CN111141996B - 一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法、***及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法、***及存储介质，包括如下步骤：将红外检测出来的劣化绝缘子利用绝缘电阻表测试阻值，选择绝缘电阻作为样本集；求出劣化绝缘子温差数据；使用广义极值分布对样本进行拟合，根据广义极值分布的函数表达式，对函数的三个参数进行极大似然估计，得到分布的参数值，求出劣化绝缘子温差数学模型；采用K‑S检验，检验样本是否符合分布；红外检测瓷绝缘子温差阈值的获取。本发明利用极值理论对样本进行拟合分析，得到红外检测瓷绝缘子的不同程度的温差阈值，完善了判定准则，从而提高了红外检测瓷绝缘子的检测准确率，大大降低了电网***存在的隐患。

Description

一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法、 ***及存储介质

技术领域

本发明涉及高压输变电设备运行维护检修技术领域，具体涉及一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法、***及存储介质。

背景技术

目前，在架空输电线路和变电站中大量使用悬式瓷绝缘子。如果一串绝缘子中有劣化绝缘子出现，则表示部分绝缘被短路，相应地增加了闪络概率。如果有零值绝缘子串发生工频闪络或遭受雷击，会有很大电流流过零值绝缘子内部，强大的电流产生的热效应往往会造成悬式绝缘子铁帽炸裂或脱开，从而出现绝缘子串掉串、导线落地等严重事故。一般而言，对于瓷质绝缘子串，只有串中存在劣化绝缘子时才会发生掉串和导线落地事故。

《输变电设备状态检修试验规程》(DL/T393)规定线路及变电站内盘形悬式瓷绝缘子应定期开展劣化检测。目前，绝缘子劣化检测普遍采用电压分布法(火花间隙)，该方法存在工作量大、安全性差、效率低、易受电磁干扰和误(漏)检概率较大的缺陷。据统计,由绝缘子引发的各类故障居高压输电线路所有故障的首位。在DL/T664-2016《带电设备红外诊断应用规范》中提出基于红外热像原理的盘形悬式瓷绝缘子(简称绝缘子)检测技术，并规定绝缘电阻≤300MΩ为劣化绝缘子，旨在提高零值、低值绝缘子检测的效率和准确率，从而减少因绝缘子劣化导致的输变电设备事故发生。在该规范中提出以劣化绝缘子与相邻两片正常绝缘子的平均温差为1℃作为判别依据，但在实际红外检测项目中发现该一温差数值比较大，容易造成大多数劣化绝缘子漏检，对电网安全带来较大隐患。因为劣化绝缘子铁帽的发热功率随绝缘电阻值的变化呈非线性变化，因此利用红外检测劣化绝缘子会存在检测盲区。当温差范围上下限分别为0.2、0.4、0.6℃时，分布电压＞15kV的绝缘子盲区范围占零值绝缘子的百分比范围为：3％～8.9％，5％～15％，15％～24％。检测盲区一般处于1～13MΩ之间。虽然该检测盲区范围较小，劣化绝缘子落入检测盲区概率很小，但是处于检测盲区的劣化绝缘子都是对电网危害最大的零值绝缘子。在DL/T664-2016《带电设备红外诊断应用规范》中所规定的1K温差判别阈值，在实际应用过程中存在着零值漏检率较高的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法，其能够有效提高红外检测劣化绝缘子的准确率。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法，包括如下步骤：

S1：将红外检测出来的劣化绝缘子测试绝缘电阻值，设定绝缘电阻值的样本范围，将位于样本范围内的劣化绝缘子作为样本集；

S2：求出样本集中的劣化绝缘子的温差数据；

S3：使用广义极值分布对样本集中的劣化绝缘子进行拟合，根据广义极值分布的函数表达式，进行极大似然估计，得到分布的参数值，根据步骤S2得到的温差数据求出劣化绝缘子温差数学模型；

S4：根据劣化绝缘子温差数学模型得到拟合概率密度函数分布，依据概率密度函数的定义，其拟合曲线与横坐标的面积为相应数据发生的概率，通过计算阴影部分的面积，得到该分布平均温差大于设定温度值的概率值，根据样本集中的劣化绝缘子中最小的温差值，通过红外检测盲区的分析，得到劣化绝缘子的温差阈值。

进一步的，所述步骤S1中绝缘电阻值的样本范围为阻值≤300MΩ。

进一步的，所述步骤S3具体为：

广义极值分布的概率分布函数为：

广义极值分布的概率密度函数为：

式中k为形状参数，μ为位置参数，σ为尺度参数，利用得到的样本X＝(x₁，x₂，…，x_n)，对广义极值分布进行参数的极大似然估计，其对数似然函数为：

令

求出劣化绝缘子温差数学模型。

所述步骤S3执行后，采用K-S检验，对样本集中的样本进行拟合优度检验，检验样本是否符合分布。所述拟合优度检验具体为：

构造统计量：

KS＝max(|F_n(x)-G(x)|)

其中F_n(x)为样本得到的经验分布函数，G(x)为指定的分布函数，设定显著水平值，经K-S检验，若算出K-S检验返回值h＝0，则表明接受原假设，样本数据符合广义极值分布。

进一步的，所述步骤S2中利用公式

将劣化绝缘子温差数据求出，其中T_n代表该劣化绝缘子串中第n片劣化的绝缘子铁帽温度。

本发明还公开了一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化***，所述***包括网络接口、存储器和处理器；其中，

所述网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，实现信号的接收和发送；

所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；

所述处理器，用于在运行所述计算机程序指令时，执行一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法的步骤。

本发明还公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法的程序，所述一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法的程序被至少一个处理器执行时实现所述的一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法的步骤。

本发明中当绝缘子劣化时，其阻值、电抗值、分布电压、泄露电流的流通路径以及发热功率等因素将会发生不同程度的变化，从而导致正常绝缘子与劣化绝缘子温度相差很大。根据红外检测原理正常绝缘子串的温度与电压分布相同，即呈现不对称的马鞍形分布，而劣化绝缘子串因劣化绝缘子的存在，其温度分布会出现明显的峰谷现象。在DL/T664-2016《带电设备红外诊断应用规范》中红外检测瓷绝缘子的温差为1K，这一数值在实际运用中误差较大，会造成较多绝缘子漏判，影响检测准确率。故本发明提出一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法，其将现有的红外检测出来的劣化绝缘子利用绝缘电阻法测试，将温差与绝缘电阻阻值记录下来；对温差样本进行数学建模拟合，将对应的绝缘电阻阻值进行统计归纳，最终得出基于广义极值理论的红外检查瓷绝缘子温差阈值。

有益效果：本发明与现有技术相比，其利用极值理论对样本进行拟合分析，得到红外检测瓷绝缘子的不同程度的温差阈值，完善了判定准则，从而提高了红外检测瓷绝缘子的检测准确率，解决了零值漏检率较高的问题，大大降低了电网***存在的隐患。

附图说明

图1为拟合概率密度函数分布图；

图2为Ⅰ段母线间隔3号构架小号侧A相红外图像示意图；

图3为温差样本散点示意图；

图4为零值绝缘电阻散点示意图；

图5为低值绝缘电阻散点示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

本发明提供一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法，包括如下步骤：

S1：样本采集：

将红外检测出来的劣化绝缘子利用绝缘电阻表测试阻值，选择阻值≤300MΩ的绝缘电阻作为样本集。

S2：样本处理：

利用公式

将劣化绝缘子温差数据求出，其中T_n代表该劣化绝缘子串中第n片劣化的绝缘子铁帽温度。

S3：使用广义极值分布对样本进行拟合：

广义极值分布的概率分布函数为：

广义极值分布的概率密度函数为：

式中k为形状参数，μ为位置参数，σ为尺度参数，利用得到的样本X＝(x₁，x₂，…，x_n)，对广义极值分布进行参数的极大似然估计，其对数似然函数为：

令

根据温差数据求出劣化绝缘子温差数学模型。

S4：样本的拟合优度检验：

采用K-S检验，检验样本是否符合分布，构造统计量：

KS＝max(|F_n(x)-G(x)|)

其中F_n(x)为样本得到的经验分布函数，G(x)为指定的分布函数，设定显著水平为0.05，经K-S检验，若算出K-S检验返回值h＝0，则表明接受原假设，样本数据符合广义极值分布。

S5：红外检测瓷绝缘子温差阈值的获取：

根据上述拟合过程，可以得到拟合概率密度函数分布图，具体如图1所示，图1中纵向线表示数据样本，横向的曲线表示广义极值分布，依据概率密度函数的定义，其拟合曲线与横坐标的面积为相应数据发生的概率，通过计算阴影部分的面积，可得到该分布平均温差大于设定温度值的概率值，由于样本中最小的温差值为0.1695℃，根据红外检测盲区的分析，得出以下结论：

1、当温差样本≤0.2℃时，绝缘电阻阻值在1～13MΩ范围占比为100％，零值绝缘子占比为100％，拟合曲线发生的概率为2.18％。因此将0.2℃作为轻微盲区劣化，无需停电更换；

2、当温差样本在≤0.4℃时，绝缘电阻阻值在1～13MΩ范围占比为67.93％，零值绝缘子占比为54.83％，拟合曲线发生的概率为35.04％。因此将0.4℃温差作为一般轻微劣化，可根据需要进行停电更换；

3、当温差样本在≤0.6℃时，绝缘电阻阻值在1～13MΩ范围占比为35.24％，零值绝缘子占比为56.72％，拟合曲线发生的概率为56.74％。因此将0.6℃温差作为一般劣化，需要进行停电更换；

4、当温差样本在≤0.8℃时，绝缘电阻阻值在1～13MΩ范围占比为18.57％，零值绝缘子占比为51.67％，拟合曲线发生的概率为74.06％。因此将0.8℃温差作为一般严重劣化，需要进行停电更换；

5、当温差样本在≤1℃时，绝缘电阻阻值在1～13MΩ范围占比为10.24％，零值绝缘子占比为60.83％，拟合曲线发生的概率为86.06％。因此将1℃温差作为严重劣化，需要立即进行停电更换。

本实施例中将上述方法应用在某输电线路红外检测项目中,以某基塔Ⅱ线大号侧下相1串零值绝缘子串采集样本为例，其具体的过程如下：

(1)利用红外热像仪获取红外图像，对图像进行处理，再对每一片绝缘子铁帽的温度进行取值，具体如图2所示。

(2)利用停电维护机会对该绝缘子串进行绝缘电阻测试，其检测结果如下表所示：

绝缘子位置编号	红外带电检测结果	实测电阻/MΩ
			1	正常	9300
2	正常	12234
			…	…	…
24	正常	13670
			25	零值绝缘子	2
26	正常	13955
			…	…	…
47	正常	7900
			48	正常	9975

(3)利用上述步骤S2的公式对第25片绝缘子进行计算，本实施例通过对某输电线路红外检测项目的长期数据进行归纳整理，共得到127个样本，具体如图3所示。

(4)根据上述步骤S3中的公式，对样本进行拟合与参数的求解，经过计算，其结果分别为：k＝0.3908,σ＝0.2191,μ＝0.4635，对其拟合模型进行K-S检验，计算得出h＝0，表明样本服从广义极值分布。

(5)根据图3、4、5样本分布的规律，样本拟合模型，以及红外检测盲区的分析得出以下红外检测绝缘子温差准则：

1、当0≤温差≤0.2℃时，为轻微盲区劣化；

2、当0.2℃<温差≤0.4℃时，为一般轻微劣化；

3、当0.4℃<温差≤0.6℃时，为一般劣化；

4、当0.6℃<温差≤0.8℃时，为一般严重劣化；

5、当温差＞0.8℃时，为严重劣化。

本实施例还提供一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化***，该***包括网络接口、存储器和处理器；其中，网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，实现信号的接收和发送；存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；处理器，用于在运行所述计算机程序指令时，执行本发明方法的步骤。

本实施例还提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，在处理器执行所述计算机程序时可实现以上所描述的方法。所述计算机可读介质可以被认为是有形的且非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩膜只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如CD、DVD或蓝光光盘)等。计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出***(BIOS)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动程序、一个或多个操作***、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (6)

1.一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：将红外检测出来的劣化绝缘子测试绝缘电阻值，设定绝缘电阻值的样本范围，将位于样本范围内的劣化绝缘子作为样本集；

S2：求出样本集中的劣化绝缘子的温差数据；

S3：使用广义极值分布对样本集中的劣化绝缘子进行拟合，根据广义极值分布的函数表达式，进行极大似然估计，得到分布的参数值，根据步骤S2得到的温差数据求出劣化绝缘子温差数学模型；

S4：根据劣化绝缘子温差数学模型得到拟合概率密度函数分布，依据概率密度函数的定义，其拟合曲线与横坐标的面积为相应数据发生的概率，通过计算阴影部分的面积，得到该分布平均温差大于设定温度值的概率值，根据样本集中的劣化绝缘子中最小的温差值，通过红外检测盲区的分析，得到劣化绝缘子的温差阈值，所述温差阈值包括轻微盲区劣化温差阈值、一般轻微劣化温差阈值、一般劣化温差阈值、一般严重劣化温差阈值和严重劣化温差阈值；

所述步骤S1中绝缘电阻值的样本范围为阻值≤300MΩ；

所述步骤S3具体为：

广义极值分布的概率分布函数为：

广义极值分布的概率密度函数为：

式中k为形状参数，μ为位置参数，σ为尺度参数，利用得到的样本X＝(x₁，x₂，…，x_n)，对广义极值分布进行参数的极大似然估计，其对数似然函数为：

令

求出劣化绝缘子温差数学模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法，其特征在于：所述步骤S3执行后，采用K-S检验，对样本集中的样本进行拟合优度检验，检验样本是否符合分布。

3.根据权利要求2所述的一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法，其特征在于：所述拟合优度检验具体为：

构造统计量：

KS＝max(|F_n(x)-G(x)|)

其中F_n(x)为样本得到的经验分布函数，G(x)为指定的分布函数，设定显著水平值，经K-S检验，若算出K-S检验返回值h＝0，则表明接受原假设，样本数据符合广义极值分布。

4.根据权利要求1所述的一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法，其特征在于：所述步骤S2中利用公式

将劣化绝缘子温差数据求出，其中T_n代表劣化绝缘子串中第n片劣化的绝缘子铁帽温度。

5.一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化***，其特征在于：所述***包括网络接口、存储器和处理器；其中，

所述网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，实现信号的接收和发送；

所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；

所述处理器，用于在运行所述计算机程序指令时，执行权利要求1～4中任一项所述的一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法的步骤。

6.一种计算机存储介质，其特征在于：所述计算机存储介质存储有一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法的程序，所述一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法的程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1～4中任一项所述的一种基于广义极值理论的瓷绝缘子红外检测阈值优化方法的步骤。

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