一种非接触式架空线路污闪预警系统及方法技术方案

一种非接触式架空线路污闪预警系统，包括前端探测装置、后台服务器和预警终端，前端探测装置包括太阳能电池板、外壳、d

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式架空线路污闪预警系统及方法


[0001]本专利技术属于高电压与绝缘技术、电力设备状态监测领域，尤其涉及一种非接触式架空线路污闪预警系统及方法。

技术介绍

[0002]架空线路绝缘子是电力系统应用量较大的电气设备之一，其运行状态影响着电网的安全运行，而绝缘子污闪是造成电网停电的一个重要因素。在电、光、热和应力、污秽等因素的影响下，其绝缘性能可能会降低，从而引发放电现象，进而严重威胁电力系统的安全稳定运行。近几年，沿海、高温高湿地区、化工园区、重工业粉尘地区等地的污闪跳闸事故时有发生，我国输配电外绝缘依然面临着严峻的考验。
[0003]通过对绝缘薄弱部位进行重点在线监测的手段，可以有效实现污闪预警。但是目前的污闪预警手段十分单一，唯一在实际工程中得到使用的唯有泄漏电流在线监测技术。但是该方法仍然存在一定不足，例如泄漏电流信号特征参量选择、污秽度评估算法及其对应的预警阈值设定尚无统一的定论。此外，虽然泄漏电流在线监测技术在架空线路中已有所运用，但是该技术需要通过安装集流环来采集电流，长期运行会造成绝缘表面腐蚀，给输电线路运行和维护增加了成本。
[0004]此外，一些新兴的非接触监测技术也在不断丰富着污秽监测手段。例如，可利用污闪过程中绝缘子表面电弧产生的光学效应，通过光谱分析技术获取绝缘子表面积污程度。可通过联合红外成像和可见光成像信息的方法，进行污秽等级分类检测方式。基于高光谱成像技术，可以提取出绝缘子高光谱图像数据，并依靠支持向量机算法建立污秽度预测模型。也可以利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术，来定量分析绝缘子表面污秽成份和浓度。上述这些方法往往仍处于探索阶段，对于实际的污闪监测预警还有一定距离。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种本专利技术提供一种非接触式架空线路污闪预警系统及方法，该装置通过非接触式监测运行绝缘子空间电场信号、环境参数，提取关键特征参量，实现绝缘子污秽度的识别。
[0006]本专利技术采用如下的技术方案。
[0007]一方面，本专利提供一种非接触式架空线路污闪预警系统，包括前端探测装置、后台服务器和预警终端，前端探测装置包括太阳能电池板、外壳、d
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dot探头、温湿度探头、锂电池和内部电路板；太阳能电池板设置于外壳上方，温湿度探头置于外壳表面，d
‑
dot探头通过一竖管设置于太阳能电池板下方，锂电池和内部电路板设于外壳内部；内部电路板包括单片机、积分放大模块、GPRS模块、逆变模块和充电模块；
[0008]前端探测装置监测架空线路空间电场信号和环境湿度，进行特征参量提取，并通过专用网络将数据发送给后台服务器；后台服务器存储数据并进行算法处理，预警终端读取后台服务器数据实现非接触式架空线路污闪预警。
[0009]进一步地，前端探测装置安装在杆塔横担上，与绝缘子串距离为0.5
‑
1m。
[0010]进一步地，外壳为三防设计，并且设有卡口可以固定在横担角钢架上。
[0011]进一步地，逆变模块用于将锂电池提供的电压转换为积分放大模块、GPRS模块、单片机所需的工作电压，为整个装置供电。
[0012]进一步地，充电模块用于通过太阳能电池板向锂电池充电，当电池处于馈电状态的时候能持续充电，处于满电状态的使充电截止。
[0013]进一步地，温湿度探头对环境湿度进行监测，并将数据通过RS485传输给单片机；单片机对数据进行监测，并将数据上传至后台服务器，逆变模块根据所监测到的环境湿度为GPRS模块和积分放大模块供电或停止供电。
[0014]进一步地，系统运作时可以采用多台前端探测装置对应一台后台服务器的工作方式。
[0015]另一方面，本专利提供一种非接触式架空线路污闪预警方法，包括以下步骤：
[0016]步骤1，开机，单片机上电，GPRS模块、积分放大模块上电；
[0017]步骤2，积分放大模块对d
‑
dot探头信号进行处理，包括积分、放大和电位抬升，从而采集到完整的空间电场周波，然后将得到的数据输入到单片机的ADC端口；温湿度探头对环境湿度进行监测，并将数据通过RS485传输给单片机；
[0018]步骤3，单片机接收电场信号、环境湿度数据，对读取到的电场信号进行特征参量提取，将有用的数据通过GPRS模块发送到后台服务器；
[0019]步骤4，后台服务器存储数据并进行算法处理，得到污闪发展区段预测结果，传送给预警终端；
[0020]步骤5，预警终端通过读取后台服务器数据，可以显示现场污秽度数据以及空间电场信号、环境湿度、前端探测装置电池电压，从而完成架空线路的污闪预警。
[0021]进一步地，步骤3中，单片机对采集到的环境湿度进行判断，若采集得到的环境湿度小于等于90％，则每60分钟进行一次完整的数据监测及将数据上传服务器，完成数据监测及上传后，单片机进入休眠，同时触发逆变模块停止为GPRS模块、放大模块供电；
[0022]若单片机采集得到的环境湿度大于90％，小于等于99％，每隔10min进行一次完整的数据监测及上传至服务器，完成数据监测及上传后，单片机进入休眠，同时触发逆变模块停止为GPRS模块、放大模块供电；
[0023]若单片机采集得到的环境湿度大于99％，每隔1min进行一次完整的数据监测及上传至服务器，单片机、逆变模块始终保持正常工作状态。
[0024]进一步地，所述步骤3中，提取的特征参量为空间电场信号峰值E
max
、有效值E
rms
、总谐波畸变率α
THD
和三次谐波因子K3，将其发送到后台服务器(2)，后台服务器(2)进行进一步的无量纲处理，得到峰值系数k
max
、峰值因子g。
[0025]进一步地，所述步骤4中，后台服务器(2)中存有大量样本库和预测模型，将k
max
、K3、α
THD
、g四个无量纲数据输入预测模型，用于根据特征参量对绝缘子表面污秽度、污闪发展区段进行识别预测，将预测结果发送给预警终端(3)，从而实现远程污闪预警。
[0026]进一步地，所述预测模型通过样本库内的数据采用随机森林和决策树的聚类识别方法进行训练。
[0027]进一步地，污闪发展区段包括安全区、预报区和危险区三个阶段；
[0028]当预测模型的识别结果为污闪发展区段为安全区时，绝缘子的运行状态为污层受潮、局部放电；
[0029]当预测模型的识别结果为首次由安全区过渡到预报区时，绝缘子的运行状态为有局部电弧产生；
[0030]当预测模型的识别结果为在安全区和预报区来回过渡时，绝缘子的运行状态为局部电弧时有时无、不够稳定；
[0031]当预测模型的识别结果为处于预报区且持续时间较长时，绝缘子的运行状态为沿面电弧在延伸；
[0032]当预测模型的识别结果为危险区时，绝缘子的运行状态为沿面电弧延伸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式架空线路污闪预警系统，包括前端探测装置(1)、后台服务器(2)和预警终端(3)，其特征在于：前端探测装置(1)包括太阳能电池板(11)、外壳(12)、d
‑
dot探头(13)、温湿度探头(14)、锂电池(15)和内部电路板(16)；太阳能电池板(11)设置于外壳(12)上方，温湿度探头(14)置于外壳(12)表面，d
‑
dot探头(13)通过一竖管设置于太阳能电池板(11)下方，锂电池(15)和内部电路板(16)设于外壳(12)内部；内部电路板(16)包括单片机、积分放大模块、GPRS模块、逆变模块和充电模块；前端探测装置(1)监测架空线路空间电场信号和环境湿度，进行特征参量提取，并通过专用网络将数据发送给后台服务器(2)；后台服务器(2)存储数据并进行算法处理，预警终端(3)读取后台服务器数据实现非接触式架空线路污闪预警。2.根据权利要求1所述的一种非接触式架空线路污闪预警系统，其特征在于：前端探测装置(1)安装在杆塔横担上，与绝缘子串距离为0.5
‑
1m。3.根据权利要求2所述的一种非接触式架空线路污闪预警系统，其特征在于：外壳(12)为三防设计，并且设有卡口可以固定在横担角钢架上。4.根据权利要求1所述的一种非接触式架空线路污闪预警系统，其特征在于：逆变模块用于将锂电池(15)提供的电压转换为积分放大模块、GPRS模块、单片机所需的工作电压，为整个装置供电。5.根据权利要求1所述的一种非接触式架空线路污闪预警系统，其特征在于：充电模块用于通过太阳能电池板向锂电池(15)充电，当锂电池(15)处于馈电状态的时候能持续充电，处于满电状态的使充电截止。6.根据权利要求1所述的一种非接触式架空线路污闪预警系统，其特征在于：温湿度探头(14)对环境湿度进行监测，并将数据通过RS485传输给单片机；单片机对数据进行监测，并将数据上传至后台服务器(2)，逆变模块根据所监测到的环境湿度为GPRS模块和积分放大模块供电或停止供电。7.根据权利要求1所述的一种非接触式架空线路污闪预警系统，其特征在于：系统运作时可以采用多台前端探测装置(1)对应一台后台服务器(2)的工作方式。8.一种非接触式架空线路污闪预警方法，其特征在于：步骤1，开机，单片机上电，GPRS模块、积分放大模块上电；步骤2，积分放大模块对d
‑
dot探头信号进行处理，包括积分、放大和电位抬升，从而采集到完整的空间电场周波，然后将得到的数据输入到单片机的ADC端口；温湿度探头(14)对环境湿度进行监测，并将数据通过RS485传输给单片机；步骤3，单片机接收电场信号、环境湿度数据，对读取到的电场信号进行特征参量提取，将有用的数据通过GPRS模块发送到后台服务器(2)；步骤4，后台服务器(2)存储数据并进行算法处理，得到污闪发展区段预测结果，传送给预警终端(3)；步骤5，预警终端(3)通过读取后台服务器(2)数据，可以显示现场污秽度数据以及空间电场信号、环境湿度、前端探测装置(...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩学春，陈轩，宋恒东，林松，康宇斌，王海亮，汪昱，高强，陈昊，王伟亮，甘强，许卫刚，何露芽，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司超高压分公司，
类型：发明
国别省市：