一种开关柜异常放电能级评估方法、装置及可读存储介质与流程

本发明涉及电气设备放电检测，尤其是指一种开关柜异常放电能级评估方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、随着电力系统规模的不断扩大，开关柜等关键电气设备在电网中的应用日益广泛，其运行状态直接关系到电力系统的安全性与稳定性。由于制造、运输及运行过程中不可避免地存在绝缘老化、杂质污染以及结构缺陷等问题，设备内部局部区域在强电场作用下容易发生异常放电现象。异常放电在初期不会导致绝缘完全击穿，但是会持续劣化绝缘性能，严重时可能发展为电弧放电甚至引发设备故障和安全事故，因此对异常放电进行有效检测与能级评估具有重要意义。

2、现有的开关柜异常放电检测系统可以分为非光测法和光测法，非光测发包括脉冲电流法、特高频法、暂态地电压法和超声波检测法，但是脉冲电流法、特高频法、暂态地电压法在复杂电磁环境下的应用受限，而超声波检测法由于设备内部结构复杂，超声波信号在设备内部衰减严重，灵敏性较低，导致检测精度不足；光测法通过检测放电光辐射进行局部放电检测，具有抗电磁性能优异、置信度高以及能够表现放电本征特性的优点，但是由于光电传感器器件的局限性，用于局部放电检测的弱光探测器件存在系统架构复杂、采购与使用成本高昂、使用寿命偏短等问题，无法满足开关设备现场局部放电早期预警、长期在线监测的实际需求，因此光测法仅停留在实验室研究阶段，无法应用于实际运行的开关设备。

3、综上所述，现有的开关柜异常放电能级评估方法存在易受电磁干扰、检测精度不足、受探测器件约束导致难以应用于实际开关设备的异常放电检测的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的开关柜异常放电能级评估方法存在易受电磁干扰、检测精度不足、受探测器件约束导致难以应用于实际开关设备的异常放电检测的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种开关柜异常放电能级评估方法，包括：

3、基于被测开关柜异常放电过程中产生的瞬态光辐射信号，得到被测开关柜异常放电时的放电光谱；

4、利用cie标准颜色匹配函数，将放电光谱的光谱功率分布按照波长逐点与三组颜色匹配函数进行加权相乘和积分运算，得到放电光谱在cie xyz色彩空间的拟合结果；

5、将拟合结果投射至cie色度平面，得到放电光谱在cie-xyy色度系统中的放电色品坐标；

6、基于放电色品坐标拟合得到被测开关柜异常放电的放电发展状态；将放电发展状态输入训练好的决策树模型进行回归预测，输出被测开关柜异常放电的预测能级。

7、优选地，被测开关柜异常放电过程中产生的瞬态光辐射信号的获取过程包括：

8、将带有透镜或光纤耦合组件的光电倍增管安装在被测开关柜的观察窗外侧，使得光电倍增管的光学接收端正对被测开关柜内部放电区域，并对观察窗的缝隙进行遮光密封处理；或，将带有透镜或光纤耦合组件的光电倍增管安装在被测开关柜内部的侧壁；

9、利用光电倍增管实时采集被测开关柜异常放电过程中产生的瞬态光辐射信号。

10、优选地，放电光谱在cie xyz色彩空间的拟合结果表示为：

11、，

12、，

13、，

14、其中，、、表示放电光谱在cie xyz色彩空间的三个分量；表示光谱连续函数；表示波长；、、表示三组颜色匹配函数。

15、优选地，将拟合结果投射至cie色度平面后在cie色度平面的坐标表示为：

16、，

17、，

18、，

19、其中，、、表示将拟合结果投射至cie色度平面后在cie色度平面的坐标；；

20、放电光谱在cie-xyy色度系统中的放电色品坐标为。

21、优选地，基于放电色品坐标拟合得到被测开关柜异常放电的放电发展状态，包括：

22、将放电色品坐标标注至cie标准色品图中，cie标准色品图的区域曲线为光谱轨迹；

23、以cie标准色品图中的等能量白点为基准点，连接基准点与放电起始端对应的放电色品坐标得到第一连接线，连接基准点与放电击穿端对应的放电色品坐标得到第二连接线；

24、以放电起始端对应的放电色品坐标为起点对第一连接线进行延长得到与光谱轨迹的第一交点，以放电击穿端对应的放电色品坐标为起点对第二连接线进行延长得到与光谱轨迹的第二交点，基于第一交点和第二交点处的波长得到放电起始主波长和放电击穿主波长；

25、以第一交点和第二交点对应的光谱轨迹点界定放电演化的光学边界，根据异常放电过程中放电色品坐标在基准点与第二交点之间的移动方向和偏离距离，得到异常放电的放电类型以及放电强度变化；

26、基于放电色品坐标、放电类型以及放电强度变化得到被测开关柜异常放电的放电发展状态。

27、优选地，根据异常放电过程中放电色品坐标在基准点与第二交点之间的移动方向和偏离距离，得到异常放电的放电类型以及放电强度变化，包括：

28、若异常放电过程中放电色品坐标由基准点向第二交点方向移动，则异常放电的放电类型为沿面放电或电晕放电，且放电色品坐标与第二交点之间的距离与放电强度呈正比；

29、若异常放电过程中放电色品坐标由第二交点向基准点方向移动，则异常放电的放电类型为悬浮放电，且放电色品坐标与基准点之间的距离与放电强度呈正比。

30、优选地，决策树模型的训练过程包括：

31、步骤1：构建开关柜异常放电发展状态数据集；

32、步骤2：以对当前子区域内的放电发展状态数据样本划分后得到的两个新的子区域内，放电发展状态数据样本的放电能级标签的均方误差之和最小为目标，求解得到当前子区域的放电能级最优切分特征及其最优切分点；

33、步骤3：基于当前子区域的放电能级最优切分特征及其最优切分点将当前子区域内所有放电发展状态数据样本划分为两个新的子区域，并返回执行步骤2直至每个子区域内的放电能级标签的均方误差小于预设阈值，得到多个目标子区域；

34、步骤4：计算每个目标子区域内所有放电发展状态数据样本对应的放电能级标签的平均值，得到每个目标子区域的放电能级值，从而得到训练好的决策树模型。

35、优选地，目标子区域的放电能级值表示为：

36、，

37、其中，表示第m个目标子区域的放电能级值；表示第m个目标子区域中的放电发展状态数据样本数量；表示中的第i个放电发展状态数据样本；表示的放电能级标签；

38、训练好的决策树模型表示为：

39、，

40、其中，表示目标子区域的数量；表示指示函数，当输入的放电发展状态时，，反之，。

41、本发明还提供了一种开关柜异常放电能级评估装置，包括：

42、放电光谱获取模块，用于基于被测开关柜异常放电过程中产生的瞬态光辐射信号，得到被测开关柜异常放电时的放电光谱；

43、颜色空间拟合模块，用于利用cie标准颜色匹配函数，将放电光谱的光谱功率分布按照波长逐点与三组颜色匹配函数进行加权相乘和积分运算，得到放电光谱在cie xyz色彩空间的拟合结果；

44、色品坐标获取模块，用于将拟合结果投射至cie色度平面，得到放电光谱在cie-xyy色度系统中的放电色品坐标；

45、放电能级预测模块，用于基于放电色品坐标拟合得到被测开关柜异常放电的放电发展状态；将放电发展状态输入训练好的决策树模型进行回归预测，输出被测开关柜异常放电的预测能级。

46、本发明还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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的开关柜异常放电能级评估方法的步骤。

47、本技术提供的开关柜异常放电能级评估方法具有以下有益效果：

48、采用非接触式光学探测方式基于开关柜异常放电产生的瞬态光辐射获取异常放电时的放电光谱，无需与设备电气回路耦合，规避了复杂电磁环境对传统电信号检测方法的干扰，同时避免了接触式检测带来的设备安全风险；之后通过cie标准颜色匹配函数将放电光谱转换为cie xyz色彩空间拟合结果，并投射至xyy色度系统得到放电色品坐标，可同时表征放电的色调、饱和度与光强特征，实现了对不同类型、不同发展阶段放电状态的精准量化区分，解决了传统超声波法因信号衰减、特征单一导致的检测精度不足问题；利用训练好的决策树模型对放电发展状态进行回归预测，输出异常放电能级，利用色品坐标与放电量之间的映射关系克服了光测法受探测器件性能约束、难以在实际设备中应用的缺陷，实现了从特征分析到状态评估的自动化处理，大幅提升了开关柜异常放电检测在实际应用中的实用性。