结合三维量测数据的绝缘子选型与评估方法

金 翼，赵 锋，苗 堃，许 焱，刘亚文，唐 敏

(1. 国网河南省电力公司济源供电公司，河南 济源 459000; 2. 武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079)

结合三维量测数据的绝缘子选型与评估方法

金 翼1，赵 锋1，苗 堃1，许 焱1，刘亚文2，唐 敏2

(1. 国网河南省电力公司济源供电公司，河南 济源 459000; 2. 武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079)

绝缘配置可以在综合降低线路设备外绝缘配置成本和防污维护成本的基础上，从根本上降低污闪事故的发生概率，完备的绝缘子数据能够为科学合理的绝缘配置与选型提供可靠的支持。本文提出了一种新的绝缘子数据选型与评估方法，结合绝缘子三维量测数据及防污闪关键影响因子，采用多条件选型与评估模式，实现了绝缘子快速选型，极大提高了绝缘配置的效率。

绝缘子三维量测；绝缘子数据；绝缘子选型与评估

近年来，随着我国经济建设的快速发展，大气环境污染日趋严重。随之而来的输电线路污闪事故频频发生，引起大面积停电，严重影响了电力线路的安全运行，防污闪工作成为当前线路维护的重要部分。污秽、绝缘配置、大气参数及大气降水是造成绝缘子污闪的主要影响因素[1]。在污闪高发季节，有计划的线路巡检和盐密测量是查清线路绝缘子污秽状态，制定清扫周期，防止污闪发生的有效方法。另外，绝缘配置可以在综合考虑降低线路设备外绝缘配置成本和线路防污维护成本的基础上，从根本上降低污闪事故的发生概率[1]。绝缘配置与选型通常需要有关绝缘子类型、材料及几何结构参数，如爬电距离、结构高、上下表面积等信息。随着线路绝缘子种类越来越多,数量越来越大，如何获取完备的绝缘子数据，并在此基础上进行科学合理的绝缘子选型与评成为亟须解决的问题。

一些学者针对绝缘子污闪成因和绝缘子选型与评估进行了研究[2-6]，文献[2]提出了雾霾的持续作用可使绝缘子表面污秽度有限增大，绝缘子污闪电压有所降低，但“绝缘到位，留有裕度”能成功地抵御雾霾天气对输变电设备的侵袭。文献[4]指出了绝缘爬距和结构形状是绝缘子污闪影响因素之一，通过增大爬电比距，选用合适的绝缘子，在绝缘子上喷涂防污材料等方法能有效防止污闪现象。文献[5]针对架空线路悬垂串型进行技术经济分析，并综合考虑输电线路防风偏、防污和防雷的性能要求，提出了线路绝缘子选型及外绝缘优化建议。

完备与准确的绝缘子数据是绝缘子选型与评估的基础，目前绝缘子数据存在两个主要问题：①多以绝缘子平面设计图和具体属性参数为主，缺乏绝缘子三维数据，可视性差，不能直观、形象地显示绝缘子形貌；②由于加工过程中存在误差，绝缘子的实际参数与设计图不完全一致，厂家提供的数据需要进一步校正。针对目前存在的问题，本文提出的结合三维量测数据的绝缘子选型与评估方法，首先完备绝缘子数据，对绝缘子进行测量，获取其三维量测数据、影像和属性数据，并结合Orcale数据库实现绝缘子数据的有效管理。在此基础上，结合实际防污闪工作中的污区分布图、实际运行经验等因素，确定绝缘子选型与评估因子，快速选定符合条件的绝缘子，可极大提高绝缘子配置和选型的效率。

1 绝缘子选型与评估的关键技术

绝缘子数据采集、管理及选型与评估模型是绝缘子选型与评估工作的重要环节之一，主要流程如图1所示。首先进行绝缘子数据采集，包括绝缘子三维几何模型、影像图、剖面图、属性参数；然后将图形、文本格式的数据以表格的形式组织入库，并建立树状检索目录；最后在考虑绝缘影响因素的基础上，确定绝缘子选型因子，对已有绝缘子数据进行绝缘评估，当绝缘不满足条件时，进行多条件约束的绝缘子选型。

图1 绝缘子数据管理与分析

1.1 绝缘子三维数据采集

绝缘子三维量测数据的获取是数据采集的关键步骤，通常情况下绝缘子处于带电工作状态，无法直接量测。本文采用非接触方式获取带激光条绝缘子多重叠度影像，利用摄影测量方法获取绝缘子三维模型，并对其几何参数进行量测[7]。具体方法如图2所示，首先获取带激光条的绝缘子立体序列影像。其次在2幅(或多幅)影像上提取绝缘子外轮廓切线解算旋转体主轴，并通过影像上激光线条解算出绝缘子外轮廓边。根据旋转体的特性，绝缘子的几何模型和剖面图可以生成，并可以在模型上完成上下表面积、结构高、爬电距离等参数量测。如图2所示。

图2 绝缘子三维量测数据获取

1.2 绝缘子数据组织与管理

绝缘子数据主要包括绝缘子剖面图、影像图，量测的上下表面积、结构高、伞间距、爬电距离等参数数据，以及绝缘子材料、型式、性能、归属区域等属性数据。

绝缘子数据主要由索引表、用户权限表和数据表3种类型的表构成。索引表主要包括树表和关系表。树表用来记录树控件结点之间的关系及结点的内部属性，关系表则记录了树结点与绝缘子数据索引的对应关系，两种表格构成了绝缘子数据的灵活组织和可视化。用户权限表主要实现对用户权限及数据安全性的管理，只有管理员有权限对数据进行操作，普通人员只能查询和浏览数据。数据表主要根据绝缘子数据类型分为栅格数据表(绝缘子影像图和剖面图)、参数数据表和文本数据表(属性数据)。对于每条栅格数据用BLOB字段记录一定规格大小的像素图，方便可视浏览与查看。

1.3 绝缘子选型与评估模型

绝缘子选型因子的确定是绝缘子选型与评估的关键。根据国家电网公司企业标准“电力系统污区分级与外绝缘选择标准”，现场污秽度主要取决于盐密和灰密，污秽程度从“非常轻”到“非常重”分为5级，每一级都对应绝缘子爬电比距上下线。增大爬电距离，可以提高爬电比距，爬电比距越大，发生污闪的概率越小。根据增大爬电距离所涉及的绝缘子几何和属性参数，本文确定的主要绝缘子选型因子有形状参数(爬电距离、结构高、伞间距、伞伸出等)、型式(普通盘型、双伞型盘型、棒形等)、材料(玻璃、瓷、复合材料等)。绝缘子选型因子通过加权对目标绝缘子进行绝缘评估，具体加权如下

(1)

式中，Score为加权分；si为单项因子分值；pi为单项因子权值，权值可以通过专家打分来确定，其和为1。

绝缘子选型首先根据当地的污区分布图确定对应的污区等级，同时考虑当地实际运行经验确定爬电比距具体取值，如取上限、下限或区间范围值。在此基础上，确定相关形状参数的取值范围、型式及材料等因素选择范围。具体选型的过程是通过多因素组合筛选方式实现绝缘子选型，本文采用了基于形状参数、属性参数、范围及不同方式之间的组合选型方法。形状参数选型则是根据爬电距离、结构高、伞间距、片数等绝缘子几何形状参数组合选择绝缘子数据。属性参数选型通过绝缘子材质和型式等选择绝缘子数据。范围选型主要是根据给定的变电站和输电线区域选择在该范围内的绝缘子数据。绝缘子选型因子通过结合3种选型方式，根据不同关键字和条件进行组合选型，并通过索引表准确快速地定位选型数据。选定的绝缘子可以显示其对应的影像图、剖面图及相关参数和属性信息，同时影像图和剖面图提供兴趣点移动放大功能，可以多分辨率、多层次显示绝缘子细节，提供详细、全面的绝缘子形貌数据。

最佳绝缘子选择是对满足选型条件的多个绝缘子进行评估的基础上来确定的，根据式(1)可以得到绝缘子加权分，分值最大即为最优绝缘子。在评估过程中，因子的权值确定要考虑当地实际运行情况及专家的经验等，这是一个综合多因素的过程。

2 系统的实现与分析

本文结合实际输变电线绝缘子防污工作中绝缘子选型与评估的实际需要，开发并实现了结合三维量测数据的绝缘子选型与评估系统。使用Visual Studio 2010作为开发工具，C#作为开发语言，利用Oracle 11 g数据库作支撑进行后台数据管理与分析。

2.1 系统架构与功能

系统主要由支撑层、数据层和应用层组成。支撑层提供了系统运行的软件和硬件基础；数据层为绝缘子数据库及绝缘影响因子；应用层包含数据录入、管理、选型与评估、输出等具体功能实现模块，如图3所示。系统的录入、管理及输出功能主要在树形控件中实现，树形控件节点右键菜单对应不同的功能。树状控件叶节点对应绝缘子数据，不同层节点对应绝缘子数据区域信息。

图3 系统构架

2.2 功能模块

2.2.1 数据采集、录入模块

采集的数据经整理与分类后，进入绝缘子数据管理与分析系统。录入模块提供单条数据录入和批量数据录入两种数据录入方式。对于每条绝缘子数据录入，模块根据数据不同类型分别进行数据提取，如图4所示。

图4 单条数据录入

2.2.2 数据管理模块

数据管理模块可以实现树状空间不同层节点的创建、整体删除、拷贝、粘贴、重命名及导出等，如图5所示。考虑不同变电站和输变线路具有相同或大部分相同的绝缘子数据的情况，这些功能可以快速实现绝缘子数据集的整体录入、修改及输出等操作，极大地提高了数据管理效率。

图5 数据管理功能

对于通过拷贝、复制新创建的绝缘子数据集，在图5所示的绝缘子参数信息界面中，选择允许编辑功能，可以修改绝缘子参数信息。在确定绝缘子数据集正确后，可提交入库，实现数据整体更新。

2.2.3 数据选型与评估

数据选型模块主要实现了基于绝缘子形状参数、属性参数等多因子组合的选型，选型结果采用树节点方式显示，以便于用户对选型结果的浏览、选择和统计，如图6所示。本次试验采集了变电站常用19种绝缘子数据，确定绝缘子选型的因子为爬电距离和结构高，阈值范围分别为1500～2000 mm及600～1100 mm。经系统选型，结果如图6所示，有3种绝缘子符合，分别为主变变中中性点套管、110 kV刀闸支柱绝缘子及110 kV旁路1030TTD绝缘子。

图6 绝缘子选型

将左边选型结果的树型控件展开，即可浏览选型结果的绝缘子信息。双击树形控件中的叶节点，可获得该绝缘子的所有参数信息，包括电压等级、结构高、爬电距离、爬电比距等。还可以选中影像图或剖面图缩略图，查看对应的全图。

数据评估模块主要对目标绝缘子是否满足污秽等级要求的绝缘性能进行评估，本文试验通过加权进行绝缘子评估。试验中爬电距离权重为0.7，结构高权重为0.3，因子的分值取在阈值范围中的归一化比例值，如110 kV刀闸支柱绝缘子的爬点距离为1 630.27 mm，对应的分值为：(1 630.27-1500)/(2000-1500)=0.26。进过加权评估后，最优绝缘子为110 kV旁路1030TTD。

2.2.4 数据输出模块

数据选型与评估的结果将通过数据输出模块导出，具体分为子节点和叶节点数据导出。对于叶节点而言，将生成一个Word文件，该文件包含绝缘子的所有参数信息、影像图、剖面图等。子节点数据导出则将其下所有叶节点对应的绝缘子数据全部导出，对应的Word文件存放在同一个文件目录下。如图7所示。

图7 数据输出

3 结束语

本文提出的绝缘子选型与评估方法能够有效地为输变电线路防污闪工作中绝缘子配置与选型提供可靠的数据支持。该方法在完备绝缘子三维量测数据的基础上，利用分类表格的方式组织栅格、参数和文本等形式的绝缘子数据，并通过树控件灵活、有效地实现了绝缘子数据的管理与分析。同时根据绝缘影响因素及污秽度等级确定了绝缘子选型与评估因子，在多条件组合选型模式下，实现对目标绝缘子的评估及满足绝缘条件绝缘子数据的选择。该系统结合绝缘子数据管理和绝缘子配置与选型过程，同时引入绝缘子三维量测数据和影像数据，增强了绝缘子数据的完整性及可视性，极大地提高了电力部门防污闪工作中绝缘子配置与选型的效率。

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Insulator Selection and Evaluation with Its Three Dimensional Measurement Data

JIN Yi1，ZHAO Feng1，MIAO Kun1，XU Yan1，LIU Yawen2，TANG Min2

(1. State Grid Jiyuan Electric Power Supply Company, Jiyuan 459000, China; 2. School of Remote Sensing and Information Engineering, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

Insulation configuration can fundamentally reduce the probability of pollution flashover on the basis of lowering the external insulation configuration and the maintenance cost. The complete insulator data can provide reliable support for scientific and reasonable insulation configuration and selection. A new method for selecting and evaluating insulator that connected 3D measurement data of insulators and key influencing factors of anti pollution flashover is proposed. Multi-condition selection and evaluation model are used in this method that realized the rapid insulator selection and greatly improved the efficiency of insulation configuration.

insulator 3D measurement；insulator data；insulator selection and evaluation

金翼，赵锋，苗堃,等.结合三维量测数据的绝缘子选型与评估方法[J].测绘通报，2017(2)：129-132.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0066.

2016-03-15；

2016-10-19

中央高校基本科研业务费专项基金(2042014kf0294)；国网河南省电力公司济源供电公司科技项目(SGTYHT/14-JS-191)

金 翼(1970—)，女，教授级高级工程师，研究方向为电力系统自动化。E-mail：1917389914@qq.com 通信作者： 刘亚文

P208

A

0494-0911(2017)02-0129-04