一种高压线路绝缘子表面污秽状态遥视遥测方法及系统与流程

本发明涉及一种高压线路绝缘子表面污秽状态遥视遥测方法及系统。

背景技术：

输电线路绝缘子污秽在线监测是电力系统高电压领域的一个热门课题。通过检测运行中绝缘子污秽状态来预测污闪的发生，从而能够在发生污闪之前及时实施绝缘子表面污秽的清扫或带电水冲洗工作，这样既可以减少清扫或带电水冲洗的盲目性，减少不必要劳动，提高工作效率，而且能够降低污闪发生的几率。要检测运行中绝缘子的污秽状况，首先必须选取有效的特征量来表征绝缘子表面的污秽状况，并通过恰当的方法进行测量。

随着图像处理和通信技术的发展，以及图像传感器的可靠性和经济性的进一步提高，使得基于该技术实现绝缘子表面状态的监测具有较好的可行性。监测表面泄漏电流是研究绝缘子表面绝缘状态的常规方法，工程实践已表明单独监测泄漏电流虽然普适性比较差，不具备反应污秽分布形态的能力，不能直观反应绝缘子表明爬电发展过程，但一一对应性好，理论上，泄露电流法的缺点，也是可见光图像的优势，理论上泄露电流法与可见光图像可形成很好的互补，是实现线路绝缘子污秽状态遥视遥测技术经济性比较好的解决方案。鉴于此，本项目中将综合采集线路绝缘子表面图像信号与直流泄露电流信号，通过集成优化设计，实现高压线路绝缘子表面污秽状态的可视化展示和污闪预警。

输电线路绝缘子表面污秽状态遥视遥测系统采用分布式分层结构，主要由线路绝缘子表面图像采集模块、表面泄露电流采集模块、信号合并单元、光伏电源和后台监控中心四部分组成，如图1所。其中后台检测中心发送采集命令后，数据合并单元将命令分别转发到图像采集模块和泄漏电流采集模块。在数据采集完成后，数据合并单元接收到图像数据和泄漏电流数据并将其预处理后打包整理，并上传至后台监测中心。监测中心软件通过数据分析实现绝缘子污秽状态诊断，在人机界面以数据、图表等形式展示。

由于图像采集模块与泄漏电流采集模块均分布式地安装在各个绝缘子处，因此之间的空间距离较大，若采用传统有线传输方式则需要在现场布设大量通信线缆，十分费时费力，施工过程也可能影响电力现场原有布局，存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种高压线路绝缘子表面污秽状态遥视遥测方法及系统，本发明通过综合采集线路绝缘子表面图像信号与直流泄露电流信号，实现高压线路绝缘子表面污秽状态的可视化展示和污闪预警。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高压线路绝缘子表面污秽状态遥视遥测方法，包括以下步骤：

(1)根据分断采集方法，利用图像采集设备采集整串绝缘子表面图像；

(2)通过引流装置获取绝缘子表面直流泄漏电流，将电流信号转化为电压信号；

(3)分片识别整串绝缘子表面图像的污秽等级，提取最大污秽度、最小污秽度，并进行加权折算求取平均污秽度；

(4)对获取的绝缘子表面泄漏电流数据，结合当前测量对象湿度和盐密情况，提取泄漏电流最大幅值、脉冲泄漏电流间隔和泄漏电流总谐波失真作为对污秽绝缘子表面的状态进行评估的特征参数，根据特征参数初步确认绝缘子表面污秽等级；

(5)将初步确认结果与图像提取污秽等级相对比，若结果一致则输出诊断结果，否则将两种方法的诊断结果与采集的绝缘子表面图像上传，进行二次判断。

所述步骤(1)中，在夜晚通过人工补光的方式采集绝缘子表面图像供后续图像处理。

所述步骤(2)中，通过引流装置获取绝缘子表面直流泄漏电流，通过串联的采样电阻将电流信号转化为电压信号，采样电阻另一端接入铁塔作为接地。

所述步骤(3)中，平均污秽度根据每片的最大污秽度进行加权折算。

所述步骤(4)中，根据对结合工程现场经验和现场实际状况，定义四个模糊子集用来表示污秽绝缘子的安全状态，分别为A级、B级、C级和D级，其中，A级指绝缘子表面无放电或有微弱放电，可安全运行；B级指绝缘子表面有零星的局部小电弧，这种状态下不会影响绝缘子的安全运行，但如果绝缘子表面污秽度或湿度继续加重，则应密切关注；C级指绝缘子表面可见持续短电弧，继续恶化有可能发生污闪，检测到此状态应及时检修；D级指绝缘子表面出现强烈主电弧，绝缘子处于临界闪络状态，在这种情况下绝缘保护装置应紧急动作。

所述步骤(5)中，当泄漏电流特征值法诊断某绝缘子的安全状态处于C级或D级，此时无论是在白天或是夜间，立即启动图像数据采集，对目标绝缘子图像进行连续采集，通过图像法分析当前污秽状态，将对象绝缘子的图像上传并发出报警。

一种实现上述方法的遥测系统，包括分布式检测装置、数据合并单元、通信网络和监控中心，其中，所述分布式检测装置包括分布于各个绝缘子处的图像采集器和绝缘子表面泄漏电流采集模块，数据合并单将各个图像采集器和绝缘子表面泄漏电流采集模块的数据进行整合后通过通信网络传输给监控中心，所述监控中心提取绝缘子表面图像和绝缘子表面泄漏电流数据的特征值，融合判断出污秽等级。

所述图像采集器的安装角度为与水平面夹角45度。

所述绝缘子表面泄漏电流采集模块包括引流装置和采样电阻，引流装置获取绝缘子表面直流泄漏电流，通过串联的采样电阻将电流信号转化为电压信号，采样电阻另一端接入铁塔作为接地。

本发明的有益效果为：

(1)本发明可保证绝缘子表面污秽严重状态能第一时间反映至后台监测中心，对污秽绝缘子闪络现象进行预警，提高系统规避风险的能力。

(2)本发明将综合采集线路绝缘子表面图像信号与直流泄露电流信号，通过集成优化设计，实现高压线路绝缘子表面污秽状态的可视化展示和污闪预警；

(3)本发明在采集整串绝缘子表面图像的基础上，分片识别出污秽等级，不会造成与实际情况偏差，要么偏大，要么偏小，不利用掌握总体情况。

附图说明

图1为线路绝缘子表面污秽遥视遥测拓扑结构示意图；

图2为现场相机安装位置要求示意图；

图3为表面直流泄漏电流采集原理示意图；

图4为综合判断协调控制流程示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，输电线路绝缘子表面污秽状态遥视遥测系统采用分布式分层结构，主要由线路绝缘子表面图像采集模块、表面泄露电流采集模块、信号合并单元、光伏电源和后台监控中心四部分组成。其中后台检测中心发送采集命令后，数据合并单元将命令分别转发到图像采集模块和泄漏电流采集模块。在数据采集完成后，数据合并单元接收到图像数据和泄漏电流数据并将其预处理后打包整理，并上传至后台监测中心。监测中心软件通过数据分析实现绝缘子污秽状态诊断，在人机界面以数据、图表等形式展示。

由于图像采集模块与泄漏电流采集模块均分布式地安装在各个绝缘子处，因此之间的空间距离较大，若采用传统有线传输方式则需要在现场布设大量通信线缆，十分费时费力，施工过程也可能影响电力现场原有布局，存在安全隐患。鉴于此，泄漏电流采集模块采用无线通信的方式实现与信息合并单元的通信。

绝缘子表面图像获取方法

获取稳定高质量的绝缘子表面图像是基于图像识别技术开展绝缘子污秽状态分析的关键问题。实际线路中，污秽的分布是不均匀的，分布形态也是需要关注的，为此，掌握整串(或尽可能多)的污秽分布形态，项目中从技术经济性和保障成像质量的维度出发，建议相机安装角度为45度，采用分段采集的策略，同时为提高识别的准确性和收敛性，克服自然光线受天气状态的影响，项目中通过夜晚加人工补光的策略采集绝缘子表面图像供后续图像处理。现场安装示意如图2所示。

表面直流泄露电流采集方法

采取“引流法”设计研制绝缘子表面泄漏电流采集模块来获取泄漏电流数据。如图3所示，通过引流装置获取绝缘子表面直流泄漏电流，通过串联的采样电阻将电流信号转化为电压信号，采样电阻另一端接入铁塔作为接地。泄漏电流采集模块对采样电阻两端电压进行采样上传，完成泄漏电流的采集。

基于图像的绝缘子污秽等级描述方法

实际线路中绝缘子的污秽分布是不均匀的，若仅识别分析一片或邻近位置的污秽分布，作为最终结果容易造成与实际情况偏差，要么偏大，要么偏小，不利用掌握总体情况。为此，我们在采集整串绝缘子表面图像的基础上，分片识别出污秽等级，提取最大污秽度、最小污秽度、平均污秽度。其中平均污秽度根据每片的最大污秽度进行加权折算。

基于泄漏电流的绝缘子污秽状态评估规则

评估中对获取的绝缘子表面泄漏电流数据，结合当前测量对象湿度和盐密情况，提取泄漏电流最大幅值、脉冲泄漏电流间隔和泄漏电流总谐波失真作为对污秽绝缘子表面的状态进行评估的三个特征参数，建立具有污秽绝缘子状态智能评估专家系统。如表1所示，根据对结合工程现场经验和现场实际状况，定义四个模糊子集用来表示污秽绝缘子的安全状态，分别为A级、B级、C级和D级。其中，A级指绝缘子表面无放电或有微弱放电，可安全运行；B级指绝缘子表面有零星的局部小电弧，这种状态下不会影响绝缘子的安全运行，但如果绝缘子表面污秽度或湿度继续加重，则应密切关注；C级指绝缘子表面可见持续短电弧，继续恶化有可能发生污闪，检测到此状态应及时检修；D级指绝缘子表面出现强烈主电弧，绝缘子处于临界闪络状态，在这种情况下绝缘保护装置应紧急动作。

表1污秽绝缘子的安全状态预警规则

系统协调控制策略

如图4所示，首先将绝缘子表面泄漏电流的时域、频域和相位特性作为判据，综合当前绝缘子湿度、盐密条件，得出绝缘子表面污秽等级的初步结论。再将其在夜间与图像识别法得到的绝缘子表面污秽等级诊断结论相比较。若诊断结果一致，表明结果正确；若结果不一致，将两种方法的诊断结果与采集的绝缘子表面图像上传至异议区，由工作人员通过对于绝缘子表面污秽标准分级图像决定诊断结果。

当泄漏电流特征值法诊断某绝缘子的安全状态处于C级或D级，此时无论是在白天或是夜间，立即启动图像数据采集，对目标绝缘子图像进行连续采集，通过图像法分析当前污秽状态，将对象绝缘子的图像上传并发出报警。如此便可保证绝缘子表面污秽严重状态能第一时间反映至后台监测中心，对污秽绝缘子闪络现象进行预警，提高系统规避风险的能力。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。