一种避雷器绝缘失效超声波自动检测方法及其装置与流程

本发明涉及避雷器绝缘失效检测领域，特别是涉及避雷器局部放电超声波检测方法和装置领域。

背景技术：

避雷器由于密封性能下降导致内部受潮，或者由于阀片老化导致绝缘性能下降之后，在持续运行电压下，常常会产生温升异常或者局部放电。温升异常或者局部放电会导致避雷器性能进一步下降，使避雷器失效，从而失去对电力系统的保护作用，危害电力系统的安全。因此，需要定期对避雷器进行现场检查，确保避雷器性能良好，稳定运行。

传统的检查方法有人工现场观测避雷器外观，通过红外成像仪检测避雷器温度分布，通过紫外成像或者超声波方法检测避雷器局部放电等。关于局部放电检测紫外成像仪可以检测避雷器表面的局部放电，精度高，但是不能检测内部放电。超声波可以检测避雷器内外局部放电，但现有的超声波检测法都是人工观察超声波波形判断，由于避雷器现场运行环境复杂，背景噪声强，实际采集到的超声波波形往往会被背景噪声覆盖，人工判断往往会出现误判。

因此切实需要采用智能化的方法处理超声波波形，从而准确诊断避雷器的绝缘失效问题。

技术实现要素：

本发明为解决上述避雷器绝缘检测需人工检测，且人工检测误判率高的技术问题，本发明提供一种避雷器绝缘失效超声波自动检测方法，具体步骤如下：

a.采集装置设定检测门限值，对避雷器采集超声波，当采集到的超声波幅值大于门限值时，避雷器放电产生，

b.根据电网电压过零点设定采集零时刻，捕获超声波信号，并进行滤波、放大、模数转换后获得波形，

c.将步骤b获得的波形进行多尺度emd分解，在每个尺度下实施形态学差值滤波，重构得到最终降噪信号，

d.通过对步骤c获得的降噪信号进行绝缘失效诊断，所述绝缘失效诊断是指：

1）提取避雷器阀片老化、受潮两种绝缘失效的局部放电超声波数据样本集，并归一化处理，

2）对降噪信号提取平均值、方均根值、波形系数、脉冲系数、脉冲疏密度五个波形特征指标集，

3）构建五输入三输出的模糊神经网络模型，判断避雷器绝缘失效类型。

进一步的，步骤d中所述降噪信号提取平均值、方均根值、波形系数、脉冲系数、脉冲疏密度五个波形特征，是指

设采集点个数为，为采样点的幅值，

脉冲疏密度定义为

其中，当幅值大于认为是一个脉冲，为第i个脉冲对应的采样点，为脉冲个数。

一种用于避雷器绝缘失效超声波自动检测方法的检测装置，包括超声波探头、带通滤波器、放大器、模数转换器、mcu、显示屏、无线发送端、供电模块、无线接收端、超声波检测主机、显示终端、数据库，所述超声波探头、带通滤波器、放大器、模数转换器、mcu、显示屏、无线发送端依次电连接，所述无线发送端与无线接收端通过无线通信连接，所述超声波检测主机分别与无线接收端、显示终端和数据库电连接。

在上述技术方案的基础上，进一步的，所述超声波探头具有空气耦合超声波传感器。

在上述技术方案的基础上，进一步的，装置外壳内部铺设铜屏蔽网，线径为0.45mm，网孔大小为3mm*3mm，屏蔽网可增强装置在避雷器运行环境下的抗干扰能力。

本发明与现有技术相比，有如下优点：

（1）本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法，可以实时采集避雷器局部放电产生的超声波信号，并通过无线传送模块传送到检测主机上，自动化程度高。

（2）本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法，采用空气耦合超声波传感器，测量时无需将传感器贴敷在避雷器表面，使用方便且可以大范围扫描避雷器外围。装置外壳内部铺设屏蔽网，可屏蔽外界的电磁干扰，保护数据采集和处理电路。

（3）本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法，可在检测主机上滤除背景噪声，并通过对超声波信号进行特征分析，自动诊断避雷器绝缘失效，评估避雷器绝缘性能，避免人工误判。

附图说明

图1是本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法组成结构框图；

图2是本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法组成示意图；

图3是本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法带屏蔽网的装置外壳示意图；

图4是本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法实际采集到的超声波波形图；

图5是本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法采用emd分解各尺度下的分解波形；

图6是本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法滤除背景噪声后的超声波波形图；

图7是本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法用于绝缘失效诊断的模糊神经网络模型；

图8是本发明避雷器绝缘失效超声波自动检测方法模糊神经网络训练过程；

附图说明：

1为超声波探头；2为带通滤波器；3为放大器；4为模数转换器、5为mcu；6为显示屏；7为无线发送端；8为供电模块；9为无线接收端；10为超声波检测主机；11为显示终端；12为数据库。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供一种避雷器绝缘失效超声波自动检测方法，检测方法使用的装置如图1、图2所示，包括超声波探头1、带通滤波器2、放大器3、模数转换器4、mcu5、显示屏6、无线发送端7、供电模块8、无线接收端9、超声波检测主机10、显示终端11、数据库12等组件。所述超声波探头1、带通滤波器2、放大器3、模数转换器4、mcu5、显示屏6、无线发送端7依次电连接；所述无线发送端7与无线接收端9通过无线通信连接；所述超声波检测主机10分别与无线接收端9、显示终端11和数据库12连接。

实施例中将受潮和老化两种失效类型一并列出，检测设定门限值为5mv，当采集装置检测到超声波幅值超过5mv时，提示放电产生，根据电网电压过零点同步零时刻，捕获超声波信号。经过滤波、放大、模数转换后，处理器将数据通过无线模块传送到检测主机上。

检测主机接收到超声波信号后，如图4所示，将捕获到的波形进行多尺度emd分解，分解结果如图5所示；

计算每个尺度下形态学差值降噪结果，形态学差值变换中，设原始信号为为定义在上的离散函数，定义序列结构元素为的离散函数，且m>n，则关于的腐蚀、膨胀、形态开和形态闭分别定义为

在对每个尺度的滤波处理中，先采用正弦结构元素h*[00.071110.07110]（h为每个尺度波形的最小值），进行一次开运算，再采用正弦结构元素h*[0-0.0711-1-0.07110]（h为每个尺度波形的最小值），进行一次闭运算，由此可去除每个尺度下的毛刺波、随机噪声，将各尺度下滤波结果重构得到最终降噪信号，如图6所示。

由图6可知，典型避雷器受潮的超声波有两个脉冲波形，脉冲相位在0度和360度附近，而阀片老化有三个脉冲波形，脉冲相位在0度、180度、360度附近，脉冲更密，并且超声波最大值大于受潮的超声波最大值。

本专利采用平均值、方均根值、波形系数、脉冲系数、脉冲疏密度五个波形特征指标集，诊断失效类型分为阀片老化、受潮和其它三种；通过采集绝缘失效的局部放电超声波数据，归一化形成样本集。然后构建5输入3输出模糊神经网络模型，输入为五个特征指标集，输出为判定为3种失效类型的概率，如图7所示。网络参数设定如下：误差容限为0.05，迭代次数最大为100次，动量因子为0.1，学习速率为0.5，采用梯度下降法调整网络，网络学习过程如图8所示。

其中归一化和模糊隶属度矩阵是指，

设采集了n个波形，5波形特征指标集，构成n*5矩阵，

每个指标归一化为：

分别为每个指标中归一化后的值、实测值、最大值、最小值。

每个指标的模糊隶属度由模糊隶属函数计算得到，

各波形的各指标构成隶属度矩阵，

网络学习完后，输出为分别代表判定为受潮、老化、其它的概率，取最大概率的值判定为最终的失效类型。

对网络进行测试时，采用20个受潮的超声波信号和20个老化的超声波信号测试，检测主机分别提取每个超声波信号的5个特征指标，通过训练好的诊断网络进行聚类，判定失效类型。最终，受潮波形中18个判定为受潮，2判定为老化，老化中17个判定为老化，2个判定为受潮，1个判定为其它。受潮检测准确率为90%，老化检测准确率为85%。

值得说明的是，所述超声波探头（1）采用空气耦合超声波传感器，集成到超声波采集装置内部，实际测量时无需将传感器贴敷到避雷器表面，可沿避雷器外围扫描检测，检测范围广。如图3所示，装置外壳内部铺设了线径为0.45mm，网孔大小为3mm*3mm的铜屏蔽网，可增强装置在避雷器运行环境下的抗干扰能力。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。