一種絕緣子金屬粉塵污穢在線監(jiān)測(cè)裝置及其監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種絕緣子金屬粉塵污穢在線監(jiān)測(cè) 裝置。本發(fā)明還涉及利用該在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵廠涉及到金屬(或其化合物）的焊接、金屬加工、冶煉等生產(chǎn)過程，會(huì)產(chǎn)生如： 鋁、鐵、錫、鉛、錳等金屬及其化合物粉塵等金屬粉塵；當(dāng)鋼鐵廠附近有高壓架空導(dǎo)線時(shí)，絕 緣子不僅有普通的灰塵附著在表面，還有大量的金屬粉塵附著在其表面，影響絕緣子的絕 緣水平，尤其是當(dāng)絕緣子表面受潮時(shí)更加容易引起絕緣擊穿閃絡(luò)，造成線路跳閘、絕緣子破 壞等嚴(yán)重事故，影響輸電設(shè)備運(yùn)行的可靠性。目前，對(duì)于工業(yè)區(qū)輸電線路，主要采用定期清 掃絕緣子來保持絕緣子的絕緣水平，但這種方法屬于被動(dòng)防污措施，從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、勞 動(dòng)力及勞動(dòng)強(qiáng)度上來看，存在大量人力、物力的浪費(fèi)，且具有一定盲目性。為了解決這一問 題，通過對(duì)鋼鐵廠周圍的絕緣子特殊污穢度(含鹽密、灰密、金屬粉塵濃度）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得 到絕緣子運(yùn)行的狀態(tài)量，以此反映絕緣子的積污程度，可以實(shí)現(xiàn)絕緣子表面污穢的狀態(tài)清 掃，從而有效降低污閃的發(fā)生幾率。
[0003] 目前，在電力系統(tǒng)中，最常用的在線監(jiān)測(cè)方法包括了泄漏電流法和光纖鹽密監(jiān)測(cè) 法。泄漏電流法通過在絕緣子低壓側(cè)安裝泄漏電流采集環(huán)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泄漏電流的大小，以此 來評(píng)估絕緣子的絕緣水平，但這種監(jiān)測(cè)方法易受電磁干擾、老化速度快、存在誤報(bào)與漏報(bào)以 及信號(hào)采集傳輸困難等缺點(diǎn)。光纖鹽密法是根據(jù)菲涅爾折射定律即一束光在兩種介質(zhì)的界 面將發(fā)生折射、反射的原理，通過測(cè)量裸光纖表面由于附污所導(dǎo)致的光功率衰減量，計(jì)算出 絕緣子表面的鹽密值，從而得到絕緣子表面的污穢程度。但是，針對(duì)鋼鐵廠的特殊環(huán)境，鹽 密傳感器無法反應(yīng)金屬粉塵積累的程度，因此不適用于鋼鐵廠絕緣子污穢度監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種絕緣子金屬粉塵污穢在線監(jiān)測(cè)裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中 的泄漏電流法易受電磁干擾容易誤報(bào)漏報(bào)，或者光纖鹽密監(jiān)測(cè)法無法針對(duì)鋼鐵廠的特殊環(huán) 境，反應(yīng)出金屬粉塵積累的程度，不能準(zhǔn)確的進(jìn)行鋼鐵廠絕緣子污穢度監(jiān)測(cè)的問題。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種絕緣子金屬粉塵污穢在線監(jiān)測(cè)裝置，包括狀態(tài) 監(jiān)測(cè)裝置和與之相連接的風(fēng)速風(fēng)向傳感器、雨量傳感器和溫濕度傳感器，狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置包 括微控制器和與之相連的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和粉塵濃度傳感器，狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置還與系統(tǒng)電源和 GPRS/3G通訊模塊連接，GPRS/3G通訊模塊與后臺(tái)監(jiān)控中心及系統(tǒng)電源連接，風(fēng)速風(fēng)向傳感 器、雨量傳感器和溫濕度傳感器均與微控制器連接。
[0006] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0007] 風(fēng)速風(fēng)向傳感器和雨量傳感器安裝于桿塔上。
[0008] 溫濕度傳感器固定于絕緣子附近。
[0009] 粉塵濃度傳感器置于狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置中。
[0010]系統(tǒng)電源由太陽(yáng)能板和蓄電池組成。
[0011] 本發(fā)明的另一目的是提供了利用該絕緣子金屬粉塵污穢在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè) 的方法。
[0012] 本發(fā)明的另一技術(shù)方案是，利用絕緣子金屬粉塵污穢在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方 法。具體按照以下步驟實(shí)施：
[0013] 步驟1，采集數(shù)據(jù)，后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)通過GPRS/3G通訊模塊發(fā)送采集指令給微控制器， 使其控制風(fēng)速風(fēng)向傳感器、雨量傳感器、溫濕度傳感器和粉塵濃度傳感器采集一組有效數(shù) 據(jù)，采集的數(shù)據(jù)包括粉塵濃度傳感器所采集的粉塵濃度c(t)、溫濕度傳感器所采集的初始 的環(huán)境溫度Tem和相對(duì)濕度H(t)、風(fēng)速風(fēng)向傳感器所采集的風(fēng)速Vel和風(fēng)向Dir、以及雨量傳 感器所采集的雨量R(t);
[0014] 步驟2,重復(fù)步驟1中的采集數(shù)據(jù)過程，直到采集的數(shù)據(jù)總量達(dá)到至少160組，將此 160組數(shù)作為樣本，據(jù)并用最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)建立一個(gè)反映絕緣子污穢度與粉 塵濃度C(t)、相對(duì)濕度H(t)、風(fēng)速Vel、風(fēng)向Dir和雨量R(t)的非線性模型，通過樣本來訓(xùn)練 非線性模型；
[0015]步驟3,根據(jù)步驟2中已建立好的非線性模型，將采集到的括粉塵濃度C(t)、初始的 環(huán)境溫度Tem和相對(duì)濕度H(t)、風(fēng)速Vel、風(fēng)向Dir、雨量R(t)輸入到此模型中，即得到不同時(shí) 刻粉塵濃度所對(duì)應(yīng)的絕緣子污穢程度；
[0016] 步驟4,在步驟3中通過微控制器對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算得到的絕緣 子污穢程度的數(shù)據(jù)，通過GPRS/3G通信模塊將數(shù)據(jù)傳送給狀態(tài)監(jiān)測(cè)代理或狀態(tài)監(jiān)測(cè)主站，通 過上位機(jī)軟件完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的絕緣子污穢度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0017] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0018] 步驟1具體按照以下步驟實(shí)施：
[0019] 步驟1.1，微控制器將步驟1中所接收到的指令發(fā)送給風(fēng)速風(fēng)向采傳感器，風(fēng)速風(fēng) 向傳感器的風(fēng)杯受水平風(fēng)力作用而旋轉(zhuǎn)，通過活軸轉(zhuǎn)杯在傳感器內(nèi)部狹縫光耦中的轉(zhuǎn)動(dòng)， 輸出頻率信號(hào)，頻率信號(hào)與參數(shù)中的風(fēng)速Ve 1和風(fēng)向D ir對(duì)應(yīng)；
[0020] 步驟1.2,微控制器將接收到的指令發(fā)送給溫濕度傳感器，溫濕度傳感器內(nèi)部的濕 敏和測(cè)溫兩個(gè)元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號(hào)，即 得到參數(shù)中的環(huán)境溫度Tem和相對(duì)濕度H(t);
[0021] 步驟1.3、微控制器將步驟1中所接收到的指令發(fā)送給雨量傳感器，雨量傳感器計(jì) 量翻斗，當(dāng)由承水口注入計(jì)量翻斗的雨水容積達(dá)到預(yù)定值時(shí)翻斗翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)過程中側(cè)壁 上的磁鋼從干簧管旁經(jīng)過，每經(jīng)過一次，干簧管就會(huì)被接通，發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，代表〇.1_ 降水，此脈沖信號(hào)與參數(shù)中的雨量R(t)對(duì)應(yīng)，通過簡(jiǎn)單的電平轉(zhuǎn)換電路即可得到參數(shù)值；
[0022] 步驟1.4，微控制器將采集粉塵濃度指令發(fā)送給電源模塊，打開粉塵濃度采集模塊 供電電源，粉塵濃度傳感器開始工作;粉塵濃度傳感器上有個(gè)通氣孔可以讓空氣自由流過， 紅外線發(fā)射二極管和光電晶體管對(duì)角式地排列在其中；粉塵濃度傳感器接收到微控制器的 指令后，紅外二極管發(fā)射一束平行單色光入射到通氣孔附近的被測(cè)顆粒場(chǎng)，金屬粉塵顆粒 會(huì)影響光的散射和吸收，光強(qiáng)被衰減，此時(shí)光電二極管將所接收的入射光的相對(duì)衰減率轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)，電信號(hào)通過放大電路輸出一個(gè)跟灰塵濃度成線性關(guān)系的電壓值，粉塵濃度傳 感器將此電壓值發(fā)送給微控制器內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換模塊，通過轉(zhuǎn)換計(jì)算可得出空氣中的粉塵含 量，即為參數(shù)中的粉塵濃度c(t)。
[0023] 步驟2中的具體的模型建立方法為：
[0024] 步驟2.1、將粉塵濃度C( t)、相對(duì)濕度H( t)、風(fēng)速Ve 1、風(fēng)向Dir、雨量R(t)五個(gè)變量作 為翻的輸入量纖子的臓號(hào)作為輸出翻，預(yù)須蝓出翻 利用核函數(shù)的方法建立預(yù)測(cè)模型，令Κ(χ，Χι)= Φ (χ)τΦ (Xl)，則絕緣子污穢程度的預(yù)測(cè)模
，其中α和b可用最小二乘法求出；
[0025] 步驟2.2、預(yù)測(cè)模型中核函數(shù)的確定:選擇基于RBF核函數(shù)為
[0029] 步驟2.3,將160組樣本分為訓(xùn)練樣本100組和測(cè)試樣本60組后，分別進(jìn)行組合，然 后輸入100組訓(xùn)練樣本的粉塵濃度C(t)、相對(duì)濕度H(t)、風(fēng)速Vel、風(fēng)向Dir、雨量R(t)五個(gè)變 量到最小二乘支持向量機(jī)中進(jìn)行訓(xùn)練，其中根據(jù)多次訓(xùn)練結(jié)果確定最佳模型參數(shù):σ核寬度 和懲罰參數(shù)γ，從而得到非線性模型，模型的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)采用平均誤差計(jì)算方法；
[0030] 步驟2.4、將60組測(cè)試樣本的輸入量粉塵濃度C(t)、相對(duì)濕度H(t)、風(fēng)速Vel、風(fēng)向 Dir、雨量R(t)五個(gè)變量輸入到訓(xùn)練好的預(yù)測(cè)模型中，輸出能反應(yīng)絕緣子的污穢程度的預(yù)測(cè) 值;并將通過測(cè)試樣本得到的模型輸出值計(jì)算得到平均預(yù)測(cè)誤差，將其與步驟2.3.2得到的 平均訓(xùn)練誤差進(jìn)行比較，若平均訓(xùn)練誤差較小，即可說明所建立的模型具有較高的準(zhǔn)確性。 [0031 ]步驟2.3的具體實(shí)施步驟為：
[0032] 步驟2.3.1尋找最佳σ核寬度和懲罰參數(shù)γ :實(shí)驗(yàn)時(shí)用軟件LS-SVMLAB進(jìn)行訓(xùn)練，其 中先選擇〇核寬度參數(shù)集3〇={10 4，14 4，14，14}懲罰參數(shù)丫的參數(shù)集3丫={10 4， χ，χ，χ，χ，χ，χ，χ}，參數(shù)集中的數(shù)據(jù)根據(jù)樣本的具體值來選擇；
[0033] 步驟2.3.2根據(jù)交叉驗(yàn)證方法來得到最佳的懲罰參數(shù)集γ和核參數(shù)集〇，并根據(jù)平 均誤差計(jì)算法得到平均訓(xùn)練誤差;其中平均訓(xùn)練誤差需要達(dá)到最小值，確定兩個(gè)參數(shù)后即 可得到能反應(yīng)絕緣子污穢程度的最終模型。
[0034] 本發(fā)明的有益效果是：
[0035] 1.本發(fā)明采集絕緣子周