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专利号: 2022100019464
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种复合绝缘子实时状态检测方法,其特征在于:所述复合绝缘子实时状态检测方法包括如下步骤:S1、建立复合绝缘子仿真模型,计算不同材料参数、环境条件参数下复合绝缘子仿真模型上不同部位的温度值和电场强度;

S2、在复合绝缘子仿真模型上选取多个数据点,每一个数据点处的材料参数、环境条件参数、温度值和电场强度构建成一组矩阵数组;

S3、搭建神经网络模型,并将每一组矩阵数组中的材料参数、运行环境参数作为神经网络模型的输入,同组数据矩阵中的温度值和电场强度作为神经网络模型的输出,对神经网络模型进行训练,得到训练好的神经网络模型;

S4、采集待检测的复合绝缘子的材料参数、运行环境参数,并将待检测的复合绝缘子的材料参数、运行环境参数输入训练好的神经网络模型,通过训练好的神经网络模型预测待检测的复合绝缘子上各点的温度值和电场强度;

S5、将待检测的复合绝缘子上各点的温度值和电场强度的预测值显示在复合绝缘子的三维空间模型上,形成复合绝缘子的数字孪生模型,通过复合绝缘子的数字孪生模型显示待检测的复合绝缘子的状态。

2.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子实时状态检测方法,其特征在于:所述步骤S1中,计算不同材料参数、环境条件参数下复合绝缘子仿真模型上不同部位的温度值和电场强度包括如下步骤:S101、在建立复合绝缘子仿真模型的基础上,设置施加在绝缘子两端的电压,设置复合绝缘子仿真模型上不同部位的材料参数,设置复合绝缘子运行环境参数;

S102、采用有限元法进行电场‑温度场耦合计算,得到复合绝缘子仿真模型上不同部位的温度值和电场强度,获得已知每个数据点的材料参数、运行环境参数、温度值和电场强度的复合绝缘子仿真结果云图;

S103、多次重复步骤S101、步骤S102,得到多个已知每个数据点的材料参数、运行环境参数、温度值和电场强度的复合绝缘子仿真结果云图。

3.根据权利要求2所述的一种复合绝缘子实时状态检测方法,其特征在于:所述步骤S101中,所述运行环境参数包括环境湿度和环境风速,所述材料参数根据绝缘子的电导率、相对介电常数、使用年限和表面污秽状态确定。

4.根据权利要求3所述的一种复合绝缘子实时状态检测方法,其特征在于:所述步骤S101中,设置复合绝缘子仿真模型的材料参数及运行环境参数包括如下步骤:

a、设置复合绝缘子的电导率、相对介电常数和使用年限;

b、在复合绝缘子的伞裙及护套表面添加一层污秽层,在复合绝缘子上分区域调整污秽层的等值盐密,以模拟工程实际中复合绝缘子自然积污的污秽状态;

c、设置环境风速;

d、设置环境湿度。

5.根据权利要求4所述的一种复合绝缘子实时状态检测方法,其特征在于:所述步骤S2中,在复合绝缘子仿真模型上选取多个数据点包括:在已知每个数据点的材料参数、运行环境参数、温度值和电场强度的复合绝缘子仿真结果云图上选取32*32*128个数据点。

6.根据权利要求1‑5中任一项所述的一种复合绝缘子实时状态检测方法,其特征在于:所述步骤S3中,对神经网络模型进行训练时,将步骤S2中得到的全部矩阵数组划分为训练集合测试集,通过训练集中的矩阵数组对搭建好的神经网络模型进行训练,训练完成后,使用测试集中的矩阵数组测试训练完成的神经网络模型的精度:若训练好的神经网络模型的精度满足要求,则得到训练好的神经网络模型,随后进入步骤S4;

若训练好的神经网络模型的精度不满足要求,则返回步骤S2,重新选取数据点并构建矩阵数组。

7.根据权利要求6所述的一种复合绝缘子实时状态检测方法,其特征在于:所述步骤S3中,通过训练集中的矩阵数组对搭建好的神经网络模型进行训练时,将训练集中的矩阵数组所对应的数据点分为两类,一类数据点位于复合绝缘子表面,位于复合绝缘子表面的数据点的个数为nb;另一类数据点为位于复合绝缘子内部,位于复合绝缘子内部的数据点的个数为nd;

所述神经网络模型的损失函数为:上述公式中,λ为惩罚系数,θ为热传导参数;是电场强度参数;

i i i

σb 、hb 、vb 分别为第i个位于复合绝缘子表面的数据点处的材料参数、湿度和风速;

为第i个位于复合绝缘子表面的数据点处神经网络模型的预测结果,为第i个位于复合绝缘子表面的数据点所对应的矩阵数组的实际值;

i i i

σd 、hd 、vd 分别为第i个位于复合绝缘子内部的数据点处的材料参数、湿度和风速;

为第i个位于复合绝缘子内部的数据点处物理约束信息方程的n阶导数项,n的取值范围为{0,1,2,3};

i i i

表示第i个位于复合绝缘子内部的数据点处σd 、hd 、vd与电场强度参数之间的物理约束对应的残差函数, 表示第i个位于复合绝i i i

缘子内部的数据点处σd、hd、vd与热传导参数之间的物理约束对应的残差函数。

8.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子实时状态检测方法,其特征在于:完成所述步骤S1后,依照与复合绝缘子仿真模型相同的材料参数、运行环境参数及绝缘子两端电压搭建试验平台,进行复合绝缘子污秽试验,并对复合绝缘子表面温度进行测试,将测试得到的复合绝缘子表面温度T1与通过计算得到的仿真模型表面温度T2进行比较:若|T1‑T2|的值在预设范围内,则复合绝缘子仿真模型符合要求,进入步骤S2;

若|T1‑T2|的值不在预设范围内,则复合绝缘子仿真模型不符合要求,返回步骤S1,重新建立复合绝缘子运行情况的仿真模型。

9.根据权利要求8所述的一种复合绝缘子实时状态检测方法,其特征在于:对运行状态下的复合绝缘子表面温度进行测试后,将测试得到的复合绝缘子表面温度及与其对相应的复合绝缘子的材料参数、运行环境参数构建成验证矩阵数组;

完成所述步骤S3后,通过验证矩阵数组对训练好的神经网络模型的预测精度进行验证。