基于磁场传感的绝缘子泄漏电流非接触测量方法及装置与流程

本发明涉及电气检测与电工测量，具体为一种基于磁场传感的绝缘子泄漏电流非接触测量方法及装置。

背景技术：

1、绝缘子串作为输电线路中的重要绝缘部件，其表面污秽受潮后形成的泄漏电流是评估绝缘子外绝缘状态、预警污闪事故的关键特征量。传统泄漏电流检测方法不仅安装维护困难，而且存在显著的安全风险与测量回路干扰问题。近年来，基于磁场传感的非接触式测量思路逐渐受到关注，然而，实际变电站及杆塔现场的空间电磁环境极为复杂，各类电磁干扰源产生的杂散磁场幅值往往远超泄漏电流自身的微弱磁场信号，因此，如何从强背景干扰中有效提取泄漏电流的特征磁场，已成为制约该技术工程化应用的核心难题。

2、针对上述问题，公开号cn121091148a给出了一种基于磁场传感的绝缘子泄漏电流非接触测量方法及系统，包括利用磁场传感器阵列采集得到原始磁场数据，同时通过辅助传感器同步获取环境参数数据；随后，基于环境参数数据对原始磁场数据进行干扰剥离处理，生成校正磁场数据，旨在消除环境因素引起的测量漂移；在此基础上，对校正磁场数据进行时频分析与噪声抑制处理，提取泄漏电流特征数据，并利用该特征数据进行反演计算，得到泄漏电流值；最终，结合历史泄漏电流数据执行状态评估处理，生成绝缘子状态评估结果，并根据评估状态自动执行优化处理，调整磁场传感器阵列的增益参数和干扰剥离处理中的相关参数，以实现测量系统的自适应调节。

3、然而，上述方案仍存在以下不足：干扰剥离处理主要依赖环境参数，但对于空间上分布不均匀的远场电磁干扰，其在不同采集点位产生的干扰幅值和相位均存在差异，无法有效区分干扰磁场与泄漏电流本身产生的磁场，导致校正后的数据中仍大量残留与泄漏电流特征相似的干扰成分；未能充分利用泄漏电流磁场在空间分布上的梯度特性及其矢量方向随时间演化的旋转规律，因此当干扰磁场与泄漏电流磁场在时频域上重叠时，时频分析与噪声抑制处理难以将二者有效分离，反演结果易受干扰波动影响。

4、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于磁场传感的绝缘子泄漏电流非接触测量方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于磁场传感的绝缘子泄漏电流非接触测量方法，具体步骤包括：

4、步骤1：在绝缘子串低压端侧，沿垂直于绝缘子串轴向方向布置若干磁场传感采集点位，同时在远离绝缘子串的无近场磁场区域布设背景采集点位，同步采集各点位空间三轴磁场时域数据；

5、步骤2：以背景采集点位数据为基准，对各磁场传感采集点位的原始磁场数据进行差分处理，得到磁场差分数据，依据各点位磁场数据空间均匀程度，剔除残余远场干扰主导的异常数据，保留绝缘子近场磁场主导的有效差分数据；

6、步骤3：沿磁场传感采集点位排布方向对各时刻有效差分数据进行空间一阶差分运算，得到各采集时刻全局磁场梯度值，遍历预设测量时长内的所有连续采集时刻，生成近场磁场梯度值变化序列，对同一采集时刻各传感点位的三轴磁场分量进行矢量合成得到空间磁场合成矢量，以绝缘子串轴向为基准轴，求解空间磁场合成矢量在垂直采集平面的投影夹角得到磁场矢量旋转角，生成全时段旋转角变化序列；

7、步骤4：基于梯度值变化序列和旋转角变化序列，构建各预设测量时长内分别满足泄漏电流磁场空间梯度与旋转角速度之间物理约束关系的关系式，基于两关系式构建目标函数并进行时序迭代求解，得到各采集时刻的泄漏电流瞬时值。

8、进一步地，布置磁场传感采集点位与背景采集点位时，在绝缘子串低压端侧布设多个磁场传感采集点位，各磁场传感采集点位沿垂直于绝缘子串轴向方向呈一维线性等间隔排列；

9、多个背景采集点位布设于远离绝缘子串、带电体、接地体及各类电磁干扰源的开阔无干扰区域，且背景采集点位与绝缘子串的间距，大于磁场传感采集点位与绝缘子串的间距。

10、进一步地，以背景采集点位数据为基准，对各磁场传感采集点位的原始磁场数据进行差分处理，得到磁场差分数据，具体步骤为：

11、在同一采集时刻下，分别获取各磁场传感采集点位的三轴磁场时域向量，以及各背景采集点位的三维磁场时域背景向量；

12、对同一采集时刻下所有三维磁场时域背景向量的各轴向分量数据求平均值，得到背景平均磁场向量，对于每个磁场传感采集点位，将其原始三轴磁场分量分别减去背景平均磁场向量对应的轴向分量，得到各磁场传感采集点位的差分磁场向量，遍历预设测量时长内所有连续采集时刻，汇总各采集时刻对应的差分磁场向量，构成完整的磁场差分数据。

13、进一步地，依据各点位磁场数据空间均匀程度，剔除残余远场干扰主导的异常数据，保留绝缘子近场磁场主导的有效差分数据，具体步骤为：

14、针对同一采集时刻，计算各磁场传感采集点位差分磁场向量的合成模值；

15、按照各采集点位的空间排布顺序，逐一计算相邻点位合成模值的差值绝对值，并求取全部相邻点位差值绝对值的算术平均值，作为该采集时刻的磁场空间非均匀度指标；

16、同步计算该采集时刻所有采集点位合成模值的算术平均值，作为基准幅值；

17、将磁场空间非均匀度指标与基准幅值做商，得到归一化非均匀度比值；

18、结合磁场传感采集点位布设数量与相邻点位间距预设筛选阈值，当归一化非均匀度比值小于预设筛选阈值时，判定该采集时刻磁场数据受远场干扰主导，剔除该采集时刻对应的差分数据；

19、当归一化非均匀度比值大于或等于预设筛选阈值时，判定该采集时刻磁场数据以绝缘子近场磁场为主导，保留对应差分数据作为有效差分数据。

20、进一步地，沿磁场传感采集点位排布方向对各时刻有效差分数据进行空间一阶差分运算，得到各采集时刻全局磁场梯度值，具体步骤为：

21、对于同一采集时刻下的有效差分数据集，提取各磁场传感采集点位沿一维线性排布方向的差分磁场向量，所述一维线性排布方向垂直于绝缘子串轴向；

22、根据各磁场传感采集点位的排列顺序，依次计算相邻两个磁场传感采集点位的差分磁场向量差值，并用该差值除以相邻两个磁场传感采集点位之间的距离，得到对应的空间差分向量；

23、对空间差分向量的三个轴向分量分别取模，并计算三个分量模值的l2范数，得到相邻两个磁场传感采集点位之间的局部磁场梯度值；

24、对所有相邻磁场传感采集点位的局部磁场梯度值进行算术平均值，得到对应采集时刻下的全局磁场梯度值。

25、进一步地，以绝缘子串轴向为基准轴，求解空间磁场合成矢量在垂直采集平面的投影夹角得到磁场矢量旋转角，生成全时段旋转角变化序列，具体步骤为：

26、针对任一采集时刻，提取各磁场传感采集点位对应的有效差分数据并完成三轴分量矢量合成，得到空间磁场合成矢量；

27、将空间磁场合成矢量投影至垂直于绝缘子串轴向的采集平面，获取平面投影矢量；

28、以绝缘子串轴向为预设基准轴，计算平面投影矢量与预设基准轴的夹角，作为该采集时刻的磁场矢量旋转角；

29、遍历预设测量时长内所有连续采集时刻，依次提取各采集时刻对应的磁场矢量旋转角，按时序排列整合，生成完整的旋转角变化序列。

30、进一步地，构建各预设测量时长内分别满足泄漏电流磁场空间梯度与旋转角速度之间物理约束关系的关系式，基于两关系式构建目标函数并进行时序迭代求解，具体步骤为：

31、针对每一采集时刻，获取对应时刻的全局磁场梯度值与磁场矢量旋转角，对旋转角变化序列进行时序数值差分，得到各采集时刻的磁场旋转角速度；

32、基于绝缘子近场泄漏磁场的空间衰减分布特性，建立全局磁场梯度值与泄漏电流瞬时值之间的第一物理约束关系式；

33、基于法拉第电磁感应定律的能量守恒形式，建立瞬时功率与磁场旋转角速度之间的第二物理约束关系式；

34、基于第一物理约束关系式和第二物理约束关系式构建目标函数，通过最小二乘法求解使得目标函数值最小的泄漏电流瞬时值。

35、本发明还提供一种基于磁场传感的绝缘子泄漏电流非接触测量装置，所述装置用于执行上述任一项所述的基于磁场传感的绝缘子泄漏电流非接触测量方法，具体包括：

36、数据采集模块，用于在绝缘子串低压端侧，沿垂直于绝缘子串轴向方向布置若干磁场传感采集点位，同时在远离绝缘子串的无近场磁场区域布设背景采集点位，同步采集各点位空间三轴磁场时域数据；

37、干扰剔除模块，用于以背景采集点位数据为基准，对各磁场传感采集点位的原始磁场数据进行差分处理，得到磁场差分数据，依据各点位磁场数据空间均匀程度，剔除残余远场干扰主导的异常数据，保留绝缘子近场磁场主导的有效差分数据；

38、特征提取模块，用于沿磁场传感采集点位排布方向对各时刻有效差分数据进行空间一阶差分运算，得到各采集时刻全局磁场梯度值，遍历预设测量时长内的所有连续采集时刻，生成近场磁场梯度值变化序列，对同一采集时刻各传感点位的三轴磁场分量进行矢量合成得到空间磁场合成矢量，以绝缘子串轴向为基准轴，求解空间磁场合成矢量在垂直采集平面的投影夹角得到磁场矢量旋转角，生成全时段旋转角变化序列；

39、电流计算模块，用于基于梯度值变化序列和旋转角变化序列，构建各预设测量时长内分别满足泄漏电流磁场空间梯度与旋转角速度之间物理约束关系的关系式，基于两关系式构建目标函数并进行时序迭代求解，得到各采集时刻的泄漏电流瞬时值。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

41、本发明通过布设磁场传感采集点位与背景采集点位并同步采集时域数据，根据各采集点位间磁场空间分布的均匀程度剔除远场干扰主导数据以保留有效差分数据，进而沿采集点位排列方向对有效差分数据进行空间一阶差分运算，得到全局梯度量值并生成梯度量值变化序列；通过背景差分与空间均匀性判据的联合筛选，能够有效抑制远场共模干扰和空间分布不均匀的杂散磁场的影响，提升微弱泄漏电流磁场信号的信噪比，增强了在复杂电磁环境下采集数据的稳定性与抗干扰能力，为后续反演提供了准确的数据基础；

42、本发明还通过计算各采集时刻梯度值变化序列和旋转角变化序列，能够捕捉泄漏电流磁场的大小和方向随时间的演化信息，为泄漏电流的动态反演提供了独立的矢量方向维度的物理约束；构建满足泄漏电流磁场空间梯度与旋转角速度之间物理约束关系的目标函数，并通过时序迭代求解泄漏电流瞬时值，实现了对泄漏电流的多维度物理特征综合反演，避免了对单一幅值信息的依赖，在时频域干扰重叠条件下仍能保持高度的反演精度和测量稳定性。