金 翼，趙 鋒，苗 堃，許 焱，劉亞文，唐 敏

(1. 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司濟(jì)源供電公司，河南 濟(jì)源 459000; 2. 武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079)

結(jié)合三維量測(cè)數(shù)據(jù)的絕緣子選型與評(píng)估方法

金 翼1，趙 鋒1，苗 堃1，許 焱1，劉亞文2，唐 敏2

(1. 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司濟(jì)源供電公司，河南 濟(jì)源 459000; 2. 武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430079)

絕緣配置可以在綜合降低線路設(shè)備外絕緣配置成本和防污維護(hù)成本的基礎(chǔ)上，從根本上降低污閃事故的發(fā)生概率，完備的絕緣子數(shù)據(jù)能夠?yàn)榭茖W(xué)合理的絕緣配置與選型提供可靠的支持。本文提出了一種新的絕緣子數(shù)據(jù)選型與評(píng)估方法，結(jié)合絕緣子三維量測(cè)數(shù)據(jù)及防污閃關(guān)鍵影響因子，采用多條件選型與評(píng)估模式，實(shí)現(xiàn)了絕緣子快速選型，極大提高了絕緣配置的效率。

絕緣子三維量測(cè)；絕緣子數(shù)據(jù)；絕緣子選型與評(píng)估

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，大氣環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。隨之而來(lái)的輸電線路污閃事故頻頻發(fā)生，引起大面積停電，嚴(yán)重影響了電力線路的安全運(yùn)行，防污閃工作成為當(dāng)前線路維護(hù)的重要部分。污穢、絕緣配置、大氣參數(shù)及大氣降水是造成絕緣子污閃的主要影響因素[1]。在污閃高發(fā)季節(jié)，有計(jì)劃的線路巡檢和鹽密測(cè)量是查清線路絕緣子污穢狀態(tài)，制定清掃周期，防止污閃發(fā)生的有效方法。另外，絕緣配置可以在綜合考慮降低線路設(shè)備外絕緣配置成本和線路防污維護(hù)成本的基礎(chǔ)上，從根本上降低污閃事故的發(fā)生概率[1]。絕緣配置與選型通常需要有關(guān)絕緣子類型、材料及幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，如爬電距離、結(jié)構(gòu)高、上下表面積等信息。隨著線路絕緣子種類越來(lái)越多,數(shù)量越來(lái)越大，如何獲取完備的絕緣子數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)合理的絕緣子選型與評(píng)成為亟須解決的問題。

一些學(xué)者針對(duì)絕緣子污閃成因和絕緣子選型與評(píng)估進(jìn)行了研究[2-6]，文獻(xiàn)[2]提出了霧霾的持續(xù)作用可使絕緣子表面污穢度有限增大，絕緣子污閃電壓有所降低，但“絕緣到位，留有裕度”能成功地抵御霧霾天氣對(duì)輸變電設(shè)備的侵襲。文獻(xiàn)[4]指出了絕緣爬距和結(jié)構(gòu)形狀是絕緣子污閃影響因素之一，通過增大爬電比距，選用合適的絕緣子，在絕緣子上噴涂防污材料等方法能有效防止污閃現(xiàn)象。文獻(xiàn)[5]針對(duì)架空線路懸垂串型進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，并綜合考慮輸電線路防風(fēng)偏、防污和防雷的性能要求，提出了線路絕緣子選型及外絕緣優(yōu)化建議。

完備與準(zhǔn)確的絕緣子數(shù)據(jù)是絕緣子選型與評(píng)估的基礎(chǔ)，目前絕緣子數(shù)據(jù)存在兩個(gè)主要問題：①多以絕緣子平面設(shè)計(jì)圖和具體屬性參數(shù)為主，缺乏絕緣子三維數(shù)據(jù)，可視性差，不能直觀、形象地顯示絕緣子形貌；②由于加工過程中存在誤差，絕緣子的實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)圖不完全一致，廠家提供的數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步校正。針對(duì)目前存在的問題，本文提出的結(jié)合三維量測(cè)數(shù)據(jù)的絕緣子選型與評(píng)估方法，首先完備絕緣子數(shù)據(jù)，對(duì)絕緣子進(jìn)行測(cè)量，獲取其三維量測(cè)數(shù)據(jù)、影像和屬性數(shù)據(jù)，并結(jié)合Orcale數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)絕緣子數(shù)據(jù)的有效管理。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際防污閃工作中的污區(qū)分布圖、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素，確定絕緣子選型與評(píng)估因子，快速選定符合條件的絕緣子，可極大提高絕緣子配置和選型的效率。

1 絕緣子選型與評(píng)估的關(guān)鍵技術(shù)

絕緣子數(shù)據(jù)采集、管理及選型與評(píng)估模型是絕緣子選型與評(píng)估工作的重要環(huán)節(jié)之一，主要流程如圖1所示。首先進(jìn)行絕緣子數(shù)據(jù)采集，包括絕緣子三維幾何模型、影像圖、剖面圖、屬性參數(shù)；然后將圖形、文本格式的數(shù)據(jù)以表格的形式組織入庫(kù)，并建立樹狀檢索目錄；最后在考慮絕緣影響因素的基礎(chǔ)上，確定絕緣子選型因子，對(duì)已有絕緣子數(shù)據(jù)進(jìn)行絕緣評(píng)估，當(dāng)絕緣不滿足條件時(shí)，進(jìn)行多條件約束的絕緣子選型。

圖1 絕緣子數(shù)據(jù)管理與分析

1.1 絕緣子三維數(shù)據(jù)采集

絕緣子三維量測(cè)數(shù)據(jù)的獲取是數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵步驟，通常情況下絕緣子處于帶電工作狀態(tài)，無(wú)法直接量測(cè)。本文采用非接觸方式獲取帶激光條絕緣子多重疊度影像，利用攝影測(cè)量方法獲取絕緣子三維模型，并對(duì)其幾何參數(shù)進(jìn)行量測(cè)[7]。具體方法如圖2所示，首先獲取帶激光條的絕緣子立體序列影像。其次在2幅(或多幅)影像上提取絕緣子外輪廓切線解算旋轉(zhuǎn)體主軸，并通過影像上激光線條解算出絕緣子外輪廓邊。根據(jù)旋轉(zhuǎn)體的特性，絕緣子的幾何模型和剖面圖可以生成，并可以在模型上完成上下表面積、結(jié)構(gòu)高、爬電距離等參數(shù)量測(cè)。如圖2所示。

圖2 絕緣子三維量測(cè)數(shù)據(jù)獲取

1.2 絕緣子數(shù)據(jù)組織與管理

絕緣子數(shù)據(jù)主要包括絕緣子剖面圖、影像圖，量測(cè)的上下表面積、結(jié)構(gòu)高、傘間距、爬電距離等參數(shù)數(shù)據(jù)，以及絕緣子材料、型式、性能、歸屬區(qū)域等屬性數(shù)據(jù)。

絕緣子數(shù)據(jù)主要由索引表、用戶權(quán)限表和數(shù)據(jù)表3種類型的表構(gòu)成。索引表主要包括樹表和關(guān)系表。樹表用來(lái)記錄樹控件結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系及結(jié)點(diǎn)的內(nèi)部屬性，關(guān)系表則記錄了樹結(jié)點(diǎn)與絕緣子數(shù)據(jù)索引的對(duì)應(yīng)關(guān)系，兩種表格構(gòu)成了絕緣子數(shù)據(jù)的靈活組織和可視化。用戶權(quán)限表主要實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶權(quán)限及數(shù)據(jù)安全性的管理，只有管理員有權(quán)限對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，普通人員只能查詢和瀏覽數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表主要根據(jù)絕緣子數(shù)據(jù)類型分為柵格數(shù)據(jù)表(絕緣子影像圖和剖面圖)、參數(shù)數(shù)據(jù)表和文本數(shù)據(jù)表(屬性數(shù)據(jù))。對(duì)于每條柵格數(shù)據(jù)用BLOB字段記錄一定規(guī)格大小的像素圖，方便可視瀏覽與查看。

1.3 絕緣子選型與評(píng)估模型

絕緣子選型因子的確定是絕緣子選型與評(píng)估的關(guān)鍵。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“電力系統(tǒng)污區(qū)分級(jí)與外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)”，現(xiàn)場(chǎng)污穢度主要取決于鹽密和灰密，污穢程度從“非常輕”到“非常重”分為5級(jí)，每一級(jí)都對(duì)應(yīng)絕緣子爬電比距上下線。增大爬電距離，可以提高爬電比距，爬電比距越大，發(fā)生污閃的概率越小。根據(jù)增大爬電距離所涉及的絕緣子幾何和屬性參數(shù)，本文確定的主要絕緣子選型因子有形狀參數(shù)(爬電距離、結(jié)構(gòu)高、傘間距、傘伸出等)、型式(普通盤型、雙傘型盤型、棒形等)、材料(玻璃、瓷、復(fù)合材料等)。絕緣子選型因子通過加權(quán)對(duì)目標(biāo)絕緣子進(jìn)行絕緣評(píng)估，具體加權(quán)如下

(1)

式中，Score為加權(quán)分；si為單項(xiàng)因子分值；pi為單項(xiàng)因子權(quán)值，權(quán)值可以通過專家打分來(lái)確定，其和為1。

絕緣子選型首先根據(jù)當(dāng)?shù)氐奈蹍^(qū)分布圖確定對(duì)應(yīng)的污區(qū)等級(jí)，同時(shí)考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定爬電比距具體取值，如取上限、下限或區(qū)間范圍值。在此基礎(chǔ)上，確定相關(guān)形狀參數(shù)的取值范圍、型式及材料等因素選擇范圍。具體選型的過程是通過多因素組合篩選方式實(shí)現(xiàn)絕緣子選型，本文采用了基于形狀參數(shù)、屬性參數(shù)、范圍及不同方式之間的組合選型方法。形狀參數(shù)選型則是根據(jù)爬電距離、結(jié)構(gòu)高、傘間距、片數(shù)等絕緣子幾何形狀參數(shù)組合選擇絕緣子數(shù)據(jù)。屬性參數(shù)選型通過絕緣子材質(zhì)和型式等選擇絕緣子數(shù)據(jù)。范圍選型主要是根據(jù)給定的變電站和輸電線區(qū)域選擇在該范圍內(nèi)的絕緣子數(shù)據(jù)。絕緣子選型因子通過結(jié)合3種選型方式，根據(jù)不同關(guān)鍵字和條件進(jìn)行組合選型，并通過索引表準(zhǔn)確快速地定位選型數(shù)據(jù)。選定的絕緣子可以顯示其對(duì)應(yīng)的影像圖、剖面圖及相關(guān)參數(shù)和屬性信息，同時(shí)影像圖和剖面圖提供興趣點(diǎn)移動(dòng)放大功能，可以多分辨率、多層次顯示絕緣子細(xì)節(jié)，提供詳細(xì)、全面的絕緣子形貌數(shù)據(jù)。

最佳絕緣子選擇是對(duì)滿足選型條件的多個(gè)絕緣子進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上來(lái)確定的，根據(jù)式(1)可以得到絕緣子加權(quán)分，分值最大即為最優(yōu)絕緣子。在評(píng)估過程中，因子的權(quán)值確定要考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際運(yùn)行情況及專家的經(jīng)驗(yàn)等，這是一個(gè)綜合多因素的過程。

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與分析

本文結(jié)合實(shí)際輸變電線絕緣子防污工作中絕緣子選型與評(píng)估的實(shí)際需要，開發(fā)并實(shí)現(xiàn)了結(jié)合三維量測(cè)數(shù)據(jù)的絕緣子選型與評(píng)估系統(tǒng)。使用Visual Studio 2010作為開發(fā)工具，C#作為開發(fā)語(yǔ)言，利用Oracle 11 g數(shù)據(jù)庫(kù)作支撐進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)管理與分析。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)與功能

系統(tǒng)主要由支撐層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層組成。支撐層提供了系統(tǒng)運(yùn)行的軟件和硬件基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)層為絕緣子數(shù)據(jù)庫(kù)及絕緣影響因子；應(yīng)用層包含數(shù)據(jù)錄入、管理、選型與評(píng)估、輸出等具體功能實(shí)現(xiàn)模塊，如圖3所示。系統(tǒng)的錄入、管理及輸出功能主要在樹形控件中實(shí)現(xiàn)，樹形控件節(jié)點(diǎn)右鍵菜單對(duì)應(yīng)不同的功能。樹狀控件葉節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)絕緣子數(shù)據(jù)，不同層節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)絕緣子數(shù)據(jù)區(qū)域信息。

圖3 系統(tǒng)構(gòu)架

2.2 功能模塊

2.2.1 數(shù)據(jù)采集、錄入模塊

采集的數(shù)據(jù)經(jīng)整理與分類后，進(jìn)入絕緣子數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)。錄入模塊提供單條數(shù)據(jù)錄入和批量數(shù)據(jù)錄入兩種數(shù)據(jù)錄入方式。對(duì)于每條絕緣子數(shù)據(jù)錄入，模塊根據(jù)數(shù)據(jù)不同類型分別進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，如圖4所示。

圖4 單條數(shù)據(jù)錄入

2.2.2 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊可以實(shí)現(xiàn)樹狀空間不同層節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建、整體刪除、拷貝、粘貼、重命名及導(dǎo)出等，如圖5所示。考慮不同變電站和輸變線路具有相同或大部分相同的絕緣子數(shù)據(jù)的情況，這些功能可以快速實(shí)現(xiàn)絕緣子數(shù)據(jù)集的整體錄入、修改及輸出等操作，極大地提高了數(shù)據(jù)管理效率。

圖5 數(shù)據(jù)管理功能

對(duì)于通過拷貝、復(fù)制新創(chuàng)建的絕緣子數(shù)據(jù)集，在圖5所示的絕緣子參數(shù)信息界面中，選擇允許編輯功能，可以修改絕緣子參數(shù)信息。在確定絕緣子數(shù)據(jù)集正確后，可提交入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整體更新。

2.2.3 數(shù)據(jù)選型與評(píng)估

數(shù)據(jù)選型模塊主要實(shí)現(xiàn)了基于絕緣子形狀參數(shù)、屬性參數(shù)等多因子組合的選型，選型結(jié)果采用樹節(jié)點(diǎn)方式顯示，以便于用戶對(duì)選型結(jié)果的瀏覽、選擇和統(tǒng)計(jì)，如圖6所示。本次試驗(yàn)采集了變電站常用19種絕緣子數(shù)據(jù)，確定絕緣子選型的因子為爬電距離和結(jié)構(gòu)高，閾值范圍分別為1500～2000 mm及600～1100 mm。經(jīng)系統(tǒng)選型，結(jié)果如圖6所示，有3種絕緣子符合，分別為主變變中中性點(diǎn)套管、110 kV刀閘支柱絕緣子及110 kV旁路1030TTD絕緣子。

圖6 絕緣子選型

將左邊選型結(jié)果的樹型控件展開，即可瀏覽選型結(jié)果的絕緣子信息。雙擊樹形控件中的葉節(jié)點(diǎn)，可獲得該絕緣子的所有參數(shù)信息，包括電壓等級(jí)、結(jié)構(gòu)高、爬電距離、爬電比距等。還可以選中影像圖或剖面圖縮略圖，查看對(duì)應(yīng)的全圖。

數(shù)據(jù)評(píng)估模塊主要對(duì)目標(biāo)絕緣子是否滿足污穢等級(jí)要求的絕緣性能進(jìn)行評(píng)估，本文試驗(yàn)通過加權(quán)進(jìn)行絕緣子評(píng)估。試驗(yàn)中爬電距離權(quán)重為0.7，結(jié)構(gòu)高權(quán)重為0.3，因子的分值取在閾值范圍中的歸一化比例值，如110 kV刀閘支柱絕緣子的爬點(diǎn)距離為1 630.27 mm，對(duì)應(yīng)的分值為：(1 630.27-1500)/(2000-1500)=0.26。進(jìn)過加權(quán)評(píng)估后，最優(yōu)絕緣子為110 kV旁路1030TTD。

2.2.4 數(shù)據(jù)輸出模塊

數(shù)據(jù)選型與評(píng)估的結(jié)果將通過數(shù)據(jù)輸出模塊導(dǎo)出，具體分為子節(jié)點(diǎn)和葉節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出。對(duì)于葉節(jié)點(diǎn)而言，將生成一個(gè)Word文件，該文件包含絕緣子的所有參數(shù)信息、影像圖、剖面圖等。子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出則將其下所有葉節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的絕緣子數(shù)據(jù)全部導(dǎo)出，對(duì)應(yīng)的Word文件存放在同一個(gè)文件目錄下。如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)輸出

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的絕緣子選型與評(píng)估方法能夠有效地為輸變電線路防污閃工作中絕緣子配置與選型提供可靠的數(shù)據(jù)支持。該方法在完備絕緣子三維量測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用分類表格的方式組織柵格、參數(shù)和文本等形式的絕緣子數(shù)據(jù)，并通過樹控件靈活、有效地實(shí)現(xiàn)了絕緣子數(shù)據(jù)的管理與分析。同時(shí)根據(jù)絕緣影響因素及污穢度等級(jí)確定了絕緣子選型與評(píng)估因子，在多條件組合選型模式下，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)絕緣子的評(píng)估及滿足絕緣條件絕緣子數(shù)據(jù)的選擇。該系統(tǒng)結(jié)合絕緣子數(shù)據(jù)管理和絕緣子配置與選型過程，同時(shí)引入絕緣子三維量測(cè)數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了絕緣子數(shù)據(jù)的完整性及可視性，極大地提高了電力部門防污閃工作中絕緣子配置與選型的效率。

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Insulator Selection and Evaluation with Its Three Dimensional Measurement Data

JIN Yi1，ZHAO Feng1，MIAO Kun1，XU Yan1，LIU Yawen2，TANG Min2

(1. State Grid Jiyuan Electric Power Supply Company, Jiyuan 459000, China; 2. School of Remote Sensing and Information Engineering, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

Insulation configuration can fundamentally reduce the probability of pollution flashover on the basis of lowering the external insulation configuration and the maintenance cost. The complete insulator data can provide reliable support for scientific and reasonable insulation configuration and selection. A new method for selecting and evaluating insulator that connected 3D measurement data of insulators and key influencing factors of anti pollution flashover is proposed. Multi-condition selection and evaluation model are used in this method that realized the rapid insulator selection and greatly improved the efficiency of insulation configuration.

insulator 3D measurement；insulator data；insulator selection and evaluation

金翼，趙鋒，苗堃,等.結(jié)合三維量測(cè)數(shù)據(jù)的絕緣子選型與評(píng)估方法[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(2)：129-132.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0066.

2016-03-15；

2016-10-19

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金(2042014kf0294)；國(guó)網(wǎng)河南省電力公司濟(jì)源供電公司科技項(xiàng)目(SGTYHT/14-JS-191)

金 翼(1970—)，女，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化。E-mail：1917389914@qq.com 通信作者： 劉亞文

P208

A

0494-0911(2017)02-0129-04