一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法、装置及介质与流程

1.本发明涉及绝缘子检测技术领域，具体涉及一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法、装置及介质。


背景技术：

2.绝缘子是架空线路的重要组成部分之一，也是用量最大的电气设备之一。随着运行时间的增长，绝缘子的电气性能、机械性能会不可避免地发生下降，产生一定数量的零值瓷绝缘子、芯棒碳化复合绝缘子。劣化绝缘子的存在减少了绝缘子串的爬电距离，致使其发生闪络的概率大大增加，严重时可能发生绝缘子掉串、导线脱落、闪络等事故发生。
3.目前劣化绝缘子的检测手段仍然十分单一，免登塔的方式仅有红外检测这一手段。而红外法受环境因素影响大，仅能检测出复合绝缘子串发热，对零值瓷绝缘子无法准确判别。对于瓷绝缘子，目前运维人员仍主要采用绝缘电阻法与火花间隙法来检测劣化绝缘子，这种传统检测方法需登塔作业，接触式检测，检测速度慢，效率低，不够先进。
4.绝缘介质发生劣化后其电场分布会发生改变。通过电场法可以通过非接触方式对劣化绝缘子进行识别。目前已有相关研究成果、专利对该方法进行阐述。这种方法是对劣化绝缘子检测识别的一个很好补充，但是现有的技术都是基于绝缘子串的整体电场分布，在实际操作上，完好获得绝缘子整串电场分布的可操作难度较大。
5.现有技术1(cn 214669399 u)，公开了“非接触式零值绝缘子带电检测系统”，包括飞行器、空间电场探测器和地面站；飞行器用于携带所述空间电场探测器飞至架空线路绝缘子附近；空间电场探测器用于探测绝缘子周围合成电场强度，并将探测数据发送至地面站；地面站用于操控无人机飞行，并接收分析探测数据，得到零值绝缘子的检测结果。现有技术文件1的不足之处在于，该方法及装置需要操控无人机沿绝缘子整串直线飞行，形成一根完好的电场分布曲线，从而进行零值识别，在实际现场可操作性很差，只要无人机有所抖动(大于5cm)，或绝缘子与无人机飞行路径未能保持平行，无人机飞行时有所停顿，则将严重影响检测结果准确性。本发明采用阵列结构探测型式及局部电场畸变识别算法，可以即测即检，即探测装置靠近哪个绝缘子，就能立即识别出该绝缘子是否为零值绝缘子，而不是需要获得整个电场分布后再进行识别。通过这种方式，大大降低了现场检测的操作难度，同时排除了检测过程中绝缘子串倾斜、传感器抖动等实际工况的影响，可操作性强。描述本发明针对对比文件的不足之处给出的区别特征。
6.现有技术2(cn 114758257 a)公开了“一种基于cart算法的输电线路劣化绝缘子的识别方法”，通过导入劣化绝缘子以及正常绝缘子的电场数据对模型进行训练并测试模型精度，将用于识别的绝缘子的电场强度数据导入训练好的模型中，准确得到目标绝缘子是否劣化。现有技术文件2的不足之处在于：该种方法需要事先获知正常绝缘子的电场数据，而实际情况下架空线路杆塔型式复杂多样，绝缘子悬挂方式、电压等级、材质、表面状态都有很大差异，正常绝缘子的电场数据根本无法准确获得，无论是通过仿真还是实测，这样的样本库难以建立。本发明不需要与正常绝缘子电场数据进行对比，而是根据绝缘子本身
的局部电场性质，直接给出是否为零值的识别结果，可行性、可操作性都很强。


技术实现要素：

7.为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法、装置及介质，解决传统检测方法需登塔作业，接触式检测，检测速度慢，效率低，不够先进的问题，通过非接触方式对劣化绝缘子进行识别。
8.本发明采用如下的技术方案。
9.一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别装置，包括：电场探头阵列和pcb底板；电场探头阵列，用于采集绝缘子的电场强度检测信号；pcb底板用于处理电场强度检测信号得到电场强度值；
10.电场探头阵列包括：第一电场探头，第二电场探头，第三电场探头；第一电场探头，第二电场探头，第三电场探头按照上中下等间距布置，形成条状结构阵列，第一电场探头，第二电场探头和第三电场探头分别通过屏蔽线与pcb底板连接；
11.第一电场探头采集所处绝缘子电场强度检测信号经过pcb底板处理后得到第一电场强度值e1；
12.第二电场探头采集所处绝缘子电场强度检测信号经过pcb底板处理后得到第二电场强度值e2；
13.第二电场探头采集所处绝缘子电场强度检测信号经过pcb底板处理后得到第三电场强度值e3；
14.当e3＞e1≥e2或e1＞e3≥e2时，判断绝缘子为零值绝缘子；
15.电场探头阵列连续采集绝缘子处电场强度信号，经过处理得到对应的电场强度值，对连续采集得到的绝缘子处电场强度值求和，根据单次电场探头采集信号处理得到的电场强度值和连续采集信号处理得到的电场强度值的和，计算得到每个电场探头处连续采样所得电场强度的波动幅值；
16.将每个电场探头连续采集所得电场强度的波动幅值与波动系数进行比较，当任一电场探头的连续采集所得电场强度波动幅值大于波动系数时，表明该电场探头处绝缘子电场强度产生明显波动，判断绝缘子有局部放电，为劣化绝缘子。
17.优选地，电场探头阵列与pcb底板之间的距离大于等于1cm。
18.检测时电场探头阵列结构表面需与绝缘子串纵向截面s保持平行，其与绝缘子伞裙外沿之间的距离小于等于10cm；
19.优选地第一电场探头与第二电场探头之间的距离为s，5cm《s《8cm。
20.一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法，包括：
21.步骤1，采集绝缘子电场强度检测信号，得到第一电场探头，第二电场探头，第三电场探头处绝缘子的电场强度分别为e1、e2、e3；
22.步骤2，当e3＞e1≥e2或e1＞e3≥e2时，判断绝缘子为零值绝缘子，否则进入步骤3；
23.步骤3，电场探头阵列连续采集绝缘子处电场强度信号，经过处理得到对应的电场强度值，对连续采集得到的绝缘子处电场强度值求和，根据单次电场探头采集信号处理得到的电场强度值和连续采集信号处理得到的电场强度值的和，计算得到每个电场探头处连续采样所得电场强度的波动幅值；
24.步骤4，将每个电场探头连续采集所得电场强度的波动幅值与波动系数进行比较，当任一电场探头的连续采集所得电场强度波动幅值大于波动系数时，表明该电场探头处绝缘子电场强度产生明显波动，判断绝缘子有局部放电，为劣化绝缘子。
25.优选地，步骤3中，电场强度检测信号的波动幅值计算公式如下：
[0026][0027]
式中，
[0028]
n表示连续采样总次数，
[0029]
e表示电场强度，
[0030]
j表示电场探头，j＝1,2,3，
[0031]ej
(n)表示第j个电场探头第n次的采样电场强度值。
[0032]
优选地，步骤4中，波动系数取值0.2。
[0033]
优选地，步骤3中，所述电场探头阵列连续采集绝缘子处电场强度信号，连续采样的周期为0.1秒。
[0034]
一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；
[0035]
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法的步骤。
[0036]
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法的步骤。
[0037]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
[0038]
本发明主要针对零值瓷绝缘子的识别。其中电场探头按照上中下等间距布置，形成条状结构阵列，分别记为e1、e2、e3，通过对比三个电场探头之间的数值关系来识别绝缘子劣化缺陷类型。可以识别的劣化缺陷类型包括瓷绝缘子零值以及绝缘子内部放电。可以做到即测即检，不需要通过获得绝缘子串的电场分布曲线，而只需要对局部的电场变化特性进行识别，从而检测出劣化绝缘子，操作简单易行，适用于推广。
附图说明
[0039]
图1为根据本发明提供的基于电场阵列的劣化绝缘子识别装置示意图；
[0040]
图2为根据本发明提供的基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法检测方法示意图；
[0041]
图3为根据本发明提供的基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法流程图；
[0042]
附图标记为：
[0043]
1-电场探头1，2-电场探头2，3-电场探头3，4-pcb底板。
具体实施方式
[0044]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，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有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
[0045]
实施例1。
[0046]
一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别装置。
[0047]
如图1所示，本发明的一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别装置包括：电场探头阵列和pcb底板4；电场探头阵列，用于采集绝缘子的电场强度检测信号；pcb底板4用于处理电场强度检测信号得到电场强度值；
[0048]
电场探头阵列包括：第一电场探头1，第二电场探头2，第三电场探头3第一电场探头1，第二电场探头2，第三电场探头3按照上中下等间距布置，形成条状结构阵列，第一电场探头1，第二电场探头2和第三电场探头3分别通过屏蔽线与pcb底板4连接；
[0049]
第一电场探头1采集所处绝缘子电场强度检测信号经过pcb底板处理后得到第一电场强度值e1；
[0050]
第二电场探头采集所处绝缘子电场强度检测信号经过pcb底板4处理后得到第二电场强度值e2；
[0051]
第二电场探头采集所处绝缘子电场强度检测信号经过pcb底板4处理后得到第三电场强度值e3；
[0052]
当e3＞e1≥e2或e1＞e3≥e2时，判断绝缘子为零值绝缘子；
[0053]
电场探头阵列连续采集绝缘子处电场强度信号，经过处理得到对应的电场强度值，对连续采集得到的绝缘子处电场强度值求和，根据单次电场探头采集信号处理得到的电场强度值和连续采集信号处理得到的电场强度值的和，计算得到每个电场探头处连续采样所得电场强度的波动幅值；
[0054]
将每个电场探头连续采集所得电场强度的波动幅值与波动系数进行比较，当任一电场探头的连续采集所得电场强度波动幅值大于波动系数时，表明该电场探头处绝缘子电场强度产生明显波动，判断绝缘子有局部放电，为劣化绝缘子。
[0055]
电场探头阵列与pcb底板之间通过屏蔽线连接，保持一定距离，且距离不宜小于1cm，从而避免pcb底板金属对探头位置处电场强度的影响。三个电场探头阵列等间距排列，视被测绝缘子的钢帽尺寸大小，两两之间的距离可以为5-8cm。
[0056]
如图2所示，本电场阵列结构可以用杆状的连接结构，通过手持或者无人机挂载的方式靠近绝缘子串，在高压端h和低压端l之间进行劣化绝缘子检测。检测时电场阵列结构表面需与绝缘子串纵向截面s保持平行，其与绝缘子伞裙外沿之间的距离d不宜超过10cm。
[0057]
实施例2。
[0058]
一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法。
[0059]
如图3所示，利用本发明提出的电场阵列结构进行劣化绝缘子检测时，在满足图1、图2中的前提下，劣化绝缘子的识别流程。其中判据1为零值绝缘子识别判据，判据1为e3＞e1≥e2或e1＞e3≥e2。识别方法包括以下步骤：
[0060]
步骤1，采集绝缘子串电场强度检测信号，得到绝缘子串的电场强度为e1、e2、e3；
[0061]
步骤2，当e3＞e1≥e2或e1＞e3≥e2时，判断绝缘子为零值绝缘子，否则进入步骤3；
[0062]
步骤3，电场探头阵列连续采集绝缘子处电场强度信号，经过处理得到对应的电场强度值，对连续采集得到的绝缘子处电场强度值求和，根据单次电场探头采集信号处理得到的电场强度值和连续采集信号处理得到的电场强度值的和，计算得到每个电场探头处连续采样所得电场强度的波动幅值；
[0063]
步骤4，将每个电场探头连续采集所得电场强度的波动幅值与波动系数进行比较，
当任一电场探头的连续采集所得电场强度波动幅值大于波动系数时，表明该电场探头处绝缘子电场强度产生明显波动，判断绝缘子有局部放电，为劣化绝缘子。
[0064]
本实施例优选地，电场强度检测信号的波动幅值计算公式如下：
[0065][0066]
式中，
[0067]
n表示连续采样总次数，
[0068]
e表示电场强度，
[0069]
j表示电场探头，j＝1,2,3，
[0070]ej
(n)表示第j个电场探头第n次的采样电场强度值。
[0071]
当绝缘子内部发生局部放电时，电场强度信号将会产生明显波动，因此判据2的表达式为：
[0072][0073]
式中，
[0074]
k表示波动系数，
[0075]
采用本实施例进行局放识别时，k取值为0.2，采样周期t可以为0.1秒，连续采样个数n可以为10，即三个探头对应的电场强度信号中，任一探头的10个连续采样数据波动幅度大于20％，则表明该位置处有局部放电。
[0076]
本发明的实施例3还提供了一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别计算机设备，包括：处理器、存储器，以及存储器中保存的进行基于电场阵列的劣化绝缘子识别的计算机程序和数据。其中：
[0077]
在程序运行前，需提前将收集好的外部数据存放至存储器中。由外部向处理器发布开始进行劣化绝缘子特征识别的指令；处理器在判定指令类型后，向存储器申请调用信息；存储器根据指令提取相应的计算机程序和数据，并提供给处理器；处理器对存储器提供的计算机程序进行运行，并向外部输出结果。处理器可调用存储器中的计算机程序及数据，以执行如下基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法。
[0078]
本发明的实施例4还提供一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可实现实施例1中的一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别方法。
[0079]
实施例5，
[0080]
使用三阵列电场探头检测装置测量劣化绝缘子串，利用实施例2一种基于电场阵列的劣化绝缘子识别检测方法，通过局部的电场畸变特性来识别劣化绝缘子。其中施加电压为25kv，绝缘子悬挂5片，劣化绝缘子电阻值为12mω。从低压端至高压端绝缘子片序号依次1-5，测得情况如下表所示。
[0081][0082]
表1，实验结果对比表
[0083]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明主要针对零值瓷绝缘子的识别。其中电场探头按照上中下等间距布置，形成条状结构阵列，分别记为e1、e2、e3，通过对比三个电场探头之间的数值关系来识别绝缘子劣化缺陷类型。可以识别的劣化缺陷类型包括瓷绝缘子零值以及绝缘子内部放电。可以做到即测即检，不需要通过获得绝缘子串的电场分布曲线，而只需要对局部的电场变化特性进行识别，从而检测出劣化绝缘子，操作简单易行，适用于推广。
[0084]
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
[0085]
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
[0086]
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
[0087]
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c 等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机
可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
[0088]
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
[0089]
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其它设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
[0090]
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
[0091]
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0092]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。