輸電絕緣子閃絡(luò)在線監(jiān)視安全預(yù)警裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種輸電絕緣子閃絡(luò)在線監(jiān)視和安全預(yù)警裝置，使及時發(fā)現(xiàn)絕緣子的閃絡(luò)、并預(yù)警或報警故障。本發(fā)明的裝置，包括漏電閃絡(luò)圖像監(jiān)視單元101、閃絡(luò)圖像提取單元102、閃絡(luò)電流檢測單元111、閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元112、微弱漏電流檢測單元121、微弱信號處理單元122及嵌入式核心處理器151；其中微弱漏電流檢測用于監(jiān)督絕緣子工作時發(fā)現(xiàn)絕緣子的微弱變化；閃絡(luò)電流檢測用于發(fā)現(xiàn)絕緣子閃絡(luò)過程中的電流變化；閃絡(luò)圖像監(jiān)視和圖像提取，用于在發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)電流達到預(yù)定等級時給出提取圖像的指令；微弱信號處理單元、閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元、及圖像提取單元都連接到嵌入式核心處理器；該核心處理器用于數(shù)據(jù)處理、分析、建模、識別、故障預(yù)警或報警決策。
【專利說明】輸電絕緣子閃絡(luò)在線監(jiān)視安全預(yù)警裝置
一【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利屬于智能電網(wǎng)領(lǐng)域中輸電網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)，其中輸電網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵在于輸電絕緣子；本裝置在技術(shù)上解決高壓輸電絕緣子閃絡(luò)圖像在線監(jiān)視和運行泄漏監(jiān)測、基于閃絡(luò)圖像和泄漏數(shù)據(jù)的健康狀況分析、在分析的基礎(chǔ)上進行安全預(yù)警和故障報
敬姑m寸ο
二【背景技術(shù)】
[0002]高壓輸電線路在野外依靠高壓輸電鐵塔高高架在空中進行電力輸送，這其中起關(guān)鍵作用的是高壓絕緣子，一串絕緣子(由多片串聯(lián)組成)的下端拉住輸電導(dǎo)線、上端固定在輸電鐵塔上；由于高壓鐵塔立在地上，使絕緣子掛鐵塔的那一端成零電位；絕緣子拉住導(dǎo)線的那一端承受著輸電導(dǎo)線的高電壓；可見輸電線路的高電壓完全加在絕緣子串上，要求該絕緣子串絕緣強度很高，始終不漏電或基本不漏電；從等效電路意義上說，一回輸電線路的某相導(dǎo)線在該線路所有鐵塔上的絕緣子串都是并聯(lián)在該相輸電導(dǎo)線與地之間，哪一串或多串絕緣子漏電都會對該高壓線路運行安全帶來威脅。
[0003]線路絕緣子裸露在高空中，直接受輸電線路所在環(huán)境影響，特別受環(huán)境污穢影響而降低絕緣；絕緣子表面污穢后，在陰雨、霧露、冰雪等天氣或潮濕情況下絕緣電阻急劇降低，在高電壓作用下產(chǎn)生漏電，積污越多則絕緣強度越低，泄漏電流越大，大到產(chǎn)生不同強度的閃絡(luò)弧光。
[0004]這種漏電閃絡(luò)達到一定程度就可以使輸電線路過負(fù)荷、通路開關(guān)跳閘，導(dǎo)致該線路所帶負(fù)荷全部停電；而空氣污染在多數(shù)時候是較大區(qū)域性問題，典型如我國華北、內(nèi)蒙、西北等地區(qū)的大霧、沙塵暴等，加之下雨、低溫等天氣變化影響的范圍也大，二者湊在一起，常常會使電網(wǎng)多處多座鐵塔的絕緣子漏電，造成多條輸電線路同時跳閘或接二連三跳閘，這就是大面積電網(wǎng)停電事故，極大威脅著電網(wǎng)運行安全。
[0005]電網(wǎng)或輸電線路在出現(xiàn)這種事故以后，事關(guān)社會眾多用戶用電，不可須臾怠慢、緊迫感非常強，必須馬上處理恢復(fù)供電；首先要立即知道是那條線路、哪座鐵塔、哪串絕緣子發(fā)生了閃絡(luò)，才能達到馬上清理、迅速恢復(fù)送電。
[0006]如果有一種裝置能專注地在線監(jiān)視絕緣子，時刻掌握該絕緣子的絕緣狀況，預(yù)期其何時可能閃絡(luò)，使管理者防患閃絡(luò)于未然；裝置即時識別該絕緣子有無閃絡(luò)發(fā)生，一旦發(fā)生即發(fā)出報警且給出閃絡(luò)弧光圖片，這就準(zhǔn)確地給出了輸電線路或電網(wǎng)故障位置，就能達到迅速處理并恢復(fù)安全運行的目的。本發(fā)明的裝置就是這樣:密切監(jiān)視絕緣子串閃絡(luò)弧光、智能識別閃絡(luò)放電，準(zhǔn)確報警閃絡(luò)所在鐵塔和絕緣子串；在監(jiān)視絕緣子閃絡(luò)的同時還輔助監(jiān)測該絕緣子的漏電狀況，聯(lián)合進行安全判斷；還追詢過去閃絡(luò)和漏電情況向后安全預(yù)警，故障時及時給出故障點位置和漏電程度。
[0007]面對絕緣子在電網(wǎng)中角色的重要性和故障的危害性，現(xiàn)行電力系統(tǒng)對絕緣子故障查找已有多種監(jiān)測、計算故障點距離的做法，也有許多研究絕緣子泄漏監(jiān)測和泄漏故障定位的專利；由于不同監(jiān)測方法和監(jiān)測裝置作用不同，不能一概而論，但至今都沒有解決絕緣子潛在故障點測取、線路多故障點位置測準(zhǔn)、絕緣子安全預(yù)警或報警等相當(dāng)深層次的問題；由于輸電線路往往很長，使得現(xiàn)行許多方法計算故障距離誤差很大，導(dǎo)致不能及時找到故障點；特別當(dāng)同一線路多絕緣子閃絡(luò)的情況下，則定位計算更不準(zhǔn)確或無法計算。
[0008]例如:2007年6月6日授權(quán)發(fā)明專利0113452717的《高壓輸電線路絕緣子帶電檢測方法及其裝置》，該裝置和方法是外加電壓信號到絕緣子兩端并采集其分壓值和電流值來計算絕緣子絕緣電阻，以判斷絕緣子絕緣強度；該方法只有判斷絕緣子好壞作用，使用中要另外加高壓到絕緣子片兩端，所以不能用于對運行線路絕緣子在線監(jiān)測和自動監(jiān)測；
[0009]2008年12月10日授權(quán)發(fā)明專利200510096130的《基于脈沖電流法的合成絕緣子在線檢測儀》，是在地面人工采集絕緣子泄漏電流脈沖寬度(脈沖起止時間)，用以判斷絕緣子絕緣狀況，該檢測儀不是在線監(jiān)測，不同于本專利判斷漏電弧光，更不反映線路故障狀況和故障地點；
[0010]2009年4月29日公開的發(fā)明專利200810162754《輸電線路合成絕緣子絕緣性能在線監(jiān)測儀》，是針對合成絕緣子使用泄漏電流傳感器、監(jiān)測電路，離線檢測絕緣子好壞，判斷絕緣子是否需要更換等；儀器沒有與線路運行相聯(lián)系，不給出線路會否故障、泄漏弧光是否發(fā)生、引起泄漏的故障地點等；
[0011]2006年2月8日授權(quán)實用新型專利200420054918的《電力輸電線路弧光接地點探測裝置》，是用超聲波傳感器接在線路兩端，探測弧光放電時產(chǎn)生的聲音，進而基于聲速計算弧光點所在位置的距離；輸電線路一般很長，超聲波又容易受干擾，通過線路兩端超聲波信號探測計算放電故障點的距離不可能準(zhǔn)確。
[0012]這些做法和效果與本文發(fā)明專利的做法和效果完全是兩回事。
[0013]三專利內(nèi)容
[0014]本專利目的是提供一種對運行絕緣子閃絡(luò)在線監(jiān)視的裝置和技術(shù)，使能及時發(fā)現(xiàn)絕緣子的缺陷、預(yù)警故障，給管理者及時準(zhǔn)確的信息，維護輸電線路的運行安全，使線路損失降到最低。
[0015]在線運行絕緣子故障可以用閃絡(luò)和漏電來衡量，閃絡(luò)弧光強度和漏電電流大小可以檢測、計算，從而可以分析故障預(yù)警和報警。
[0016]本專利的這種輸電絕緣子閃絡(luò)在線監(jiān)視安全預(yù)警裝置，包括漏電閃絡(luò)圖像監(jiān)視單元101、閃絡(luò)圖像提取單元102、閃絡(luò)電流檢測單元111、閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元112、微弱漏電流檢測單元121、微弱信號處理單元122及嵌入式核心處理器151 ;其中微弱漏電流檢測單元121用于監(jiān)督絕緣子正常工作時的狀況、發(fā)現(xiàn)絕緣子性能可能的微弱變化；微弱信號處理單元122，其與微弱漏電流檢測單元121連接，用于對所述微弱漏電流檢測單元121所檢測的信號進行濾波去燥和數(shù)字轉(zhuǎn)換；閃絡(luò)電流檢測單元111用于檢測絕緣子閃絡(luò)前及閃絡(luò)過程中的電流；閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元112與閃絡(luò)電流檢測單元111連接，用于對閃絡(luò)電流檢測單元111所檢測的閃絡(luò)電流進行數(shù)字化及統(tǒng)計檢驗和閾值判斷；閃絡(luò)圖像監(jiān)視單元101用于監(jiān)視絕緣子圖像；閃絡(luò)圖像提取單元102與閃絡(luò)圖像監(jiān)視單元101連接，用于在閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元112發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)電流達到預(yù)定等級時即給出單幅或連續(xù)提取圖像的指令，還能由嵌入式核心處理器151根據(jù)需要而給出指令提取必要的圖像；信號處理單元122、閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元112、及圖像提取單元102都連接到嵌入式核心處理器151，并分別接收該處理器的提取或控制指令；該嵌入式核心處理器用于對微弱漏電流、閃絡(luò)電流和閃絡(luò)圖像協(xié)同處理、分析、識別、預(yù)警或報警決策；
[0017]所述的裝置，其特征在于它還包括環(huán)境溫度檢測單元131和環(huán)境濕度檢測單元132，分別檢測環(huán)境溫度和濕度狀況，用于輔助故障原因或絕緣子健康分析，它們直接與核心處理器151連接，受核心處理器控制提取數(shù)據(jù)；
[0018]所述的裝置，其特征在于裝置還包括數(shù)據(jù)收發(fā)通信單元141，它直接與核心處理器151連接并用于收發(fā)通信；收發(fā)通信單元141同時連接著短程無線傳輸單元142和遠(yuǎn)程無線通信單元143，以適應(yīng)外部不同通信環(huán)境的需要。
[0019]所述裝置中所述閃絡(luò)電流檢測單元111，還用于測取絕緣子受雷擊時可能的大電流數(shù)值，以記錄和分析該絕緣子運行中受雷擊情況，有助于向后絕緣子故障原因分析和故
障預(yù)警。
[0020]所述裝置中微弱漏電流檢測單元121，是檢測無閃絡(luò)情況下絕緣子有否因自身絕緣降低的原因而產(chǎn)生微小漏電流，用以分析運行絕緣子健康狀況；
[0021]所述的裝置，其中嵌入式核心處理器151，根據(jù)所提取閃絡(luò)圖像和檢測的閃絡(luò)電流識別絕緣子是否發(fā)生閃絡(luò)、以及閃絡(luò)時的等級狀態(tài)；一旦閃絡(luò)達到某種程度即向管理者發(fā)出報警且給出閃絡(luò)弧光圖片，同時自動、準(zhǔn)確地向管理后臺通信，報告本次閃絡(luò)故障發(fā)生所在鐵塔和絕緣子串位置，以達到迅速處理故障并恢復(fù)線路安全運行的目的。
[0022]所述的裝置，其中閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元112在識別絕緣子閃絡(luò)的等級狀態(tài)213之前先建立絕緣子識別背景模型203、分片絕緣子輪廓模型，識別時基于此背景或輪廓模型執(zhí)行；識別中建立亮度大小分層分布和分區(qū)分布217 ;由此識別閃絡(luò)弧光在絕緣子串各片上的差異而識別各片不同絕緣狀況，尤其要指出零值絕緣子251 ；
[0023]所述的裝置，其中嵌入式核心處理器151在識別絕緣子故障狀態(tài)時向后進行安全預(yù)警214，還追詢過去發(fā)生閃絡(luò)和漏電的檔案記錄235，結(jié)合當(dāng)前的閃絡(luò)和泄漏，聯(lián)合過去檔案記錄分析、向后推測預(yù)警故障發(fā)生的可能性；
[0024]所述的裝置，采取從所在輸電線路電流感應(yīng)獲能方式供電，能適應(yīng)線路原電流幾十A——幾KA負(fù)荷變化，保證裝置免維護、穩(wěn)定可靠運行。
[0025]所述的裝置中絕緣子識別背景模型，用于絕緣子閃絡(luò)識別時對背景范圍的把握；所述分片絕緣子輪廓模型，用于在絕緣子閃絡(luò)時對分片絕緣子識別其閃絡(luò)程度(217)，特別判別絕緣失效的零值絕緣子(251);此外所述裝置還建立基于閃絡(luò)電流測值的絕緣子泄漏模型(213)，用于對閃絡(luò)電流表征的故障評判；建立基于閃絡(luò)弧光圖像的絕緣子閃絡(luò)模型(216)，用于對絕緣子閃絡(luò)等級識別評判；建立綜合閃絡(luò)圖像與泄漏數(shù)值的預(yù)警和報警模型(220)，用于對閃絡(luò)預(yù)警或報警的綜合評判。
[0026]該裝置一方面在線監(jiān)視輸電線路絕緣子可見光圖像，識別該絕緣子可能發(fā)生的各種閃絡(luò)弧光，一方面檢測絕緣子泄漏電流，由泄漏電流大小輔助弧光識別并預(yù)警閃絡(luò)的發(fā)生；一旦檢測和識別結(jié)果達到報警等級，即刻向該線路管理系統(tǒng)和管理者報警并發(fā)送閃絡(luò)弧光圖片，自動給定所報警的輸電鐵塔編號和絕緣子串編號；本裝置根據(jù)各特定環(huán)境絕緣子發(fā)生閃絡(luò)和泄漏自學(xué)習(xí)建立預(yù)警和報警模型，報警時自行修正模型；模型用以分析和預(yù)警閃絡(luò)發(fā)生，配合識別閃絡(luò)弧光狀況分析絕緣子絕緣及漏電，映證絕緣子閃絡(luò)和發(fā)展過程中泄漏電流的變化；自動記錄該絕緣子歷次閃絡(luò)的參數(shù)值，用以分析、預(yù)估絕緣子健康狀況。[0027]泄漏電流對于絕緣子串是個整體概念，在每個瞬時該串只有一個泄漏電流；而閃絡(luò)弧光相對絕緣子串的各片呈空間分布，分片弧光亮度的差異和弧光發(fā)生先后的差異會反映絕緣子串中各片絕緣強度的差異，可給出零值(失效)絕緣子參考位置。
四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本專利——輸電絕緣子閃絡(luò)在線監(jiān)視安全預(yù)警裝置的組成結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖2示出本裝置核心處理器中主處理軟件流程(裝置中嵌入式核心處理器軟件處理流程)；
[0030]圖3示出本專利的裝置在輸電線路上安裝和使用的方式(絕緣子閃絡(luò)監(jiān)視安全預(yù)警裝置安裝方式)；
[0031]圖4示出本專利裝置在實際線路上監(jiān)視、識別的絕緣子閃絡(luò)圖像(閃絡(luò)弧光圖片，山西某輸電線路一絕緣子串4次閃絡(luò)的弧光圖片)。
[0032]五實施方式
[0033]圖1是本專利——輸電絕緣子閃絡(luò)在線監(jiān)視安全預(yù)警裝置組成結(jié)構(gòu)圖，其簡要說明了該裝置分塊電路組成結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系。其中所述裝置包括漏電閃絡(luò)圖像監(jiān)視單元101、閃絡(luò)圖像提取單元102、閃絡(luò)電流檢測單元111、閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元112、微弱漏電流檢測單元121、微弱信號處理單元122及嵌入式核心處理器151 ;其中微弱漏電流檢測單元121用于監(jiān)督絕緣子正常工作時的狀況、發(fā)現(xiàn)絕緣子性能可能的微弱變化；微弱信號處理單元122，其與微弱漏電流檢測單元121連接，用于對所述微弱漏電流檢測單元121所檢測的信號進行濾波去燥和數(shù)字轉(zhuǎn)換；閃絡(luò)電流檢測單元111用于檢測絕緣子閃絡(luò)前及閃絡(luò)過程中的電流；閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元112與閃絡(luò)電流檢測單元111連接，用于對閃絡(luò)電流檢測單元111所檢測的閃絡(luò)電流進行數(shù)字化及統(tǒng)計檢驗和閾值判斷；閃絡(luò)圖像監(jiān)視單元101用于監(jiān)視絕緣子圖像；圖像提取單元102與圖像監(jiān)視單元101連接，用于在閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元112發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)電流達到預(yù)定等級時即給出單幅或連續(xù)提取圖像的指令，還能由嵌入式核心處理器151根據(jù)需要而給出指令提取必要的圖像；信號處理單元122、閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元112、及圖像提取單元102都連接到嵌入式核心處理器151，并分別接收該處理器的提取或控制指令；該嵌入式核心處理器用于對微弱漏電流、閃絡(luò)電流和閃絡(luò)圖像協(xié)同處理、分析、識別、預(yù)警或報警決策；
[0034]閃絡(luò)圖像監(jiān)視電路101和圖像提取電路102共同實現(xiàn)對絕緣子閃絡(luò)發(fā)現(xiàn)和閃絡(luò)圖像提取；
[0035]閃絡(luò)電流檢測電路111和閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理電路112共同實現(xiàn)對絕緣子閃絡(luò)電流數(shù)據(jù)提??；
[0036]微弱漏電流檢測電路121和微弱電流信號處理電路122共同實現(xiàn)對正常運行情況下絕緣子有否漏電監(jiān)測；
[0037]環(huán)境溫度檢測電路131和環(huán)境濕度檢測電路132共同實現(xiàn)對絕緣子運行環(huán)境的數(shù)據(jù)提取，該數(shù)據(jù)用于輔助分析判斷絕緣子的健康狀態(tài)；
[0038]數(shù)據(jù)收發(fā)通信電路141和短程無線傳輸電路、遠(yuǎn)程無線通信電路共同賦予裝置對外遠(yuǎn)程通信能力。
[0039]嵌入式處理器151是裝置的核心，負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)處理、識別、預(yù)警和報警決策，還負(fù)責(zé)必要的收發(fā)通信數(shù)據(jù)處理。
[0040]感應(yīng)取電電源電路161負(fù)責(zé)從輸電導(dǎo)線感應(yīng)獲能，整理后供給本裝置各部分電路用電。
[0041]圖2示出本裝置核心處理器中主處理流程，它在前述硬件平臺的基礎(chǔ)上決定著本裝置對閃絡(luò)預(yù)警和故障報警決策的核心作用。
[0042]流程通過200初始化部分、201攝取背景圖像、202識別絕緣子串、203建立絕緣子識別背景模型、204建立分片絕緣子輪廓模型幾個步驟，完成后面識別處理的基礎(chǔ)和把握識別對象準(zhǔn)確的作用；在205自動調(diào)整初始參數(shù)后初始化工作完成，此后進入主處理流程循環(huán)。
[0043]主處理流程首先經(jīng)206弱小電流數(shù)據(jù)提取、207環(huán)境參數(shù)提取、208小電流加權(quán)分析直至209小電流(S值)超標(biāo)判斷，實現(xiàn)了絕緣子正常運行的監(jiān)管；弱小電流數(shù)值不出問題則絕緣子正常，后邊的處理沒有必要，對于正常絕緣子來說絕大部分處理時間就處在這里循環(huán)；
[0044]若小電流不小(S值超標(biāo))就進入大電流(Z值)分析，由210大電流數(shù)據(jù)提取、211大電流加權(quán)分析、213Z值超標(biāo)判斷共同完成；
[0045]電流偏大但算不上泄漏時，流程不往“預(yù)警” “報警”上走，轉(zhuǎn)向分析電流“偏大”的原因，經(jīng)231查環(huán)境參數(shù)、232低溫高濕判斷就是做這個工作；是環(huán)境低溫或高濕引起漏電增大的嗎？是則經(jīng)233綜合模型評估看234判結(jié)果正常則返回監(jiān)測循環(huán)；如234結(jié)果不太正常以及232不是環(huán)境原因，則漏電增大應(yīng)是絕緣子本體原因，擬在它的健康記錄上增加一筆，為以后的預(yù)警評判留下歷史參考。
[0046]若212中Z值電流超標(biāo)，則走向213泄漏等級評判，暫時達不到214“故障預(yù)警”就不往后走；達到預(yù)警等級時就進入215提取閃絡(luò)圖像、216閃絡(luò)等級識別分析；若亮度超強時進入241閃絡(luò)報警，還進行242雷擊判別或243雷擊報警等；若216判斷閃絡(luò)數(shù)據(jù)一般，就走向217識別分層分區(qū)亮度分布，判斷有無零值絕緣子；若有，在251指出，接著返回循環(huán)；
[0047]若沒有，在218建立此次閃絡(luò)過程記錄，219存入絕緣子閃絡(luò)檔案，到220調(diào)入泄漏數(shù)據(jù)與閃絡(luò)綜合分析，到221按報警模型分析，進222判未達閃絡(luò)等級時在261給出“初步閃絡(luò)分級預(yù)警”；達到報警等級時在223按等級報警，在224驗證或調(diào)整報警模型；
[0048]此后進入重復(fù)處理循環(huán)。
[0049]圖3示出本專利的裝置在輸電線路上安裝和使用的方式。
[0050]本絕緣子監(jiān)視裝置31直接穿掛在輸電導(dǎo)線32上靠近絕緣子金具部位，裝置內(nèi)部具有從導(dǎo)線電流感應(yīng)取能獲得工作電源的電路(圖上無標(biāo)示)，裝置與絕緣子處于同環(huán)境、等電位運行。
[0051 ] 裝置攝像頭斜向上監(jiān)視著絕緣子串34，把握著絕緣子串顏色紋理變化和可能的閃絡(luò)弧光動向，裝置用一套泄漏電流傳感器33(含鐵芯線圈和空心線圈)套在絕緣子金屬脖頸上，傳感其中漏電流的大小變化。
[0052]圖4示出本專利裝置在實際線路上監(jiān)視、識別的絕緣子閃絡(luò)圖像。
[0053]5.1、閃絡(luò)圖像監(jiān)視與提取
[0054]由101閃絡(luò)圖像監(jiān)視電路連接102圖像提取電路主要實施，由112閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理電路給出提取控制，閃絡(luò)圖像被核心處理器151取入進行處理。
[0055]其中101閃絡(luò)圖像監(jiān)視電路使用的圖像傳感器具有高分辨率至少130萬像素、寬視角90-120度的特點；其可以常規(guī)按設(shè)定的幀率如10-25幀/秒抓拍圖像，也可以按受控方式抓拍圖像；本裝置工作方式是:圖像傳感器按設(shè)定幀率不停抓拍視頻，閃絡(luò)電流檢測111和數(shù)據(jù)處理電路112也不停工作，在發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)電流高出閾值時給出觸發(fā)信號到圖像提取模塊102和核心處理器151，核心處理器即從視頻中提取觸發(fā)時刻對應(yīng)的圖像進行處理；這樣做使無延時、不漏采閃絡(luò)圖像。
[0056]受控抓拍圖像則是后臺輸電管理者根據(jù)需要經(jīng)遠(yuǎn)程通信向本裝置發(fā)出指令，裝置核心處理器151從圖像提取電路102視頻中提取接收指令時刻的圖像然后通信回送。
[0057]本裝置圖像壓縮處理模塊是在151中按H.264壓縮算法對視頻圖像壓縮處理，對報警圖片和受令發(fā)送的圖片則按JPEG算法進行壓縮處理；
[0058]核心處理器151并不對所有圖片或視頻都進行處理，只對超閾值和發(fā)生閃絡(luò)的視頻圖片處理，還對受指令提取的視頻或圖片處理；處理后根據(jù)結(jié)果確定是否提交通信發(fā)送。
[0059]5.2、閃絡(luò)電流檢測與提取
[0060]由111閃絡(luò)電流檢測電路連接112閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理電路實施對在線絕緣子閃絡(luò)電流
檢測和提取，閃絡(luò)電流數(shù)據(jù)輸入151核心處理器進一步處理并用于判決閃絡(luò)預(yù)警和故障報
m
目O
[0061]在111閃絡(luò)電流檢測電路中使用空心線圈傳感器，檢測電流范圍為0.001A-10A，脈沖信號經(jīng)一定倍數(shù)放大，再經(jīng)112閃絡(luò)電流處理電路中的A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，用于對絕緣子臨閃或閃絡(luò)的分析和報警。
[0062]表征泄漏電流特性的參量在本裝置中取每次泄漏電流脈沖的峰值幅度超過一定閾值的計數(shù)，其中泄漏電流脈沖幅度閾值分4檔為:> ImA——10mA, > IOmA——0.1A，
0.1A——1A，IA——IOA ;對它們的計數(shù)分別記為I1' 12、13、I4，這里的數(shù)據(jù)從前述閃絡(luò)電流檢測和處理電路取得，泄漏電流的脈沖增大增多通常預(yù)示臨近閃絡(luò)，絕緣子表面污穢或結(jié)冰越嚴(yán)重，出現(xiàn)泄漏電流的脈沖頻度和幅值也越大，這些參量可用于表征污穢絕緣子的污穢或健康狀態(tài)。
[0063]處理電路還把泄漏電流脈沖數(shù)字分別對應(yīng)于lmA、10mA、100mA、lA的門限按秒計
數(shù)，再交主處理器予以分析處理、綜合泄漏弧光識別情況決策閃絡(luò)預(yù)警和報警。
[0064]檢測絕緣子運行中泄露電流的傳感器套在絕緣子高壓端金屬脖頸上，自動感應(yīng)通過絕緣子流向鐵塔塔架到大地的電流。
[0065]一旦輸電導(dǎo)線受到雷擊，雷電壓也加在絕緣子串上，裝置中閃絡(luò)電流檢測電路111同時兼用于測取線路或絕緣子受雷擊時可能的大電流數(shù)值，以記錄和分析該絕緣子運行中受雷擊情況，有助于向后絕緣子故障原因分析和故障預(yù)警。
[0066]5.3、微弱漏電流檢測與提取
[0067]由微弱漏電流檢測電路121連接微弱信號處理電路122實現(xiàn)對I μ A…ImA范圍的電流檢測，用于無閃時對絕緣子健康的觀察，看絕緣子有否因自身絕緣降低的原因而產(chǎn)生微小漏電流；
[0068]小于Ima的微弱漏電流檢測是使用帶鐵心的線圈，檢測信號經(jīng)100倍放大后，由對應(yīng)于ImA的電壓比較器甑別，輸出脈沖直接交151核心處理器按概率統(tǒng)計法則計算和分析；
[0069]具體統(tǒng)計I天24小時按每小時中漏電流脈沖幅值> 0.5mA的計數(shù)a、I小時內(nèi)計數(shù)a > 3的秒數(shù)b和計數(shù)a > 10的秒數(shù)S、秒數(shù)s在該I小時3600秒中所占的概率P。
[0070]本裝置在泄漏電流檢測方面配置了弱電流檢測和強電流檢測兩套電路和兩套處理，使總檢測范圍比常規(guī)擴大千倍且保持線性度；其中弱電流檢測用于掌握絕緣子健康狀態(tài)和輕度污染，強電流檢測則掌握區(qū)別閃絡(luò)強弱和部分雷擊程度。
[0071]5.4、環(huán)境溫度、濕度數(shù)據(jù)檢測提取
[0072]由環(huán)境溫度檢測電路131和環(huán)境濕度檢測電路132實現(xiàn)對絕緣子運行環(huán)境的掌握，溫度檢測范圍設(shè)計為-50°c?110°C，濕度檢測范圍設(shè)計為10%?100%。
[0073]電路131和電路132直接與核心處理器151連接，并受151控制。
[0074]環(huán)境溫度和濕度檢測傳感器安裝在裝置的底部，使接觸空氣、感知環(huán)境。
[0075]裝置中設(shè)計環(huán)境溫、濕度檢測電路，是使得評判漏電故障發(fā)生時外部環(huán)境的影響狀況，分清故障是絕緣子本體原因還是環(huán)境的影響，修正預(yù)警模型以充分估計氣候、環(huán)境的影響。
[0076]5.5、核心處理器對閃絡(luò)識別及閃絡(luò)預(yù)警、故障報警決策處理
[0077]裝置中特別設(shè)計了 151嵌入式核心處理器，它負(fù)責(zé)所有外圍電路檢測數(shù)據(jù)的處理、智能識別、預(yù)警報警和向外通信等。
[0078]識別中建立203絕緣子識別背景模型，用于對閃絡(luò)識別時圖像范圍的把握；
[0079]建立204分片絕緣子輪廓模型，用于在絕緣子閃絡(luò)時對分片絕緣子識別其閃絡(luò)程度217，特別判別絕緣失效的零值絕緣子251，指導(dǎo)絕緣子故障處理；
[0080]建立213基于閃絡(luò)電流測值的絕緣子泄漏等級模型，用于基于泄漏電流的故障評判；
[0081]建立216基于絕緣子閃絡(luò)弧光圖像的絕緣子閃絡(luò)等級模型，用于絕緣子閃絡(luò)等級評判；
[0082]建立220綜合閃絡(luò)圖像與泄漏數(shù)值的預(yù)警和報警模型，用于對閃絡(luò)預(yù)警報警的綜合評判。
[0083]裝置還追詢過去發(fā)生閃絡(luò)和漏電情況，向后進行安全預(yù)警；每次閃絡(luò)對絕緣子絕緣水平都有一定損害，絕緣子閃絡(luò)有可能一次比另一次更強地發(fā)生，預(yù)警是聯(lián)合過去情況進行分析、向后遞歸推理故障發(fā)生的可能性；
[0084]裝置對閃絡(luò)弧光的亮度大小和泄露電流脈沖峰值大小分級是在每次閃絡(luò)后采取自學(xué)習(xí)方式逐步作適應(yīng)性調(diào)整的，使得分級更合理，更有利于預(yù)警和報警決策。
[0085]5.5.1建立絕緣子閃絡(luò)識別背景模型203
[0086]為識別絕緣子閃絡(luò)的等級狀態(tài)，識別之前先建立絕緣子空間圖像背景模型203，識別時基于此背景模型執(zhí)行；模型基于白天圖像傳感器提取的圖片，按Roberts邊緣算子:
[0087]g(x, y) = {[fl/2(x, y)-fl/2(x+l, y+1) ]2+[f 1/2 (x+1, y)-fl/2(x, y+l)]2}1/2
[0088]勾畫出所要監(jiān)視絕緣子的輪廓，此算法處理類似于人眼視覺系統(tǒng)中發(fā)生的過程；
[0089]接著對梯度邊緣進行邊緣線連接:在每個梯度點周圍保留8個相鄰點的梯度值，常規(guī)取等梯度值點連接，次取次梯度點連接，止于6級梯度大??；作為輪廓封閉曲線，每個梯度點都應(yīng)向2個方向找到梯度連接點；允許大輪廓線內(nèi)有小輪廓，但最后取大的封閉輪廓，刪除小輪廓。
[0090]去除圖像中絕緣子輪廓以外其它物品紋理，以此絕緣子輪廓圖作為后續(xù)識別使用的空間圖像背景；就是說本裝置識別絕緣子閃絡(luò)弧光時僅在所確定背景的絕緣子輪廓范圍處進行，較好排除如閃電、遠(yuǎn)處燈光或其它亮光對絕緣子干擾，減少誤識別。
[0091]顧及有時閃絡(luò)亮光很強，照亮相鄰部分像素，在計數(shù)亮度點數(shù)時使用絕緣子膨脹輪廓，膨脹算法為:D=B十S= { X，y |S,ynB其Φ )，S為原圖，B為[3X3]陣。
[0092]5.5.2建立分片絕緣子圖像輪廓模型204
[0093]絕緣子片本身都是圓形，成串以后安裝在鐵塔上，當(dāng)攝像頭與絕緣子串同軸安裝時，從攝像頭看過去這些絕緣子片部分是重疊的，只能看到絕緣子串上部小半圓，且前片擋住后片的中心部分，片的外輪廓線只看得見局部橢圓形狀，且不同片還有差異；為了實現(xiàn)分片識別，在此定義一個不同分片的圓形度指標(biāo):d = 1/Ν Σ Xi, Xi是該片圖像邊緣上的一個點到設(shè)定中心點的距離，共N個點；
[0094]本文設(shè)定絕緣子圖像中前片邊緣弧形的最高點作為后片邊緣弧形的中心店，則后片弧形相應(yīng)度量為:g = A/d2 = N3/ Σ Xi，其中i是從I——N。
[0095]5.5.3基于閃絡(luò)電流測值識別絕緣子串閃絡(luò)等級213
[0096]此處識別是基于閃絡(luò)電流檢測處獲取的數(shù)據(jù)I1 (ImA~10mA)、I2 (IOmA~IOOmA)、I3(100mA~ΙΑ)、I4(1A~10A);識別依據(jù)是加權(quán)和W1Ifq2Ifq3Ifq山達到的數(shù)值符合閾值W、Z3> Z4的哪一級，顯然Z1——Z4逐級升高。
[0097]其中權(quán)值q1、q2、q3、q4在系統(tǒng)初始化時設(shè)置為:0.1,0.2,0.3,0.4 ;然后系統(tǒng)在運
行識別中自學(xué)習(xí)逐步修正。
[0098]5.5.4基于絕緣子串閃絡(luò)弧光圖像識別其閃絡(luò)等級216
[0099]識別中先對絕緣子輪廓范圍內(nèi)的像素建立亮度大小分層分布:
[0100]計亮度在51-100之間的像素個數(shù)X1、亮度在101-150之間的像素個數(shù)X2、亮度在151-200之間的像素個數(shù)X3、亮度在201-255之間的像素個數(shù)X4 ;亮度在50及以下的像素不計。
[0101]亮度區(qū)域空間分布指絕緣子串中每片絕緣子分別按上述4級亮度的像素個數(shù)；這里要求在安裝本裝置時應(yīng)做到使圖像傳感器拍攝圖像能對每片絕緣子清晰可分。
[0102]識別時按絕緣子輪廓范圍總體亮度大小分層分布確定該絕緣子串是否閃絡(luò)和閃絡(luò)等級，加權(quán)識別計算式為:
[0103]QA+Q2X2+Q3X3+Q4X4，此和值達到閾值Sp S2, S3、S4為事先設(shè)定的閃絡(luò)等級；
[0104]S1為最低級、S2為低級、S3為聞級、S4為最聞級；
[0105]其中Q1——Q4為對應(yīng)不同亮度的權(quán)值，初始設(shè)定對應(yīng)為0.1、0.2、0.3、0.4;裝置在運行、識別過程中逐步自學(xué)習(xí)修正這些權(quán)值。
[0106]基于絕緣子閃絡(luò)分片亮度區(qū)域空間分布，分析分片絕緣子的健康狀況使用的算法類似，但給定的閾值不同。
[0107]5.5.5綜合閃絡(luò)弧光識別和泄漏電流識別分析判別220、221
[0108]設(shè)閃絡(luò)弧光識別的加權(quán)結(jié)果為W1，泄漏電流識別的結(jié)果為W2,
[0109]報警判別式為=K1WfK2W2≥H，H為報警閾值，Kp K2為加權(quán)系數(shù)，對H、Kp K2都事先
給出一定經(jīng)驗的初始值。[0110]6、裝置在線路現(xiàn)場安裝與在線監(jiān)視實現(xiàn)方式
[0111]使本絕緣子監(jiān)視裝置31穿掛在輸電導(dǎo)線32靠近所監(jiān)視的絕緣子距離約0.6米的位置，裝置監(jiān)視用廣角鏡頭斜向前上方，使視角覆蓋絕緣子串，專注地在線監(jiān)視輸電線路高電壓絕緣子，抓拍絕緣子閃絡(luò)弧光圖片，即時識別絕緣子污穢和健康的等級狀態(tài)；
[0112]由于監(jiān)視裝置緊靠絕緣子安裝，同處于一條輸電線路、一座鐵塔、一相導(dǎo)線，專門監(jiān)視和檢測該絕緣子、獲取它的信息、發(fā)現(xiàn)它的故障，所以發(fā)生故障報警時其所在位置是絕對準(zhǔn)確的，不存在報警錯誤、發(fā)現(xiàn)故障位置錯誤。達到處理閃絡(luò)故障明確，恢復(fù)線路安全運行迅速；
[0113]裝置同時具備短程無線傳輸142和遠(yuǎn)程無線通信143兩種方式，且都是收、發(fā)雙工通信141，使裝置在發(fā)送圖像、數(shù)據(jù)的同時，可接受管理后臺對本機的命令、控制和參數(shù)修改。
[0114]裝置在實際安裝使用時一般只啟用其中一種通信方式；短程無線傳輸是發(fā)送到本絕緣子所在輸電鐵塔集中信息平臺接收處理，此種情況下對后臺的遠(yuǎn)程通信則由鐵塔信息平臺完成；遠(yuǎn)程無線通信則是交由主處理器控制的遠(yuǎn)程無線通信模塊向遠(yuǎn)方輸電線路監(jiān)控中心發(fā)送，遠(yuǎn)程無線通信則依賴于現(xiàn)場公共無線通信條件，是僅具備2G覆蓋還是較好具備3G覆蓋，裝置在它們的支持下對應(yīng)使用2G或3G無線移動通信方式。
[0115]短程無線通信使用常規(guī)ZIGBEE或WIFI方式實現(xiàn)，ZIGBEE (不限于)傳輸速率在250Kbps左右，適宜于圖片方式工作；WIFI帶寬可達54Mbps及以上，能輕松傳輸多路視頻，適宜于視頻方式工作；為此本裝置做成不同方式可選。
[0116]本專利裝置采取從所在輸電線路電流感應(yīng)獲能方式供電，所以裝置擬于安裝在絕緣子串靠輸電導(dǎo)線那一端；裝置電源對輸電線路原電流適應(yīng)范圍很寬，線路負(fù)荷低谷至30A、負(fù)荷高峰至3000A本裝置都能可靠工作，保證裝置穩(wěn)定可靠運行、免維護。
【權(quán)利要求】
1.一種輸電絕緣子閃絡(luò)在線監(jiān)視安全預(yù)警裝置，包括漏電閃絡(luò)圖像監(jiān)視單元(101)、閃絡(luò)圖像提取單元(102)、閃絡(luò)電流檢測單元(111)、閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元(112)、微弱漏電流檢測單元(121)、微弱信號處理單元(122)及嵌入式核心處理器(151);其中微弱漏電流檢測單元(121)用于監(jiān)督絕緣子正常工作時的狀況、發(fā)現(xiàn)絕緣子性能可能的微弱變化；微弱信號處理單元(122)，其與微弱漏電流檢測單元(121)連接，用于對所述微弱漏電流檢測單元(121)所檢測的信號進行濾波去燥和數(shù)字轉(zhuǎn)換；閃絡(luò)電流檢測單元(111)用于檢測絕緣子閃絡(luò)前及閃絡(luò)過程中的閃絡(luò)電流；閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元(112)與閃絡(luò)電流檢測單元(111)連接，用于對閃絡(luò)電流檢測單元(111)所檢測的閃絡(luò)電流進行數(shù)字化及統(tǒng)計檢驗和閾值判斷；閃絡(luò)圖像監(jiān)視單元(101)用于監(jiān)視絕緣子圖像；閃絡(luò)圖像提取單元(102)與閃絡(luò)圖像監(jiān)視單元(101)連接，用于在閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元(112)發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)電流達到預(yù)定等級時即給出單幅或連續(xù)提取圖像的指令，還能由嵌入式核心處理器(151)根據(jù)需要而給出指令提取必要的圖像；微弱信號處理單元(122)、閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元(112)、及閃絡(luò)圖像提取單元(102)都連接到嵌入式核心處理器(151)，并分別接收該處理器的提取或控制指令；該嵌入式核心處理器用于對微弱漏電流、閃絡(luò)電流和閃絡(luò)圖像協(xié)同處理、分析、建模、識另U、預(yù)警或報警決策。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述裝置還包括環(huán)境溫度檢測單元(131)和環(huán)境濕度檢測單元(132)，分別檢測環(huán)境溫度和濕度狀況，用于輔助故障原因或絕緣子健康分析，它們直接與所述嵌入式核心處理器(151)連接，受該嵌入式核心處理器(151)控制提取數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述裝置還包括數(shù)據(jù)收發(fā)通信單元(141)，它直接與所述嵌入式核心處理器(151)連接并用于收發(fā)通信；收發(fā)通信單元(141)同時連接著短程無線傳輸單元(142)和遠(yuǎn)程無線通信單元(143)，以適應(yīng)外部不同通信環(huán)境的需要。
4.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述閃絡(luò)電流檢測單元(111)，還用于測取絕緣子受雷擊時可能的大電流數(shù)值，以記錄和分析該`絕緣子運行中受雷擊情況，有助于向后絕緣子故障原因分析和故障預(yù)警。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中微弱漏電流檢測單元(121)，是檢測無閃絡(luò)情況下絕緣子有否因自身絕緣降低的原因而產(chǎn)生微小漏電流，用以分析運行絕緣子健康狀況。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述嵌入式核心處理器(151)，根據(jù)所提取閃絡(luò)圖像和檢測的閃絡(luò)電流識別絕緣子是否發(fā)生閃絡(luò)(212)、以及閃絡(luò)時的等級狀態(tài)(213) (216)(222)旦閃絡(luò)達到某種程度即向管理者發(fā)出報警(224)且給出閃絡(luò)弧光圖片，同時自動、準(zhǔn)確地向管理后臺通信，報告本次閃絡(luò)故障發(fā)生所在鐵塔和絕緣子串位置，以達到迅速處理故障并恢復(fù)線路安全運行的目的。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述閃絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元(112)在識別絕緣子閃絡(luò)的等級狀態(tài)(213)之前先建立絕緣子識別背景模型(203)、分片絕緣子輪廓模型，識別時基于此背景或輪廓模型執(zhí)行；識別中建立亮度大小分層分布和分區(qū)分布(217);由此識別閃絡(luò)弧光在絕緣子串各片上的差異，進而識別各片不同絕緣狀況，尤其要指出零值絕緣子(251)。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述嵌入式核心處理器(151)在識別絕緣子故障狀態(tài)時向后進行安全預(yù)警(214)，還追詢過去發(fā)生閃絡(luò)和漏電的檔案記錄(235)，結(jié)合當(dāng)前的閃絡(luò)和泄漏，聯(lián)合過去檔案記錄分析、向后推測預(yù)警故障發(fā)生的可能性。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中采取從所在輸電線路電流感應(yīng)獲能方式供電，能適應(yīng)線路原電流幾十A——幾KA負(fù)荷變化，保證裝置穩(wěn)定可靠運行、免維護。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述絕緣子識別背景模型，用于絕緣子閃絡(luò)識別時對背景范圍的把握；所述分片絕緣子輪廓模型，用于在絕緣子閃絡(luò)時對分片絕緣子識別其閃絡(luò)程度(217)，特別判別絕緣失效的零值絕緣子(251);此外所述裝置還建立基于閃絡(luò)電流測值的絕緣子泄漏模型(213)，用于對閃絡(luò)電流表征的故障評判；建立基于閃絡(luò)弧光圖像的絕緣子閃絡(luò)模型(216)，用于對絕緣子閃絡(luò)等級識別評判；建立綜合閃絡(luò)圖像與泄漏數(shù)值的預(yù)警和報警模型(220)，用于對 閃絡(luò)預(yù)警或報警的綜合評判。
【文檔編號】G01R31/08GK103499774SQ201310285110
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月9日
【發(fā)明者】賀貴明 申請人:賀貴明