绝缘子等值盐密测量方法、测量仪及智能传输物联网系统

1.本发明涉及绝缘子表面等值盐密检测技术领域，具体涉及一种绝缘子等值盐密测量方法、测量仪及智能传输物联网系统。


背景技术：

2.绝缘子表面等值盐密的有效检测对预防电网污闪事故，保证电网安全运行具有重要意义。近年来输电线路绝缘子污闪问题日趋严重，绝缘子污闪已经成为导致输电线路严重事故的重要因素，因此对绝缘子盐密值的有效检测非常重要。目前来说比较常用的绝缘子盐密值检测方法有：等值盐密法、泄漏电流法、局部表面电导率法、光传感器测量法等。传统的等值盐密法采用人工的方式，把实际污秽物溶解于一定容积和温度的蒸馏水中，测量其电导率，换算得到具有相同电导能力的nacl质量，再把此质量数除以绝缘子的表面积，即可得出所求的等值盐密。此方法是如今主要的测量方法，这个方法精确度相对较高，但费时费力，同时前期取样的作业过程有极大的人身安全隐患，并且无法对同一绝缘子的积污特性进行长期监测，是一种相对落后的试验方法。泄漏电流法测量绝缘子表面受污秽的程度比较清晰，但是泄漏电流的大小受环境因素的影响较大，绝缘子的材料和结构参数都会影响侧漏电流法的精度，目前也处于实验室阶段，未进行具体应用。局部表面电导率法通过测量绝缘子表面污秽层的局部电导率，可以准确测量出其表面污秽的分布情况。但是局部表面电导率的测量有较难掌握的条件，即其需要在绝缘子表面污秽层处于饱和受潮的状态时测得，而实际操作中无法稳定保持绝缘子表面污秽处于饱和受潮状态，故可能导致在不同时间的测量结果不一致，而不同的操作者进行测量对测得的数据也会有较大的影响。光传感器系统测量法来测绝缘子的盐密值的方法受到广泛应用。这种方法是根据污秽物能够影响光能在石英棒中传输的损耗值的原理，通过确定损耗值与盐密值的关系，把盐密值转化为光能损耗值，实现盐密值的检测，相比其他方法而言，此方法能够应用在许多特殊场景，但精确度偏差较大。而且光传感设备价格成本相对较高，光路搭建相对复杂。目前除了人工取样得到盐密值外仅有少部分在线监测与信息传输系统，能将所测得的盐密值以数据形式发出并在远端接收，但这些系统或多或少存在以下问题：搭建较为复杂，所用仪器并不具体，盐密检测的手段较为落后，智能化程度较低即无法完成数据的测量并传输至云端再进行处理的一系列操作。


技术实现要素：

3.有鉴于此，为了解决现有技术中绝缘子表面等值盐密的有效检测存在的测量方式方法不当、测量精度不高等的问题，本发明提出一种绝缘子等值盐密测量方法、测量仪及智能传输物联网系统，综合考虑温度湿度以及污染物成分等因素，修正误差得出较为精确的绝缘子盐密值，可节省大量的人力物力成本，也避免了对不同地区不同环境的高压输电线路绝缘子实现等值盐密测量。
4.本发明通过以下技术手段解决上述问题：
5.第一方面，本发明提供一种绝缘子等值盐密测量方法，包括如下步骤：
6.采用等值盐密法对极板表面的等值盐密进行测量；
7.设置多组不同的等值盐密以得出等值盐密与电阻值变化的关系；
8.基于电阻传感原理和电阻值与等值盐密的关系来构建能够检测等值盐密的电阻传感器。
9.进一步地，基于电阻传感原理和电阻值与等值盐密的关系来构建能够检测等值盐密的电阻传感器之后还包括：
10.计算电阻值最小时对应的最大等值盐密从而得到该极板间隔下电阻传感器检测的量程。
11.进一步地，采用等值盐密法对极板表面的等值盐密进行测量具体包括：
12.将待测物表面污秽用蒸馏水进行清洗，然后用电导率仪测量污液的电导率σ
t
以及温度t，换算出其在20℃的电导率σ
20
，再通过换算得出esdd；
13.σ
20
＝k
t
σ
t
(μs/cm)(1)
14.污液在20℃下的电导率可由式(1)得出，其中k
t
为温度校正系数，实验测得污液温度均为25℃左右，查表得知25℃下的k
t
值为0.8954；
15.esdd＝wd/ad(mg/cm2)(2)
16.式中：esdd为等值盐密，ad为待测物表面绝缘部分的表面积，单位cm2；wd为等值含盐量，单位mg；当σ
20
在40-4000μs/cm范围内时wd用下式计算：
[0017][0018]
式中：qd为清洗用水体积，单位ml；实验测得电导率后esdd可由式(2)和式(3)得出。
[0019]
进一步地，设置多组不同的等值盐密以得出等值盐密与电阻值变化的关系具体包括：
[0020]
在喷雾结束后将极板进行烘干处理使其表面得到一层污秽层，然后先将其保存在一定湿度的潮湿环境下，测量其电阻，再次烘干后对其表面进行清洗，测量清洗液的电导率和温度，通过计算得出该喷雾时间下得到的等值盐密；
[0021]
由于电阻值随等值盐密的变化不呈线性关系，随着等值盐密的上升，电阻的变化速率逐渐缓慢，经测验多项式拟合的曲线拟合程度好，故采用多项式拟合对等值盐密与电阻值的关系进行探究；多个不同间隔下的等值盐密电阻值关系能够统一拟合成二次多项式a2x b2x c，并且其r2值都非常接近1，说明等值盐密与电阻值间的关系能用二次多项式来表示；
[0022]
其中一次项系数均为负数，而不同曲线二次项不同，表明其二次项系数与极板间隔有关，进一步得出二次项系数与极板间隔的关系；根据曲线的公式能够得出不同等值盐密下电阻值一一对应的关系。
[0023]
进一步地，电阻传感原理具体如下：
[0024]
大气污染以及盐雾积累在绝缘子的表面形成一层污秽层，污秽层中含有可溶性盐、酸和碱的电解质，绝缘子表面受潮后这些污秽物溶解于其表面的水膜，形成离子电导，使其表面的电导骤增；由于平行极板间有绝缘介质，其两端的电阻数量级非常大，使得仪器
无法进行测量；在盐雾环境下含有各种污秽物的水分会在绝缘介质表面积累，干燥之后形成一层含有酸、碱和可溶性盐的污秽层；在潮湿的环境下，平行极板间的绝缘介质积累的污秽物中，电解质溶解于其表面的水膜，在其中电离出能够导电的自由离子，从而形成离子电导，增加绝缘介质表面的电导，使平行极板两端导通，其两端能够得到可测量的电阻；在有不同的污秽物含量的情况下形成自由离子的数量不同，极板两端测得的电阻会不同。
[0025]
进一步地，将极板保存在湿度为70％的潮湿环境下，测量其电阻。
[0026]
第二方面，本发明提供一种绝缘子等值盐密测量仪，包括采用所述绝缘子等值盐密测量方法检测等值盐密的电阻传感器。
[0027]
第三方面，本发明提供一种绝缘子等值盐密测量智能传输物联网系统，包括：
[0028]
测量端，用于采用所述绝缘子等值盐密测量方法测量绝缘子等值盐密测量，并将测量数据传送至物联网平台；
[0029]
物联网平台，用于实现测量端与用户端的数据连接；
[0030]
用户端，用于用户在智能设备中得到数据并进行监测与下一步处理的功能。
[0031]
进一步地，所述测量端包括依次连接的能够检测等值盐密的电阻传感器、stm32单片机、转串口模块ch340和esp8266模块。
[0032]
进一步地，所述物联网平台包括依次连接的第一路由器、物联网开放平台和第二路由器。
[0033]
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
[0034]
1、高压输电线路中绝缘子的应用广泛，多存在于发电厂、变电所中，但是由于环境复杂多变，湿度、温度、污秽物等因素的综合影响，绝缘子随着使用年限的增加将附着一层导电的受潮污秽层，从而导致大面积污闪事故的发生，为避免或减少此类事故的发生，应当对绝缘子盐密进行精确的实时监测，对高压输电线路进行及时的检修。因此，对于盐密测量的研究有着十分重要的现实意义和应用前景。
[0035]
2、基于电阻传感原理的盐密检测法是一种成本较低、相对易得、原理也较为简单的绝缘子盐密值检测方法，同时此方法具有较强的可推广性以及适用性。并且此方法受环境影响较小，离开实验室同样可以应用，不会存在无法应用的场景与条件。
[0036]
3、目前对电阻的测量手段较为丰富，而通过直接测量电阻而间接测量盐密值难度较低且精确度能有所保证，因此根据基于电阻传感原理和电阻与等值盐密(esdd)的关系研究来构建能够检测等值盐密的电阻传感器具有较强应用性。
[0037]
4、针对以往绝缘子表面等值盐密的有效检测存在的测量方式方法不当、测量精度不高等问题，本发明对测量方法方法进行改良，综合考虑温度湿度以及污染物成分等因素，修正误差得出较为精确的绝缘子盐密值。
[0038]
5、传统测量方式一般是拆卸绝缘子，清洗污秽物得到相应盐溶液，并通过测量其电导率换算等值盐密。本发明在传统绝缘子盐密测量方式的基础上，创新地结合了信息传输技术，转变以往信息采集方式，将原始数据信息通过数模转换模块最终在云端实现远程数据交互，即远端监测、实时监测。较好的解决了传统方式因为拆卸、运输绝缘子导致的污秽物损失，从而降低检测精度的问题。同时，可节省大量的人力物力成本，也避免了对不同地区不同环境的高压输电线路绝缘子实现等值盐密测量。同时本发明将规避前期取样的作业过程，大大提高了测量的安全性。
[0039]
6、本发明所搭建的基于电阻传感原理的绝缘子等值盐密测量仪及智能传输物联网系统所需仪器相比现有的系统更少，搭建难度更低，但信息传输稳定性及效率更高，并且本系统可实现物联网，使得本系统更加智能化同时大大地提高了数据处理的质量与速度。本系统给出具体的单片机型号与模块，和市面上较流行的51单片机相比，stm32单片机一次处理数据宽度32位而51单片机仅能处理8位，与此同时stm32单片机还是32位里市场上功耗最低的产品。并且stm32单片机内部ram和rom都比51单片机大得多，运算能力也更加强大。stm32单片机程序都是模块化的，接口相对简单，并且自身功能较多，而51单片机的自身功能少,需要外围元件多,还需要使用者对单片机熟悉程度更高。esp8266是一款模块串口转无线模芯片，内部自带固件，有用户操作简单、体积小、功耗低、支持透传、丢包现象不严重、价格低等优点。并且esp8266模块还允许用户自己编写rom，不仅可以实现数据传输功能，还可控制建立wifi热点，或者作为wifi客户端连接到某指定路由器，同时还可编程控制所有的gpio。
[0040]
7、本智能传输系统成功实现了物联网，本发明搭建了一套完整信息传输系统和信息传输链。并且可以使用手机app通过onenet平台直接获取到数据，进而便可通过软件对盐密值进行监测与处理。
[0041]
8、物联网可以构建整个电网信息传输与管理系统，提高了敏捷性和效率。与此同时企业有能力获得更多关于自身产品和内部系统的数据，并且随着全面、实时数据收集和分析的引入，生产系统的反应能力会大幅提高，也能提高劳动生产率或者节约成本。比如当输电过程中某一部分盐密值剧变远端可以立刻发现变化并及时处理，能在最大程度上降低经济损失与安全隐患。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]
图1是本发明绝缘子等值盐密测量方法的流程图；
[0044]
图2是本发明esdd-电阻关系示意图；
[0045]
图3是本发明esdd-电阻拟合曲线(1-4mm)示意图；
[0046]
图4是本发明esdd-电阻拟合曲线(5-8mm)示意图；
[0047]
图5是本发明绝缘子等值盐密测量智能传输物联网系统的结构图。
具体实施方式
[0048]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，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。
[0049]
实施例1
[0050]
高压输电线路中绝缘子的应用广泛，多存在于发电厂、变电所中，但是由于环境复
杂多变，湿度、温度、污秽物等因素的综合影响，绝缘子随着使用年限的增加将附着一层导电的受潮污秽层，从而导致大面积污闪事故的发生，为避免或减少此类事故的发生，应当对绝缘子盐密进行精确的实时监测，对高压输电线路进行及时的检修。因此，对于盐密测量的研究有着十分重要的现实意义和应用前景。
[0051]
等值附盐密度，简称等值盐密(esdd)，是指与彻底清洗绝缘子表面污秽后所得溶液具有相同电导率的氯化钠总量与气表面积之比。等值附盐密度是用一定浓度的氯化钠溶液标定污秽物中物质组成成分的导电性能，使它们具有等效导电性能，通过等值附盐密度(esdd)参数可以表示出复杂物质的导电性能，从而得出绝缘子表面污秽物含量。
[0052]
基于电阻传感原理的盐密检测法是一种成本较低、相对易得、原理也较为简单的绝缘子盐密值检测方法，同时此方法具有较强的可推广性以及适用性。并且此方法受环境影响较小，离开实验室同样可以应用，不会存在无法应用的场景与条件。
[0053]
针对以往绝缘子表面等值盐密的有效检测存在的测量方式方法不当、测量精度不高等问题，本发明对测量方法方法进行改良，综合考虑温度湿度以及污染物成分等因素，修正误差得出较为精确的绝缘子盐密值。
[0054]
如图1所示，本发明提供一种绝缘子等值盐密测量方法，包括如下步骤：
[0055]
采用等值盐密法对极板表面的等值盐密进行测量；
[0056]
设置多组不同的等值盐密以得出等值盐密与电阻值变化的关系；
[0057]
基于电阻传感原理和电阻值与等值盐密的关系来构建能够检测等值盐密的电阻传感器。
[0058]
本发明基于电阻传感原理和电阻与等值盐密(esdd)的关系研究来构建能够检测等值盐密的电阻传感器。
[0059]
电阻传感实验原理：大气污染以及盐雾等积累在绝缘子的表面形成一层污秽层，污秽层中含有可溶性盐、酸和碱等电解质，绝缘子表面受潮后这些污秽物溶解于其表面的水膜，形成离子电导，使其表面的电导骤增。由于平行极板间有绝缘介质，其两端的电阻数量级非常大，使得仪器无法进行测量。在盐雾环境下含有各种污秽物的水分会在绝缘介质表面积累，干燥之后形成一层含有酸、碱、可溶性盐的污秽层。在潮湿的环境下，平行极板间的绝缘介质积累的污秽物中，电解质溶解于其表面的水膜，在其中电离出能够导电的自由离子，从而形成离子电导，增加绝缘介质表面的电导，使平行极板两端导通，其两端能够得到可测量的电阻。在有不同的污秽物含量的情况下形成自由离子的数量不同，极板两端测得的电阻也会不同。
[0060]
为获取电阻与等值盐密(esdd)的关系，以构建能够检测等值盐密的电阻传感器，本发明采用等值盐密法对极板表面的esdd进行测量，具体方法是将待测物表面污秽用蒸馏水进行清洗，然后用电导率仪测量污液的电导率σ
t
以及温度t，换算出其在20℃的电导率σ
20
，再通过换算得出esdd；
[0061]
σ
20
＝k
t
σ
t
(μs/cm)(1)
[0062]
污液在20℃下的电导率可由式(1)得出，其中k
t
为温度校正系数，实验测得污液温度均为25℃左右，查表得知25℃下的k
t
值为0.8954。
[0063]
esdd＝wd/ad(mg/cm2)(2)
[0064]
式中：ad为待测物表面绝缘部分的表面积，单位cm2；wd为等值含盐量，单位mg。当σ
20
在40-4000μs/cm范围内时wd可用下式计算：
[0065][0066]
式中：qd为清洗用水体积，单位ml。实验测得电导率后esdd可由式(2)和式(3)得出。
[0067]
实验设置了8组不同的等值盐密以得出esdd与电阻值变化的关系，在喷雾结束后将极板进行烘干处理使其表面得到一层污秽层，然后先将其保持在湿度约为70％的潮湿环境下，测量其电阻，再次烘干后对其表面进行清洗，测量清洗液的电导率和温度，通过计算得出该喷雾时间下得到的esdd。如图2所示：图片最左侧圆点所对应曲线从下至上依次代表极板间隔为1mm-8mms时esdd与电阻关系。由于电阻值随esdd的变化不呈线性关系，随着esdd的上升，电阻的变化速率逐渐缓慢，经测验多项式拟合的曲线拟合程度较好，故采用多项式拟合对esdd与电阻值的关系进行探究。如图3、4所示，图片最左侧圆点所对应曲线从下至上依次代表极板间隔为1mm-4mm和5mm-8mms时esdd与电阻关系。8个不同间隔下的esdd电阻值关系能够统一拟合成二次多项式a2x b2x c，并且其r2值都非常接近1，说明esdd与电阻值间的关系能用二次多项式来表示。其中一次项系数均为负数，而不同曲线二次项不同，表明其二次项系数与极板间隔有关，进一步研究可得出二次项系数与极板间隔的关系。根据曲线的公式能够得出不同esdd下电阻值一一对应的关系，并由其系数能计算出电阻值最小时对应的最大esdd值从而得到该间隔下传感器检测的量程。
[0068]
传统测量方式一般是拆卸绝缘子，清洗污秽物得到相应盐溶液，并通过测量其电导率换算等值盐密。本发明在传统绝缘子盐密测量方式的基础上，创新地结合了信息传输技术，转变以往信息采集方式，将原始数据信息通过数模转换模块最终在云端实现远程数据交互，即远端监测、实时监测。较好地解决了传统方式因为拆卸、运输绝缘子导致的污秽物损失、从而降低检测精度的问题。同时，可节省大量的人力物力成本，对不同地区不同环境的高压输电线路绝缘子实现等值盐密测量。更主要的是大大地降低了传统测量因需要拆卸所造成的安全隐患。
[0069]
实施例2
[0070]
本发明还提供一种绝缘子等值盐密测量仪，包括采用所述绝缘子等值盐密测量方法检测等值盐密的电阻传感器。
[0071]
实施例3
[0072]
本发明还提供一种绝缘子等值盐密测量智能传输物联网系统，包括测量端、物联网平台和用户端；
[0073]
所述测量端用于采用所述绝缘子等值盐密测量方法测量绝缘子等值盐密测量，并将测量数据传送至物联网平台；
[0074]
所述物联网平台用于实现测量端与用户端的数据连接；
[0075]
所述用户端用于用户在智能设备中得到数据并进行监测与下一步处理的功能。
[0076]
如图5所示，为绝缘子等值盐密测量智能传输物联网系统。该系统由能够检测等值盐密的电阻传感器、stm32单片机、转串口模块(ch340)、esp8266模块、第一路由器、onenet平台、第二路由器以及用户端组成。能够检测等值盐密的电阻传感器、stm32单片机、转串口模块(ch340)和esp8266模块共同构成了测量端。并将数据传送到onenet平台上，实现了用
户可在平台或者手机app中得到数据并进行监测与下一步处理的功能。本发明所搭建的基于电阻传感原理的绝缘子盐密测量仪及智能传输物联网系统所需仪器相比现有的系统更少，搭建难度更低，但信息传输稳定性及效率更高，并且所采用的单片机与模块功能更加齐全，同时可实现物联网，使得本系统更加智能化。
[0077]
stm32单片机的设计基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的arm cortex-m3内核。和市面上较流行的51单片机相比，stm32单片机一次处理数据宽度32位而51单片机仅能处理8位，与此同时stm32单片机还是市场上32位单片机里功耗最低的产品。并且stm32单片机内部ram和rom均比51单片机大得多，运算能力也更加强大。与此同时stm32单片机程序都是模块化的，接口相对简单，并且自身功能较多，相比之下51单片机的自身功能较少,需要的外围元件更多,还需要使用者对单片机熟悉程度更高。
[0078]
esp8266是一款模块串口转无线模芯片，内部自带固件，有用户操作简单、体积小、功耗低、支持透传，丢包现象不严重、价格低等优点。并且esp8266模块还允许用户自己编写rom，不仅可以实现数据传输功能，还可控制建立wifi热点，或者作为wifi客户端连接到某指定路由器，同时还可编程控制所有的gpio。
[0079]
onenet是由中国移动打造的paas物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。
[0080]
物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。
[0081]
目前对电阻的测量手段较为丰富，而通过直接测量电阻而间接测量盐密值难度较低且精确度能有所保证，因此根据基于电阻传感原理和电阻与等值盐密(esdd)的关系研究来构建能够检测等值盐密的电阻传感器具有较强应用性。
[0082]
本发明所搭建的基于电阻传感原理的绝缘子等值盐密测量仪及智能传输物联网系统所需仪器相比现有的系统更少，搭建难度更低，但信息传输稳定性及效率更高，并且本系统可实现物联网，使得本系统更加智能化同时大大地提高了数据处理的质量与速度。本系统给出具体的单片机型号与模块，和市面上较流行的51单片机相比，stm32单片机一次处理数据宽度32位而51单片机仅能处理8位，与此同时stm32单片机还是32位里市场上功耗最低的产品。并且stm32单片机内部ram和rom都比51单片机大得多，运算能力也更加强大。stm32单片机程序都是模块化的，接口相对简单，并且自身功能较多，而51单片机的自身功能少,需要外围元件多,还需要使用者对单片机熟悉程度更高。esp8266是一款模块串口转
无线模芯片，内部自带固件，有用户操作简单、体积小、功耗低、支持透传、丢包现象不严重、价格低等优点。并且esp8266模块还允许用户自己编写rom，不仅可以实现数据传输功能，还可控制建立wifi热点，或者作为wifi客户端连接到某指定路由器，同时还可编程控制所有的gpio。
[0083]
本智能传输系统成功实现了物联网，本发明搭建了一套完整信息传输系统和信息传输链。并且可以使用手机app通过onenet平台直接获取到数据，进而便可通过软件对盐密值进行监测与处理。
[0084]
物联网可以构建整个电网信息传输与管理系统，提高了敏捷性和效率。与此同时企业有能力获得更多关于自身产品和内部系统的数据，并且随着全面、实时数据收集和分析的引入，生产系统的反应能力会大幅提高，也能提高劳动生产率或者节约成本。比如当输电过程中某一部分盐密值剧变远端可以立刻发现变化并及时处理，能在最大程度上降低经济损失与安全隐患。
[0085]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。