绝缘子智能广域状态检测系统及状态识别方法与流程

1.本发明涉及智能绝缘子监测技术领域，尤其涉及一种绝缘子智能广域状态检测系统及状态识别方法。


背景技术：

2.输电网络的安全稳定是国家电力系统可持续发展的重要保障。在电力系统中，绝缘子是承担电缆支撑和绝缘的重要设备，能够在安全固定高压线缆的同时，确保高压线缆与塔架间的爬电距离。然而，绝缘子在线运行过程中，受材料老化、环境沾污、外部碰撞等因素影响，会出现局部开裂、阻值降低、闪络击穿等现象，造成性能损失甚至完全失效。绝缘子的性能损失和失效将严重危及输电网络安全，因此，及时掌握绝缘子状态、预防绝缘子损坏失效是输电系统建设与维护过程中的重要工作。
3.绝缘子状态检测的传统方案多是采用人工方法，如通过火花叉等设备判定绝缘子在高压下的绝缘状态，但是该类人工实施方式会存在作业环境危险、检测时效性低、检测数据精确性与可靠性差、漏检错检等多种弊端。有从业者提出基于无人机来进行绝缘子检测，即通过无人机捕获绝缘子的视频图像，由捕获的视频图像识别出绝缘子的状态，但是视频图像仅能够体现绝缘子的外部状态，无法精准的表征绝缘子的内部实际性能，因而同样容易出现漏检。
4.绝缘子自主状态检测方式，是通过智能监测绝缘子的状态而自动识别出绝缘子的状态，能够有效克服传统人工检测和无人机检测等存在的弊端，使得电网后台能够及时、准确地掌握线路上所有绝缘子的工作状态，进而降低绝缘子检修的经济成本和时间成本，为电网“智能化”提供有效支撑，促进“能源互联网”的持续发展。现有技术中绝缘子自主状态检测方式，通常是基于单个绝缘子的监测实现，即将每个绝缘子作为一个独立的检测节点，每个绝缘子上布置状态检测设备，由状态检测设备实时检测绝缘子的状态参数，各绝缘子的检测设备将检测数据传输至电网后台，由电网后台依据各绝缘子检测的状态参数识别出绝缘子的状态。
5.如中国专利申请cn108120908a公开一种基于泄露电流的缺陷绝缘子检测装置，即是通过绝缘子泄露电流传感器采集绝缘子泄露电流以及，信号采集处理装置中单片机用于数据处理并判断绝缘子状况，通过检测绝缘子泄露电流达到判断绝缘子缺陷并进行远程传输，实现自动判断绝缘子状态。
6.但是上述绝缘子状态检测方法会存在以下问题：
7.1、绝缘子数量繁多、分布广泛，而如果数以万计的绝缘子检测设备与电网后台直接连接通信，不仅需要占用大量的通信带宽，且容易导致整个系统通信的拥塞，进而带来能源消耗和时间消耗的增加，同时对于电网后台而言数据处理压力巨大，需要能够同时处理海量的数据，致使上述方法就难以满足广域的“智能化”、“广域化”以及实效性的要求。
8.2、绝缘子通常是处于特殊多变的露天工作环境，检测设备所捕获的物理信息极易受到自然气候、飞行生物、乃至设备故障等因素的干扰。上述绝缘子状态检测方法仅依靠对
单一绝缘子在单一时刻物理信息的简单逻辑判断实现，若检测设备检测存在误差或发生故障即无法得到准确的结果，因而极易发生漏判、误判等情况。


技术实现要素：

9.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、成本低、所需通信带宽小、检测精度及效率高且实时性以及抗干扰性强的绝缘子智能广域状态检测系统及状态识别方法。
10.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
11.一种绝缘子智能广域状态检测系统，包括：
12.多个信息采集模块，每个所述信息采集模块对应与一个待监测绝缘子连接，用于采集每个待监测绝缘子的状态信息，输出监测到的状态信息；
13.多个区域识别通信模块，每个所述区域识别通信模块对应与所辖区域内多个所述信息采集模块连接，用于实现与集中管理模块、与各所述信息采集模块之间的信息交互，以及分区域收集各所述信息采集模块发送的状态信息进行初步的状态识别，输出初步识别结果；
14.集中管理模块，分别与各所述区域识别通信模块连接，用于通过各所述区域识别通信模块发送控制指令，以及接收各所述区域识别通信模块发送的初步识别结果进行综合处理，筛查出所有存在异常或故障的绝缘子。
15.进一步的，所述信息采集模块包括相互连接的状态信息检测单元、第一通信单元，所述状态参数检测单元用于检测对应待监测绝缘子的状态信息，通过所述第一通信单元进行发送。
16.进一步的，所述区域识别通信模块包括相互连接的处理器单元以及通信网关单元，所述通信网关单元用于建立与集中管理模块、所辖区域内各所述信息采集模块之间的通信连接，所述处理器单元用于收集所辖区域内各所述信息采集模块发送的状态信息，并根据所辖区域内各待监测绝缘子的先验信息以及对应的所述状态信息进行初步识别处理，输出初步识别结果。
17.进一步的，所述集中管理模块包括相互连接的数据处理单元以及第二通信单元，通过所述第二通信单元与各所述区域识别通信模块进行数据通信，所述数据处理单元用于根据各所述区域识别通信模块的先验信息以及对应的所述初步识别结果进行综合处理，筛查出所有存在异常或故障的待监测绝缘子。
18.进一步的，在预设范围内相同类型的待监测绝缘子所对应的所述信息采集模块连接至同一所述区域识别通信模块；或者参数要求相同或者在参数要求差异在预设范围内的绝缘子连接至同一所述区域识别通信模块。
19.一种绝缘子智能广域状态识别方法，步骤包括：
20.s01.控制发送对所需监测待监测绝缘子的访查指令；
21.s02.当接收到所述访查指令时，分区域收集采集到的各所述待监测绝缘子对应的状态信息进行初步识别处理，输出初步识别结果；
22.s03.接收各分区域输出的所述初步识别结果进行综合处理，筛查出所有存在异常或故障的待监测绝缘子。
23.进一步的，所述步骤s02中进行初步识别处理包括：根据各所述待监测绝缘子的类型、各所述待监测绝缘子所处的环境状态获取对应的状态判断阈值，将采集到的所述状态信息与对应的所述状态判断阈值进行比较，根据比较结果判断对应绝缘子是否为异常或故障状态。
24.进一步的，所述步骤s02中，所述步骤s03中接收各分区域输出的所述初步识别结果进行综合处理时包括横向交叉比较步骤，具体步骤包括：获取各分区域内故障绝缘子的历史状态信息的统计值，和/或统计各分区域内所述待监测绝缘子的当前状态信息的统计值，根据所述历史状态信息的统计值和/或当前状态信息的统计值判断各分区域内各所述待监测绝缘子的故障状态。
25.进一步的，所述步骤s03后还包括当不能收集到目标绝缘子的状态信息时，根据所述目标绝缘子所在的网络拓扑位置以及相邻绝缘子的状态对所述目标绝缘子的状态进行预估，其中若目标绝缘子为所在绝缘子串中距离线缆最近或直接与线缆相连的绝缘子，则判定目标绝缘子为故障状态；若目标绝缘子为所在绝缘子串中距离线缆最远的绝缘子，且目标绝缘子的前一级绝缘子为正常健康状态，则判定目绝缘子为正常健康状态；若目标绝缘子在所在绝缘子串与线缆的距离非最近或非最远，则根据目标绝缘子前、后级绝缘子的状态判定目标绝缘子的状态。
26.进一步的，所述步骤s03后还包括状态预测步骤，具体步骤包括：根据各所述待监测绝缘子的历史状态信息构建变化趋势曲线，根据所述变化趋势曲线预测所述待监测绝缘子的健康状态，当所述变化趋势曲线达到预设状态时，发送预警信息。
27.与现有技术相比，本发明的优点在于：
28.1、本发明通过布置多个信息采集模块采集每个待监测绝缘子的状态信息，同时布置多个区域识别通信模块形成中间转接层，实现信息交互同时将信息采集层中各个信息采集模块进行分区域管理、状态信息的初步识别处理，然后再统一上传给由集中管理模块，最终筛查出异常或故障的绝缘子，可以形成分级通信的方式传输绝缘子的状态信息，因而可以极大的降低数据传输以及处理的压力，减少对于所需通信占用的带宽以及处理性能的要求，便于快速的实现大批量绝缘子的状态识别判断，有效提高检测效率。
29.2、本发明在绝缘子的状态识别判断过程中，并不是简单的依据单一绝缘子的数据实现，而是先经过了区域识别通信模块的初步识别，再由集中管理模块的综合处理最终确定，可以充分利用绝缘子数据之间的相关性提高各绝缘子的状态识别判断的精度，从而提升输电网络安全保障智能化水平。
30.3、本发明按照分级通信传输的方式进行数据传输，不仅减少了同时刻的数据通信量以及数据处理量，使得可以适用于广域范围的绝缘子状态检测满足“智能化”、“广域化”以及实效性的要求，同时还能够易于进行扩展，提高系统的可扩展性能。
31.4、本发明进一步通过结合分区域内待监测绝缘子的当前状态信息的统计值以及历史状态信息的统计值对绝缘子的状态进行横纵向综合判断，可以实现与相邻绝缘子之间的横纵向的交叉比较，从而充分利用同一环境下相邻绝缘子的检测数据、历史检测数据来更为精准的确认当前绝缘子的状态。
32.5、本发明进一步当判断到不能收集到目标绝缘子的状态信息时，通过根据目标绝缘子所在的网络拓扑位置以及相邻绝缘子的状态对目标绝缘子的状态进行预估，使得在无
法收集到目标绝缘子的状态信息的情况下，仍然能够结合绝缘子的网络拓扑结构以及相邻绝缘子的状态预估出绝缘子的状态。
33.6、本发明进一步依据各待监测绝缘子的历史状态信息构建变化趋势曲线，当变化趋势曲线达到一定的状态，判定绝缘子即将发生故障，通过发送预警信息可以在发生故障前提示进行故障处理，而避免故障的发生。
附图说明
34.图1是本实施例绝缘子智能广域状态检测系统的结构示意图。
35.图2是本实施例中信息采集模块的结构示意图。
36.图3是本发明在具体应用实施例中信息采集模块的电路结构示意图。
37.图4是本实施例中区域识别通信模块的结构示意图。
38.图5是本发明在具体应用实施例中区域识别通信模块的结构示意图。
39.图6是本发明在具体应用实施例中信息采集模块与区域识别通信模块的连接原理示意图。
40.图7是本实施例中集中管理模块的结构示意图。
41.图8是本发明具体应用实施例中绝缘子智能广域状态检测系统的结构示意图。
42.图9是本发明具体应用实施例中绝缘子智能广域状态检测系统布置的原理示意图。
43.图10是本发明具体应用实施例中实现绝缘子状态识别的流程示意图。
44.图例说明：10、信息采集模块；101、状态信息检测单元；102、第一通信单元；103、电源单元；104、热敏电阻；105、电流探针；20、区域识别通信模块；201、处理器单元；202、通信网关单元；203、天线阵列；204、蓄电池；30、集中管理模块；301、数据处理单元；311、横向交叉比较子单元；312、纵向比较子单元；313、状态预估子单元；314、状态预测子单元；302、第二通信单元。
具体实施方式
45.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
46.如图1所示，本实施例绝缘子智能广域状态检测系统包括：
47.多个信息采集模块10，每个信息采集模块10对应与一个待监测绝缘子连接，用于采集每个待监测绝缘子的状态信息，输出监测到的状态信息；
48.多个区域识别通信模块20，每个区域识别通信模块20对应与所辖区域内多个信息采集模块10连接，用于实现与集中管理模块30、与各信息采集模块10之间的信息交互，以及分区域收集各信息采集模块10发送的状态信息进行初步的状态识别，输出初步识别结果；
49.集中管理模块30，分别与各区域识别通信模块20连接，用于通过各区域识别通信模块20发送控制指令，以及接收各区域识别通信模块20发送的初步识别结果进行综合处理，筛查出所有存在异常或故障的绝缘子。
50.本实施例将针对于绝缘子的检测划分为三个层次，布置n个信息采集模块10构成第一层级，即为信息采集层，由该层级中各个信息采集模块10独立的采集每个待监测绝缘
子的状态信息；同时布置m个区域识别通信模块20形成第二层级，即为中间转接层，由该层级来实现信息交互，同时将信息采集层中各个信息采集模块10进行分区域管理，由一个区域识别通信模块20管理多个信息采集模块10，即收集所辖区域内各信息采集模块10采集到的状态信息进行初步识别处理，然后再统一上传给由集中管理模块30构成的集中管理层进行最终的综合处理，筛查出异常或故障的绝缘子。
51.由于各绝缘子并不直接与集中管理模块30连接，而是采用分级通信传输的方式，先经过中间的区域识别通信模块20进行中间转发、初步处理再上传至集中管理模块30进行综合处理，因而可以极大的降低数据传输以及处理的压力，减少对于所需通信占用的带宽以及处理性能的要求，便于快速的实现大批量绝缘子的状态智能识别判断，有效提高检测效率，同时绝缘子的状态识别判断过程中，并不是简单的依据单一绝缘子的数据实现，而是先经过了区域识别通信模块20的初步识别，再由集中管理模块30的综合处理最终确定，可以充分利用绝缘子数据之间的相关性提高各绝缘子的状态识别判断的精度，从而提升输电网络安全保障智能化水平。
52.本实施例通过将整个检测系统划分为信息采集层、中间转接层以及集中管理层三个层级，按照分级通信传输的方式进行数据传输，减少了同时刻的数据通信量以及数据处理量，因而可以适用于广域范围的绝缘子状态检测满足“智能化”、“广域化”以及实效性的要求，同时还能够易于进行扩展，当需要新增检测区域时，只需要对应的将新的绝缘子接入区域识别通信模块20，或者新增一个区域识别通信模块20即可实现。
53.在具体应用实施例中，信息采集模块10可以采用安装于绝缘子内部或者外表面，甚至还可以采用非接触式的采集设备实现，区域识别通信模块20可以安装于互联网接入条件良好的塔架或建筑物中，多个信息采集模块10连接至对应的区域识别通信模块20，再由区域识别通信模块20连接至后端的集中管理模块30。
54.如图2所示，本实施例中信息采集模块10具体包括相互连接的状态信息检测单元101、第一通信单元102，状态参数检测单元101与对应的待检测绝缘子连接，状态参数检测单元101用于检测对应待监测绝缘子的状态信息，状态信息为电流以及温度信息等状态参数，通过第一通信单元102进行发送实现数据通信，如通过局域网将其转发给中间转接层中对应连接的区域识别通信模块20。
55.本实施例中信息采集模块10的启动依据区域识别通信模块20的控制指令触发执行，由第一通信单元102接收来自区域识别通信模块20的控制指令，如“启动检查”控制指令，当接收到“启动检查”控制指令时，触发启动状态参数检测单元101进行状态信息测量，在未接收到“启动检查”控制指令时状态参数检测单元101不工作，可以减少设备执行功耗。上述可以按照定期发送“启动检查”控制指令的方式，定期启动检测，当然也可以根据实际需要设置为实时进行状态信息检测。
56.本实施例中，信息采集模块10还进一步设置有分别与状态信息检测单元101、第一通信单元102连接的主动上报控制单元，用于实时判断状态信息检测单元101测量的状态信息是否超过阈值，如果判断到超过阈值，则控制通过第一通信单元102向区域识别通信模块20发送主动报警信息，该报警信息中携带有异常绝缘子的位置、异常状态参数等信息，由区域识别通信模块20先进行初步判别后，上传给集中管理模块30进行最终确认，如果确认存在故障，则发送相应的报警信息。由于绝缘子发生异常或故障的时间点是随机的，如果按照
定期巡查的方式对所有绝缘子进行检查，在未启动检查期间绝缘子发生故障时则无法及时发现，而如果通过设置实时巡查的方式又会造成过大的处理压力，且由于绝缘子的数量众多，因而实际定期巡查的频率通常会设置的较低以降低处理压力，而这种情况下在巡查间隙发生绝缘子故障的概率也就越高。本实施例通过在对绝缘子进行定期巡查的基础上，结合采用主动上报故障的方式，当绝缘子侧的信息采集模块10判断出可能存在异常或故障时，即通过区域识别通信模块20主动上报信息给集中管理模块30，使得能够在绝缘子发生异常、故障的初期即能够及时发现、处理故障情况，进一步确保整体系统的安全可靠性。
57.在具体应用实施例中，如图3所示，信息采集模块10进一步还设置有电源单元103，电源单元103可采用基础寿命长、耐受性能高、便于更换的蓄电池，以使得能够为绝缘子信息采集设备提供长期可靠的电力支持。状态信息检测单元101具体采用热敏电阻104，以用于对绝缘子金具连接处的局部温度进行监测，以及电流探针105，以用于采集绝缘子表面电流。上述状态参数检测单元101当然还可以进一步采集其他状态信息，如电压、电阻等，后续再通过综合状态参数来共同实现状态识别判断。第一通信单元102具体基于zigbee协议。信息采集模块10还包括其他必须的电子元件，如电阻等。
58.如图4所示，本实施例中区域识别通信模块20具体包括相互连接的处理器单元201以及通信网关单元202，处理器单元201用于收集所辖区域内各信息采集模块10发送的状态信息，并根据所辖区域内各待监测绝缘子的先验信息以及对应的状态信息进行初步识别处理，输出初步识别结果，上述待监测绝缘子的先验信息可以为绝缘子类型、绝缘子类型所对应的状态判断阈值等；通信网关单元202用于建立与集中管理模块30、所辖区域内各信息采集模块10之间的通信连接，即由通信网关单元202实现网关功能，以使得能够与覆盖范围内所有绝缘子信息采集模块10实现互联互通。
59.在具体应用实施例中，如图4所示，区域识别通信模块20可以采用带有处理器模块的网关模块实现，网关模块能够通过蜂窝移动网络或以太网联通互联网，同时具备局域组网能力，局域网组网协议包括但不限于蓝牙、wifi、zigbee、lora等，需要与上述信息采集模块10所支持的协议相匹配，网关模块内部具体包含蜂窝移动网络和局域网组网所必须的网络天线、芯片和软件。区域识别通信模块20还设置有其他如局域网组网天线阵列203、外接蓄电池204等。识别通信网关的电力供应既可以从电网直接取电，也可以通过独立的蓄电池实现。由网关模块内部的处理器模块实现上述处理器单元201的功能，即收集所辖区域内各信息采集模块10发送的状态信息，并根据所辖区域内各待监测绝缘子的先验信息以及对应的状态信息进行初步识别处理。
60.进一步的，处理器单元201还可以配置具备数据汇总处理能力，以使得能够对所有绝缘子的数据进行汇总编目压缩。
61.上述区域识别通信模块20具体可安装于互联网接入条件良好的塔架或建筑物，以确保信息交互效果，实现转发和广播访查指令、收集辖域内所有绝缘子的状态参数、进行状态初步智能识别以及汇总发送辖域绝缘子状态数据等功能。
62.本实施例中，在预设范围内相同类型的待监测绝缘子所对应的信息采集模块10连接至同一区域识别通信模块20，如图6所示。由于绝缘子类型众多，如按照使用的绝缘材料的不同，可分为瓷绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子(也称合成绝缘子)；按照使用电压等级不同，可分为低压绝缘子和高压绝缘子；以及按照使用环境、电压种类、用途等划分，如耐污
绝缘子、直流绝缘子、绝缘横担、半导体釉绝缘子、拉紧绝缘子等，上述各类型的绝缘子依据所适用的场景、特性分布于电网中不同位置，即在监测区域内往往会存在各种不同类型的绝缘子，而不同类型的绝缘子特性不同，相应的对于不同类型之间的绝缘子，判断是否发生故障的标准会存在差异，如不同类型绝缘子的耐受电压、耐高温等的要求不同。本实施例考虑到不同类型的绝缘子在判断异常、故障状态时标准会存在差异，将一定范围内相同类型的待监测绝缘子连接至同一区域识别通信模块20，以由同一区域识别通信模块20对同一类型的绝缘子状态信息进行初步识别处理，由于各绝缘子的类型相同，则收集到各信息采集模块10发送的状态信息后，可以依据相同的判断标准快速的对各状态信息进行批量识别处理，从而可以进一步提高绝缘子状态识别的效率以及精度。
63.上述类型划分时，由于绝缘子具有多种划分方式，具体可按照故障参数(判断是否发生故障的参数)指标是否相近的标准进行划分，如按照高低压划分或者按照耐高温程度等划分，尽量将故障参数指标相近的绝缘子划分为同一区域管理，以便于高效的执行批量管理。当然划分方式具体还可以根据实际的复杂程度、需求等确定。
64.可以理解的是，除上述按照绝缘子类型来划分区域识别通信模块20所连接管理的信息采集模块10方式外，当然还可以根据实际绝缘子的分布情况对划分方式进行适应性优化，以使得尽可能的达到划分均衡。如将故障参数要求相同或者在参数要求差异在预设范围内的绝缘子连接至同一区域识别通信模块20，而当一个区域内某类型绝缘子数量较少，而其他类型绝缘子数量较多，要按照分类型连接至区域识别通信模块20时会存在分配不均衡问题，即有的区域识别通信模块20所管理的绝缘子数量过多、而有的区域识别通信模块20所管理的绝缘子数量又过少。为避免上述问题，进一步可以按照不同绝缘子类型之间的参数相关程度来划分所对应连接的绝缘子，使得参数要求接近的绝缘子所对应的信息采集模块10尽可能的划分至同一区域识别通信模块20，最终使得各区域识别通信模块20所管理的绝缘子量大致达到均衡状态。
65.本实施例中，区域识别通信模块20中处理器单元201具体根据各待监测绝缘子的类型、各待监测绝缘子所处的环境状态获取对应的状态判断阈值，将采集到的状态信息与对应的状态判断阈值进行比较，根据比较结果判断对应绝缘子是否为异常或故障状态。区域识别通信模块20在进行初步识别处理时，具体依据各待监测绝缘子的类型、各待监测绝缘子所处的环境状态来获取对应的状态判断阈值，再将采集到的状态信息与对应的状态判断阈值进行比较判断，使得能够针对不同类型、不同环境状态下的绝缘子状态执行精准的状态识别判断。当然还可以在处理器单元201进行初步识别过程中，引入更多的绝缘子先验信息，以进一步提高识别精度及灵活性。
66.在具体应用实施例中，在初始化阶段时，将区域识别通信模块20所辖区域内绝缘子的类型所对应电压、电阻等状态判断阈值存储在处理器单元201的内部存储空间，处理器单元201接收到所连接的各信息采集模块10发送的状态信息后，调用存储的状态判断阈值与接收到的状态信息进行比较，同时获取各信息采集模块10所处的实时环境温度，将各信息采集模块10测量的状态信息中绝缘子的温度参数与实时环境温度进行比较，综合状态判断阈值判断结果以及实时环境温度判断结果确定出初步的识别结果。例如，如果存在测量的状态信息大于对应的电压、电阻等状态判断阈值，或者实时环境温度与绝缘子的温度参数之间的差值大于预设阈值，则初步判定对应的绝缘子存在异常或故障，上传给集中管理
模块30进行最终的判决，否则判定对应的绝缘子为正常健康状态。
67.在具体应用实施例中，假设某区域识别通信模块20所辖的信息采集模块10的总数为k，第i个绝缘子的健康状态记为pi∈{-1，0，1}，i＝1，2，3，...，k，pi＝1表示第i个绝缘子健康状态为“正常”，pi＝0表示第i个绝缘子健康状态为“异常”，pi＝-1表示第i个绝缘子健康状态为“损坏”。通过信息采集模块10检测，对任意i∈{1，2，3，...，k}得到温度测量值ti和电流测量值ai，若未能获取到第i个绝缘子的“状态数据包”，则记ti＝null，ai＝null。则处理器单元201执行判断前，所有绝缘子健康状态设置为“异常”，即pi＝0，i＝1，2，3，...，k。从互联网获取区域识别通信模块20所在地区的当前环境温度t
ref
，和当前批次绝缘子的电流容许阈值a
ref
；对所有绝缘子i∈{1，2，3，...，k}，若ti＝ai＝null，则pi＝0；否则，若t
i-t
ref
＞t0，t0为第一预设判断阈值，ai＞a
ref
或，则pi＝-1，即为故障状态；否则，若t
i-t
ref
＞t1，t1为第二预设判断阈值，t1＜t0，则pi＝0，即为异常状态；否则，则pi＝1，即为正常健康状态。
68.在具体应用实施例中，可以配置当区域识别通信模块20判定绝缘子为正常健康状态时不发送该识别结果给集中管理模块30，仅在初步判断绝缘子存在异常或故障时才将识别结果发送给集中管理模块30，以进一步减少集中管理模块30的数据处理量。当然为了避免将存在异常或故障的绝缘子误判为正常健康状态，而使得漏发至集中管理模块30，可以将初步识别的状态判断阈值设置的稍微大一些，以留有足够的裕度空间，使得即可以避免漏检，又能够在一定程度上降低集中管理模块30的处理压力。
69.如图7所示，本实施例中集中管理模块30包括相互连接的数据处理单元301以及第二通信单元302，通过第二通信单元301与各区域识别通信模块20进行数据通信，数据处理单元302用于根据各区域识别通信模块20的先验信息以及对应的初步识别结果进行综合处理，筛查出所有存在异常或故障的待监测绝缘子。上述各区域识别通信模块20的先验信息可以为区域识别通信模块20中各绝缘子的类型、区域识别通信模块20的历史故障判断数据以及区域识别通信模块20当前所处环境等各类信息。
70.在具体应用实施例中，集中管理模块30中数据处理单元301具体可以采用电网后台管理服务器的综合管理软件实现，以通过软件配置使得具备连接互联网、通过互联网向识别通信网关发送访查指令的功能，以及具备通过互联网接收经区域识别通信模块20汇集的绝缘子健康状态的功能，以及具备定期巡查、质量检验、区域抽查、故障定位等访查模式、数据记录功能、数据可视化功能，以及对故障绝缘子状态信息发出预警和警示信号的功能，还可以配置使得具备与电网后台其他智能管理系统相联接的扩展能力。
71.本实施例中，集中管理模块30中数据处理单元301包括横向交叉比较子单元311以及纵向比较子单元312，横向交叉比较子单元311用于统计各分区域内待监测绝缘子的当前状态信息的统计值，当前状态信息的统计值判断各分区域内各待监测绝缘子的故障状态，纵向比较子单元312用于根据历史状态信息的统计值，根据历史状态信息的统计值判断各分区域内各待监测绝缘子的故障状态。具体如果横向交叉比较子单元311判断到存在绝缘子的状态信息与当前状态信息的统计值之间的差值大于预设阈值，即绝缘子的状态信息远超过相同环境下的实时参数统计值，或者纵向比较子单元312存在绝缘子的状态信息与历史状态信息的统计值之间的差值大于预设阈值，即绝缘子的状态信息远超过相同环境下历史参数统计值，则判定该绝缘子为异常或者故障状态。绝缘子长期处于复杂的环境中，信息
采集模块10所采集到的状态信息并不能够精准的反映绝缘子的状态，而相邻绝缘子由于所处的环境是相同的，在相同环境下正常绝缘子的状态参数应当是相近的，本实施例通过结合分区域内待监测绝缘子的当前状态信息的统计值以及历史状态信息的统计值对绝缘子的状态进行横纵向综合判断，可以实现与相邻绝缘子之间的横纵向的交叉比较，从而充分利用同一环境下相邻绝缘子的检测数据、历史检测数据来更为精准的确认当前绝缘子的状态。上述横向交叉比较子单元311以及纵向比较子单元312也可以根据实际需求仅布置其中一个，即仅采用历史状态信息的统计值或者当前状态信息的统计值中一种，或者进一步引入更多的统计值进行综合判断。
72.在具体应用实施例中，横向交叉比较子单元311执行时，统计当前所有状态信息中温度tm的平均值和电流am的平均值对所有待监测绝缘子n∈{i∈[1，k]|pi＝0}，若且则pn＝1，即绝缘子为正常健康状态，其中k为大于1的预设比例值，如具体可取1.2。
[0073]
在具体应用实施例中，纵向比较子单元312执行时，对i∈{1，2，3，...，k}，若具有大于一次的检测数据，且已知当前数据的温度测量值ti与前一次温度测量值记两次检测数据的时间间隔为t，判断到若摄氏度每小时，则pi＝0，即绝缘子为异常状态。
[0074]
本实施例中，集中管理模块30中数据处理单元301还包括状态预估子单元313，用于当不能收集到目标绝缘子的状态信息时，根据目标绝缘子所在的网络拓扑位置以及相邻绝缘子的状态对目标绝缘子的状态进行预估，其中若目标绝缘子为所在绝缘子串中距离线缆最近或直接与线缆相连的绝缘子，则判定目标绝缘子为故障状态；若目标绝缘子为所在绝缘子串中距离线缆最远的绝缘子，且目标绝缘子的前一级绝缘子为正常健康状态，则判定目绝缘子为正常健康状态；若目标绝缘子在所在绝缘子串与线缆的距离非最近或非最远，则根据目标绝缘子前、后级绝缘子的状态判定目标绝缘子的状态，具体如果前一级绝缘子与后一级绝缘子均为正常健康状态，则目标绝缘子为正常健康状态；否则判定目标绝缘子为异常状态。
[0075]
信息采集模块10、区域识别通信模块20在信息传输过程中可能存在故障或断网的情况，此时则无法直接获取所对应的目标绝缘子的状态信息，而处于同一绝缘子串的绝缘子，绝缘子之间的状态是具有相关性的，例如在同一绝缘子串中，如果前、后级绝缘子均是故障状态，则中间的绝缘子通常即也是故障状态。本实施例状态预估子单元313具体当判断到不能收集到目标绝缘子的状态信息时，通过根据目标绝缘子所在的网络拓扑位置以及相邻绝缘子的状态对目标绝缘子的状态进行预估，使得在无法收集到目标绝缘子的状态信息的情况下，仍然能够结合绝缘子的网络拓扑结构以及相邻绝缘子的状态预估出绝缘子的状态。
[0076]
在具体应用实施例中，状态预估子单元313执行时，查询绝缘子安装拓扑结构，对所有x∈{i∈[1，k]|ti＝ai＝null}，若第x个绝缘子信息采集设备所在的绝缘子(即第x个绝缘子)为所在绝缘子串中，距离线缆最近或直接与线缆相连的绝缘子(如图5中最上方的绝缘子为与线缆直接相连的绝缘子)，则p
x
＝-1，即第x个绝缘子判定为故障状态；否则，若第x个绝缘子为所在绝缘子串中，距离线缆最远的绝缘子，且其前一级绝缘子的健康状态为1，则p
x
＝1，即第x个绝缘子判定为正常健康状态；否则，若第x个绝缘子，其前一级绝缘子与后
一级绝缘子的健康状态均为1，则p
x
＝1，即第x个绝缘子判定为正常状态；否则，保持p
x
＝0，即第x个绝缘子判定为异常状态。
[0077]
本实施例集中管理模块30中数据处理单元301中还包括状态预测子单元314，用于根据各待监测绝缘子的历史状态信息构建变化趋势曲线，根据变化趋势曲线预测待监测绝缘子的健康状态，当变化趋势曲线达到预设状态时，发送预警信息。绝缘子从健康状态变化为故障状态往往会经历一段较长的时间，如绝缘子内部元器件经过长时间老化而导致的失效，在绝缘子的运行过程中参数即会按照失效曲线逐步变化，则依据各待监测绝缘子的历史状态信息可以构建变化趋势曲线，由该变化趋势曲线可以表征绝缘子的状态参数变化趋势，当变化趋势曲线达到一定的状态，如电压、电流等性能参数已接近故障状态阈值时，即可判定绝缘子即将发生故障，通过发送预警信息即可以在发生故障前提示进行故障处理，而避免故障的发生。
[0078]
如图8、9所示，本发明在具体应用实施例中信息采集模块10布置在绝缘子的外部，信息采集模块10具体采用如图3所示的结构，区域识别通信模块20采用内部带有处理器的通信网关模块(如图5所示)，安装于互联网接入条件良好的塔架或建筑物中，集中管理模块30采用电网后台管理服务器中的综合管理软件实现，该管理服务器与通信网关模块通过互联网连接进行数据交互，管理服务器同时还连接外部设备进行信息交互。
[0079]
本实施例进一步包括绝缘子智能广域状态识别方法，步骤包括：
[0080]
s01.控制发送对所需监测待监测绝缘子的访查指令；
[0081]
s02.当接收到访查指令时，分区域收集采集到的各待监测绝缘子对应的状态信息进行初步识别处理，输出初步识别结果；
[0082]
s03.接收各分区域输出的初步识别结果进行综合处理，筛查出所有存在异常或故障的待监测绝缘子。
[0083]
本实施例步骤s01中，具体由集中管理模块30发送访查指令给各区域识别通信模块20，当各区域识别通信模块20，接收到“启动检查”控制指令时启动采集的状态信息，启示访查模式，具体可按照以下四种访查模式，即：
[0084]
1)定时巡查模式：每天/周固定时间发送启动检查指令；
[0085]
2)质量检验模式：对新入网的绝缘子设备进行一段时间的高频率访查；
[0086]
3)区域抽查模式：对某重点线路或某重点区域范围内的绝缘子进行检查；
[0087]
4)故障定位模式：已知某线路发生故障，对该线路上所有绝缘子设备进行检查。
[0088]
上任一模式触发后，集中管理模块30通过区域识别通信模块2与各信息采集模块10连接，按照上述步骤完成绝缘子的状态识别。
[0089]
本实施例中，还包括主动上报步骤，包括：实时判断采集的绝缘子的状态信息是否超过阈值，如果判断到超过阈值，则控制向区域识别通信模块20发送主动报警信息，该报警信息中携带有异常绝缘子的位置、异常状态参数等信息，由区域识别通信模块20先进行初步判别后，上传给集中管理模块30进行最终确认，如果确认存在故障，则发送相应的报警信息。通过在对绝缘子进行定期巡查的基础上，结合采用主动上报故障的方式，当实时判断出可能存在异常或故障时，即通过区域识别通信模块20主动上报信息给集中管理模块30，使得能够在绝缘子发生异常、故障的初期即能够及时发现、处理故障情况，进一步确保整体系统的安全可靠性。
[0090]
在具体应用实施例中，步骤s01、s02中通过区域识别通信模块20与集中管理模块30以及信息采集模块10之间的信息交互实现访查指令的发送及接收，具体包括：
[0091]
1)识别区域识别通信模块20与集中管理模块30的信息交互
[0092]
s1，集中管理模块30通过广域互联网与管辖范围内所有区域识别通信模块20相联通，通过tcp协议等互联网数据通信协议进行数据交换；
[0093]
s2，集中管理模块30访查指令被触发时，向所有区域识别通信模块20发送数据请求，识别区域识别通信模块20启动所辖范围内所有信息采集模块10的状态检查，汇总所有绝缘子健康状态，将汇总数据包发送至集中管理模块30后台。
[0094]
2)绝缘子的信息采集模块10与区域识别通信模块20的信息交互
[0095]
区域识别通信模块20对所有管辖范围内的信息采集模块10组网进行统一管理，信息交互步骤如下：
[0096]
s1，所有信息采集模块10处于待机状态，其状态检测子单元101处于关机状态，第一通信单元102模块开机，准备接受区域识别通信模块20的广播。
[0097]
s2，区域识别通信模块20收到来自集中管理模块30后台的“启动检查”指令后，向所有信息采集模块10设备广播“启动检查”指令。
[0098]
s3，所有信息采集模块10设备查询到“启动检查”的指令后，打开状态检测子单元101，获取检查数据，生成并存储“状态数据包”，进入准备发送状态。
[0099]
s4，区域识别通信模块20按编号顺序，向局域网内第一台10设备发送“发送数据”指令，并进入准备接受数据状态。
[0100]
s5，当前信息采集模块10接收到“发送数据”指令，向区域识别通信模块20发送“状态数据包”。
[0101]
s6，区域识别通信模块20获取并存储“状态数据包”，向该信息采集模块10发送“确认接收”标志。
[0102]
s7，如果区域识别通信模块20在第一预设时长后仍未收到来自该信息采集模块10的“状态数据包”，则再次向该设备发送“发送数据指令”；如在第二预设时长仍未收到“状态数据包”，跳过该信息采集模块10，进入s4，向下一台信息采集模块10发送“发送数据”指令。
[0103]
s8，当前信息采集模块10接收到“确认接受”标志，恢复待机状态。
[0104]
s9，区域识别通信模块20按编号顺序向下一台信息采集模块10发送“发送数据”指令，重复s4～s8，直到所有信息采集模块10轮询完成。
[0105]
启动检查指令、发送数据指令、状态数据包、确认接收标志等，应包括通信协议要求的其他数据位，如校验位、信标位等。
[0106]
本实施例步骤s02中进行初步识别处理包括：根据各待监测绝缘子的类型、各待监测绝缘子所处的环境状态获取对应的状态判断阈值，将采集到的状态信息与对应的状态判断阈值进行比较，根据比较结果判断对应绝缘子是否为异常或故障状态。
[0107]
在具体应用实施例中，在步骤s01前初始化阶段时，将区域识别通信模块20所辖区域内绝缘子的类型所对应电压、电阻等状态判断阈值存储在处理器单元201的内部存储空间，步骤s02中当接收到各信息采集模块10发送的状态信息后，调用存储的状态判断阈值与接收到的状态信息进行比较，同时获取各信息采集模块10所处的实时环境温度，将各信息采集模块10测量的状态信息中绝缘子的温度参数与实时环境温度进行比较，综合状态判断
阈值判断结果以及实时环境温度判断结果确定出初步的识别结果。例如，如果存在测量的状态信息大于对应的电压、电阻等状态判断阈值，或者实时环境温度与绝缘子的温度参数之间的差值大于预设阈值，则初步判定对应的绝缘子存在异常或故障，上传给集中管理模块30进行最终的判决，否则判定对应的绝缘子为正常健康状态。
[0108]
本实施例中，进一步包括主动上报步骤，包括：实时判断状态信息检测单元101测量的状态信息是否超过阈值，如果判断到超过阈值，则控制向区域识别通信模块20发送主动报警信息，该报警信息中携带有异常绝缘子的位置、异常状态参数等信息，由区域识别通信模块20先进行初步判别后，上传给集中管理模块30进行最终确认，如果确认存在故障，则发送相应的报警信息。通过在对绝缘子进行定期巡查的基础上，结合采用主动上报故障的方式，当绝缘子侧的信息采集模块10判断出可能存在异常或故障时，即通过区域识别通信模块20主动上报信息给集中管理模块30，使得能够在绝缘子发生异常、故障的初期即能够及时发现、处理故障情况，进一步确保整体系统的安全可靠性。
[0109]
本实施例步骤s03中接收各分区域输出的初步识别结果进行综合处理时包括横向交叉比较步骤，具体步骤包括：获取各分区域内故障绝缘子的历史状态信息的统计值，统计各分区域内待监测绝缘子的当前状态信息的统计值，根据历史状态信息的统计值、当前状态信息的统计值判断各分区域内各待监测绝缘子的故障状态。具体如果存在绝缘子的状态信息与当前状态信息的统计值之间的差值大于预设阈值，即绝缘子的状态信息远超过相同环境下的实时参数统计值，或者存在绝缘子的状态信息与历史状态信息的统计值之间的差值大于预设阈值，即绝缘子的状态信息远超过相同环境下历史参数统计值，则判定该绝缘子为异常或者故障状态。通过结合分区域内待监测绝缘子的当前状态信息的统计值以及历史状态信息的统计值对绝缘子的状态进行综合判断，可以实现与相邻绝缘子之间的横向交叉比较，从而充分利用同一环境下相邻绝缘子的检测数据来更为精准的确认当前绝缘子的状态。
[0110]
本实施例步骤s03后还包括当不能收集到目标绝缘子的状态信息时，根据目标绝缘子所在的网络拓扑位置以及相邻绝缘子的状态对目标绝缘子的状态进行预估，其中若目标绝缘子为所在绝缘子串中距离线缆最近或直接与线缆相连的绝缘子，则判定目标绝缘子为故障状态；若目标绝缘子为所在绝缘子串中距离线缆最远的绝缘子，且目标绝缘子的前一级绝缘子为正常健康状态，则判定目绝缘子为正常健康状态；若目标绝缘子在所在绝缘子串与线缆的距离非最近或非最远，则根据目标绝缘子前、后级绝缘子的状态判定目标绝缘子的状态，具体如果前一级绝缘子与后一级绝缘子均为正常健康状态，则目标绝缘子为正常健康状态；否则判定目标绝缘子为异常状态。当判断到不能收集到目标绝缘子的状态信息时，通过根据目标绝缘子所在的网络拓扑位置以及相邻绝缘子的状态对目标绝缘子的状态进行预估，使得在无法收集到目标绝缘子的状态信息的情况下，仍然能够结合绝缘子的网络拓扑结构以及相邻绝缘子的状态预估出绝缘子的状态。
[0111]
本实施例步骤s03中接收各分区域输出的初步识别结果进行综合处理时还包括状态预测步骤，具体步骤包括：根据各待监测绝缘子的历史状态信息构建变化趋势曲线，根据变化趋势曲线预测待监测绝缘子的健康状态，当变化趋势曲线达到预设状态时，发送预警信息，可以在发生故障前提示进行故障处理，而避免故障的发生。
[0112]
以下以在具体应用实施例中实现绝缘子状态识别为例，对本发明上述状态识别方
法进行进一步说明。
[0113]
假设某区域识别通信模块20所辖的绝缘子的信息采集模块10的总数为k，第i个绝缘子的健康状态记为pi∈{-1,0,1},i＝1,2,3,...,k，pi＝1表示第i个绝缘子健康状态为“正常”，pi＝0表示第i个绝缘子健康状态为“异常”，pi＝-1表示第i个绝缘子健康状态为“损坏”。如图10所示，实现绝缘子状态识别的详细步骤为：
[0114]
1)读取各信息采集模块1发送的“状态数据包”[0115]
s1，通过检测，对任意i∈{1，2，3，...，k}，有温度测量值ti和电流测量值ai，若未能获取到第i个绝缘子的“状态数据包”，则记ti＝null，ai＝null。
[0116]
s2，执行判断前，所有绝缘子健康状态设置为“异常”，即pi＝0，i＝1，2，3，...，k。
[0117]
2)对各数据包进行初步识别判断处理
[0118]
s3，从互联网获取区域识别通信模块20所在地区的当前环境温度t
ref
，和当前批次产品电流容许阈值a
ref
。
[0119]
s4，对所有i∈{1，2，3，...，k}，若ti＝ai＝null，则pi＝0；否则，若t
i-t
ref
＞50℃，或ai＞a
ref
，则pi＝-1；否则，若t
i-t
ref
＞15℃，则pi＝0；否则，则pi＝1。
[0120]
3)空间横向对比验证信息综合判断
[0121]
s5，对所有m使得pm＝1，计算温度tm的平均值和电流am的平均值
[0122]
s6，对所有n∈{i∈[1，k]|pi＝0}，若且则pn＝1。
[0123]
4)时域纵向对比验证信息判断
[0124]
s7，如再次获取到所有绝缘子的“状态数据包”，则跳转s1再次执行判断。
[0125]
s8，对i∈{1，2，3，...，k}，若具有大于一次的检测数据，且已知当前数据的温度测量值ti与前一次温度测量值记两次检测数据的时间间隔为t。若摄氏度每小时，则pi＝0。
[0126]
5)故障条件下的状态预估
[0127]
s9，查询绝缘子安装拓扑，对所有x∈{i∈[1，k]|ti＝ai＝null}，若第x个绝缘子信息采集设备所在的绝缘子(第x个绝缘子)，为所在绝缘子串中，距离线缆最近或直接与线缆相连的绝缘子，则p
x
＝-1；否则，若第x个绝缘子为所在绝缘子串中，距离线缆最远的绝缘子，且其前一级绝缘子的健康状态为1，则p
x
＝1；否则，若第x个绝缘子，其前一级绝缘子与后一级绝缘子的健康状态均为1，则p
x
＝1；否则，保持p
x
＝0。
[0128]
6)基于变化趋势曲线进行状态预测
[0129]
分类统计所有p＝-1和p＝0的绝缘子状态，汇总成该网关辖域的健康状态数据包。基于连续时长内各绝缘子的状态信息数据构建状态的变化趋势曲线，判断变化趋势曲线的变化趋势，如果判断即将达到预设状态，则发送预警信息。
[0130]
本实施例状态识别方法与上述绝缘子智能广域状态检测系统对应，在此不再一一赘述。
[0131]
本发明通过采集绝缘子物理信息后通过分级通信传输的方法，先经过区域识别通信模块20进行中间转接、初步识别处理后，再上传给集中管理模块30进行集中管理处理，能够有效克服传统绝缘子检测方式需要依赖人工、状态模糊以及时效性差等的物理局限性，解决了绝缘子检测领域中由于链路庞杂导致的通信低效、能耗高等问题，能够实现全局通
用实时主动访查式的低待机功耗智能绝缘子状态检测识别系统，大幅提升输电网络安全保障智能化水平。
[0132]
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。