要求4所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法，其特征在于：所述构建绝缘状态评估模型包括基于综合常权因子和数据融合结果，评估阀侧套管的绝缘状态，表示为：
其中，βj表示指标调节系数。
6.如权利要求5所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法，其特征在于：所述构建绝缘状态评估模型还包括当绝缘状态评估模型输出值<-0.5时，触发高风险警报，数据采集周期减半在监控平台中进行示警，呈现周期内采集的数据并将符合安全指标的历史数据的变化趋势和当前数据的变化趋势进行比对展示给运维人员，发出绝缘失效临界告警和局部放电警告，当绝缘状态评估模型输出值＞-0.5且为负值时触发低风险警报，发出绝缘退化告示，并根据设备数据识别当前设备的寿命，将设备寿命发送至运维人员，当绝缘状态评估模型输出值＞0，识别为绝缘状态良好。
7.一种采用如权利要求1～6任一所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的系统，其特征在于：包括数据采集模块，参数影响计算模块，绝缘评估模块；
所述数据采集模块通过配置传感器实时采集绝缘状态影响参数，并对数据进行预处理；
所述参数影响计算模块通过改进的熵权法计算温度、湿度、电场强度、声波特征的影响；
所述绝缘评估模块用于进行数据融合，构建绝缘状态评估模型，并根据输出值进行分析和告警。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的步骤。
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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的基于多参数实时监测的阀侧套管绝缘状态检测方法的步骤。
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