一种污秽绝缘子的运行状态检测方法及相关设备

本发明涉及电力系统外绝缘状态检测，特别涉及一种污秽绝缘子的运行状态检测方法及相关设备。

背景技术：

1、随着社会的进步，人们对电力需求不断增加，对电能质量的要求也不断提高，因此电能的质量与电力系统的稳定运行愈发重要。绝缘子作为电力系统中使用量最大的器件，同时也是输电线路中最为重要的绝缘装置之一，其质量与性能对电力系统的安全运行与电能质量有着重要的影响，同时绝缘子表面会因环境因素而产生湿润的污层，导致其绝缘性能大幅下降，从而导致污秽闪络甚至造成大面积停电，严重影响电力系统的安全稳定运行。

2、声发射是指材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象，声发射技术最初主要应用于无损检测，随着科技的发展，此项技术已在各领域中得到了广泛的应用，电力系统中应用声发射技术主要是对局部放电进行检测。污秽绝缘子放电所产生的声波频谱很宽，声信号在几十hz至几mhz的频谱范围内均有分布，因此，现有声信号采集方法主要有超声波检测与音频检测两种。

3、超声波频率较高，在空气中衰减较大，因此超声波信号的采集对传感器的要求相对较高，超声波信号采集系统一般包括前置放大、补偿放大、滤波、采样保持等模块，将采集的超声波信号通过前置放大、补偿放大、滤波、采样保持等模块进行处理，从而确保能够获取污秽放电的有效超声信号；音频信号的采集原理与超声波信号类似，然而其主要需要克服的问题为自然环境中的噪声干扰。而输电线路外绝缘主要干扰噪声有风噪声、生物噪声以及人类活动所引起的多种噪声，因此如何在复杂大气环境中，从所采集的声信号中提取出污秽绝缘放电的有效声信号，是污秽绝缘子状态检测的关键。

技术实现思路

1、本发明提供了一种污秽绝缘子的运行状态检测方法及相关设备，其目的是为了在降低声信号噪声的同时提高声信号的有效性，从而提高污秽绝缘子的运行状态检测的准确性。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种污秽绝缘子的运行状态检测方法，包括：

3、步骤1，采集污秽绝缘子在运行状态下的声信号时间序列；

4、步骤2，基于声信号时间序列，构建轨迹矩阵；

5、步骤3，对轨迹矩阵进行奇异值分解，得到与声信号时间序列对应的奇异值和特征向量；

6、步骤4，将奇异值和特征向量进行分组重构，得到已去除噪声序列且与声信号时间序列相关的主成分序列；

7、步骤5，对声信号时间序列与主成分序列进行特征提取，得到在运行状态下污秽绝缘子处于不同阶段时的时域特征和频域特征；

8、步骤6，获取待检测的目标污秽绝缘子在运行状态下发出的声发射信号数据；

9、步骤7，将在运行状态下污秽绝缘子处于不同阶段时的时域特征、频域特征与声发射信号数据所处的放电阶段进行匹配，得到目标污秽绝缘子的运行状态检测结果。

10、进一步来说，步骤1包括：

11、对污秽绝缘子施加电压控制污秽绝缘子处于运行状态，并采集污秽绝缘子在运行状态下产生的声信号时间序列，声信号时间序列为连续的声发射信号。

12、进一步来说，轨迹矩阵的表达式为：

13、

14、其中，y表示轨迹矩阵，k表示声信号时间序列的长度，n表示嵌入维度，yij表示轨迹矩阵y中的各个元素，xn表示一维声信号时间序列xk中的第n个元素，xl表示一维声信号时间序列xk中的第l个元素，xk表示一维声信号时间序列xk中的第k个元素，xk＝(x1,x2,…,xk)。

15、进一步来说，步骤3包括：

16、将轨迹矩阵y进行转换，得到转置矩阵yt，并将转置矩阵yt与轨迹矩阵y相乘得到矩阵yty；

17、求解与矩阵yty中各元素对应的特征值，并按照特征值的大小进行降序排列，得到特征值的排序结果；

18、基于特征值的排序结果，求解与各特征值对应的特征向量；

19、将轨迹矩阵中各特征值进行分解，得到与轨迹矩阵中各元素对应的奇异值。进一步来说，将轨迹矩阵中各特征值进行分解的表达式为：

20、y＝y1+y2+…+yi+yd

21、

22、其中，d＝max(i，ri>0)＝ranky、其中，表示与轨迹矩阵y中第i个元素对应的奇异值，d表示轨迹矩阵的秩，ui表示轨迹矩阵的左特征向量，vi表示轨迹矩阵的右特征向量。

23、进一步来说，步骤4包括：

24、利用主成分序列的表达式对轨迹矩阵中各元素对应的奇异值和轨迹矩阵的特征向量进行分组重构，得到多个主成分子序列；

25、按照奇异值的大小对所有主成分子序列进行排序，并计算与每个主成分子序列对应的特征值对主成分序列的贡献率；

26、提取与累积贡献率达到预设值的前n个特征值对应的主成分子序列，将其他累积贡献率小于预设值的特征值对应的主成分子序列作为噪声序列并去除；

27、将提取的与累积贡献率达到预设值的前n个特征值对应的主成分子序列作为声信号时间序列的主成分序列。

28、进一步来说，主成分序列的表达式为：

29、

30、其中，rc表示主成分序列，rc＝(rc1，rc2，…，rck)，rck表示第k个主成分子序列，l表示轨迹矩阵y的行数，n表示轨迹矩阵y的列数，l*＝min(l，n)，n*＝max(l，n)，k＝l+n-1且当l＜n时，否则，表为中间变量，无具体含义。

31、本发明还提供了一种污秽绝缘子的运行状态检测装置，包括：

32、采集模块，用于采集污秽绝缘子在运行状态下的声信号时间序列；

33、构建模块，用于基于声信号时间序列，构建轨迹矩阵；

34、分解模块，用于对轨迹矩阵进行奇异值分解，得到与声信号时间序列对应的奇异值和特征向量；

35、分组重构模块，用于将奇异值和特征向量进行分组重构，得到已去除噪声序列且与声信号时间序列相关的主成分序列；

36、特征提取模块，用于对声信号时间序列与主成分序列进行特征提取，得到在运行状态下污秽绝缘子处于不同阶段时的时域特征和频域特征；

37、获取模块，用于获取待检测的目标污秽绝缘子在运行状态下发出的声发射信号数据；

38、匹配模块，用于将在运行状态下污秽绝缘子处于不同阶段时的时域特征、频域特征与声发射信号数据所处的放电阶段进行匹配，得到目标污秽绝缘子的运行状态检测结果。

39、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当该计算机程序被处理器执行时，实现污秽绝缘子的运行状态检测方法。

40、本发明还提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现污秽绝缘子的运行状态检测方法。

41、本发明的上述方案有如下的有益效果：

42、本发明通过采集污秽绝缘子在运行状态下的声信号时间序列，考虑污秽绝缘子在运行状态下的声信号时间序列的信号特征，将声信号时间序列的奇异值会让特征向量进行分组重构，得到已去除噪声序列且与声信号时间序列相关的主成分序列，利用声信号时间序列与主成分序列相似的趋势性与周期性反映污秽绝缘子在运行状态下的客观性与准确性，提高了污秽绝缘子声信号的有效信息成分提取的准确性；与现有技术相比，本发明在降低了声信号噪声的同时提高声信号的有效性，从而提高了污秽绝缘子的运行状态检测的准确性。

43、本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。