一种绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法与流程

1.本发明涉及绝缘子监测技术领域，具体地说，涉及一种绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法。


背景技术：

2.绝缘子是电网输送的关键部件，而处于户外环境非常恶劣粉尘、盐雾等会附着于绝缘子表面，使绝缘子表面在湿润情况下绝缘性能失效，导致的绝缘子当雨天或湿度大时容易发生闪络事故，甚至导致绝缘子损坏，其表现为电晕、局部和电弧放电，其绝缘性能失效导致的绝缘子闪络灾害次数，电力传输网事故中仅次于雷击灾害，但对电网经济负担却远高于雷击灾害。
3.由此对电力网绝缘子的监测、预警是非常重要的，目前国内外对绝缘子非接触监测方法有：微波辐射、声学监测、红外成像、紫外成像、激光多普勒震动等监测方法，但市场推广很少，究其原因有技术难度、工艺难度、成本高、环境适应性、安装等问题。而庞大的绝缘子如何实现低成本、排除干扰、可靠的监测都制约着绝缘子监测的发展。
4.由于绝缘子处于周边气候、电磁、污染、噪声环境等不同，而且非常复杂，在监测中如何有效地拾取特征信号都是难题。如利用绝缘子电晕、局部和电弧放电时产生的电磁波信号，而绝缘子放电的电磁信号较弱，如所处的电网和周边的电磁环境噪声都会将信号淹没，尤其处于电磁环境复杂的台区变压器、电力设备附近，与绝缘子同处一个电磁环境，不但有来自电网、变压器发出的电磁谐波，而且变压器上也安装有绝缘子，同样也发生绝缘子放电的晕放电、局部放电和电弧放电一样的电磁谐波，尤其在该环境下的跌落开关、柱上断路器、电气设备开关等，在动作时同样发生电弧谐波。由此如何拾取电晕、局部和电弧放电电磁谐波，而且做到精准定位又是一个难题。利用单纯的物理特性监测分析，如电磁谐波分析原理完全是不可能的。
5.而在电晕、局部和电弧放电过程中同时还伴有声波的物理现象，利用声波随着距离增加而减小的特点，在智能单元中引用声波传感器，拾取局部声波信号同时建立电晕、局部和电弧放电过程中的特征声纹字典，并通过在每个电线杆上安装一个智能单元，利用电线杆与杆之间相对距离近约50米，采用有线通讯载波或无线zigbee、halow等通讯手段数据接力传送，基于绝缘子电晕、局部和电弧放电特征电磁谐波指纹字典和声纹字典，结合多智能单元采用集群智能技术协同分析共同甄别，成为关键。
6.然而部分杆塔上的安装有多个相距较远的绝缘子、跌落开关、变压器上的绝缘子，如何做到精准定位快速识别故障，降低维护成本，保证电网的可靠性又是个难题。鉴于此，我们提出了一种绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析系统，包括若干由信号处理模块、电网取能模块、cpu处理器、通讯模块和温/湿度数字传感器组成的智能单元，每台智能单元对应安装在电线杆塔上靠近绝缘子的位置，且在避雷保护范围内；其中：
9.信号处理模块通过多路模拟开关控制端与cpu处理器连接；信号处理模块中的模数转换器输出端与cpu处理器数字输入接口连接；信号处理模块中的模数转换器输出端与cpu处理器数字输入接口连接；cpu处理输入接口与温/湿度数字传感器连接，用于读取当前环境的温度和湿度；
10.电网取能模块输入端与电网连接，用于获取电网的能量以提供智能单元的电源，同时获取和衰减电网的噪声信号，通过电网取能模块输出端与信号处理模块输入端连接线，输出到信号处理模块中；
11.信号处理模块主要由电磁谐波的差分放大器、声波放大器、滤波器和多路模拟开关组成；
12.cpu处理器将接收到的数字电磁波差异信号和分时多组的数字声波信号，依据放电特征电磁谐波指纹字典和放电特征声纹字典依次对比分析，并将含有与电磁谐波指纹字典和声纹字典相同的谐波点进行标定，由此将数字电磁波差异信号中非放电特征电磁谐波指纹字典谐波剔除，同样数字声波信号中非放电特征声纹字典谐波剔除，对数字电磁波差异信号和数字声波信号中周期性变化数据再进一步删除；cpu处理器再依据当前环境温/湿度情况，给出绝缘子污秽、损坏状态识别定性数字代码。
13.作为本技术方案的进一步改进，所述信号处理模块中：
14.电磁谐波的差分放大器通过差分放大器的两个输入端，一端与天线接收信号放大器输出端连接，用于接收电线杆塔区域产生的电晕、局部和电弧放电的电磁谐波信号，另一输入端与电网取能交流输出端经衰减器连接，用于读取电网中噪声信号；
15.差分放大器将接收到的电磁信号与电网中噪声信号进行差分处理，基于差分放大器原理，将电网中的基波、谐波等信号引起的噪声，并同时被天线接收到的同频率、同相信号滤除，将差异信号经差分放大器输出；
16.差分放大器输出端分别与滤波器和模数转换器的输入端连接，输出的差异信号经滤波由模数转换器输出数字电磁波差异信号；模数转换器输出端与cpu处理器数字输入接口连接，数字电磁波差异信号由cpu处理器接收。
17.作为本技术方案的进一步改进，所述信号处理模块中：
18.声波放大器通过声波放大器的输入端分别与多路模拟开关输出端连接、以及和噪声滤波器连接，多路模拟开关每一路输入端分别对应接入一个指向性声波传感器或心型声波传感器；其中，指向性声波传感器的特点是只接收来自传感器指向方向的声波信号；心型声波传感器只接收心型范围内声波信号，降低大量的环境声波和回授音；
19.多路模拟开关控制端与cpu处理器连接，多路模拟开关在cpu处理器的控制下，分时读取每只声波传感器的声波信号；
20.声波放大器输出端分别与滤波器和模数转换器的输入端连接，放大后信号进一步滤波再经模数转换器输出数字声波信号；模数转换器输出端与cpu处理器数字输入接口连接，数字声波信号再由cpu处理器接收。
21.作为本技术方案的进一步改进，所述多路模拟开关中：
22.每个指向性声波传感器对应指向电线杆塔上的绝缘子和跌落开关，监测绝缘子污秽、损坏时或跌落开关开合时产生电晕、局部和电弧放电的声波信号；
23.心型声波传感器指向接收变压器环境的电晕、局部和电弧放电的声波信号；
24.指向性声波传感器嵌入智能单元上端，每只指向性声波传感器都一一对准一组绝缘子和跌落开关，心型声波传感器同样嵌入在智能单元上，用于监测变压器方向环境噪声；每只传感器声波接收面均暴露在智能单元外面。
25.本发明的目的之二在于，提供了一种绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法，包括如下步骤：
26.s1、构建上述的在线分析系统，系统包括若干由信号处理模块、电网取能模块、cpu处理器、通讯模块和温/湿度数字传感器组成的智能单元，每台智能单元对应安装在电线杆塔上靠近绝缘子的位置，且在避雷保护范围内；
27.s2、初始化上述系统，分别建立智能单元地址编码、电磁及声波特征谐波字典、周边电磁环境分类、放电电磁与声纹特征谐波字典；
28.s3、滤除电磁和声波噪声，确定典型放电电磁、声纹特征谐波代码；
29.s4、集群智能单元协同分析判断绝缘子污秽、损坏；
30.s5、监测中心对智能单元环境、代码分析。
31.作为本技术方案的进一步改进，所述s2的具体作业流程包括：
32.s2.1、依据电线杆编号编制智能单元地址编码、安装的坐标点，及地理环境类型；
33.s2.2、对周边电磁环境分类；
34.s2.3、基于放电物理特征建立电磁、声波特征谐波字典；
35.s2.4、进行放电电磁与声纹特征谐波字典录入。
36.作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，滤除电磁和声波噪声，确定典型放电电磁、声纹特征谐波代码的具体作业流程包括：
37.s3.1、进行放电电磁、声波特征谐波代码标定，非放电电磁、声波特征谐波点剔除；
38.s3.2、对变压器杆塔区域独有放电特征进行分析；
39.s3.3、放电条件湿度判断，智能单元再依据读取的当前环境温/湿度，判断是否湿度大于绝缘子污秽、损坏放电时空气湿度的下限临界点β％rh；
40.s3.4、确定典型放电特征电磁与声纹谐波点代码。
41.作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，集群智能单元协同分析判断绝缘子污秽、损坏的具体作业流程包括：
42.s4.1、变压器杆塔智能单元接收到相邻智能单元的典型放电特征电磁与声纹谐波点代码时，变压器杆塔智能单元与相邻智能单元对比分析，排除共性电磁与声纹谐波，分析是否有差异电磁、声纹谐波点；
43.s4.2、如果差异电磁、声纹谐波点，出现在相邻的智能单元典型放电特征电磁与声纹谐波点代码中时，确定相邻的智能单元区域放电现象，此时变压器杆塔智能单元将发出含有对相邻智能单元绝缘子放电确认信息数据，通过多智能单元通讯接力回传到监测中心。
44.作为本技术方案的进一步改进，所述s4.1中，分析是否有差异电磁、声纹谐波点的
具体作业流程包括：
45.s4.1.1、确定变压器区域或跌落开关拉电弧放电；
46.s4.1.2、依据差异电磁、声纹谐波点，分析典型数字电磁、声波放电数据中是否存在与之匹配的差异电磁、声纹谐波点，如有则在典型数字声波放电数据中以标定代码提取；
47.s4.1.3、智能单元依据提取已标定代码、初始化地址环境类型、采集数字声波信号对应的位置，确定产生电晕、局部和电弧放电的位置及放电部件名称，并对应给出所放电部件的空间坐标位置代码信息；
48.s4.1.4、智能单元依据代码信息，将发出含有变压器杆塔智能单元数据，通过多智能单元通讯接力回传到监测中心，其中包括对应绝缘子损坏坐标位置代码、地址码、时间戳和非正常代码信息。
49.作为本技术方案的进一步改进，所述s5中，监测中心对智能单元环境、代码分析的具体作业流程包括：
50.监测中心基于变压器杆塔智能单元和相邻智能单元发出的数据信息，确定发生绝缘子污秽、损坏杆塔坐标位置和绝缘子定位，同时依据数据识别变压器杆塔区域跌落开关动作和变压器绝缘子放电；
51.而对非正常代码，依据位置坐标对局地地址环境类型分析，并参照当前气象、地质、交通等信息分析进行判断，是否存在气象、地质灾害或交通事故。
52.本发明的目的之三在于，提供了一种在线分析系统运行平台装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述的绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法的步骤。
53.本发明的目的之四在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法的步骤。
54.与现有技术相比，本发明的有益效果：
55.1.该绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法中，通过构建在线分析系统，使得cpu处理器得到具有典型电晕、局部和电弧放电特征电磁与声纹谐波点代码，并依据典型放电特征协议代码表格式和协议要求，将放电特征电磁与声纹谐波点代码在典型放电特征协议代码表内对应编译，然后cpu处理器通过与之相连的通讯模块向相邻智能单元发送包含编译后典型放电特征协议代码表和单元地址，给在线分析提供有力的数据基础；
56.2.该绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法是一种集群智能单元协同，多物理量定向监测分析，采用数学模型、算法对绝缘子特征谐波、声纹匹配在线分析的方法，可以解决处于台区变压器、电力设备电磁环境复杂的绝缘子污秽、受损时监测预警分析问题，适用于相对周边电磁环境复杂，尤其处于台区变压器、电力设备环境。
附图说明
57.图1为本发明中示例性的绝缘子监测系统示意图；
58.图2为本发明中示例性的智能单元装置拓扑图；
59.图3为本发明中示例性的变压器杆塔结构图；
60.图4为本发明中示例性的信号处理模块拓扑图；
61.图5为本发明中示例性的整体方法流程框图；
62.图6为本发明中示例性的局部方法流程框图之一；
63.图7为本发明中示例性的局部方法流程框图之二；
64.图8为本发明中示例性的局部方法流程框图之三；
65.图9为本发明中示例性的局部方法流程框图之四；
66.图10为本发明中示例性的电子计算机平台装置结构示意图。
67.图中：
68.insu 1～n、智能单元；tp 1～n、电线杆塔；damp、差分放大器；samp、声波放大器；pf 1～4滤波器；ms、多路模拟开关。
具体实施方式
69.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
70.实施例1
71.如图1-图4所示，本实施例提供了一种绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析系统。
72.如图1所示，系统由若干智能单元，即图中智能单元1～n组成，每台智能单元对应安装在tp1～tpn的电线杆塔上靠近绝缘子的位置，且在避雷保护范围内；
73.如图2所示，智能单元由信号处理模块、电网取能模块、cpu处理器、通讯模块和温/湿度数字传感器组成；
74.信号处理模块通过多路模拟开关ms控制端s_w与cpu处理器i/o口连接；信号处理模块中的e_a/d模数转换器输出端e_da与cpu处理器数字输入接口ei连接；信号处理模块中的s_a/d模数转换器输出端s_da与cpu处理器数字输入接口si连接；
75.cpu处理输入接口wi与温/湿度数字传感器wo连接，用于读取当前环境的温度和湿度；
76.电网取能模块ac_nrg通过电网取能模块输入端in_a、in_b、in_c与电网c_a、c_b、c_c连接，用于获取电网的能量以提供智能单元的电源vdc，同时获取和衰减电网的噪声信号，并通过电网取能模块输出端ac_o与信号处理模块输入端ac_i连接线，输出到信号处理模块中。
77.如图3-图4所示，信号处理模块主要由电磁谐波的差分放大器damp、声波放大器samp、滤波器pf1～pf4和多路模拟开关ms组成。
78.其中，电磁谐波的差分放大器通过差分放大器damp的输入端e_in+与天线接收信号放大器aamp输出端连接，用于接收电线杆塔区域产生的电晕、局部和电弧放电的电磁谐波信号；e_in-输入端与电网取能交流输出端ac_out经滤波器pf3、衰减器lsmp输出端连接，用于读取电网中噪声信号；
79.差分放大器damp将接收到的电磁信号与电网中噪声信号进行差分处理，基于差分放大器原理，将电网中的基波、谐波等信号引起的噪声，并同时被天线t接收到的同频率、同
相信号滤除，将差异信号经差分放大器输出；此时差异信号中可能包含有电晕放电或局部放电或电弧放电的电磁谐波信号和无法被天线接收到的脉冲型干扰信号；
80.由于差分放大器damp输出端e_out分别与滤波器pf4和e_a/d模数转换器的输入端连接，输出的差异信号经滤波由e_a/d模数转换器输出数字电磁波差异信号e_data；由于信号处理模块中的e_a/d模数转换器输出端e_da与cpu处理器数字输入接口ei连接，数字电磁波差异信号e_data由cpu处理器接收。
81.同时，声波放大器samp通过放大器的输入端s_in分别与多路模拟开关ms输出端sw_out连接、以及和噪声滤波器pf1连接，多路模拟开关ms第一路输入端对应接入s1指向性声波传感器、第二路输入端对应接入s2指向性声波传感器直至第十路输入端对应接入s10指向性声波传感器和第十一路输入端对应接入s11心型声波传感器；
82.其中，s1指向性声波传感器对应指向电线杆塔上的绝缘子insu1、s2指向性声波传感器对应指向电线杆塔上的绝缘子insu2直至s7指向性声波传感器对应指向电线杆塔上的绝缘子insu7、s8指向性声波传感器对应指向跌落开关insu8、s9指向性声波传感器对应指向跌落开关insu9、s10指向性声波传感器对应指向跌落开关insu10，s11心型声波传感器对应接收变压器上的绝缘子insu11，监测绝缘子污秽、损坏时或跌落开关开合时产生电晕、局部和电弧放电的声波信号；s11心型声波传感器指向接收变压器环境的电晕、局部和电弧放电的声波信号。
83.进一步地，多路模拟开关ms控制端s_w与cpu处理器i/o口连接，在多路模拟开关ms在cpu处理器的控制下，分时读取s1～s11每只声波传感器的声波信号。噪声滤波器pf1～pf2将周边如风的呼啸声、雨滴声、树叶碰创声等滤除。其中s1～s10指向性声波传感器嵌入智能单元上端，s1～s10每只指向性声波传感器都一一对准一组绝缘子和跌落开关，s11心型声波传感器同样嵌入在智能单元上，监测变压器方向环境噪声。s1～s11每只传感器声波接收面均暴露在智能单元外面。
84.进一步地，声波放大器输出端s_out分别与滤波器pf2和s_a/d模数转换器的输入端连接，放大后的声波信号进一步滤波再经s_a/d模数转换器输出数字声波信号s_data；由于s_a/d模数转换器输出端s_da与cpu处理器数字输入接口si连接，数字声波信号s_data再由cpu处理器接收。
85.其中，s1～s10指向性声波传感器的特点是只接收来自传感器指向方向的声波信号；s11心型声波传感器只接收心型范围内声波信号，可降低大量的环境声波和回授音。
86.进一步地，cpu处理输入接口wi与温/湿度数字传感器输出wo连接，读取当前环境的温度和湿度，并依据环境温/湿度作为判定绝缘子污秽、损坏的关键要素；
87.cpu处理器将接收到的数字电磁波差异信号e_data和分时多组的数字声波信号s_data，依据放电特征电磁谐波指纹字典和放电特征声纹字典依次对比分析，并将含有与电磁谐波指纹字典和声纹字典相同的谐波点进行标定，由此将数字电磁波差异信号e_data中非放电特征电磁谐波指纹字典谐波剔除，同样数字声波信号s_data中非放电特征声纹字典谐波剔除，对数字电磁波差异信号e_data和数字声波信号s_data中周期性变化数据再进一步删除，如汽车点火器噪声等。cpu处理器再依据当前环境温/湿度情况，给出绝缘子污秽、损坏状态识别定性数字代码。
88.经上述计算分析，此时cpu处理器得到具有典型电晕、局部和电弧放电特征电磁与
声纹谐波点代码，并依据典型放电特征协议代码表格式和协议要求，将放电特征电磁与声纹谐波点代码在典型放电特征协议代码表内对应编译。cpu处理器通过与之相连的通讯模块向相邻智能单元发送包含编译后典型放电特征协议代码表和单元地址。
89.实施例2
90.如图5-图9所示，本实施例提供了一种绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法，包括如下步骤。
91.s1、构建上述的在线分析系统，系统包括若干由信号处理模块、电网取能模块、cpu处理器、通讯模块和温/湿度数字传感器组成的智能单元，每台智能单元对应安装在电线杆塔上靠近绝缘子的位置，且在避雷保护范围内。
92.s2、初始化上述系统，分别建立智能单元地址编码、电磁及声波特征谐波字典、周边电磁环境分类、放电电磁与声纹特征谐波字典；本步骤的具体作业流程包括：
93.s2.1、依据电线杆编号编制智能单元地址编码、安装的坐标点，及地理环境类型，如滑坡体、水体、公路、高雷区、泄洪区和寒冷气候结冰等；
94.s2.2、对周边电磁环境分类；如下表所示：
95.电磁环境分类环境电磁干扰源ⅰ除通讯外无电磁环境远离市区企业ⅱ距公路m米内汽车点火器ⅲ距人居环境m米内大电流电源开关开合等ⅳ距轻工业m米内电焊、放电设备(实验室)
ⅴ
距重工业m米内舰船电焊加工、电弧炉低压短电弧等ⅵ强电磁环境电厂、变电站、配电所高压长电弧ⅶ杆塔安装有变压器、配电柜变压器污秽放电、断路器开关跌落
96.注：m(米)是指智能单元能够接收到电磁噪声环境相对最远的距离；
97.s2.3、基于放电物理特征建立电磁、声波特征谐波字典；
98.在实验室通过模拟对绝缘子损坏、跌落开关开合过程所产生电晕、局部和电弧放电的电磁和声波进行拾取，通过谐波的暂态特征和稳态特征分析，利用小波变换与傅立叶变换、仿真等方法，提取绝缘子放电时刻的电磁、声波特征谐波，建立放电特征电磁谐波指纹字典和放电特征声纹字典；
99.其中，小波变换是时间(空间)频率多尺度细化分析，高频处时间细分，低频处频率细分，自适应满足时频信号分析的要求，由于它聚焦到信号的任意细节，对典型电晕、局部和电弧放电电磁、声纹特征谐波做到精细化的分析，由此可以得到如同指纹识别一样特征谐波点；
100.同时，还需建立典型放电特征协议代码表，主要将采集的数字信号与电磁、声波特征谐波字典匹配比较结果，依据协议格式标定，其中包括：所有绝缘子、跌落开关状态和位置，其他具有放电电磁、声纹特征的谐波，周边电磁环境分类，智能单元地址编号、所安装杆号、和坐标等；
101.s2.4、进行放电电磁与声纹特征谐波字典录入；
102.将放电电磁与声纹特征谐波字典录入到智能单元中，在智能单元运行中通过放电电磁与声纹特征谐波字典，可剔除数字电磁波差异信号和数字声波信号中非放电电磁与声
纹特征谐波信号，给出典型放电特征协议代码表；
103.由于本智能单元的电磁、声纹特征谐波字典中，安装有变压器相关设施产生的电磁谐波和声纹谐波，有别于相邻的智能单元，主要体现在变压器绝缘子、跌落开关拉电弧放电特征。
104.其中，如本智能单元与相邻智能单元所处环境相同，相邻智能单元也依据放电电磁和声纹特征谐波字典，对相邻智能单元的数字电磁波差异信号和数字声波信号在典型放电特征协议代码表中进行标定，将数字电磁波差异信号中非放电特征电磁谐波指纹字典谐波剔除，同样数字声波信号中非放电特征声纹字典谐波剔除，如鸟鸣、风声、雨声等声波；对数字电磁波差异信号和数字声波信号中周期性变化数据再进一步删除，如汽车点火器噪声等；而每台智能单元所处的周边电磁环境存在差异，智能单元运行中与相邻的智能单元相互学习、融合、迭代产生适应局地新的特征谐波字典，提高局地对电晕、局部和电弧放电的识别能力；
105.通过放电电磁、声纹特征谐波字典的对标，可滤除大量的干扰信息，包括电网、变压器电磁环境非放电谐波和声波，并提供相对精准识别信息，给相邻智能单元之间相互学习、分析、判断处理简单，由于传输信息量少可提高传输的可靠性和速度。
106.s3、滤除电磁和声波噪声，确定典型放电电磁、声纹特征谐波代码；
107.由于绝缘子污秽、缺损尤其在雨天或潮湿环境下，极易引起电晕放电或局部放电或电弧放电并释放出电磁谐波信号，智能单元置于电网传输电磁场环境，智能单元接收电晕放电或局部放电或电弧放电电磁谐波信号的同时，也接收到电网传输电磁谐波信号，为了分析筛选出电晕放电或局部放电或电弧放电电磁谐波信号，在智能单元中通过信号处理模块将电网的基波、谐波等信号引起的噪声，并同时被天线接收到的同频、同相的信号滤除，并转换成数字电磁波差异信号输出；
108.同样智能单元中的cpu处理器通过控制i/o口，分时控制多路模拟开关，同步接收来自信号处理模块中每只声波传感器声波信号，由此读取电线杆塔上每只绝缘子、跌落开关、变压器区域所产生电晕、局部和电弧放电的声波信号；则本步骤的具体作业流程包括：
109.s3.1、进行放电电磁、声波特征谐波代码标定，非放电电磁、声波特征谐波点剔除；
110.智能单元中cpu处理器将读取数字电磁波差异信号和每组数字声波信号数据，与电磁、声纹特征谐波字典进行对比识别，分别将数字电磁波差异信号中非放电电磁特征谐波点剔除，通过周期函数分析对数字电磁波差异信号中周期性变化数据删除，如汽车点火器电磁噪声等，由此得到典型数字电磁放电数据；再将此数据中与电磁、声纹特征谐波字典匹配的谐波，在典型放电特征协议代码表进行标定；
111.将数字声波信号中非放电声波特征谐波点剔除，包括周边如雷暴声、风的呼啸声、雨滴声、树叶碰创声和鸟鸣叫等噪声信号，得到典型数字声波放电数据；再将此数据中与电磁、声纹特征谐波字典匹配的谐波，在典型放电特征协议代码表进行标定；
112.s3.2、对变压器杆塔区域独有放电特征进行分析；
113.由于变压器杆塔有别于相邻的杆塔，相对电磁环境复杂，为此智能单元通过典型数字声波数据，将分别提取监测跌落开关的指向声波传感器的放电声波特征信号，再次与电磁、声纹特征谐波字典匹配对照，如有匹配的特征谐波，此时确定为跌落开关拉电弧所致，智能单元依据初始化给出典型放电特征协议代码表，并依据协议格式分别编译跌落开
关拉电弧放电状态和位置信息；
114.当典型数字声波放电数据中含有心形声波传感器的放电特征声波信号时，且与电磁、声纹特征谐波字典匹配，确定为变压器环境拉电弧所致，同样智能单元在典型放电特征协议代码表中依据协议格式，编译变压器环境拉电弧放电信息，其中包括绝缘子放电；
115.s3.3、放电条件湿度判断，智能单元再依据读取的当前环境温/湿度，判断是否湿度＞β％rh，如湿度＞β％rh时，具备绝缘子污秽、损坏电晕放电或局部放电或电弧放电条件，同样在典型放电特征协议代码表中依据协议格式，编译空气湿度大于β％rh信息；其中，β％rh为绝缘子污秽、损坏放电时空气湿度的下限临界点，空气湿度大于β％rh值时就具有放电的条件；
116.s3.4、确定典型放电特征电磁与声纹谐波点代码；智能单元依据变压器杆塔的典型放电特征协议代码表，结合单元地址信息；并通过通讯模块向相邻智能单元发送。
117.s4、集群智能单元协同分析判断绝缘子污秽、损坏；本步骤的具体作业流程包括：
118.s4.1、变压器杆塔智能单元接收到相邻智能单元的典型放电特征电磁与声纹谐波点代码时，变压器杆塔智能单元与相邻智能单元对比分析，排除共性电磁与声纹谐波，分析是否有差异电磁、声纹谐波点；即：
119.当变压器杆塔智能单元接收到相邻智能单元的典型放电特征协议代码表时，变压器杆塔智能单元将当前的典型放电特征协议代码表，与相邻智能单元典型放电特征协议代码表比对，删除共性电磁与声纹谐波点，得到实际放电特征协议代码表，由此智能单元对实际放电特征协议代码表进行分析，其具体步骤为：
120.s4.1.1、确定变压器区域或跌落开关拉电弧放电；依据实际放电特征协议代码表，将进一步识别确定变压器区域、跌落开关有拉电弧放电编译状态；
121.s4.1.2、依据差异电磁、声纹谐波点，分析典型数字电磁、声波放电数据中是否存在与之匹配的差异电磁、声纹谐波点，如有则在典型数字声波放电数据中以标定代码提取；
122.依据实际放电特征协议代码表，再次与典型数字电磁放电数据和典型数字声波放电数据对比分析，判断是否存在与之匹配的电磁、声纹谐波点；当智能单元在典型数字声波放电数据中，识别出除跌落开关拉电弧和变压器环境放电声波外的声波传感器放电特征声波时，依据声波传感器的位置确定对应产生电晕、局部和电弧放电的位置及放电部件名称，对应给出所放电部件的空间坐标位置代码信息，并在实际放电特征协议代码表中，依据协议格式进行编译；
123.s4.1.3、智能单元依据提取已标定代码、初始化地址环境类型、采集数字声波信号对应的位置，确定产生电晕、局部和电弧放电的位置及放电部件名称，并对应给出所放电部件的空间坐标位置代码信息；
124.智能单元依据实际放电特征协议代码表，提取已编译代码数量和所发生时间进行分析，如在同一时间尺度内发生数量大于发生放电上限数量q时，依据初始化地址环境类型分析，在实际放电特征协议代码表标定非正常代码；反之当分析数量小于等于发生放电上限数量q时，智能单元依据实际放电特征协议代码表执行；
125.其中，发生放电上限数量q为在相同环境同时发生绝缘子污秽、损坏所产生电晕、局部和电弧放电的概率统计分析数值；差异信号包括谐波幅值叠加、相减和各种放电电磁特征谐波；
126.s4.1.4、智能单元依据本地的实际放电特征协议代码信息，将发出含有变压器杆塔智能单元数据，通过多智能单元通讯接力回传到监测中心，其中包括对应绝缘子损坏坐标位置代码、地址码、时间戳和非正常代码信息；
127.s4.2、如果差异电磁、声纹谐波点，出现在相邻的智能单元典型放电特征电磁与声纹谐波点代码中时，确定相邻的智能单元区域放电现象，此时变压器杆塔智能单元将发出含有对相邻智能单元绝缘子放电确认信息数据，通过多智能单元通讯接力回传到监测中心；
128.相邻智能单元收到变压器杆塔的典型放电特征协议代码表时，同样对照本地的典型放电特征协议代码表进行比对识别，排除共性电磁与声纹谐波点，得到实际放电特征协议代码表，同样智能单元对通过实际放电特征协议代码表与典型数字电磁放电数据和典型数字声波放电数据进行对比分析，判断是否存在实际放电特征协议代码表与之匹配的电磁、声纹谐波点，并依据相邻智能单元的特征属性进行分析和接力回传到监测中心；
129.其中，相邻智能单元是以线路供电方向为走向，指每一根杆塔前后相邻的杆塔安装的智能单元，由于变压器杆塔智能单元所处电磁噪声环境与相邻智能单元不同。为实现准确可靠的分析结果，相邻智能单元可扩展到多个，如电磁环境复杂的厂区需由多个智能单元集群智能相互判定裁决。
130.s5、监测中心对智能单元环境、代码分析；本步骤中：
131.监测中心基于变压器杆塔智能单元和相邻智能单元发出的数据信息，确定发生绝缘子污秽、损坏杆塔坐标位置和绝缘子定位，同时依据数据识别变压器杆塔区域跌落开关动作和变压器绝缘子放电；
132.而对非正常代码，依据位置坐标对局地地址环境类型分析，并参照当前气象、地质、交通等信息分析进行判断，是否存在气象、地质灾害或交通事故。
133.由上述可以看出，本发明提出了一种绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析系统及方法，解决了处于台区变压器、电力设备电磁环境复杂的绝缘子污秽、受损时监测预警分析问题，是一种集群智能单元协同，多物理量定向监测分析，采用数学模型、算法对绝缘子特征谐波、声纹匹配在线分析的方法，适用于相对周边电磁环境复杂，尤其处于台区变压器、电力设备环境。
134.此外，值得说明的是，本发明的基本原理为：电线杆塔绝缘子污秽、受损时常伴随电晕、局部和电弧放电发生，同时释放出特定辐射电磁谐波信号，由此利用辐射电磁谐波来分析发现电线杆的绝缘子污秽、受损情况。由于接收到辐射电磁信号的强弱与电晕、局部和电弧放电电流有关，尤其负责电磁接收的智能单元置于电磁环境复杂，主要来自周边电气辐射电磁环境和电缆线上产生的电磁噪声等，常伴有周期性、脉冲型和白噪声干扰，其中，根据其时域波形特点可分为周期性、脉冲型和白噪声干扰：
135.1)周期性干扰包括：
136.①
无线电；
137.②
电力系统的控制和载波信号。
138.这类干扰信号通常有固定的频率和带宽。
139.2)脉冲型干扰信号包括：
140.①
高压端或供电线路的电晕放电；
141.②
电力电子设备、电网中的开关闭合或开断引起的干扰；
142.③
电焊、电弧炉设备放电引起的脉冲干扰，它是一种低压大电流短弧持续时间长。绝缘子电晕放电、局部放电和电弧是相对电压高，电流小电弧特性为长弧，持续时间相对短。
143.④
设备随机噪声、线路接地不良造成的干扰；
144.此类信号在时域上具有脉冲特点，持续时间短，上升沿快，频带宽和高频分量强，与电晕、局部放电、电弧信号频带接近。
145.3)白噪声，在理论上功率谱为恒定常数，分布在整个频段中；在实际应用中，若信号的频谱在较宽频段上幅值系那个对稳定的，可认为是白噪声。所以检测出绝缘子污秽、损坏困难很大。
146.然而绝缘子污秽、损坏所产生电晕、局部和电弧放电如同指纹一样都存在着电磁特征谐波。由此通过绝缘子污秽、损坏所产生电晕、局部和电弧放电电磁特征谐波，采用暂态和稳态谐波分析，利用小波变换与傅立叶变换算法、仿真等技术建立如指纹一样的电磁特征谐波字典。
147.但与绝缘子处于同一电磁环境的台区变压器、电力设备，不但有来自电网、变压器发出的电磁谐波，而且变压器上的绝缘子，同样具有放电的晕放电、局部放电和电弧放电的特征，尤其在该环境下的跌落开关、柱上断路器、电气设备开关动作时同样发生电弧谐波。
148.由此单纯通过接收的电磁波，利用绝缘子电晕、局部和电弧放电时的暂态和稳态谐波分析，小波变换与傅立叶变换算法等，区分识别绝缘子放电、跌落开关拉电弧等是行不通的。
149.而在电晕、局部和电弧放电过程中同时还伴有声波的物理现象，同样如指纹一样都存在着特征声音谐波，由此同样采用暂态和稳态谐波分析，利用小波变换与傅立叶变换算法、仿真等技术建立如指纹一样的特征声纹字典。
150.在智能单元中引用声波传感器，拾取局部声波信号同时建立电晕、局部和电弧放电过程中的特征声纹数据库。采用绝缘子电晕、局部、电弧放电特征电磁谐波指纹字典和放电特征声纹字典综合分析，结合智能单元将接收到的电磁噪声、声波信号通过噪声滤除、屏蔽周期性干扰，并依据放电特征电磁谐波指纹字典和放电特征声纹字典对滤除、屏蔽后所产生的电磁噪声进行标注，创建典型放电特征数据表单。
151.然而部分杆塔上的安装有多个相距较远的绝缘子，采用通用的声波传感器是无法精准定位接收每只绝缘子的声波，处于高压杆塔上的绝缘子，人工识别则成本太高。由此在本发明中，基于环境条件，有针对性地采用多路指向性声波传感器，一对一对每只绝缘子和例如跌落开关等进行定位监测，采用心形声波传感器一对多地对变压器区域放电进行监测。
152.在硬件上将采集的信号通过差分放大器、滤波器等，结合软件数学模型算法、放电特征谐波字典等排除电磁辐射干扰。采用集群智能技术，相邻智能单元相互评估分析等技术，进一步地排除电缆传输和相同环境谐波干扰，过滤出共性特征干扰谐波。智能单元依据标定的典型放电特征点和单元地址，采用载波或zigbee、halow等通讯技术与相邻电线杆塔上的智能单元通信，相邻智能单元基于特征点字典协同分析、相互学习、排除共性特征点甄别差异特征点，实现绝缘子污秽、损坏诊断分析预警，最终结果通过通讯接力方式，在监测
中心终端定位、告警显示。其中共性特征点是指在相邻的智能单元同样检测到特征点，如在电缆中携带的脉冲型的谐波、汽车点火、雷电等电磁和声波谐波。
153.如图10所示，本实施例还提供了一种在线分析系统运行平台装置，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。
154.处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与存储器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法的步骤。
155.可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
156.此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法的步骤。
157.可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面绝缘子集群智能单元变压器杆塔在线分析方法的步骤。
158.本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分步骤的过程可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
159.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。