本发明涉及一种基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测装置、系统及方法。
背景技术：
瓷绝缘子是电网和发电厂电气设备的重要部件。由于在其制造、安装、维护过程中操作不当或在运行中环境影响等原因，会出现瓷绝缘子失效断裂个和其他缺陷，危及电网的安全运行。因此，加强对电网在役瓷绝缘子检测和质量评价，对确保电网的安全运行十分重要。
目前采用红外线，紫外线，激光等方法进行瓷绝缘子检测，但是都存在比较严重的局限，无法检测出所有缺陷，采用超声波探伤的方法对瓷支柱瓷绝缘子的机械状态进行测试，此种方法具有缺陷检出率低、不能带电测量等缺点。使用振动声学方法可以根据瓷绝缘子的固有频率的状态可以判断其损伤情况，但是往往是在出现损伤之后发现问题，在出现如断裂等缺陷就会导致事故的发生。如何在事故发生之前发现问题而提前解决才是保证电网安全运行的关键。而且振动声学方法是通过比较正常和有缺陷的瓷绝缘子的频率进行判断，但是瓷绝缘子在安装之后，因为受其他设备的影响其频率会发生变化，这就需要有新的方法来解决问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有的瓷绝缘子检测方法存在的局限性，而无法检测出所有具有缺陷的瓷绝缘子的问题，而提出一种基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测装置、系统及方法。
一种基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测装置，所述瓷绝缘子缺陷检测装置包括：瓷绝缘子声波检测装置、数据传输装置和计算机，瓷绝缘子声波检测装置通过数据传输装置连接计算机；其中，
瓷绝缘子声波检测装置用于定时产生振动载荷并向瓷绝缘子下部法兰施加该振动载荷，从而激发瓷支柱绝缘子产生振动；采集瓷绝缘子的振动频率并对该振动频率进行数字化处理生成数字音频信号。
一种基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测系统，所述瓷绝缘子缺陷检测系统的后台分析系统包括：
用于存储瓷绝缘子相关信息的数据库，其中，瓷绝缘子相关信包括编号、生产厂家、型号、安装位置、安装时间这一类型的基础数据；检测到的瓷绝缘子的数字音频信号和检测时间；包括刚安装完的瓷绝缘子的初始测试数据的检测数据，且初始测试数据作为对比的基准数据，后期定时检测的数据作为对比数据和趋势比较数据；
用于对数据库中存储的瓷绝缘子相关信息进行趋势分析，观测和预测受测目标的当前状态的专家系统；其中，专家系统包括自比较趋势分析模块和缺陷判断模块两部分，缺陷判断模块作为自比较趋势分析模块的补充。
基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测方法，所述方法通过以下步骤实现：
步骤一、安装基于振动声学理论的瓷绝缘子声波检测装置，并确保检测瓷绝缘子声波检测装置的稳定安装，以及输入条件的稳定；
步骤二、选用有线或者无线传输方式的数据传输装置，使之连接瓷绝缘子声波检测装置和后台分析系统，进行数字音频信号的传输；
步骤三、将后台分析系统安装在总控室的计算机或者服务器上；
步骤四、台分析系统对数据传输装置传输来的数字音频信号进行分析：
后台分析系统利用自比较趋势分析模块来观测和预测受测目标的当前状态，并将当前状态的与安全阈值比较，若发现超过安全阈值，则通知相关人员；
并利用缺陷判断模块实现自比较趋势分析模块的分析补充过程。
本发明的有益效果为：
本发明通过基于振动声学理论的相对固定的检测设备，数据传输设备，后台分析软件三个主要部分，采用自比较的趋势分析结合振动声学理论对瓷绝缘子进行跟踪检测，能够提前发现瓷绝缘子缺陷。后台分析软件所采用的自比较的趋势分析，将瓷绝缘子缺陷检测的准确性提高至99％，并具有预测性。采用振动声学理论和自比较趋势分析，可以定时监测瓷绝缘子的机械状态及其发展趋势，几乎所有优劣瓷支柱瓷绝缘子的特性都能反映出来，从而可以明显的进行区分判断。
附图说明
图1为本发明基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测方法的流程图；
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式的基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测装置，所述瓷绝缘子缺陷检测装置包括：瓷绝缘子声波检测装置、数据传输装置和计算机，瓷绝缘子声波检测装置通过数据传输装置连接计算机；其中，
瓷绝缘子声波检测装置用于定时产生振动载荷并向瓷绝缘子下部法兰施加该振动载荷，从而激发瓷支柱绝缘子产生振动；采集瓷绝缘子的振动频率并对该振动频率进行数字化处理生成数字音频信号。
具体实施方式二：
本实施方式的基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测系统，所述瓷绝缘子缺陷检测系统的后台分析系统包括：
用于存储瓷绝缘子相关信息的数据库，其中，瓷绝缘子相关信包括编号、生产厂家、型号、安装位置、安装时间这一类型的基础数据；检测到的瓷绝缘子的数字音频信号和检测时间；包括刚安装完的瓷绝缘子的初始测试数据的检测数据，且初始测试数据作为对比的基准数据，后期定时检测的数据作为对比数据和趋势比较数据；
用于对数据库中存储的瓷绝缘子相关信息进行趋势分析，观测和预测受测目标的当前状态的专家系统；其中，专家系统包括自比较趋势分析模块和缺陷判断模块两部分，缺陷判断模块作为自比较趋势分析模块的补充。
具体实施方式三：
本实施方式的基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测方法，所述瓷绝缘子缺陷检测方法通过以下步骤实现：
步骤一、安装基于振动声学理论的瓷绝缘子声波检测装置，并确保检测瓷绝缘子声波检测装置的稳定安装，以及输入条件的稳定；
步骤二、选用有线或者无线传输方式的数据传输装置，使之连接瓷绝缘子声波检测装置和后台分析系统，进行数字音频信号的传输；
步骤三、将后台分析系统安装在总控室的计算机或者服务器上；
步骤四、台分析系统对数据传输装置传输来的数字音频信号进行分析：
后台分析系统利用自比较趋势分析模块来观测和预测受测目标的当前状态，并将当前状态的与安全阈值比较，若发现超过安全阈值，则通知相关人员；
并利用缺陷判断模块实现自比较趋势分析模块的分析补充过程。
具体实施方式四：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测方法，步骤三所述的用自比较趋势分析模块来观测和预测受测目标的当前状态的过程为，通过比较同一个瓷绝缘子在不同时间采集到的测试数据进行比较，根据测试数据绘出波动曲线，通过趋势分析算法发现瓷绝缘子中是否出现损伤，如果损伤超出阈值，则通知维修人员进行更换。该方法通过检测数据与原始数据的对比和波动曲线能够尽早发现受测瓷绝缘子出现的问题，在发生事故之前解决问题，体现了该方法的预测性。
具体实施方式五：
与具体实施方式四不同的是，本实施方式的基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测方法，所述的用自比较趋势分析模块采用轨迹信号对测定方法的误差进行监控。
具体实施方式六：
与具体实施方式五不同的是，本实施方式的基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测方法，所述轨迹信号对测定方法的误差进行监控的过程为，首先通过轨迹信号对测定方法的误差进行监控，反映系统误差和随机误差的共同作用；其次，通过指数修匀(exponential smoothing)方法获得准确度趋势和精密度趋势，并单独处理轨迹信号中的准确度趋势和精密度趋势这两个估计值，实现对系统误差和随机误差分别进行监控。
具体实施方式七：
与具体实施方式六不同的是，本实施方式的基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测方法，所述的指数修匀方法获得准确度趋势和精密度趋势的过程为，引入权数计算准确度趋势和精密度趋势，并确保测定序列的每一次测定中，后一次测定的权数较前一次为大，增加对开始趋势的响应，起到了预测的作用。
具体实施方式八：
与具体实施方式七不同的是，本实施方式的基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测方法，所述的轨迹信号的计算公式的获取过程为，
与轨迹信号的计算公式有关的基本数通过指数修匀获得的平均值估计值称为修匀平均数(即sm—mean)；在测定序列中每一次测定的修匀平均数(即sm—mean)，由式(1)进行计算：
sm—mean＝a×(新的一次控制测定值)+(1—a)×(前sm—mean) (1)
式中：a是修匀系数，由控制测定值个数(N)决定，a＝2/(N+1)，(0<a＝1)。
由上述计算公式可知，最近的控制测定值由a加权，倒数第二个最近控制测定值由a(1—a)加权，倒数第三个最近控制测定值由a(1—a)2加权；
若a为0.2，则最近的控制测定值的权数为0.2，按逆顺序，前面的控制测定值的权数依次为0.16，0.128。
对于标准差可进行类似的计算，首先计算新的控制测定值与平均数估计值之间的差，而该差值则被称为预测误差，计算公式为：
预测误差＝新的控制测定值—(前sm—mean) (2)
SFE＝a×(新的预测误差)十(1—a)×(前修匀预测误差) (3)
预测误差通过指数修匀计算处理得出精密度估计值，称为平均绝对偏差(MAD，Mean Absolute Deviation)，SFE为修匀预测误差的缩写；
MAD＝a×(新的预测误差)—(1—a)×(前MAD) (4)
最后可得：
轨迹信号＝修匀预测误差/平均绝对偏差 (5)
具体实施方式九：
与具体实施方式八不同的是，本实施方式的基于自比较趋势分析和振动声学的瓷绝缘子缺陷检测方法，步骤四所述的用缺陷判断模块实现自比较趋势分析模块的分析补充过程为，在瓷绝缘子发生意外损伤的时，采用振动声学的方法判断瓷绝缘子的机械强度和损伤情况，出现缺陷的瓷绝缘子会在固有频率之外出现波峰，根据和正常数据比较可以发现缺陷。
实施例1：
1、安装基于振动声学理论的瓷绝缘子声波检测装置，由于需要比较不同时间段同一个瓷绝缘子的数据，需要该检测设备尽量固定，多次定时测试获得的数据尽量保持输入条件的稳定性。
2、安装的数据传输装置可以是有线传输，也可以是无线传输，将前端瓷绝缘子声波检测装置所获得的数字音频信号发送到后台计算机，通过后台计算机中所安装的分析软件进行分析。
3、在总控室或者其他位置的计算机安装分析软件，对前端传输过来的数字音频信号进行分析。
4、分析软件主要包括数据库和专家系统两大部分，具有数据库管理系统和专家系统的基本功能。
5、为数据库输入瓷绝缘子的各种信息数据，包括编号、生产厂家、型号、安装位置、安装时间等基础数据，检测的瓷绝缘子的数字音频信号和检测时间。检测数据包括刚安装完的瓷绝缘子的初始测试数据作为对比的基准数据，后面定时检测的数据作为对比数据和趋势比较的数据。
6、专家系统包括自比较趋势分析模块和缺陷判断模块，分别进行自比较趋势分析算法和缺陷判断算法，主要利用比较趋势分析来观测和预测受测目标的当前状态，如果超过安全阈值则通知相关人员。缺陷判断算法作为自比较趋势分析的补充。
7、趋势分析法采用轨迹信号对测定方法的误差进行监控。轨迹信号可反映系统误差和随机误差的共同作用。其后，单独处理轨迹信号中的两个估计值，使之可对系统误差和随机误差分别进行监控，其—即为“准确度趋势”(均数)指示系统—平均数规则，其二即为反映随机误差的“精密度趋势”(标准差)指示系统—方差卡方规则。在趋势分析中，平均数(准确度趋势)和标准差(精密度趋势)的估计值是通过指数修匀(exponential smoothing)方法获得的。指数修匀要引入权数来完成计算，而测定序列的每一次测定中，后一次测定的权数较前一次为大，因此增加了对刚刚开始趋势的响应，起到了预测的作用。
轨迹信号＝修匀预测误差(SFE)/平均绝对偏差(MAD)。
与其有关的基本数通过指数修匀获得的平均值估计值称为修匀平均数(sm—mean)。在测定序列中每一次测定的sm—mean，由公式1进行计算：
sm—mean＝a×(新的一次控制测定值)+(1—a)×(前sm—mean) (公式1)
式中，a是修匀系数，由控制测定值个数(N)决定，a＝2/(N+1)，(0<a＝1)。
由上述计算公式可知，最近的控制测定值由a加权，倒数第二个最近控制测定值由a(1—a)加权，倒数第三个最近控制测定值由。a(1—a)2加权，等等。若a为0.2，则最近的控制测定值的权数为0.2，按逆顺序，前面的控制测定值的权数依次为0.16，0.128等等。
对于标准差可进行类似的计算，首先计算新的控制测定值与平均数估计值之间的差，而该差值则被称为预测误差。
预测误差＝新的控制测定值一前sm—mean (公式2)
修匀预测误差(缩写为SFE)＝a×(新的预测误差)十(1—a)×(前修匀预测误差) (公式3)
预测误差通过指数修匀计算处理得出精密度估计值，称为平均绝对偏差(缩写为MAD，Mean Absolute Deviation)。
MAD＝a×(新的预测误差)—(1—a)×(前MAD) (公式4)
最后可得：
轨迹信号＝修匀预测误差(SFE)/平均绝对偏差(MAD)) (公式5)
根据归结数据把轨迹信号在指定阈值定为警告界限。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。