一种基于空间电场传感技术的绝缘子检测系统及方法与流程

本发明涉及输变电设备运维，并且更具体地，涉及一种基于空间电场传感技术的绝缘子检测系统及方法。

背景技术：

1、在电网中存在大量串联绝缘设备，如输电线路绝缘子串、变电站支柱绝缘子、大型绝缘支架等，其共同特点是高阻绝缘件通过串联实现高电压等级绝缘。当某一个或多个绝缘件发生机械损伤或分布电压不均引起击穿后，就会失去绝缘作用，并进一步加剧整体分布电压不均匀的问题，甚至引起整体击穿放电。盘形瓷绝缘子作为高压直流架空输电线路最常用的元件，起到高压导线与杆塔之间电气绝缘、承受导线重力或拉力的作用，受到雷电、雾霾、扬尘和自然老化等诸多因素影响，其绝缘性能将不可避免的有所降低，其可靠性影响电网的安全稳定运行。盘形瓷绝缘子随着运行年限的增加，其劣化率将逐渐升高，而劣化绝缘子主要体现为绝缘电阻显著下降，甚至出现低阻情况。低阻绝缘子的主要危害是降低了绝缘子串的闪络电压，可能导致内部绝缘击穿，并引起绝缘子炸裂，进而出现掉线事故。因此，为了防止劣化绝缘子缺陷给电网安全运行带来的事故，需定期对交直流线路和变电站用绝缘子的运行状态进行检测。

2、目前国内外电网针对绝缘子劣化状态的常用检测方法有绝缘电阻法、电压分布法、泄漏电流法、红外热成像法以及紫外线成像法等方法，但这些方法或存在人工成本高、安全风险大，或存在受环境影响大、测试方法复杂以及准确率低等缺点。到目前为止，低阻绝缘子的劣化特征研究缺乏故障形成机理研究，现有绝缘状态的带电检测技术尚不完善，没有建立起低阻绝缘子的劣化状态和特征参量的评估方法，使得目前交直流线路和变电站低阻绝缘子的带电检测缺乏高效和高准确率的带电检测和评估方法。因此，目前我国电网运行亟需一种更为安全、可靠、高效的低阻绝缘子诊断识别方法。

3、目前的低阻绝缘子诊断识别方法包括红外成像法、接触式测量检测法。其中，红外成像法是根据绝缘子串上因不同电压而产生不同温度，不同的温度辐射的热信号不同，红外成像仪通过接受热辐射的信号经过处理转化，将信号变为可视的二维图像，根据热点位置与周围温度之差作为检测对象的热特征参数，一般放电越严重的地方，温度越高，与周围温差越大，效果越明显。在绝缘子发生绝缘劣化或者表面污秽严重后，会造成运行中绝缘子串的分布电压改变、泄漏电流异常，出现发热或局部发凉迹象，这是红外成像法检测劣化绝缘子的基本原理。例如发明申请cn106124949a，公开了一种基于热红外成像技术对绝缘子故障在线监测方法，钢帽部分采用矩形框选点法、绝缘子串部分采用线段选点进行坐标温度转换，由绝缘子故障检测算法得出低值绝缘子特征量、零值绝缘子特征量、绝缘子积污特征量和绝缘子破损特征量四类温度参数特征量，结合环境温度、湿度和污秽状况，选用两个三层pnn概率神经网络分别对钢帽部分和绝缘子串部分进行特征级融合，给出局部信息融合判断的结果，提交给决策级进行全局决策。但是，红外成像法在缺陷放电初期，与周围温度相差不大，红外检测不敏感，并且当检测区域内存在一个比缺陷放电更高热源时，红外成像仪就会聚焦高温者，因此难以判断缺陷位置。当劣化绝缘子的绝缘电阻在5~10mω之间时，温度变化不明显，难以通过红外热像加以区别，存在检测盲区。且该方法受环境影响较大，太阳和背景辐射的干扰，光谱发射率ε的选定，对焦情况、气象条件等均会对检测结果造成影响。因此，在实际应用中还受到一些限制。

4、利用劣化绝缘子的绝缘电阻降低，承担电压降低的特点进行检测，属于接触式测量。例如，短路叉、火花间隙放电叉或绝缘子串电压分析仪等人工登杆塔方法，通过检测绝缘子承担电压值的变化，掌握其绝缘状况。与之类似的敏感绝缘子法，当一串绝缘子全部是良好的绝缘子时，各个绝缘子的分布电压称为标准分布电压。当绝缘子串中存在劣化绝缘子时，由于劣化绝缘子自身承担的电压严重下降，引起该绝缘子串中的各个绝缘子的分布电压与标准分布电压之间产生差异，而且，劣化绝缘子在绝缘子串中的位置不同、劣化程度不同，该差异程度也不相同。对于110kv 线路和220kv线路，当绝缘子劣化到一定程度时，不管该劣化绝缘子位置如何，总存在一个或两个绝缘子，即使差异值虽然不总是最大，但都比较大，综合起来最敏感，称该绝缘子为敏感绝缘子。测量该敏感绝缘子的承受压，并与其标准分布电压进行比较，就可判断该串绝缘子中是否存在劣化绝缘子。其它位置存在劣化绝缘子时，敏感绝缘子的分布电压升高；当敏感绝缘子本身为劣化绝缘子时，其分布电压降低。根据这一特性，可完全区分开劣化绝缘子的位置。

5、但是，这种传统的绝缘子检测方法目前在各供电单位采用较多，但具有劳动强度大、安全性差、效率低且受电磁干扰等缺点，易造成误检或漏检。以火花间隙放电检测为例，火花叉在产生火花的瞬间相当于将所检测的绝缘子短路，有引起绝缘子串闪络的危险。而且，对于500kv、750kv线路超长绝缘子串，即使某片绝缘阻值下降，电压分布变化不大，用该方法检测较为困难。

6、敏感绝缘子方法的实质和电压分布法相似，但只检测敏感绝缘子的电压值，判定为存在劣化绝缘子时才逐片检测，因此比传统的电压分布法减少了工作量。该方法的缺点是：仍然需要登塔进行接触式测量，工作量相比非接触式方法较大，检测灵敏度与绝缘子的绝缘劣化程度、劣化绝缘子在整个绝缘子串中所处的位置有关，且对330kv以上电压等级的检测效果有待实证。

7、因此，现有的带电检测低阻绝缘子方法存在准确率不高、操作风险大、工作强度大、检测装置复杂等技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于空间电场传感技术的绝缘子检测系统及方法。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种基于空间电场传感技术的绝缘子检测系统，包括：绝缘子带电检测装置和远程操控分析平台；其中

3、绝缘子带电测量装置包括电场测量模块、行走模块、平衡模块和主控模块；电场测量模块用于测量绝缘子串的空间电场分布数据并发送至远程操控分析平台；行走模块用于带动绝缘子带电测量装置在绝缘子串上移动；平衡模块用于调节绝缘子带电测量装置在移动过程中的平衡；主控模块用于接收远程操控分析平台发送的控制指令，根据控制指令控制电场测量模块、行走模块和平衡模块；

4、远程操控分析平台包括控制模块和数据分析模块；控制模块用于对绝缘子带电检测装置发出控制指令，远程控制绝缘子带电检测装置的移动、电场测量和数据传输；数据分析模块用于对绝缘子带电测量装置测量的空间电场分布数据进行分析，并根据分析的结果判断绝缘子串中是否含有阻值低于预设阈值的异常绝缘子。

5、可选地，所述电场测量模块包括电路单元和采集单元；其中电路单元用于将绝缘子串的空间电场分布参量传感至采集单元，采集单元用于将空间电场分布参量进行数字化，得到绝缘子串的空间电场分布数据后发送至远程操控分析平台。

6、可选地，所述电场测量模块采用抗电磁屏蔽结构设计。

7、可选地，所述绝缘子带电测量装置还包括第一电源模块，第一电源模块用于为绝缘子带电测量装置提供电源。

8、可选地，所述远程操控分析平台还包括第二电源模块，第二电源模块用于为远程操控分析平台提供电源。

9、可选地，所述对绝缘子带电测量装置测量的空间电场分布数据进行分析，并根据分析的结果判断绝缘子串中是否含有阻值低于预设阈值的异常绝缘子，包括：

10、利用滤波算法，对绝缘子带电测量装置测量的空间电场分布数据进行分析，确定绝缘子串的电场分布特征，基于电场分布特征绘制绝缘子串的电场分布特性曲线；

11、确定绝缘子串的外部特征信息，其中外部特征信息包括大气环境参数、杆塔结构、串型、布置方式和电压等级；

12、基于预设的数据库、绝缘子串的电场分布特性曲线和外部特征信息，确定绝缘子串的电场畸变程度；

13、根据绝缘子串的电场畸变程度，确定绝缘子串中是否含有异常绝缘子；

14、在绝缘子串中含有异常绝缘子的情况下，判断异常绝缘子的阻值是否低于预设阈值。

15、根据本发明的另一个方面，提供了一种基于空间电场传感技术的绝缘子检测方法，包括：

16、通过绝缘子带电测量装置测量绝缘子串的空间电场分布数据并发送至远程操控分析平台；其中，绝缘子带电测量装置包括电场测量模块、行走模块、平衡模块和主控模块；电场测量模块用于测量绝缘子串的空间电场分布数据并发送至远程操控分析平台；行走模块用于带动绝缘子带电测量装置在绝缘子串上移动；平衡模块用于调节绝缘子带电测量装置在移动过程中的平衡；主控模块用于接收远程操控分析平台发送的控制指令，根据控制指令控制电场测量模块、行走模块和平衡模块；

17、通过远程操控分析平台对绝缘子带电测量装置测量的空间电场分布数据进行分析，并根据分析的结果判断绝缘子串中是否含有阻值低于预设阈值的异常绝缘子；其中，远程操控分析平台包括控制模块和数据分析模块；控制模块用于对绝缘子带电检测装置发出控制指令，远程控制绝缘子带电检测装置的移动、电场测量和数据传输；数据分析模块用于对绝缘子带电测量装置测量的空间电场分布数据进行分析，并根据分析的结果判断绝缘子串中是否含有阻值低于预设阈值的异常绝缘子。

18、可选地，所述电场测量模块包括电路单元和采集单元；其中电路单元用于将绝缘子串的空间电场分布参量传感至采集单元，采集单元用于将空间电场分布参量进行数字化，得到绝缘子串的空间电场分布数据后发送至远程操控分析平台。

19、可选地，所述电场测量模块采用抗电磁屏蔽结构设计。

20、可选地，所述绝缘子带电测量装置还包括第一电源模块，第一电源模块用于为绝缘子带电测量装置提供电源。

21、可选地，所述远程操控分析平台还包括第二电源模块，第二电源模块用于为远程操控分析平台提供电源。

22、可选地，所述对绝缘子带电测量装置测量的空间电场分布数据进行分析，并根据分析的结果判断绝缘子串中是否含有阻值低于预设阈值的异常绝缘子，包括：

23、利用滤波算法，对绝缘子带电测量装置测量的空间电场分布数据进行分析，确定绝缘子串的电场分布特征，基于电场分布特征绘制绝缘子串的电场分布特性曲线；

24、确定绝缘子串的外部特征信息，其中外部特征信息包括大气环境参数、杆塔结构、串型、布置方式和电压等级；

25、基于预设的数据库、绝缘子串的电场分布特性曲线和外部特征信息，确定绝缘子串的电场畸变程度；

26、根据绝缘子串的电场畸变程度，确定绝缘子串中是否含有异常绝缘子；

27、在绝缘子串中含有异常绝缘子的情况下，判断异常绝缘子的阻值是否低于预设阈值。

28、本发明通过远程操控分析平台远程操控非接触式的绝缘子带电检测装置测量绝缘子串的空间电场分布数据，并采用无线通讯将空间电场分布数据传输至远程操控分析平台进行判定，准确地给出绝缘子串中的低阻绝缘子信息。本发明可实现带电工况下绝缘子串电场分布精确测量，以及数据的分析和处理，实现绝缘子串中低阻绝缘子的精确识别。从而解决现有带电检测低阻绝缘子方法存在准确率不高的技术问题。