一种基于硅橡胶表面附着水珠数量的闪络电压预测方法与流程

本发明涉及一种高压输变电绝缘设备故障的预测方法，具体为一种基于硅橡胶电气设备表面附着的水珠数量预测其闪络电压大小的方法，属于电力系统保护。

背景技术：

1、在高压输变电绝缘设备中，绝缘子需要同时满足机械和电气性能要求。随着我国特高压线路工程的建设，对绝缘子的性能要求越来越高。虽然复合绝缘子具有良好的憎水性，在电力系统中被大量的使用。但复合绝缘子长期裸露在空气中运行，其表面会积聚大量污秽，在污秽物以及雾、毛毛雨等大气环境的共同作用下，复合绝缘子也会发生闪络事故。

2、当复合绝缘子发生闪络现象时，会给电力系统安全稳定运行造成较大威胁，一旦发生大面积跳闸停电，给人民生活生产造成较大影响。目前，输电线路污闪事故发生很难杜绝。针对于频发的绝缘子污闪事故，电力行业也有一些预防绝缘子污闪的措施，但是这些措施不能从根本上消除绝缘子污闪事故产生。

3、现有技术中，对于输电线路的污闪事故，只能做到提前监测其状态。通过预测复合绝缘子表面附着水珠时的闪络电压大小，来判断其遇到大气环境变化时是否会发生事故，能够使现有的运维检修方式更加安全高效。

4、但，复合绝缘子发生污闪事故的过程较为复杂：复合绝缘子表面附有水珠时，水珠与复合绝缘子表面接触处经常会产生局部放电，且复合绝缘子发生闪络现象是由其表面局部放电现象慢慢发展起来的，想要通过评估其表面所有的局部放电量来预测污闪事故的发生是十分困难的。目前解决这个问题的方式为：依靠基于蒙特卡罗方法的绝缘子污闪电压预测，将污闪电压预测经验公式u＝kse-p的系数k和指数p作为随机变量看待,预测的结果是污闪电压u的随机分布范围。但由于随机分布的范围有时很大，无法满足对在大气环境影响下的绝缘子闪络电压准确预测的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决通过传统污闪电压预测经验公式无法对输变电设备污闪电压进行准确计算，还依赖于人工巡检的问题，而提供一种根据输变电设备的硅橡胶表面附着水珠的数量来预测其闪络电压的预测方法。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于硅橡胶表面附着水珠数量的闪络电压预测方法，其中，所述硅橡胶表面附着水珠数量的无人机检测系统包括：

3、多旋翼无人机，包括控制系统和飞行器，能够根据作业要求控制无人机飞行到指定位置和执行快门指令；

4、机载摄像模块，包括高清摄像仪，能够获取硅橡胶电气设备(复合绝缘子)表面的高清图像；

5、数据传输模块，包括无线数据传输模块，能够将机载摄像模块拍摄的高清图像传输到工作人员的数据处理终端。

6、所述闪络电压预测方法包括：

7、1)控制搭载机载摄像模块和数据传输模块的无人机飞行至硅橡胶电气设备上空，悬停进行拍摄(围绕该设备一周，拍摄前后左右四张高清图像)，并将图像通过数据传输模块传输到数据处理终端。

8、2)数据处理终端对所获图像进行分析，得到硅橡胶电气设备的表面附着水珠的数量。

9、3)对所需要预测闪络电压的硅橡胶电气设备(如复合绝缘子)的同质制品进行人工老化(按运行年限)，并涂污(按运行工况)，然后洗净切片，并自然风干。切片通常为矩形，且同时准备多份相同尺寸的同种硅橡胶样品便于布置不同数量的水珠。

10、4)在硅橡胶样品上布置不同数量的水珠(至少5种数量)，所需布置的水珠数量在0～所需预测的最大水珠数量之间选取(0为必选)。

11、5)使用人工雾室模拟真实环境的湿度，将铜电极压在待测硅橡胶样品两端，并通过温湿度计进行实时观察。

12、6)对置于放电检测系统中的硅橡胶样品进行直流逐级加压，每施加一次电压恒定1分钟左右，若发生闪络则停止加压，若没有发生闪络，则继续加压，直至闪络现象发生。

13、7)当观察到闪络现象发生时，通过电容分压器记录闪络电压的大小。

14、8)对布置相同水珠数量的硅橡胶样品加压所得的数据进行处理，得出其闪络电压均值。

15、9)将表面布置水珠硅橡胶样品的闪络电压均值与表面未布置水珠硅橡胶样品的闪络电压均值作商运算，得出闪络电压百分占比。

16、10)通过多项式拟合，生成闪络电压占比随水珠数量变化的趋势线与其对应公式。

17、11)将闪络电压占比的计算公式代入变化趋势线的对应公式，得到基于硅橡胶表面附着水珠数量的闪络电压预测公式。

18、12)将硅橡胶电气设备的表面附着水珠的数量作为输入，通过预测公式，得到该硅橡胶电气设备的预测的闪络电压值。

19、作为本发明的技术方案：当硅橡胶表面存在水珠时，其闪络电压要明显低于干燥时闪络电压。其中，水珠的电导率和数量对其闪络电压都有一定的影响，通常硅橡胶电气设备(复合绝缘子)在工况下表面附着水珠的电导率大致相同，故本发明的闪络电压预测方法基于其表面附着水珠数量。

20、作为本发明的技术方案：所述步骤4)中，由于不同环境下运行的复合绝缘子表面的污秽程度不同，在下雨与起雾等大气作用下，其表面的污秽会溶解于表面附着的水珠中，导致水珠的电导率不同。不同电导率的水珠附着在硅橡胶表面，对其闪络电压的影响不同，为减少预测的偏差，应选用与所预测的硅橡胶制品所处工况相同电导率的溶液(水)布置在硅橡胶样品上。为减少误差，布置水珠时，水珠的间距不宜过大。

21、作为本发明的技术方案：所述步骤4)中，由于本发明的预测方法中需要无水珠时的闪络电压值，故硅橡胶样品表面附着水珠数量为0的闪络电压值一定要加压采集。为了准确地预测其他水珠数量时的闪络电压，还要在所需预测的最大水珠数量内至少再选取4个数量样点(不含0)，分别布置在其他硅橡胶样品表面。

22、作为本发明的技术方案：所述步骤5)中，人工雾室，用玻璃搭建，由超声雾化发生器产生蒸汽，改变雾室内的湿度，并内置温湿度计监测雾室内部温湿度；变压器，能够将工频交流电转换为直流电，给硅橡胶样品两端提供电压，并后置电容分压器实时监测其两端的电压。变压器输出的电压是通过两个平板铜电极施加在硅橡胶样品的两端的，其中一个铜电极与高压侧导线相连，另一个铜电极与地线相接。

23、作为本发明的技术方案：所述步骤5)中，由于不同的环境湿度对闪络电压的影响较大，为保证预测的准确性，需要对所预测的硅橡胶制品的工况环境有所了解，并将该环境湿度作为人工雾室的模拟湿度。

24、作为本发明的技术方案：所述步骤7)中，由于放电具有随机性，只采集一次闪络电压值，可能存在较大的误差，故附着相同水珠数量的样品加压需要重复至少三次并同时记录闪络电压值。且由于硅橡胶表面存在水珠时，给硅橡胶两端施加电压，水珠会受到电场力而运动，在进行重复加压步骤前，需重新布置水珠。

25、作为本发明的技术方案：所述步骤9)中，由于闪络电压百分占比随水珠数量的变化趋势具有一致性，故需要将闪络电压占比作为预测硅橡胶表面附着水珠时的闪络电压更加准确、可靠。

26、作为本发明的技术方案：所述步骤10)中，由于闪络电压占比随水珠数量变化的趋势为一条非线性的曲线，故采用数据拟合中的多项式拟合进行处理。

27、本发明的有益效果是：1)通过预测硅橡胶表面附着水珠时的闪络电压大小，能够帮助运维人员判断复合绝缘子遇到大气环境变化时是否会发生事故；

28、2)预测硅橡胶闪络电压随表面附着水珠的数量的变化曲线，，能够让运维检修人员对下雨和起雾天气下运行中的复合绝缘子是否会发生闪络事故进行预判，大量节省人力资源，降低时间成本，同时对通过污闪电压预测经验公式进行污闪电压分布范围计算的传统方法提供了新的思路。