一种基于泄漏电流的绝缘子污闪预警方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种基于泄漏电流的绝缘子污闪预警方法及其系统。其目的是基于对支柱绝缘子泄漏电流的获取、信号处理及特征量提取进行深入研究，提出了一种基于泄漏电流的绝缘子污闪预警试验系统及污闪预警方法。试验系统包括由LED光纤传感器、信号前置处理模块、数据采集模块、信号传输模块、供电模块和数据采集分析模块。利用所述试验系统获得污闪测量数据，并最终获得神经网络模型。本发明的另一个目的是提供一种应用上述方案所获得的神经网络模型的绝缘子污闪预警系统，将泄漏电流的有效值、幅值和脉冲数，以及绝缘子所处环境的相对湿度作为神经网络模型的输入量，获得绝缘子的污秽等级。
【专利说明】一种基于泄漏电流的绝缘子污闪预警方法及其系统
【技术领域】
[0001]本发明属于电气设备污闪在线监测【技术领域】，具体涉及变电站隔离开关上支柱绝缘子的泄漏电流的污秽程度和污闪在线监测系统的研制及方法的研究。
【背景技术】
[0002]由于输电线路与变电站的电气外绝缘长期暴露在空气中，将会有固体的、液体的和气体的污秽微粒沉积在电气外绝缘的表面。在恶劣气象条件的作用下，绝缘子的电气强度将大大降低，从而使输电线路和变电站的绝缘子不仅可能在过电压作用下发生闪络，更为严重的是在长期运行电压作用下也可能发生闪络，造成电网局部或大面积停电事故，严重影响人们的生活和工农业生产。全国各大电网几乎都发生过大面积污闪，造成了很大的经济损失。为了监控运行绝缘子的污秽程度、预防污闪事故的发生，实时在线监测泄漏电流，并提取其中能预警污秽度的信息量是一种行之有效的方法和手段。如果能通过检测泄漏电流从而及时地掌握绝缘子表面的污秽状况，就能科学地作出清扫或更换计划，最终避免或减少闪络的发生，从而提高电网运行的可靠性。
[0003]绝缘子污秽度指的是绝缘子表面的积污程度，也是引起闪络电压降低的原因。污秽度是选择绝缘水平和清扫绝缘子的依据，是防止污闪的有效方法。污秽度表示方法多，解释分歧大，对不同表示方法的效果和彼此间的差别需要仔细研究。
[0004]近年来随着传感，通信及计算机技术的进步，国内外在绝缘子远程在线监测与诊断方面的研究和应用很多，并在一定程度上取得了较好的成果。从80年代中期开始国内就对绝缘子泄漏电流进行了大量的研究。清华大学电机系先后采用了磁带记录仪和光线示波器对绝缘子泄漏电流进行了研究，并开发出了局部电导率仪和泄漏电流测量仪等仪器。但在长时间的研究过程种发现这些测量仪器和研究方法在不同的方面都存在一些不足之处，不能满足对绝缘子泄漏电流进行深入细致研究的要求。采用磁带记录仪能大量地采集绝缘子在污秽实验和试品在漏电起痕实验中的泄漏电流信号。能在一定范围内反映绝缘子泄漏电流的特征，并能在事后对采得的绝缘子泄漏电流数据进行分析和研究。但采集的泄漏电流信号的频率范围有限，不能反映出整个实验过程中绝缘子泄漏电流变化与绝缘子污秽性能的关系。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是基于对支柱绝缘子泄漏电流的获取、信号处理及特征量提取进行深入研究，提出了一种基于泄漏电流的绝缘子污闪预警试验系统及污闪预警方法。
[0006]为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于泄漏电流的绝缘子污闪预警方法，其特征在于:包括由LED光纤传感器、信号前置处理模块、数据采集模块、信号传输模块、供电模块和数据采集分析模块组成的试验系统；
[0007]所述的LED光纤传感器包括传感器探头和光电转换器；所述的传感器探头包括两个阴极相连的发光二极管LEDl与发光二极管LED2 ;所述发光二极管LEDl的阳极和发光二极管LED2的阳极中的一个连接在绝缘子的外表面、另一个接地；
[0008]所述光电转换器包括光电探测器CAl、光电探测器CA2和差分比较电路DA ;所述光电探测器CAl接收发光二极管LEDl发出的光信号，所述光电探测器CA2接收发光二极管LED2发出的光信号。所述差分比较电路DA具有一个输出泄漏电流初始全波信号的输出端。
[0009]所述信号前置处理模块包括一个截止频率为300Hz的低通滤波电路和一个截止频率为4kHz的高通滤波电路。
[0010]所述泄漏电流初始全波信号输入所述低通滤波电路后，输出信号I。所述信号I经过程控放大后，被所述数据采集模块采集，得到信号I的有效值和幅值，即泄漏电流的效值和幅值。
[0011 ] 所述泄漏电流初始全波信号输入所述高通滤波电路后，输出信号II。所述信号II被所述数据采集模块采集，得到信号II的脉冲数。即泄漏电流的脉冲数。
[0012]利用所述试验系统，通过步骤I~3获得污闪测量数据，并最终获得神经网络模型:
[0013]I)在安装有所述试验系统的绝缘子上涂污，记录绝缘子污秽程度。绝缘子污秽程度采用[0，1]内模糊量化后，得到绝缘子污秽等级。
[0014]2)对步骤I)中的绝缘子施加电压。
[0015]3)获得信号I的有效值、信号I的幅值和信号II的脉冲数，并记录试验时的相对湿度。对本步骤获得的数据进行归一化处理，转化为[0，1]范围的值。
[0016]4)选择预测模型变量，确定训练样本:
[0017]选择预测模型的输入变量包括:步骤3)获得的信号I的有效值、信号I的幅值、信号II的脉冲数和相对湿度。选择预测模型的输出变量为:步骤I)记录的绝缘子污秽等级。
[0018]值得说明的是，数据归一化处理可以参照以下方法:
[0019]对输入序列和输出序列中的数据进行归一化处理，转化为[0，I]范围的值xn;
【权利要求】
1.一种基于泄漏电流的绝缘子污闪预警方法，其特征在于:包括由LED光纤传感器、信号前置处理模块、数据采集模块、信号传输模块、供电模块和数据采集分析模块组成的试验系统； 所述的LED光纤传感器包括传感器探头和光电转换器；所述的传感器探头包括两个阴极相连的发光二极管LEDl与发光二极管LED2 ;所述发光二极管LEDl的阳极和发光二极管LED2的阳极中的一个连接在绝缘子的外表面、另一个接地； 所述光电转换器包括光电探测器CAl、光电探测器CA2和差分比较电路DA ;所述光电探测器CAl接收发光二极管LEDl发出的光信号，所述光电探测器CA2接收发光二极管LED2发出的光信号；所述差分比较电路DA具有一个输出泄漏电流初始全波信号的输出端； 所述信号前置处理模块包括一个截止频率为300Hz的低通滤波电路和一个截止频率为4kHz的高通滤波电路； 所述泄漏电流初始全波信号输入所述低通滤波电路后，输出信号I ;所述信号I经过程控放大后，被所述数据采集模块采集，得到信号I的有效值和幅值； 所述泄漏电流初始全波信号输入所述高通滤波电路后，输出信号II ;所述信号II被所述数据采集模块采集，得到信号II的脉冲数； 1)在安装有所述试验系统的绝缘子上涂污，记录绝缘子污秽程度；绝缘子污秽程度采用[0，I]内模糊量化后，得到绝缘子污秽等级； 2)对步骤I)中的绝缘子施加电压； 3)获得信号I的有效值、信号I的幅值和信号II的脉冲数，并记录试验时的相对湿度；对本步骤获得的数据进行归一化处理，转化为[0，I]范围的值； 4)选择预测模型变量，确定训练样本: 选择预测模型的输入变量包括:步骤3)获得的信号I的有效值、信号I的幅值、信号II的脉冲数和绝缘子所处环境的相对湿度；选择预测模型的输出变量为:步骤I)记录的绝缘子污秽等级； 5)重复步骤I~4，获得若干训练样本； 6)搭建径向基神经网络框架； 7)训练径向基神经网络； 8)测试径向基神经网络； 9)计算误差，将步骤8)的测试结果与步骤I)记录的污秽等级数据进行误差比较分析； 10)若步骤9)获得的误差大于阈值，则修改步骤7)的训练参数，并重复步骤7~9;若步骤9)获得的误差小于阈值，则此次训练的神经网络模型满足要求。
2.一种应用了权利要求1所获得的神经网络模型的绝缘子污闪预警系统，其特征在于:包括LED光纤传感器、信号前置处理模块、数据采集模块、信号传输模块、供电模块和数据采集分析模块组成； 所述的LED光纤传感器包括传感器探头和光电转换器；所述的传感器探头包括两个阴极相连的发光二极管LEDl与发光二极管LED2 ;所述发光二极管LEDl的阳极和发光二极管LED2的阳极中的一个连接在绝缘子的外表面、另一个接地； 所述光电转换器包括光电探测器CAl、光电探测器CA2和差分比较电路DA ;所述光电探测器CAl接收发光二极管LEDl发出的光信号，所述光电探测器CA2接收发光二极管LED2发出的光信号；所述差分比较电路DA具有一个输出泄漏电流初始全波信号的输出端； 所述信号前置处理模块包括一个截止频率为300Hz的低通滤波电路和一个截止频率为4kHz的高通滤波电路； 所述泄漏电流初始全波信号输入所述低通滤波电路后，输出信号I ;所述信号I经过程控放大后，被所述数据采集模块采集，得到信号I的有效值和幅值； 所述泄漏电流初始全波信号输入所述高通滤波电路后，输出信号II ;所述信号II被所述数据采集模块采集，得到信号II的脉冲数； 将信号I的有效值、信号I的幅值、信号II的脉冲数和绝缘子所处环境的相对湿度作为神经网络模型的输入量，获得绝缘子的污秽等级。`
【文档编号】G01R31/12GK103823165SQ201410065872
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】张茂春, 王剑飞, 米彦, 姚陈果, 芮少琴, 储怡道, 董守龙, 王建 申请人:国家电网公司, 国网重庆市电力公司万州供电分公司, 重庆大学