一种基于环境模拟的避雷器试验检测方法及系统与流程

本发明涉及避雷器测试，更具体的，涉及一种基于环境模拟的避雷器试验检测方法及系统。

背景技术：

1、避雷器是电力系统的主要设备之一，它能有效限制电网过电压幅值，确保变电设备免受过电压损害，保证系统的安全稳定运行，也称为过电压保护器。适用于变压器、输电线路、配电屏、开关柜、电力计量箱、真空开关、并联补偿电容器、旋转电机及半导体器件等过电压保护。由于电网设备运行过程中长期受到过电压、恶劣天气、频繁振动等因素影响，容易引起避雷器受潮、老化，因此，确定避雷器老化特征量对电气设备安全运行及检修维护具有重要理论意义及工程实用价值。

2、随着电网建设的跨越发展，电力系统各变电站内的避雷器安装数量也迅猛增长，避雷器试验检测的成效也成为当前关注的重点。避雷器在安装前需要进行必要的电气试验，如工频交流耐压试验、直流泄漏电流测量和绝缘电阻测定等。试验检测不达标的避雷器容易失去防雷保护作用，甚至造成避雷器爆炸事故。而当前避雷器的试验检测环境单一，与实际应用的多样环境偏差较大，导致试验结果精度过低，容易导致装置故障率高、系统误报警多以及附加维护工作量增加等问题。因此，如何在避雷器的试验检测中模拟应用场景，实现高精度的试验检测是亟不可待需要解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于环境模拟的避雷器试验检测方法及系统。

2、本发明第一方面提供了一种基于环境模拟的避雷器试验检测方法，包括：

3、获取避雷器的异常状态数据，提取异常状态数据的服役环境数据，通过聚类生成高频异常状态对应的服役环境数据，并利用不同应用场景进行划分，获取模拟环境数据子集；

4、利用不同模拟环境数据子集进行环境模拟，分析环境模拟下避雷器在试验环境中的老化过程，获取避雷器在老化过程中阀片的电气参数变化特征；

5、获取避雷器阀片的形貌特征构建形貌特征序列，将所述电气参数变化特征与形貌特征匹配，利用应用场景设置序列标签，并获取避雷器温升状况随电压幅值的变化情况；

6、根据待检测避雷器阀片的形貌特征获取老化现状，监测避雷器两端电压和泄漏电流，结合老化现状下的避雷器对应的过热阈值进行异常预警。

7、本方案中，提取异常状态数据的服役环境数据，通过聚类生成高频异常状态对应的服役环境数据，并利用不同应用场景进行划分，获取模拟环境数据子集，具体为：

8、获取避雷器的基础参数信息，基于所述基础参数信息利用多源数据反馈提取异常状态数据，将所述异常状态数据进行预处理，分离预处理后异常状态数据包含的服役环境数据；

9、根据所述服役环境数据提取避雷器的应用场景，生成应用场景标签，将异常状态数据利用服役环境数据进行聚类，利用遗传算法对聚类算法进行优化，选取初始聚类中心；

10、计算服役环境数据样本的欧式距离，并将各服役环境数据分配至距离最近的初始聚类中心生成聚类类簇，在聚类类簇中通过迭代聚类更新聚类中心；

11、当达到结束条件时，获取最终聚类结果，根据类簇数据量预设筛选标准，选取符合预设筛选标准的聚类类簇进行挂起，在挂起的聚类类簇中将同一应用场景标签下的服役环境数据进行聚合生成服役环境数据变化区间；

12、获取不同服役环境数据变化区间的重合度，将重合度大于预设阈值的区间进行合并，获取更新后服役环境数据变化区间作为环境模拟数据，根据区间中的环境模拟数据构建不同应用场景的模拟环境数据子集。

13、本方案中，利用不同模拟环境数据子集进行环境模拟，分析环境模拟下避雷器在试验环境中的老化过程，获取避雷器在老化过程中阀片的电气参数变化特征，具体为：

14、对各个模拟环境数据子集设置时序生成模拟环境数据序列，根据所述模拟环境数据序列构建避雷器试验环境，通过不同应用场景的模拟环境数据子集对应异常状态数据样本与全部异常状态数据样本的比值计算贡献度；

15、预设避雷器的检测条件基值，根据不同应用场景的贡献度对检测条件基值进行加权，在避雷器试验环境中设置专属检测条件，读取避雷器在不同应用场景的试验环境中读取老化过程中阀片的伏安特性数据；

16、根据阀片的伏安特性数据提取伏安曲线向量记录电气参数，通过不同检测条件的伏安曲线向量的残差获取阀片的伏安特性变化特征，并基于伏安特性变化特征获取电气参数变化特征。

17、本方案中，获取避雷器阀片的形貌特征构建形貌特征序列，将所述电气参数变化特征与形貌特征匹配，利用应用场景设置序列标签，具体为：

18、获取避雷器在不同试验环境中阀片的显微扫描影像，对所述显微扫描影像进行预处理，将预处理后的显微扫描影像与阀片模板进行匹配，利用相似度计算获取匹配过程中的相似度分布；

19、根据阀片模板的轮廓大小及所述相似度分布获取阀片区域，在所述阀片区域中获取阀片模板轮廓上各轮廓点的邻居点，根据轮廓点及邻居点计算显微扫描影像与阀片模板中距离最近的像素点，生成阀片区域轮廓；

20、在所述阀片区域轮廓中进行离散点取样，利用所述离散点获取阀片的表面高度分布，计算表面高度分布的均值及标准差，将表面高度分布及表面高度分布的均值及标准差聚合生成形貌特征；

21、根据老化过程的时序构建形貌特征序列，获取电气参数变化特征的时间戳，将形貌特征序列按照时间戳与电气参数变化特征进行匹配，并利用应用场景为匹配后形貌特征序列设备序列标签。

22、本方案中，获取避雷器温升状况随电压幅值的变化情况，具体为：

23、获取避雷器的三维模型，将三维模型进行三维格栅块划分，根据各个三维格栅块的位置信息及结构信息进行分类，根据分类结果添加内部阀片标签及外部表面标签；

24、获取不同试验环境老化过程中避雷器的电压分布，根据所述电压分布获取分布权重信息，将所述分布权重信息分配至三维格栅块，并结合三维格栅块类别标签设置温度测点密度；

25、根据所述温度测点感知温度值，将所述温度值在所述三维模型中进行插值获取避雷器的热分布，根据所述热分布进行时序化处理分析避雷器内部及外部的温升状况；

26、根据不同试验环境的专属检测条件提取电压幅值变化区间，获取避雷器内部及外部的温升状况随电压幅值的温升变化特征，获取实时内外温差，并通过时间卷积网络生成内外温差变化特征；

27、将温升变化特征及内外温差变化特征按照时间戳与电气参数变化特征及形貌特征序列进行匹配，构建避雷器阀片形貌特征、老化程度与温升状况的映射关系。

28、本方案中，根据待检测避雷器阀片的形貌特征获取老化现状，监测避雷器两端电压和泄漏电流，结合老化现状下的避雷器对应的过热阈值进行异常预警，具体为：

29、根据待检测避雷器阀片的显微扫描影像提取当前形貌特征，并根据待检测避雷器的应用场景提取对应的形貌特征序列，将所述当前形貌特征在提取的形貌特征序列中进行逐点相似度对比；

30、基于形貌特征、老化程度与温升状况的映射关系利用平均相似度进行待检测避雷器阀片老化现状的判定，另外通过老化程度与温升状况的映射关系获取当前及后续的温升变化特征及内外温差变化特征；

31、计算当前及后续温升变化特征及内外温差变化特征的特征分布，通过不同时间戳特征分布之间的相对熵判定温升是否超过避雷器承受范围，并获取老化现状下的避雷器对应的过热阈值；

32、根据所述过热阈值基于所述映射关系读取避雷器两端电压和泄漏电流的阈值，利用所述过热阈值结合两端电压阈值和泄漏电流阈值进行待检测避雷器的异常监测预警。

33、本发明第二方面还提供了一种基于环境模拟的避雷器试验检测系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括基于环境模拟的避雷器试验检测方法程序，所述基于环境模拟的避雷器试验检测方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

34、获取避雷器的异常状态数据，提取异常状态数据的服役环境数据，通过聚类生成高频异常状态对应的服役环境数据，并利用不同应用场景进行划分，获取模拟环境数据子集；

35、利用不同模拟环境数据子集进行环境模拟，分析环境模拟下避雷器在试验环境中的老化过程，获取避雷器在老化过程中阀片的电气参数变化特征；

36、获取避雷器阀片的形貌特征构建形貌特征序列，将所述电气参数变化特征与形貌特征匹配，利用应用场景设置序列标签，并获取避雷器温升状况随电压幅值的变化情况；

37、根据待检测避雷器阀片的形貌特征获取老化现状，监测避雷器两端电压和泄漏电流，结合老化现状下的避雷器对应的过热阈值进行异常预警。

38、本发明公开了一种基于环境模拟的避雷器试验检测方法及系统，包括：获取避雷器的异常状态数据，通过聚类生成高频异常状态对应的服役环境数据，构建模拟环境数据子集进行环境模拟，获取老化过程中避雷器的电气参数变化特征；获取避雷器阀片的形貌特征序列与电气参数变化特征匹配，并获取避雷器温升状况随电压幅值的变化情况；获取避雷器阀片老化现状，监测避雷器两端电压和泄漏电流，结合老化现状下的避雷器对应的过热阈值进行异常预警。本发明通过环境模拟还原避雷器实际应用过程中的老化特征，构建避雷器阀片形貌特征、老化程度与温升状况的映射关系，根据映射关系构建高精度热阈值，为避雷器的可靠性试验及故障监测运维提供了数据基础。