一種絕緣子金屬粉塵污穢在線監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種絕緣子金屬粉塵污穢在線監(jiān)測 裝置。本發(fā)明還涉及利用該在線監(jiān)測裝置進行監(jiān)測的方法。
【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；當鋼鐵廠附近有高壓架空導線時，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，尤其是當絕緣子表面受潮時更加容易引起絕緣擊穿閃絡(luò)，造成線路跳閘、絕緣子破 壞等嚴重事故，影響輸電設(shè)備運行的可靠性。目前，對于工業(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防污措施，從技術(shù)性、經(jīng)濟性、勞 動力及勞動強度上來看，存在大量人力、物力的浪費，且具有一定盲目性。為了解決這一問 題，通過對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）的實時監(jiān)測，得 到絕緣子運行的狀態(tài)量，以此反映絕緣子的積污程度，可以實現(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)測方法包括了泄漏電流法和光纖鹽密監(jiān)測 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)，實時監(jiān)測泄漏電流的大小，以此 來評估絕緣子的絕緣水平，但這種監(jiān)測方法易受電磁干擾、老化速度快、存在誤報與漏報以 及信號采集傳輸困難等缺點。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，通過測量裸光纖表面由于附污所導致的光功率衰減量，計算出 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，針對鋼鐵廠的特殊環(huán)境，鹽 密傳感器無法反應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。

【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漏報，或者光纖鹽密監(jiān)測法無法針對鋼鐵廠的特殊環(huán) 境，反應出金屬粉塵積累的程度，不能準確的進行鋼鐵廠絕緣子污穢度監(jiān)測的問題。
[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)測裝置，包括狀態(tài) 監(jiān)測裝置和與之相連接的風速風向傳感器、雨量傳感器和溫濕度傳感器，狀態(tài)監(jiān)測裝置包 括微控制器和與之相連的數(shù)據(jù)存儲單元和粉塵濃度傳感器，狀態(tài)監(jiān)測裝置還與系統(tǒng)電源和 GPRS/3G通訊模塊連接，GPRS/3G通訊模塊與后臺監(jiān)控中心及系統(tǒng)電源連接，風速風向傳感 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)明的特點還在于，
[0007] 風速風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)測裝置中。
[0010]系統(tǒng)電源由太陽能板和蓄電池組成。
[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)測裝置進行監(jiān)測 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)測裝置進行監(jiān)測的方 法。具體按照以下步驟實施：
[0013] 步驟1，采集數(shù)據(jù)，后臺監(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， 使其控制風速風向傳感器、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和相對濕度H(t)、風速風向傳感器所采集的風速Vel和風向Dir、以及雨量傳 感器所采集的雨量R(t);
[0014] 步驟2,重復步驟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(LS-SVM)建立一個反映絕緣子污穢度與粉 塵濃度C(t)、相對濕度H(t)、風速Vel、風向Dir和雨量R(t)的非線性模型，通過樣本來訓練 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和相對濕度H(t)、風速Vel、風向Dir、雨量R(t)輸入到此模型中，即得到不同時 刻粉塵濃度所對應的絕緣子污穢程度；
[0016] 步驟4,在步驟3中通過微控制器對傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行分析計算得到的絕緣 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)測代理或狀態(tài)監(jiān)測主站，通 過上位機軟件完成對現(xiàn)場的絕緣子污穢度進行實時監(jiān)測。
[0017] 本發(fā)明的特點還在于，
[0018] 步驟1具體按照以下步驟實施：
[0019] 步驟1.1，微控制器將步驟1中所接收到的指令發(fā)送給風速風向采傳感器，風速風 向傳感器的風杯受水平風力作用而旋轉(zhuǎn)，通過活軸轉(zhuǎn)杯在傳感器內(nèi)部狹縫光耦中的轉(zhuǎn)動， 輸出頻率信號，頻率信號與參數(shù)中的風速Ve 1和風向D ir對應；
[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 敏和測溫兩個元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號，即 得到參數(shù)中的環(huán)境溫度Tem和相對濕度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 量翻斗，當由承水口注入計量翻斗的雨水容積達到預定值時翻斗翻轉(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，干簧管就會被接通，發(fā)出一個脈沖信號，代表〇.1_ 降水，此脈沖信號與參數(shù)中的雨量R(t)對應，通過簡單的電平轉(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顆粒場，金屬粉塵顆粒 會影響光的散射和吸收，光強被衰減，此時光電二極管將所接收的入射光的相對衰減率轉(zhuǎn) 換為電信號，電信號通過放大電路輸出一個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)、相對濕度H( t)、風速Ve 1、風向Dir、雨量R(t)五個變量作 為翻的輸入量纖子的臓號作為輸出翻，預須蝓出翻 利用核函數(shù)的方法建立預測模型，令Κ(χ，Χι)= Φ (χ)τΦ (Xl)，則絕緣子污穢程度的預測模
，其中α和b可用最小二乘法求出；
[0025] 步驟2.2、預測模型中核函數(shù)的確定:選擇基于RBF核函數(shù)為
[0029] 步驟2.3,將160組樣本分為訓練樣本100組和測試樣本60組后，分別進行組合，然 后輸入100組訓練樣本的粉塵濃度C(t)、相對濕度H(t)、風速Vel、風向Dir、雨量R(t)五個變 量到最小二乘支持向量機中進行訓練，其中根據(jù)多次訓練結(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，模型的性能評價指標采用平均誤差計算方法；
[0030] 步驟2.4、將60組測試樣本的輸入量粉塵濃度C(t)、相對濕度H(t)、風速Vel、風向 Dir、雨量R(t)五個變量輸入到訓練好的預測模型中，輸出能反應絕緣子的污穢程度的預測 值;并將通過測試樣本得到的模型輸出值計算得到平均預測誤差，將其與步驟2.3.2得到的 平均訓練誤差進行比較，若平均訓練誤差較小，即可說明所建立的模型具有較高的準確性。 [0031 ]步驟2.3的具體實施步驟為：
[0032] 步驟2.3.1尋找最佳σ核寬度和懲罰參數(shù)γ :實驗時用軟件LS-SVMLAB進行訓練，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 均誤差計算法得到平均訓練誤差;其中平均訓練誤差需要達到最小值，確定兩個參數(shù)后即 可得到能反應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