一种复合绝缘子的剩余寿命预测方法和装置与流程

本发明涉及电力设备检测技术领域，尤其涉及一种复合绝缘子的剩余寿命预测方法和装置。

背景技术：

复合绝缘子广泛应用在架空输电线路中，一方面起着铁塔和导线的机械连接作用，一方面实现铁塔和导线的电气绝缘。其外绝缘材料高温硫化硅橡胶(htv)拥有优异的憎水性和憎水迁移性，使复合绝缘子拥有优异的耐污闪性能。但在长期运行中，htv受到高温、紫外线、盐雾等多种环境应力及电气、机械应力的影响会发生老化，引起其电气性能和机械性能下降，威胁电力系统的安全、稳定、可靠运行。并且，目前复合绝缘子在电力输送中已经应用了十余年时间，不同地区的硅橡胶材料均发生了不同程度的老化，而因复合绝缘子的应用数量庞大，大规模更换需要耗费大量的人力和财力，造成资源浪费，也会影响电力的供应。因此，对复合绝缘子的老化状态进行评估，指导复合绝缘子的更换计划，具有非常重要的工程价值。

在现有的复合绝缘子老化状态评估手段中，通常采用单因素的诊断方法，如采用伞裙的颜色褪色情况、伞裙护套的横向弛豫时间t2减少量、热刺激电流陷阱电荷量等诊断方法来表征复合绝缘子伞裙的老化；也有采用憎水性、电气强度等多个指标，人为赋予各指标权重的方式来评估老化程度。然而，在实施本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：在实际运行过程中，复合绝缘子的老化受到生产工艺、配方、运行环境等多方面影响，老化特征也有差异，单因素老化诊断方法并不一定能准确判断绝缘子的老化状态；而人为赋予指标权重的方式具有主观性，其划分结果未必能普遍适用，且采用的指标较多，部分指标现场测量的难度大。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种复合绝缘子的剩余寿命预测方法和装置，其通过获取与复合绝缘子老化状态相关的特征指标，计算得到复合绝缘子的综合得分，从而预测复合绝缘子的剩余寿命，实现对现场运行中的复合绝缘子的老化状态的定量评估。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种复合绝缘子的剩余寿命预测方法，包括：

确定现场运行中的待测复合绝缘子的至少一个检测位置；

针对所述待测复合绝缘子上的每一检测位置处的检测样品，提取与硅橡胶的老化状态相关的n个特征指标；n≥1；

采用主成分分析法获取所述检测样品的m个主成分，并根据所述检测样品的主成分，计算每一所述特征指标的指标权重；其中，所述检测样品的主成分能够反映所述n个特征指标的参数信息；m≥1；

根据每一所述特征指标的指标权重，计算得到每一检测样品的综合得分；并根据每一检测样品的综合得分，得到所述待测复合绝缘子的最终综合得分；

将所述最终综合得分输入预设的等效运行时间计算模型，以得到所述待测复合绝缘子的等效运行时间，用于预测所述待测复合绝缘子的剩余寿命。

作为上述方案的改进，所述针对所述待测复合绝缘子上的每一检测位置处的检测样品，提取与硅橡胶的老化状态相关的n个特征指标，具体为：

对现场运行中的所述待测复合绝缘子上的每一检测位置处进行检测，得到与硅橡胶的老化状态相关的评估特征量；

根据所述评估特征量、所述待测复合绝缘子的实际运行时间，以及预设的n个拟合曲线公式，对应计算得到每一检测位置处的检测样品的所述n个特征指标；其中，所述n个拟合曲线公式记录了所述评估特征量与对应的特征指标之间的函数关系。

作为上述方案的改进，所述评估特征量包括所述检测样品的邵氏硬度、色差和横向弛豫时间；所述特征指标包括所述检测样品的外层与内层硅橡胶质量分数比、si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值、静态接触角；

所述拟合曲线公式的构建方法具体为：

获取若干个实际运行时间不同的复合绝缘子上的样品，作为第一训练样品；

对每一所述第一训练样品进行检测，得到训练数据；其中，所述训练数据包括所述第一训练样品的邵氏硬度、色差、横向弛豫时间、外层与内层硅橡胶质量分数比、si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值、静态接触角；

以所述训练数据中的实际运行时间、邵氏硬度、色差和横向弛豫时间作为自变量，分别以外层与内层硅橡胶质量分数比、si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值、静态接触角作为因变量，进行多元线性回归分析，拟合得到针对每一因变量的拟合曲线公式。

作为上述方案的改进，所述n个拟合曲线公式，具体为：

mass外层/内层＝(-3.177l+6.605h+551.3)×10^-3；

psi-o-si＝(-16.46l-5.058t-21.56rt2+3825)×10^-3；

psi-(ch3)2＝(-15.15l-3.875t-16.72rt2+3092)×10^-3；

p-ch3＝(-16.42l-5.006t-23.25rt2+3689)×10^-4；

caav＝3.064h+0.862l-1.095rt2-78.031；

其中，mass外层/内层为外层与内层硅橡胶质量分数比；psi-o-si为si-o-si吸收峰峰值；psi-(ch3)2为si(ch3)2吸收峰峰值；p-ch3为-ch3吸收峰峰值；caav为静态接触角；h为邵氏硬度；l为色差；rt2为横向弛豫时间；t为实际运行时间。

作为上述方案的改进，所述采用主成分分析法获取所述检测样品的m个主成分，并根据所述检测样品的主成分，计算每一所述特征指标的指标权重，具体包括：

采用主成分分析法，得到每一所述检测样品的总方差解释表或碎石图；其中，所述总方差解释表或碎石图中记录了所述检测样品的所有成分，以及每一成分对应的初始特征值和方差百分比；

根据所述检测样品的总方差解释表或碎石图，设定特征值阈值，并获取大于所述特征值阈值的初始特征值所对应的成分，作为所述检测样品的主成分；

根据所述检测样品的主成分，获取对应的成分矩阵；其中，所述成分矩阵记录了所述检测样品的n个特征指标在每一所述主成分下的载荷数；

根据每一所述特征指标在每一主成分下的载荷数，以及每一主成分的初始特征值和方差百分比，计算所述检测样品的每一所述特征指标的指标权重。

作为上述方案的改进，所述根据每一所述特征指标的指标权重，计算得到每一检测样品的综合得分；并根据每一检测样品的综合得分，得到所述待测复合绝缘子的最终综合得分，具体包括：

根据每一所述特征指标的指标权重，将所述检测样品的每一特征指标加权相加，得到所述检测样品的综合得分；

将所述检测样品中的综合得分的最低值，作为所述待测复合绝缘子的最终综合得分。

作为上述方案的改进，所述根据每一所述特征指标在每一主成分下的载荷数，以及每一主成分的初始特征值和方差百分比，计算所述检测样品的每一所述特征指标的指标权重，具体为：

根据每一所述特征指标在每一主成分下的载荷数、每一主成分的初始特征值，通过以下计算公式，计算每一所述特征指标在每一主成分线性组合下的系数：

根据每一所述特征指标在每一主成分线性组合下的系数、每一主成分的方差百分比，通过以下计算公式，计算每一所述特征指标在总主成分中的加权评价系数：

将每一所述特征指标在总主成分中的加权评价系数通过以下计算公式进行归一化处理，得到每一所述特征指标的指标权重：

其中，aij表示特征指标xi在主成分j线性组合下的系数；zij表示特征指标xi在主成分j中的载荷数；λj表示主成分j的初始特征值；ci表示特征指标xi在总主成分中的加权评价系数；sj表示主成分j的方差百分比；di表示特征指标xi的指标权重；i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m。

作为上述方案的改进，所述预设的等效运行时间计算模型的构建方法具体为：

获取若干个实际运行时间不同的复合绝缘子上的至少一个位置处的样品，作为第二训练样品；

针对每一所述第二训练样品，提取与硅橡胶的老化状态相关的n个特征指标；n≥1；

采用主成分分析法计算每一所述特征指标的指标权重，以计算得到每一所述第二训练样品的综合得分；

根据所述第二训练样品的综合得分，以及预设的等效运行时间计算公式，计算每一所述第二训练样品的等效运行时间；其中，所述预设的等效运行时间记录了不同综合得分下，等效运行时间与实际运行时间的函数关系；

对每一所述第二训练样品的综合得分和等效运行时间进行拟合，以构建所述等效运行时间计算模型。

作为上述方案的改进，所述预设的等效运行时间计算模型，具体为：

其中，y为综合得分，te为等效运行时间。

本发明实施例还提供了一种复合绝缘子的剩余寿命预测装置，包括：

检测位置确定模块，用于确定现场运行中的待测复合绝缘子的至少一个检测位置；

特征指标提取模块，用于针对所述待测复合绝缘子上的每一检测位置处的检测样品，提取与硅橡胶的老化状态相关的n个特征指标；n≥1；

指标权重计算模块，用于采用主成分分析法获取所述检测样品的m个主成分，并根据所述检测样品的主成分，计算每一所述特征指标的指标权重；其中，所述检测样品的主成分能够反映所述n个特征指标的参数信息；m≥1；

综合得分获取模块，用于根据每一所述特征指标的指标权重，计算得到每一检测样品的综合得分；并根据每一检测样品的综合得分，得到所述待测复合绝缘子的最终综合得分

剩余寿命预测模块，用于将所述最终综合得分输入预设的等效运行时间计算模型，以得到所述待测复合绝缘子的等效运行时间，用于预测所述待测复合绝缘子的剩余寿命。

与现有技术相比，本发明公开的一种复合绝缘子的剩余寿命预测方法和装置，通过确定现场运行中的待测复合绝缘子的至少一个检测位置；针对所述待测复合绝缘子上的每一检测位置处的检测样品，提取与硅橡胶的老化状态相关的n个特征指标；采用主成分分析法获取所述检测样品的m个主成分，并根据所述检测样品的主成分，计算每一所述特征指标的指标权重；根据每一所述特征指标的指标权重，计算得到所述待测复合绝缘子的最终综合得分；将所述最终综合得分输入预设的等效运行时间计算模型，以得到所述待测复合绝缘子的等效运行时间，用于预测所述待测复合绝缘子的剩余寿命。本发明所提供的复合绝缘子的剩余寿命预测方法，根据现场运行中的复合绝缘子的运行状态，采用现场直接测量得到的评估特征量，利用多元线性回归拟合得到现场难以直接测量的特征指标，适用于现场运行的复合绝缘子的老化状态评估。利用主成分分析法客观赋予各特征指标的指标权重，通过综合得分和等效运行时间定量评估复合绝缘子的老化状态，从而预测其等效预期寿命，提高了预测复合绝缘子的剩余寿命的准确性，有益于电力部门快速掌握复合绝缘子的状态，制定维护和更换计划，有利于节约成本，提高供电可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例中一种复合绝缘子的剩余寿命预测方法的步骤示意图；

图2是本发明实施例中基于主成分分析法的碎石图；

图3是本发明实施例中复合绝缘子的外层与内层硅橡胶质量分数比的热失重分析曲线示意图；

图4是本发明实施例中傅里叶变换红外光谱分析的特征官能团吸收峰示意图；

图5是本发明实施例中复合绝缘子的特征指标的回归拟合曲线图；

图6是本发明实施例中综合得分和等效运行时间的拟合函数关系图；

图7是本发明实施例中一种复合绝缘子的剩余寿命预测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例中一种复合绝缘子的剩余寿命预测方法的步骤示意图。本发明实施例提供的一种复合绝缘子的剩余寿命预测方法，适用于对现场运行中的复合绝缘子进行剩余寿命的预测，实现对现场运行中的复合绝缘子的老化状态评估。所述复合绝缘子的剩余寿命的预测方法通过步骤s11至s15执行：

s11、确定现场运行中的待测复合绝缘子的至少一个检测位置。

在本发明实施例中，确定所述待测复合绝缘子的高压端、中压端和低压端为所述检测位置。通过后续对所述检测位置上的样品进行检测分析，以评估所述待测复合绝缘子的老化状态。

s12、针对所述待测复合绝缘子上的每一检测位置处的检测样品，提取与硅橡胶的老化状态相关的n个特征指标；n≥1，n为整数。

优选地，所述n个特征指标包括：所述检测样品的外层与内层硅橡胶质量分数比、si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值、静态接触角共5个特征指标。其中，外层与内层硅橡胶质量分数比与硅橡胶老化程度呈负相关；si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值与硅橡胶老化程度呈负相关；在一定范围内，静态接触角与硅橡胶老化程度呈负相关。

需要说明的是，上述待测复合绝缘子的特征指标与复合绝缘子的老化状态密切相关，但却无法从现场悬挂的待测复合绝缘子上通过直接检测的手段得到。因此，需要通过对现场悬挂的待测复合绝缘子上获取相关的评估特征量，来对所述特征指标进行分析计算。

作为优选的实施方式，步骤s12通过步骤s121至s122执行：

s121、对现场运行中的所述待测复合绝缘子上的每一检测位置处进行检测，得到与硅橡胶的老化状态相关的评估特征量。

复合绝缘子运行状态评估特征量的选取需考虑复合绝缘子老化引起的性能变化，在宏观上表现为复合绝缘子的外观表现、力学性能、电气性能发生变化，在微观上表现为复合绝缘子硅橡胶的组分和含量发生变化。

作为优选的实施方式，所述与硅橡胶的老化状态相关的评估特征量包括：所述检测样品的邵氏硬度、色差、横向弛豫时间。其中，邵氏硬度与硅橡胶老化程度呈正相关；色差l*值、横向弛豫时间与硅橡胶老化程度呈负相关。

上述待测复合绝缘子的检测样品的评估特征量可以通过直接在现场悬挂的绝缘子上施行预设的检测手段得到。作为举例，采用邵氏硬度分析法获取待测复合绝缘子上的检测样品的邵氏硬度；采用色差分析法获取待测复合绝缘子上的检测样品的色差；采用核磁共振分析法获取待测复合绝缘子上的检测样品的横向弛豫时间。

具体地，邵氏硬度分析法的实验仪器为lx-a邵氏硬度计，邵氏硬度分析的测量方法为采用lx-a邵氏硬度计在所述检测样品表面测量5个点的硬度值，并求取平均值。需要注意，每个硬度值在测量时应注意按压力度一致。

色差分析的实验仪器为3nhnr10qc色差仪，色差的测量方法为将3nhnr10qc色差仪的测量口紧贴所述检测样品表面测量，获取表面材料的l*、a*、b*值，每个样品表面测量5个点，并求取平均值。

核磁共振分析的实验仪器为便携式核磁共振绝缘子测量仪，核磁共振分析的测量方法为采用便携式核磁共振绝缘子测量仪测量所述检测样品回波峰值包络线，以读取横向弛豫时间。

s122、根据所述评估特征量、所述待测复合绝缘子的实际运行时间，以及预设的n个拟合曲线公式，对应计算得到每一检测位置处的检测样品的所述n个特征指标；其中，所述n个拟合曲线公式记录了所述评估特征量与对应的特征指标之间的函数关系。

所述评估特征量、所述待测复合绝缘子的实际运行时间与复合绝缘子的检测样品的5个特征指标之间存在着一定的关系。因此，通过预设的5个拟合曲线公式，代入检测得到的评估特征量和所述待测复合绝缘子的实际运行时间，可以计算得到所述待测复合绝缘子的5个特征指标。

s13、采用主成分分析法获取所述检测样品的m个主成分，并根据所述检测样品的主成分，计算每一所述特征指标的指标权重；其中，所述检测样品的主成分能够反映所述n个特征指标的参数信息；m≥1，m为整数；

在本发明实施例中，采用主成分分析法计算待测复合绝缘子在运行状态下的指标权重，以使所述待测复合绝缘子的各个特征指标的权重能够更加客观合理地反应复合绝缘子的老化状态。

优选地，步骤s13通过步骤s131至s134执行：

s131、采用主成分分析法，得到每一所述检测样品的总方差解释表或碎石图；其中，所述总方差解释表或碎石图中记录了所述检测样品的所有成分，以及每一成分对应的初始特征值和方差百分比；

s132、根据所述检测样品的总方差解释表或碎石图设定特征值阈值，并获取大于所述特征值阈值的初始特征值所对应的成分，作为所述检测样品的主成分；

s133、根据所述检测样品的主成分，获取对应的成分矩阵；其中，所述成分矩阵记录了所述检测样品的n个特征指标在每一所述主成分下的载荷数；

s134、根据每一所述特征指标在每一主成分下的载荷数，以及每一主成分的初始特征值和方差百分比，计算所述检测样品的每一所述特征指标的指标权重。

在本发明实施例中，对每一所述检测样品进行主成分分析，获得总方差解释表和碎石图。总方差解释表中列出了所述检测样品的所有成分的初始特征值和各自的方差百分比。方差百分比，亦称方差贡献率，表示对应的成分对选择的n个特征指标的解释能力，其计算公式为：

式中，si表示各个成分的方差百分比，i＝1,2,…,n；λi表示各个成分的初始特征值。在本实施例中，初始特征值和方差百分比均由spss软件直接计算得到。

碎石图是以成分的序号为横坐标、该成分的初始特征值为纵坐标画出的点线图，直观地反映该成分对原始变量的解释能力。根据碎石检验原理，当某一特征值相对于前一个特征值发生较大程度的下降，且后面的特征值均较小时，认为添加该特征值对应的成分对原始变量的解释贡献不大，采用前几个成分能较好地解释原始变量。结合碎石图设定因子的固定提取数目，获得能反映原来特征值绝大部分信息的若干主成分。

作为举例，针对所述待测复合绝缘子的某一检测样品，基于spss软件对上述选择的5个特征指标，包括外层与内层硅橡胶质量分数比、si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值、静态接触角进行主成分分析。获得的总方差解释表如表1所述：

表1总方差解释

结合图2，是本发明实施例中基于主成分分析法的碎石图。由碎石图可以判断出前两个成分能反映原来五个指标的绝大部分参数信息，因此设定因子的固定提取数目为2，选用两个主成分来分析。因此，在本发明实施例中，根据所述总方差解释表或碎石图，可以将成分的特征值阈值设定为1，从而使得大于所述特征值阈值的初始特征值所对应的成分，也即表1中的成分1和成分2，作为所述检测样品的主成分。

进一步地，基于spss软件，获得所述检测样品的主成分对应的成分矩阵。成分矩阵表展示了提取的主成分对原特征量指标的载荷数。

作为举例，上述实施例中获取的两个主成分，计算得到的成分矩阵见表2。

表2成分矩阵

进一步地，步骤s134，具体为：

根据每一所述特征指标在每一主成分下的载荷数、每一主成分的初始特征值，通过以下计算公式，计算每一所述特征指标在每一主成分线性组合下的系数：

根据每一所述特征指标在每一主成分线性组合下的系数、每一主成分的方差百分比，通过以下计算公式，计算每一所述特征指标在总主成分中的加权评价系数：

将每一所述特征指标在总主成分中的加权评价系数通过以下计算公式进行归一化处理，得到每一所述特征指标的指标权重：

其中，aij表示特征指标xi在主成分j线性组合下的系数；zij表示特征指标xi在主成分j中的载荷数；λj表示主成分j的初始特征值；ci表示特征指标xi在总主成分中的加权评价系数；sj表示主成分j的方差百分比；di表示特征指标xi的指标权重；i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m。

作为举例，设主成分1的线性表出式为：f1＝a1x1+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5，其中xi(i＝1～5)表示原来的五个指标，ai1(i＝1～5)表示各指标在主成分1线性组合中的系数。

在所述实施例中，主成分1的特征值从总方差解释表(表1)中得到，为3.477；以静态接触角为例，设定静态接触角为x1，则根据成分矩阵(表2)可知，x1在主成分1中的载荷数为-0.085；可以计算得到静态接触角x1在主成分1线性组合中的系数a11＝-0.0456。以此类推，从而计算得到另外4个特征指标在主成1线性组合中的系数a21～a51，以及所述5个特征指标在主成2线性组合中的系数a12～a52。

将所述待测复合绝缘子的检测样品的总成分记为fz，两个主成分分别为f1和f2，两个主成分的初始特征值分别为λ1和λ2，则有

其中，ci(i＝1～5)表示各指标在总成分中的加权平均系数，以静态接触角x1为例，

其中，s1、s2分别为f1、f2提取的方差百分比，在本实施例中，根据表1可知分别为69.542％和20.938％；a11、a12分别为静态接触角x1在主成分1和主成分2线性组合中的系数。

进一步地，对加权平均系数c1进行归一化处理，计算得到静态接触角x1的指标权重：

作为举例，对所述待测复合绝缘子的某一检测样品进行分析，得到指标权重计算结果见表3。

表3指标权重计算结果

s14、根据所述根据每一所述特征指标的指标权重，计算得到每一检测样品的综合得分；并根据每一检测样品的综合得分，得到所述待测复合绝缘子的最终综合得分。

具体地，步骤s14通过步骤s141至s142执行：

s141、根据每一所述特征指标的指标权重，将所述检测样品的每一特征指标加权相加，得到所述检测样品的综合得分，具体为：

y＝d1x1+d2x2+d3x3+d4x4+d5x5；

s142、将所述检测样品中的综合得分的最低值，作为所述待测复合绝缘子的最终综合得分。

作为举例，根据表3的指标权重计算结果，所述待测复合绝缘子的某一检测样品的综合得分为y＝0.1064x1+0.2216x2+0.2222x3+0.2316x4+0.2182x5。由于所述待测复合绝缘子的检测样品分别为高压端、中压端和低压端处的检测样品，因而根据另外两个检测样品的综合得分，取最低值作为所述待测复合绝缘子的最终综合得分。

s15、将所述最终综合得分输入预设的等效运行时间计算模型，以得到所述待测复合绝缘子的等效运行时间，用于预测所述待测复合绝缘子的剩余寿命。

在本发明实施例中，建立复合绝缘子的综合得分和等效运行时间之间的函数关系，以预测其剩余寿命。复合绝缘子的老化速度和其老化程度有关，在复合绝缘子刚出厂时，为了达到绝缘子最佳运行性能，绝缘子各组分含量配置最优，此时绝缘子可以较好地抵御一部分环境应力和电气应力，绝缘子的老化程度较轻，此时老化速度较慢；但在绝缘子挂网运行一段时间后，硅橡胶内部组成成分发生改变，部分填料在环境的影响下作用效果被减弱或失效，硅橡胶的老化程度增加，老化速度加快；因此，考虑利用等效运行时间来代替实际运行时间，通过建立综合得分和等效运行时间的函数关系，用于预测其剩余寿命。

作为优选的实施方式，所述预设的等效运行时间计算模型，具体为：

其中，y为综合得分，te为等效运行时间。

一般复合绝缘子的预期运行年限为20～25年，采用最低标准20年计算，认为当其等效运行时间为20年时，复合绝缘子应退出运行。通过所述待测复合绝缘子的综合得分y，计算得到其等效运行时间te。按照当总的等效运行时间为20年时复合绝缘子应退出运行考虑，所述待测复合绝缘子的剩余寿命的计算公式为：

tl＝240-te；

其中，tl为剩余寿命，单位为月。

需要说明的是，上述所涉及的场景和数值仅作为举例，不构成对本发明的具体限定。

本发明实施例提供了一种复合绝缘子的剩余寿命预测方法，确定现场运行中的待测复合绝缘子的至少一个检测位置；针对所述待测复合绝缘子上的每一检测位置处的检测样品，提取与硅橡胶的老化状态相关的n个特征指标；采用主成分分析法获取所述检测样品的m个主成分，并根据所述检测样品的主成分，计算每一所述特征指标的指标权重；根据每一所述特征指标的指标权重，计算得到所述待测复合绝缘子的最终综合得分；将所述最终综合得分输入预设的等效运行时间计算模型，以得到所述待测复合绝缘子的等效运行时间，用于预测所述待测复合绝缘子的剩余寿命。本发明所提供的复合绝缘子的剩余寿命预测方法，根据现场运行中的复合绝缘子的运行状态，采用现场直接测量得到的评估特征量，利用多元线性回归拟合得到现场难以直接测量的特征指标，适用于现场运行的复合绝缘子的老化状态评估。利用主成分分析法客观赋予各特征指标的指标权重，通过综合得分和等效运行时间定量评估复合绝缘子的老化状态，从而预测其等效预期寿命，提高了预测复合绝缘子的剩余寿命的准确性，有益于电力部门快速掌握复合绝缘子的状态，制定维护和更换计划，有利于节约成本，提高供电可靠性。

进一步地，在一种优选的实施方式下，所述拟合曲线公式的构建方法具体包括步骤s21至s23：

s21、获取若干个实际运行时间不同的复合绝缘子上的样品，作为第一训练样品。

s22、对每一所述第一训练样品进行检测，得到训练数据；其中，所述训练数据包括所述第一训练样品的邵氏硬度、色差、横向弛豫时间、外层与内层硅橡胶质量分数比、si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值、静态接触角。

s23、以所述训练数据中的实际运行时间、邵氏硬度、色差和横向弛豫时间作为自变量，分别以外层与内层硅橡胶质量分数比、si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值、静态接触角作为因变量，进行多元线性回归分析，拟合得到针对每一因变量的拟合曲线公式。

作为举例，选取11支实际运行时间不同的复合绝缘子，例如110kv绝缘子7支、220kv绝缘子2支、500kv绝缘子2支。从每一支复合绝缘子的高压端、中压端和低压端处分别获取一个检测样品作为第一训练样品，从而得到33个第一训练样品。

在一种实施方式下，采用手术刀剪切每一支复合绝缘子的高压端、中压端和低压端处面积约为所述复合绝缘子的伞裙大小的1/6，即扇形角度约为60°的伞裙样品，作为所述第一训练样品。

针对每一训练样品，采用邵氏硬度分析法获取每一所述第一训练样品的邵氏硬度；采用色差分析法获取每一所述第一训练样品的色差；采用核磁共振分析法获取每一所述第一训练样品的横向弛豫时间。具体方法同上述实施例，在此不再赘述。

进一步地，采用热失重分析(tga)法获取每一所述第一训练样品的外层与内层硅橡胶质量分数比；采用傅立叶转换红外光谱分析(ftir)法获取每一所述第一训练样品的特征官能团吸收峰，包括si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值；采用憎水性用(ca)法获取每一所述第一训练样品的静态接触角。

热失重分析法的实验仪器为perkinelmertga4000热分析设备；热失重分析的测量方法是以10℃/min的升温速率将训练样品从50℃加热到800℃，记录样品质量变化过程。具体地，参见图3，是本发明实施例中复合绝缘子的外层与内层硅橡胶质量分数比的热失重分析曲线示意图。外层与内层硅橡胶质量分数比从热失重分析曲线中计算得到，分别对样品的外层材料和内层材料做热失重分析实验，通过转折点剩余质量比和最终剩余质量比计算材料的硅橡胶含量，再求外层材料硅橡胶含量与内层材料硅橡胶含量的比值。

傅里叶变换红外光谱分析的实验仪器为thermonicoletis50傅里叶变换红外光谱仪，傅里叶变换红外光谱分析的测量方法是利用傅里叶变换红外光谱仪采用衰减全反射红外光谱分析法(atr-ftir)，测量样品的吸光度，获得光谱图。具体地，参见图4，是本发明实施例中傅里叶变换红外光谱分析的特征官能团吸收峰示意图。si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值均从傅里叶变换红外光谱分析中测量得到，分别为经校正后的红外吸收光谱图中si-o-si、si(ch3)2、-ch3特征官能团对应的吸收峰峰值。

憎水性分析的实验仪器为dataphysicsoca20接触角测试仪。静态接触角采用接触角测试仪在样品表面5个不同的点测量水珠的静态接触角，并取平均值。水珠体积为5μl。

进一步地，基于多元线性回归，用可以直接在现场悬挂的绝缘子上施行的检测手段得到的评估特征量，包括邵氏硬度、色差、横向弛豫时间，将不能在现场悬挂的绝缘子上直接检测的手段中得到的特征指标，包括外层与内层硅橡胶质量分数比、si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值、静态接触角进行回归拟合，从而得到针对每一特征指标的拟合曲线公式，用于在对现场运行的待测复合绝缘子进行特征指标的获取过程中，通过检测待测复合绝缘子的评估特征量，即可代入所述拟合曲线公式中计算得到对应的特征指标。

作为优选的实施方式，参见图5，是本发明实施例中复合绝缘子的特征指标的回归拟合曲线图。其中，图5(a)为外层与内层硅橡胶质量分数比的回归拟合曲线图；图5(b)为si-o-si吸收峰峰值的回归拟合曲线图；图5(c)为si(ch3)2吸收峰峰值的回归拟合曲线图；图5(d)为-ch3吸收峰峰值的回归拟合曲线图；图5(e)为静态接触角的回归拟合曲线图。

所述n个拟合曲线公式，具体为：

mass外层/内层＝(-3.177l+6.605h+551.3)×10^-3；

psi-o-si＝(-16.46l-5.058t-21.56rt2+3825)×10^-3；

psi-(ch3)2＝(-15.15l-3.875t-16.72rt2+3092)×10^-3；

p-ch3＝(-16.42l-5.006t-23.25rt2+3689)×10^-4；

caav＝3.064h+0.862l-1.095rt2-78.031；

其中，mass外层/内层为外层与内层硅橡胶质量分数比；psi-o-si为si-o-si吸收峰峰值；psi-(ch3)2为si(ch3)2吸收峰峰值；p-ch3为-ch3吸收峰峰值；caav为静态接触角；h为邵氏硬度；l为色差；rt2为横向弛豫时间；t为实际运行时间。

采用本发明实施例的技术手段，根据现场运行中的复合绝缘子的运行状态，采用现场直接测量得到的评估特征量，利用多元线性回归拟合得到现场难以直接测量的，与复合绝缘子的老化状态密切相关的特征指标，适用于现场运行的复合绝缘子的老化状态评估，从而进一步提高了预测复合绝缘子的剩余寿命的准确性。

进一步地，作为优选的实施方式，所述预设的等效运行时间计算模型的构建方法具体通过步骤s31至s35执行：

s31、获取若干个实际运行时间不同的复合绝缘子上的至少一个位置处的样品，作为第二训练样品。

s32、针对每一所述第二训练样品，提取与硅橡胶的老化状态相关的n个特征指标；n≥1；

s33、采用主成分分析法计算每一所述特征指标的指标权重，以计算得到每一所述第二训练样品的综合得分；

s34、根据所述第二训练样品的综合得分，以及预设的等效运行时间计算公式，计算每一所述第二训练样品的等效运行时间；其中，所述预设的等效运行时间记录了不同综合得分下，等效运行时间与实际运行时间的函数关系；

s35、对每一所述第二训练样品的综合得分和等效运行时间进行拟合分析，以构建所述等效运行时间计算模型。

作为举例，选取11支实际运行时间不同的复合绝缘子，例如110kv绝缘子7支、220kv绝缘子2支、500kv绝缘子2支。从每一支复合绝缘子的高压端、中压端和低压端处分别获取一个检测样品作为第一训练样品，从而得到33个第二训练样品。

在一种实施方式下，采用手术刀剪切每一支复合绝缘子的高压端、中压端和低压端处面积约为所述复合绝缘子的伞裙大小的1/6，即扇形角度约为60°的伞裙样品，作为所述第二训练样品。

接着，针对每一所述第二训练样品，采用预设的检测手段，提取与硅橡胶的老化状态相关的n个特征指标。作为举例，采用热失重分析(tga)法获取每一所述第一训练样品的外层与内层硅橡胶质量分数比；采用傅立叶转换红外光谱分析(ftir)法获取每一所述第一训练样品的特征官能团吸收峰，包括si-o-si吸收峰峰值、si(ch3)2吸收峰峰值、-ch3吸收峰峰值；采用憎水性用(ca)法获取每一所述第一训练样品的静态接触角，得到5个特征指标。采用主成分分析法计算每一所述特征指标的指标权重di，以计算得到每一所述第二训练样品的综合得分y；其中，i＝1,2,…,n。

所述预设的等效运行时间计算公式具体为：

其中，t为实际运行时间，te为等效运行时间，y为复合绝缘子的综合得分。

在本发明实施例中，根据上述33个第二训练样品的综合得分y和计算得到的等效运行时间te，通过拟合得到对应的综合得分和等效运行时间的拟合函数关系。参见图6，是本发明实施例中综合得分和等效运行时间的拟合函数关系图，可以得到，复合绝缘子的综合得分和等效运行时间的拟合函数关系，也即所述等效运行时间计算模型，具体为：

采用本发明实施例的技术手段，通过获取若干个老化程度不同的复合绝缘子样品，计算其综合得分和等效运行时间，以拟合所述等效运行时间计算模块，定量评估复合绝缘子的老化状态，可以预测其剩余寿命。

参见图7，是本发明实施例中一种复合绝缘子的剩余寿命预测装置的结构示意图。本发明实施例提供的一种复合绝缘子的剩余寿命预测装置40，包括：

检测位置确定模块41，用于确定现场运行中的待测复合绝缘子的至少一个检测位置；

特征指标提取模块42，用于针对所述待测复合绝缘子上的每一检测位置处的检测样品，提取与硅橡胶的老化状态相关的n个特征指标；n≥1；

指标权重计算模块43，用于采用主成分分析法获取所述检测样品的m个主成分，并根据所述检测样品的主成分，计算每一所述特征指标的指标权重；其中，所述检测样品的主成分能够反映所述n个特征指标的参数信息；m≥1；

综合得分获取模块44，用于根据每一所述特征指标的指标权重，计算得到每一检测样品的综合得分；并根据每一检测样品的综合得分，得到所述待测复合绝缘子的最终综合得分

剩余寿命预测模块45，用于将所述最终综合得分输入预设的等效运行时间计算模型，以得到所述待测复合绝缘子的等效运行时间，用于预测所述待测复合绝缘子的剩余寿命。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种复合绝缘子的剩余寿命预测装置用于执行上述实施例的一种复合绝缘子的剩余寿命预测方法的所有流程步骤，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。