射頻電磁弛豫信號(hào)的復(fù)合絕緣子分析及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張錦云+朱道俊+肖鵬飛+朱孝平

摘 要：復(fù)合絕緣子在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，其絕緣性能的老化程度決定了電力設(shè)備是否能夠穩(wěn)定運(yùn)行。但目前，電力系統(tǒng)尚無(wú)對(duì)復(fù)合絕緣子的老化程度進(jìn)行定量評(píng)估的方法，因此，本文從核磁共振原理出發(fā)，分析了這種技術(shù)手段被應(yīng)用到復(fù)合絕緣子老化檢測(cè)的原因，并對(duì)復(fù)合絕緣子電磁弛豫特性算法進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)管理系統(tǒng)的功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為復(fù)合絕緣子的抽樣送檢及更換檢修提供依據(jù)，避免復(fù)合絕緣子因絕緣性能下降造成輸電線路故障。

關(guān)鍵詞：復(fù)合絕緣子；核磁共振；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.復(fù)合絕緣子老化檢測(cè)的核磁共振原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于復(fù)合絕緣子傘裙是片狀的結(jié)構(gòu)，相鄰傘裙間的距離不大，因此要設(shè)計(jì)能夠?qū)?fù)合絕緣子老化狀態(tài)進(jìn)行在線檢測(cè)的傳感器，該傳感器的結(jié)構(gòu)必須具有體積小、重量輕等特點(diǎn)。

復(fù)合絕緣子典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由芯棒、傘裙護(hù)套和端部金屬部分構(gòu)成，本文的檢測(cè)對(duì)象就是傘裙護(hù)套老化狀態(tài)，因此需要針對(duì)這種片狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特定的傳感器。由于傘裙間距50mm左右，傘裙片半徑65mm左右，因此整個(gè)傳感器的三維尺寸必須小于上述尺寸。

1.2 復(fù)合絕緣子電磁弛豫特性算法分析

電力電纜外絕緣絕緣及復(fù)合絕緣橡膠材料在老化過(guò)程中，伴隨著其化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化。當(dāng)化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，其中的含H基團(tuán)與主鍵的結(jié)合狀態(tài)改變，其宏觀表現(xiàn)就是絕緣材料的交聯(lián)密度改變。交聯(lián)密度的變化將造成弛豫時(shí)間發(fā)生改變。本研究擬采用CMPG射頻脈沖序列激勵(lì)被測(cè)樣品，從回波信號(hào)峰值的包絡(luò)線中提取橫向弛豫時(shí)間的信息，使用逆拉普拉斯變換反演得到橫向弛豫時(shí)間T2的一維譜分布，根據(jù)T2一維譜中的波峰位置和波峰強(qiáng)度來(lái)反映材料的老化狀態(tài)。具體方案說(shuō)明如下：

從絕緣材料的化學(xué)分子式可知，絕緣材料中的H質(zhì)子主要以CH3和CH2基團(tuán)的形式存在，當(dāng)老化發(fā)生時(shí)，還會(huì)有CHnO基團(tuán)出現(xiàn)，同時(shí)還會(huì)有其他形式的基團(tuán)出現(xiàn)。每一種基團(tuán)對(duì)應(yīng)的回波峰值包絡(luò)線衰減趨勢(shì)都不同，最終的疊加結(jié)果是：測(cè)得的總回波信號(hào)包絡(luò)線以一種復(fù)雜的指數(shù)衰減趨勢(shì)存在：

其中T2不是單一值，而是在可能的取值范圍[a，b]內(nèi)的連續(xù)分布（理論上說(shuō)應(yīng)該是不定積分，實(shí)際的計(jì)算機(jī)反演，必須是有限區(qū)間定積分，上下限a和b的值可以根據(jù)假設(shè)是單一基團(tuán)的情況下得到的T2值進(jìn)行設(shè)置）。上式實(shí)際上是拉普拉斯變換，其中，F(xiàn)（t）和t分別是測(cè)量信號(hào)的波形及采樣時(shí)間序列，f（T2）是T2的一維函數(shù)，表示每一種可能存在的含H基團(tuán)的相對(duì)貢獻(xiàn)，該函數(shù)就是待求函數(shù)，稱為T2譜。求T2譜需要進(jìn)行逆拉普拉斯變換。考慮到逆拉氏變換的病態(tài)性，本研究在使用反演算法的同時(shí)，擬引入正則化因子，來(lái)平滑反演結(jié)果中的波形突變。反演算法擬考慮使用非負(fù)最小二乘法和以奇異值分解為基礎(chǔ)的算法，比較后選擇一種合適的算法；正則化平滑因子擬考慮先使用Tikhonov正則化因子，若出現(xiàn)譜線中的波峰距離較近的情況，擬使用變差正則化因子，在平滑處理的同時(shí)，盡可能突出邊緣，加強(qiáng)譜的分辨率。最終的T2譜分布f（T2）如圖2所示。

不同的波峰代表不同含H基團(tuán)的貢獻(xiàn)。波峰出現(xiàn)的位置能反映絕緣材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，波峰的大小反映了各含H基團(tuán)的相對(duì)多少。這樣就實(shí)現(xiàn)了絕緣材料老化狀態(tài)的表征。

2.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 用戶管理

用戶管理是對(duì)系統(tǒng)中用戶進(jìn)行管理的功能模塊。可進(jìn)行添加用戶、修改用戶資料、刪除用戶信息、禁用用戶、查看個(gè)人資料。用戶管理還應(yīng)該包含用戶登錄的驗(yàn)證，密碼修改功能。用戶與角色、權(quán)限管理，在登錄時(shí)進(jìn)行身份驗(yàn)證，并且動(dòng)態(tài)生成不同的界面或者菜單，實(shí)現(xiàn)界面或者菜單的顯示、隱藏，防止不具備操作權(quán)限的用戶非法操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

2.2 角色管理

角色管理是系統(tǒng)中具備一定操作權(quán)限的用戶組，通常分為兩類角色：系統(tǒng)角色和業(yè)務(wù)角色。系統(tǒng)角色的權(quán)限用于控制客戶管理、系統(tǒng)設(shè)置、工作中心模塊的權(quán)限，系統(tǒng)預(yù)置了超級(jí)管理，管理員兩個(gè)角色，超級(jí)管理員可以進(jìn)行角色的指定，角色分配，新建管理員用戶等高于其他角色的操作權(quán)限；而業(yè)務(wù)角色一般是由管理員自己定義的在實(shí)際業(yè)務(wù)中使用的角色。

2.3 權(quán)限管理

權(quán)限管理一般指根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的安全規(guī)則或者安全策略，用戶可以訪問(wèn)而且只能訪問(wèn)自己被授權(quán)的資源從控制力度上分，可以功能級(jí)權(quán)限管理和數(shù)據(jù)級(jí)權(quán)限管理，由于功能級(jí)權(quán)限相對(duì)數(shù)據(jù)級(jí)權(quán)限管理較為簡(jiǎn)單，且已符合當(dāng)前軟件系統(tǒng)的需求，因此本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采取功能級(jí)權(quán)限管理來(lái)實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理。功能權(quán)限管理技術(shù)，一般就使用基于角色訪問(wèn)控制技術(shù)RBAC（Role Based Access Control）。該技術(shù)被廣泛運(yùn)用于各個(gè)系統(tǒng)。

2.4 桿塔臺(tái)賬管理

桿塔臺(tái)賬管理用于管理?xiàng)U塔的臺(tái)賬信息，包括桿塔名稱，型號(hào)，位置信息。結(jié)合Web GIS可以為桿塔臺(tái)賬管理提供簡(jiǎn)單直觀的管理界面。桿塔臺(tái)賬管理功能包括新建、修改、刪除、查詢等功能。

2.5 線路臺(tái)賬管理

線路臺(tái)賬管理用于管理線路的臺(tái)賬信息，包括線路名稱，所在線路，位置信息等，結(jié)合Web GIS可以為線路臺(tái)賬管理提供簡(jiǎn)單直觀的管理界面。線路臺(tái)賬管理功能包括新建、修改、刪除、查詢等功能。

2.6 絕緣子臺(tái)賬管理

絕緣子臺(tái)賬管理主要的工作是將分散的，單獨(dú)的絕緣子信息統(tǒng)一管理，方便管理人員對(duì)檢索、編輯、錄入、管理絕緣子信息。絕緣子臺(tái)賬錄入方式包括手工錄入、數(shù)據(jù)導(dǎo)入兩種方式。

2.7 絕緣子統(tǒng)計(jì)分析

絕緣子統(tǒng)計(jì)分析主要的工作按照污穢區(qū)、年限、型號(hào)、廠家多種統(tǒng)計(jì)指標(biāo)對(duì)絕緣子臺(tái)賬進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并且生成相應(yīng)的報(bào)表。

2.8 設(shè)備管理

設(shè)備管理主要用于管理復(fù)合絕緣材料核磁共振測(cè)量?jī)x，包括儀器的登記，儀器分配，儀器歸還等業(yè)務(wù)流程。

2.9 絕緣子檢測(cè)管理

（1）檢測(cè)周期管理。復(fù)合絕緣子具有標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)周期，但是由于實(shí)際情況中，復(fù)合絕緣子所處的位置，污穢區(qū)等客觀因素存在偏差，因此我們可以自定義不大于標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)周期的自定義檢測(cè)周期。

（2）檢測(cè)任務(wù)指派。復(fù)合絕緣子檢測(cè)的任務(wù)，由管理員指派到對(duì)應(yīng)的檢測(cè)員。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)核磁共振原理的分析以及對(duì)復(fù)合絕緣子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在完成對(duì)復(fù)合絕緣子電磁弛豫特性算法分析之后，進(jìn)行了系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)。結(jié)果體現(xiàn)出了該系統(tǒng)的可操作性以及靈活性，能夠?qū)崿F(xiàn)嚴(yán)格的系統(tǒng)運(yùn)行控制等系統(tǒng)監(jiān)控功能。

參考文獻(xiàn)

[1]徐征，程江艷，吳嘉敏，等.用于復(fù)合絕緣子傘裙老化無(wú)損檢測(cè)的單邊核磁共振方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014（36）：6545-6553.

[2]趙書杰.復(fù)合絕緣子傘裙老化評(píng)估的核磁共振分析方法及傳感器研究[D].重慶大學(xué)，2014.