本發明涉及一種高壓線路絕緣子表面污穢狀態遙視遙測方法及系統。

背景技術：

輸電線路絕緣子污穢在線監測是電力系統高電壓領域的一個熱門課題。通過檢測運行中絕緣子污穢狀態來預測污閃的發生，從而能夠在發生污閃之前及時實施絕緣子表面污穢的清掃或帶電水沖洗工作，這樣既可以減少清掃或帶電水沖洗的盲目性，減少不必要勞動，提高工作效率，而且能夠降低污閃發生的幾率。要檢測運行中絕緣子的污穢狀況，首先必須選取有效的特征量來表征絕緣子表面的污穢狀況，并通過恰當的方法進行測量。

隨著圖像處理和通信技術的發展，以及圖像傳感器的可靠性和經濟性的進一步提高，使得基于該技術實現絕緣子表面狀態的監測具有較好的可行性。監測表面泄漏電流是研究絕緣子表面絕緣狀態的常規方法，工程實踐已表明單獨監測泄漏電流雖然普適性比較差，不具備反應污穢分布形態的能力，不能直觀反應絕緣子表明爬電發展過程，但一一對應性好，理論上，泄露電流法的缺點，也是可見光圖像的優勢，理論上泄露電流法與可見光圖像可形成很好的互補，是實現線路絕緣子污穢狀態遙視遙測技術經濟性比較好的解決方案。鑒于此，本項目中將綜合采集線路絕緣子表面圖像信號與直流泄露電流信號，通過集成優化設計，實現高壓線路絕緣子表面污穢狀態的可視化展示和污閃預警。

輸電線路絕緣子表面污穢狀態遙視遙測系統采用分布式分層結構，主要由線路絕緣子表面圖像采集模塊、表面泄露電流采集模塊、信號合并單元、光伏電源和后臺監控中心四部分組成，如圖1所。其中后臺檢測中心發送采集命令后，數據合并單元將命令分別轉發到圖像采集模塊和泄漏電流采集模塊。在數據采集完成后，數據合并單元接收到圖像數據和泄漏電流數據并將其預處理后打包整理，并上傳至后臺監測中心。監測中心軟件通過數據分析實現絕緣子污穢狀態診斷，在人機界面以數據、圖表等形式展示。

由于圖像采集模塊與泄漏電流采集模塊均分布式地安裝在各個絕緣子處，因此之間的空間距離較大，若采用傳統有線傳輸方式則需要在現場布設大量通信線纜，十分費時費力，施工過程也可能影響電力現場原有布局，存在安全隱患。

技術實現要素：

本發明為了解決上述問題，提出了一種高壓線路絕緣子表面污穢狀態遙視遙測方法及系統，本發明通過綜合采集線路絕緣子表面圖像信號與直流泄露電流信號，實現高壓線路絕緣子表面污穢狀態的可視化展示和污閃預警。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高壓線路絕緣子表面污穢狀態遙視遙測方法，包括以下步驟：

(1)根據分斷采集方法，利用圖像采集設備采集整串絕緣子表面圖像；

(2)通過引流裝置獲取絕緣子表面直流泄漏電流，將電流信號轉化為電壓信號；

(3)分片識別整串絕緣子表面圖像的污穢等級，提取最大污穢度、最小污穢度，并進行加權折算求取平均污穢度；

(4)對獲取的絕緣子表面泄漏電流數據，結合當前測量對象濕度和鹽密情況，提取泄漏電流最大幅值、脈沖泄漏電流間隔和泄漏電流總諧波失真作為對污穢絕緣子表面的狀態進行評估的特征參數，根據特征參數初步確認絕緣子表面污穢等級；

(5)將初步確認結果與圖像提取污穢等級相對比，若結果一致則輸出診斷結果，否則將兩種方法的診斷結果與采集的絕緣子表面圖像上傳，進行二次判斷。

所述步驟(1)中，在夜晚通過人工補光的方式采集絕緣子表面圖像供后續圖像處理。

所述步驟(2)中，通過引流裝置獲取絕緣子表面直流泄漏電流，通過串聯的采樣電阻將電流信號轉化為電壓信號，采樣電阻另一端接入鐵塔作為接地。

所述步驟(3)中，平均污穢度根據每片的最大污穢度進行加權折算。

所述步驟(4)中，根據對結合工程現場經驗和現場實際狀況，定義四個模糊子集用來表示污穢絕緣子的安全狀態，分別為A級、B級、C級和D級，其中，A級指絕緣子表面無放電或有微弱放電，可安全運行；B級指絕緣子表面有零星的局部小電弧，這種狀態下不會影響絕緣子的安全運行，但如果絕緣子表面污穢度或濕度繼續加重，則應密切關注；C級指絕緣子表面可見持續短電弧，繼續惡化有可能發生污閃，檢測到此狀態應及時檢修；D級指絕緣子表面出現強烈主電弧，絕緣子處于臨界閃絡狀態，在這種情況下絕緣保護裝置應緊急動作。

所述步驟(5)中，當泄漏電流特征值法診斷某絕緣子的安全狀態處于C級或D級，此時無論是在白天或是夜間，立即啟動圖像數據采集，對目標絕緣子圖像進行連續采集，通過圖像法分析當前污穢狀態，將對象絕緣子的圖像上傳并發出報警。

一種實現上述方法的遙測系統，包括分布式檢測裝置、數據合并單元、通信網絡和監控中心，其中，所述分布式檢測裝置包括分布于各個絕緣子處的圖像采集器和絕緣子表面泄漏電流采集模塊，數據合并單將各個圖像采集器和絕緣子表面泄漏電流采集模塊的數據進行整合后通過通信網絡傳輸給監控中心，所述監控中心提取絕緣子表面圖像和絕緣子表面泄漏電流數據的特征值，融合判斷出污穢等級。

所述圖像采集器的安裝角度為與水平面夾角45度。

所述絕緣子表面泄漏電流采集模塊包括引流裝置和采樣電阻，引流裝置獲取絕緣子表面直流泄漏電流，通過串聯的采樣電阻將電流信號轉化為電壓信號，采樣電阻另一端接入鐵塔作為接地。

本發明的有益效果為：

(1)本發明可保證絕緣子表面污穢嚴重狀態能第一時間反映至后臺監測中心，對污穢絕緣子閃絡現象進行預警，提高系統規避風險的能力。

(2)本發明將綜合采集線路絕緣子表面圖像信號與直流泄露電流信號，通過集成優化設計，實現高壓線路絕緣子表面污穢狀態的可視化展示和污閃預警；

(3)本發明在采集整串絕緣子表面圖像的基礎上，分片識別出污穢等級，不會造成與實際情況偏差，要么偏大，要么偏小，不利用掌握總體情況。

附圖說明

圖1為線路絕緣子表面污穢遙視遙測拓撲結構示意圖；

圖2為現場相機安裝位置要求示意圖；

圖3為表面直流泄漏電流采集原理示意圖；

圖4為綜合判斷協調控制流程示意圖。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，輸電線路絕緣子表面污穢狀態遙視遙測系統采用分布式分層結構，主要由線路絕緣子表面圖像采集模塊、表面泄露電流采集模塊、信號合并單元、光伏電源和后臺監控中心四部分組成。其中后臺檢測中心發送采集命令后，數據合并單元將命令分別轉發到圖像采集模塊和泄漏電流采集模塊。在數據采集完成后，數據合并單元接收到圖像數據和泄漏電流數據并將其預處理后打包整理，并上傳至后臺監測中心。監測中心軟件通過數據分析實現絕緣子污穢狀態診斷，在人機界面以數據、圖表等形式展示。

由于圖像采集模塊與泄漏電流采集模塊均分布式地安裝在各個絕緣子處，因此之間的空間距離較大，若采用傳統有線傳輸方式則需要在現場布設大量通信線纜，十分費時費力，施工過程也可能影響電力現場原有布局，存在安全隱患。鑒于此，泄漏電流采集模塊采用無線通信的方式實現與信息合并單元的通信。

絕緣子表面圖像獲取方法

獲取穩定高質量的絕緣子表面圖像是基于圖像識別技術開展絕緣子污穢狀態分析的關鍵問題。實際線路中，污穢的分布是不均勻的，分布形態也是需要關注的，為此，掌握整串(或盡可能多)的污穢分布形態，項目中從技術經濟性和保障成像質量的維度出發，建議相機安裝角度為45度，采用分段采集的策略，同時為提高識別的準確性和收斂性，克服自然光線受天氣狀態的影響，項目中通過夜晚加人工補光的策略采集絕緣子表面圖像供后續圖像處理。現場安裝示意如圖2所示。

表面直流泄露電流采集方法

采取“引流法”設計研制絕緣子表面泄漏電流采集模塊來獲取泄漏電流數據。如圖3所示，通過引流裝置獲取絕緣子表面直流泄漏電流，通過串聯的采樣電阻將電流信號轉化為電壓信號，采樣電阻另一端接入鐵塔作為接地。泄漏電流采集模塊對采樣電阻兩端電壓進行采樣上傳，完成泄漏電流的采集。

基于圖像的絕緣子污穢等級描述方法

實際線路中絕緣子的污穢分布是不均勻的，若僅識別分析一片或鄰近位置的污穢分布，作為最終結果容易造成與實際情況偏差，要么偏大，要么偏小，不利用掌握總體情況。為此，我們在采集整串絕緣子表面圖像的基礎上，分片識別出污穢等級，提取最大污穢度、最小污穢度、平均污穢度。其中平均污穢度根據每片的最大污穢度進行加權折算。

基于泄漏電流的絕緣子污穢狀態評估規則

評估中對獲取的絕緣子表面泄漏電流數據，結合當前測量對象濕度和鹽密情況，提取泄漏電流最大幅值、脈沖泄漏電流間隔和泄漏電流總諧波失真作為對污穢絕緣子表面的狀態進行評估的三個特征參數，建立具有污穢絕緣子狀態智能評估專家系統。如表1所示，根據對結合工程現場經驗和現場實際狀況，定義四個模糊子集用來表示污穢絕緣子的安全狀態，分別為A級、B級、C級和D級。其中，A級指絕緣子表面無放電或有微弱放電，可安全運行；B級指絕緣子表面有零星的局部小電弧，這種狀態下不會影響絕緣子的安全運行，但如果絕緣子表面污穢度或濕度繼續加重，則應密切關注；C級指絕緣子表面可見持續短電弧，繼續惡化有可能發生污閃，檢測到此狀態應及時檢修；D級指絕緣子表面出現強烈主電弧，絕緣子處于臨界閃絡狀態，在這種情況下絕緣保護裝置應緊急動作。

表1污穢絕緣子的安全狀態預警規則

系統協調控制策略

如圖4所示，首先將絕緣子表面泄漏電流的時域、頻域和相位特性作為判據，綜合當前絕緣子濕度、鹽密條件，得出絕緣子表面污穢等級的初步結論。再將其在夜間與圖像識別法得到的絕緣子表面污穢等級診斷結論相比較。若診斷結果一致，表明結果正確；若結果不一致，將兩種方法的診斷結果與采集的絕緣子表面圖像上傳至異議區，由工作人員通過對于絕緣子表面污穢標準分級圖像決定診斷結果。

當泄漏電流特征值法診斷某絕緣子的安全狀態處于C級或D級，此時無論是在白天或是夜間，立即啟動圖像數據采集，對目標絕緣子圖像進行連續采集，通過圖像法分析當前污穢狀態，將對象絕緣子的圖像上傳并發出報警。如此便可保證絕緣子表面污穢嚴重狀態能第一時間反映至后臺監測中心，對污穢絕緣子閃絡現象進行預警，提高系統規避風險的能力。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。