基于隨機(jī)森林算法的陶瓷絕緣子新型泄漏電流預(yù)測(cè)模型研究

張曉華，杜維柱，呂志瑞，蔡 巍，盧 毅，黃 彬，薛建立

(1.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司,北京 100053；2.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司 電力科學(xué)研究院,北京 1 00045；3.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司 營(yíng)銷服務(wù)中心,太原 030000)

0 引 言

嚴(yán)重的環(huán)境污染和工業(yè)污染是引起輸電線路停運(yùn)中最嚴(yán)重的問題之一。絕緣子監(jiān)測(cè)在評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)污染嚴(yán)重程度、建立適當(dāng)?shù)木S護(hù)程序以及實(shí)施有效防污染措施等方面起著重要作用[1]?，F(xiàn)有針對(duì)絕緣子污染監(jiān)測(cè)指標(biāo)中應(yīng)用最廣泛的是等效鹽沉積密度(equivalent salt deposit density，ESDD)、非溶性鹽沉積密度(non-soluble deposit density，NSDD)和泄漏電流[2]。比較不同指標(biāo)的特性可知，漏電電流是最適合在線監(jiān)測(cè)的方法之一，可在不影響絕緣子運(yùn)行的情況下進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。絕緣子的材料對(duì)漏電電流有很大影響。陶瓷材質(zhì)是親水的，而聚合物具有疏水轉(zhuǎn)移性能，這就改善了絕緣子的污染性能，防止形成連續(xù)的水，降低了閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)[3-4]。聚合物材質(zhì)中室溫硫化(Room Temperature Vulcanized，RTV)有機(jī)硅涂料在玻璃絕緣體上的應(yīng)用越來(lái)越受歡迎[5-7]，因?yàn)樗鼈儽３至虽摶ＡУ墓逃刑匦裕鐧C(jī)械可靠性和易于檢查，同時(shí)提高了其污染性能，以大大減少了清洗的需要[8]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開展一定研究，如文獻(xiàn)[9-10]采用線性和非線性回歸技術(shù)，利用環(huán)境數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)了陶瓷長(zhǎng)棒和柱狀絕緣子的泄漏電流，兩者均發(fā)現(xiàn)非線性回歸方法優(yōu)于線性回歸方法，且泄漏電流與絕緣子所接觸的氣象條件有一定的相關(guān)性。其中，它們把風(fēng)信息直接作為輸入進(jìn)行預(yù)測(cè)，但并沒有測(cè)量風(fēng)速等數(shù)據(jù)，導(dǎo)致預(yù)測(cè)的誤差較大。此外，由于回歸系數(shù)隨時(shí)間和環(huán)境條件的變化而變化，它們的適用性在很短的時(shí)間內(nèi)非常有限。這表明這些回歸技術(shù)不能很好地?cái)M合，因?yàn)樽兞恐g的模型關(guān)系非常復(fù)雜，不能用解析表達(dá)式和經(jīng)典回歸技術(shù)成功地描述。針對(duì)這一問題，利用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的回歸算法是解決上述問題的有效途徑。在這方面，文獻(xiàn)[11]采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neura Networks，ANN)等機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)瓷絕緣子ESDD的污染程度；或文獻(xiàn)[12]采用支持向量機(jī)(Support Vector Machines，SVM)來(lái)預(yù)測(cè)復(fù)合絕緣子的閃絡(luò)電壓。上述二種研究都是在實(shí)驗(yàn)室通過人工污染試驗(yàn)進(jìn)行的，泄漏電流不是作為預(yù)測(cè)模型的輸出，而是作為輸入，因此在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用有限。機(jī)器學(xué)習(xí)方法在處理泄漏電流等高度變化的數(shù)據(jù)時(shí)表現(xiàn)出相當(dāng)高的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[13]比較了利用SVM和隨機(jī)森林(Random Forest，RF)算法從污染、氣象和絕緣子參數(shù)等方面預(yù)測(cè)絕緣子ESDD。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，RF在精度上明顯優(yōu)于SVM回歸模型，是一種很有運(yùn)用前景的絕緣子漏電電流預(yù)測(cè)算法。與ESDD不同的是，泄漏電流是一個(gè)更有意義的參數(shù)，因?yàn)樗峁┝宋坶W機(jī)制的所有階段的信息，它表明絕緣子串離閃絡(luò)發(fā)生的距離。

筆者提出了一種新型預(yù)測(cè)絕緣子泄漏電流的方法，該方法通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法—隨機(jī)森林算法，利用氣象參數(shù)信息，如濕度、溫度、太陽(yáng)輻射，提出了一種新型絕緣子累積污染指數(shù)；此外，本文建立了風(fēng)的參數(shù)化模型，并將雨水和可溶污染收集在一個(gè)定向灰塵計(jì)中。最后，針對(duì)3組不同類型(全硅涂層、半涂層和非涂層的玻璃絕緣子串，進(jìn)行連續(xù)22個(gè)月的監(jiān)測(cè)，這些絕緣子均工作在相同的電氣和環(huán)境條件下，利用實(shí)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，該方法可準(zhǔn)去估計(jì)鋼化玻璃絕緣子串以及具有疏水轉(zhuǎn)移特性的RTV硅涂玻璃絕緣子的泄漏電流。

1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案和數(shù)據(jù)采集

筆者實(shí)時(shí)泄漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)位于海邊，附近有火電廠和許多煉油廠、鋼鐵和化學(xué)工業(yè)。因此，環(huán)境條件較為惡劣[14-18]。該地區(qū)氣候?yàn)槎緶睾统睗?，夏季溫暖而干燥，日照時(shí)間長(zhǎng)適合在高紫外線條件下測(cè)試有機(jī)硅涂層等高分子材料[19-21]。后面章節(jié)將詳細(xì)描述了測(cè)試設(shè)備、泄漏電流監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)以及天氣數(shù)據(jù)收集和不同的污染測(cè)量和協(xié)議，以設(shè)計(jì)絕緣子串的泄漏電流預(yù)測(cè)模型。

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置圖，從左到右為:全涂覆，半涂覆和未涂覆，在右下角是兩個(gè)未通電的絕緣子串Fig.1 Test station set-up.from left to right:full-coated,half-coated and non-coated strings,and at the bottom right the two non-energized strings

1.2 泄漏電流和累積電荷的測(cè)量

在通電絕緣子串中均安裝了獨(dú)立的泄漏電流傳感器，并連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用于測(cè)量電流的裝置是安裝在導(dǎo)線接地側(cè)的隔離絕緣體，引導(dǎo)電流通過傳感器。絕緣子串的泄漏電流是由絕緣子表面導(dǎo)電電解污染層和架空線路電壓引起的。泄漏電流的峰值幅值可以反映絕緣子串與閃絡(luò)的距離，是公認(rèn)的對(duì)絕緣子性能評(píng)估的重要指標(biāo)。這些參數(shù)信息對(duì)玻璃絕緣子特別有用，有利于計(jì)劃預(yù)防性維護(hù)，如清洗，將閃絡(luò)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。以硅酮涂層絕緣子為例。由于該材料的疏水特性，大大降低了泄漏電流，提高了絕緣子在污染下的性能。相反，聚合物材料在使用過程中會(huì)發(fā)生老化，其表面性能容易發(fā)生變化，這可能導(dǎo)致其疏水性的顯著退化。泄漏電流及其在一段時(shí)間內(nèi)的積分函數(shù)，即累積電荷，是評(píng)估材料降解的重要指標(biāo)。圖2為3串絕緣子的累積電荷變化情況。

圖2 3種絕緣子串的累積電荷隨時(shí)間的變化Fig.2 Cumulative charge evolution over time for the three strings

由上圖可知，硅酮涂層可極大減少通過絕緣子串的泄漏電流，其中，全涂層減少了約94%的累積電荷，半涂層96%。兩種涂層絕緣子之間的細(xì)微差別是由于數(shù)據(jù)缺失造成的。為了確定泄漏電流的特性，找出使絕緣子串閃絡(luò)的值，本研究進(jìn)行了附加試驗(yàn)。試驗(yàn)是根據(jù)IEC 60507中描述的鹽霧法在相同結(jié)構(gòu)的玻璃絕緣子串上進(jìn)行的，并在上述地點(diǎn)的電壓水平上進(jìn)行。這一特性基于位置等效鹽度(SES)的概念，這種方法是由來(lái)自不同歐洲公司的研究人員在20世紀(jì)70年代的中提出的，被認(rèn)為是確定場(chǎng)地污染嚴(yán)重程度(SPS)的工具。這里需要指出的是，鹽霧測(cè)試程序不適用于硅樹脂涂層或聚合物絕緣體，因?yàn)辂}水落在這些絕緣體上，由于其表面的疏水特性，鹽水會(huì)珠化并流下，而不會(huì)留下污染沉積。對(duì)聚合物絕緣子和有機(jī)硅涂層絕緣子，目前還沒有統(tǒng)一的人工污染檢測(cè)方法。然而,在這個(gè)特定的例子中,玻璃絕緣子串的結(jié)果可以提供有價(jià)值的信息為涂層的幾何形狀和配置完全相同,將代表完全喪失疏水性涂硅絕緣體在最壞情況下運(yùn)行。在這項(xiàng)研究工作中，玻璃絕緣子串在八種不同的鹽度條件下進(jìn)行了測(cè)試，在一系列連續(xù)3次測(cè)試中，每次鹽度持續(xù)一小時(shí)，記錄每次測(cè)試的最大泄漏電流，鹽度逐漸增加，直到達(dá)到不可承受的鹽度水平，即多個(gè)閃絡(luò)發(fā)生時(shí)所考慮的鹽度水平。測(cè)得的鹽度分別為:7、20、40、80、112、136、160和224 kg/m3。圖3為玻璃絕緣子串隨鹽度變化的泄漏電流特性。

圖3 玻璃絕緣子串隨鹽度變化的泄漏電流特性Fig.3 Leakage current characteristics of the glass insulator string

1.3 氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)為每5 min記錄一次相對(duì)濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、降雨量、溫度、露點(diǎn)和太陽(yáng)輻射。天氣條件與絕緣子性能之間的相互作用是非常動(dòng)態(tài)和復(fù)雜的，其監(jiān)測(cè)是影響絕緣子性能的關(guān)鍵因素。眾所周知，風(fēng)是影響污染物在絕緣子上運(yùn)移和沉積的主要因素之一。污染積聚和持續(xù)潮濕，即相對(duì)濕度超過75%或有雨，通常會(huì)在絕緣子表面形成導(dǎo)電電解層，并產(chǎn)生泄漏電流。值得注意的是，硅樹脂涂層絕緣子主要受高瞬態(tài)潤(rùn)濕事件的影響，如小雨，而不是像非涂層絕緣子那樣只受高相對(duì)濕度的影響。另一方面，雨水和長(zhǎng)時(shí)間的高相對(duì)濕度也能沖走絕緣子表面的污染。

1.4 粉塵性污染物

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還配備了符合IEC 60815標(biāo)準(zhǔn)的定向積塵儀(DDDG)，用以監(jiān)測(cè)風(fēng)載塵埃，同時(shí)也用于測(cè)定SPS。這一方法已被一些研究人員應(yīng)用于評(píng)估不同國(guó)家絕緣體的污染水平。DDDG裝置由4個(gè)集電極管組成底部裝有一個(gè)罐子來(lái)收集污染。它位于離地面3米高的一個(gè)支撐柱上。每一根管子都面向四個(gè)方位:北、南、東、西。測(cè)量過程快速、簡(jiǎn)單和廉價(jià)。每隔一個(gè)月將罐子取出，將其與500 mL的軟化水混合，并測(cè)量溶液的電導(dǎo)率。以μs/cm表示的歸一化DDDG值，指的是500 mL的體積和一個(gè)月30天。監(jiān)測(cè)期內(nèi)月最大值為430 μs/cm，全年月平均值為153 μs/cm。

1.5 ESDD和NSDD的測(cè)量

等效鹽沉積密度(ESDD)是等效氯化鈉(NaCl)的沉積，當(dāng)溶解在軟化水中時(shí)，其電導(dǎo)率與從絕緣子表面去除的污染物自然沉積的電導(dǎo)率相同，其單位為mg/cm2。這些測(cè)量分別在3類絕緣子上進(jìn)行，每3個(gè)月進(jìn)行一次。由于ESDD的計(jì)算是在頂部和底部分別進(jìn)行的，因此不需要額外安裝半涂層管柱。各絕緣子串的平均ESDD及其隨時(shí)間的變化如圖4所示。

圖4 監(jiān)控期間絕緣子串的ESDD水平Fig.4 ESDD levels for the reference strings during the monitoring period

由圖4可知，硅樹脂涂層絕緣體比未涂層絕緣體收集的污染更多，然而，重要的是就污染性能而言，ESDD水平是不可比較的，因?yàn)槲廴镜臐?rùn)濕過程對(duì)硅樹脂涂層與玻璃涂層不同。污染在頂部和底部表面之間的分布是不均勻的，因?yàn)樵诖怪狈较蛏希敳勘砻姹鹊撞勘砻娓菀妆蛔匀磺逑?。得到的平均上下比，也稱為污染均勻比(CUR)，未涂覆絕緣子為3.66，涂覆絕緣子為5.23，隨時(shí)間變化顯著。從測(cè)定的ESDD溶液中過濾殘?jiān)?，測(cè)定不溶性沉積密度(NSDD)。NSDD(mg/cm2)為含有污染物的濾紙重量(Wf)與濾紙初始重量(Wi)之差(干燥條件下均以mg表示)除以絕緣子表面面積(cm2)，如下所示:

(1)

與ESDD的情況一樣，涂層絕緣子的NSDD水平也更高。一年后，無(wú)涂層絕緣子的NSDD為0.018 mg/cm2，有涂層絕緣子的NSDD為0.026 mg/cm2。

1.6 疏水性

對(duì)于疏水性，采用IEC 62073“噴霧法”的潤(rùn)濕性等級(jí)(WC)測(cè)量方法，對(duì)涂有硅酮的絕緣子的表面狀態(tài)和疏水性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，WC 1的表面疏水性最強(qiáng)，WC 7的表面親水性最強(qiáng)。對(duì)絕緣子上部測(cè)量了四種不同方向的WC，評(píng)估結(jié)果如表1所示。風(fēng)的影響非常顯著。來(lái)自西北的風(fēng)將附近石化工廠的工業(yè)污染帶過海洋，導(dǎo)致該區(qū)域表面的疏水性暫時(shí)喪失。

表1 濕潤(rùn)性監(jiān)測(cè)Table 1 Wettability monitoring

2 依據(jù)環(huán)境及氣象信息預(yù)測(cè)泄漏電流

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的監(jiān)測(cè)期間，發(fā)現(xiàn)泄漏電流與環(huán)境和氣象數(shù)據(jù)有顯著的定性關(guān)聯(lián)。一般來(lái)說，泄漏電流波形的形狀是通過與潤(rùn)濕作用相關(guān)的離散污染事件來(lái)描述的。此類事件的發(fā)生、持續(xù)時(shí)間和電流水平取決于潤(rùn)濕的類型和速率以及絕緣子串上的累積污染。這是一個(gè)非常動(dòng)態(tài)和復(fù)雜的過程，使得從環(huán)境和天氣數(shù)據(jù)中預(yù)測(cè)泄漏電流成為一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。本節(jié)將提出一種新型預(yù)測(cè)絕緣子串泄漏電流的方法，該方法是基于參數(shù)模型和隨機(jī)森林(RF)算法，并得到了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)的支持。首先，根據(jù)風(fēng)、定向灰塵和降雨數(shù)據(jù)建立累積污染指數(shù)(CPI)模型，實(shí)時(shí)估算絕緣子串的整體污染積累；然后，將CPI與濕度、溫度和太陽(yáng)輻射相結(jié)合，通過RF算法實(shí)現(xiàn)泄漏電流的預(yù)測(cè)。該方法適用于玻璃絕緣子和具有疏水轉(zhuǎn)移性能的硅樹脂涂層絕緣子。

2.1 累積污染指數(shù)

污染物在絕緣子表面的積聚主要由風(fēng)產(chǎn)生。已有研究表明絕緣子表面積聚的污染隨風(fēng)速增加而增加，這種方法可以用DDDG測(cè)量代替ESDD，以便獲得更真實(shí)的結(jié)果，因?yàn)槭占懿皇茏韵春陀晁挠绊?。此外，風(fēng)向也被考慮在內(nèi)，因?yàn)槲廴臼菍?duì)每個(gè)主要方向分別測(cè)量的，因此?？梢栽u(píng)估不同污染源的位置。在每月進(jìn)行一次DDDG測(cè)量的基礎(chǔ)上，可計(jì)算出第i個(gè)月N、S、E、W四個(gè)方向的污染系數(shù):

(2)

圖5 收集器結(jié)構(gòu)和收集器捕捉到的風(fēng)流量作為風(fēng)向的函數(shù)Fig.5 Detail of the collection tube and the captured wind flow for each collector as a function of the wind direction

一旦計(jì)算出實(shí)驗(yàn)污染系數(shù)，預(yù)測(cè)模型就可以估算出在某一個(gè)月i，給定采樣時(shí)間間隔t下，每個(gè)方向的沉積塵埃電導(dǎo)率A的增量:

(3)

由四個(gè)方向的平均值計(jì)算出的污染指數(shù)，可估計(jì)絕緣子串積塵電導(dǎo)率的總體增加量:

(4)

降雨對(duì)絕緣子串的清洗有很大影響，降雨可從表面沖刷掉的污染物以指數(shù)方程的形式表示:

Mt=Mt-1×(1-e-kIt)

(5)

Mt為洗掉污染物表面單位面積上的質(zhì)量(mg/cm2),Mt-1表面在t=0時(shí)的初始質(zhì)量，k為洗掉常數(shù)取決于表面特征，I為平均降雨強(qiáng)度，其單位為mm/min。降雨后的污染濃度M可以表示為

M=Mt-1-Mt

(6)

CPI是表示絕緣子串上可溶性污染累積估計(jì)量的無(wú)量綱指標(biāo)，將式(10)-(9)代入式(11)可計(jì)算出某時(shí)刻m的值：

CPIm=(CPIm-1+ΔPIm)×e-kImt

(7)

根據(jù)收集到的每個(gè)絕緣子串的數(shù)據(jù)擬合出沖刷常數(shù)，未涂覆絕緣子串的k1=0.006 8，半涂覆絕緣子串的k2=0.007 3，全涂覆絕緣子串的k3=0.008 1。由于三串絕緣子的幾何形狀相同，沖刷常數(shù)的變化是由不同的自潔行為和表面粗糙度引起的：

ESDD未涂層=α1CPIm

(8)

ESDD半涂層=α2CPIm

(9)

ESDD全涂層=α3CPIm

(10)

如式(8-10)和圖6所示，可以通過線性回歸將CPI即時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為更容易解釋的ESDD值。轉(zhuǎn)換不同涂層、半涂層和全涂層的影響因子分別為α1=78×106(r2=0.82)、α2=155×106(r2=0.90)和α3=172×106(r2=0.88)?？偟膩?lái)說，估算的瞬時(shí)ESDD數(shù)據(jù)水平與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的相關(guān)性。

圖6 由CPI得到的瞬時(shí)ESDD水平Fig.6 Instantaneous ESDD levels obtained from CPI

2.2 基于隨機(jī)森林算法的預(yù)測(cè)絕緣子串泄漏電流方法

分類和回歸樹(CART)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，用于從數(shù)據(jù)中構(gòu)建預(yù)測(cè)模型。這些模型是通過遞歸地劃分?jǐn)?shù)據(jù)空間并在每個(gè)分區(qū)內(nèi)擬合一個(gè)簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)模型來(lái)獲得的?；跇涞哪Ｐ鸵蚱浜?jiǎn)單易用和可解釋性而被廣泛應(yīng)用于研究工作中，但它們?nèi)菀装l(fā)生過擬合，特別是當(dāng)樹特別多的時(shí)候。為了解決上述問題，人們開發(fā)了將許多樹組合成一個(gè)模型的集成方法。其中，一個(gè)模型是隨機(jī)森林(RF)，為一種引導(dǎo)聚合技術(shù)(bagging)的回歸樹集合。RF對(duì)噪聲響應(yīng)具有魯棒性，并具有很強(qiáng)的泛化能力。RF涉及兩個(gè)主要的超參數(shù)來(lái)控制每棵樹的結(jié)構(gòu)，即一個(gè)節(jié)點(diǎn)必須被分割的最小大小，以及森林的結(jié)構(gòu)，即樹的數(shù)量，這些超參數(shù)是人為調(diào)整的。從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中獲得的數(shù)據(jù)被隨機(jī)分成兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)集：一個(gè)用于訓(xùn)練，75%的數(shù)據(jù)可用，另一個(gè)用于驗(yàn)證模型。

圖7為從氣象和環(huán)境數(shù)據(jù)得到的泄漏電流預(yù)測(cè)模型示意圖。

圖7 利用氣象和環(huán)境數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)泄漏電流模型示意圖Fig.7 Schematic diagram of the leakage current prediction model from the meteorological and environmental data

由圖7可知，模型的四個(gè)預(yù)測(cè)因子是CPI，為相對(duì)濕度、溫度和太陽(yáng)輻射等。后一個(gè)預(yù)測(cè)因子與絕緣子表面入射的熱能直接相關(guān)，這可能會(huì)使污染干燥，從而減少泄漏電流。通過袋外誤差估計(jì)方法評(píng)估預(yù)測(cè)器的相對(duì)重要性，如圖8所示。不同模型之間的差異是顯著的，就CPI而言，污染和濕度對(duì)無(wú)涂層絕緣子的預(yù)測(cè)更相關(guān)，而對(duì)受太陽(yáng)輻射和溫度影響更大的全涂層和半涂層絕緣子。另一項(xiàng)研究考慮了四個(gè)和兩個(gè)預(yù)測(cè)因子的模型。根據(jù)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行比較?；赗-squared、RMSE和MAE預(yù)測(cè)誤差的比較見表2。使用四種預(yù)測(cè)器，驗(yàn)證數(shù)據(jù)集上泄漏電流預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比如圖9所示。根據(jù)這些結(jié)果，我們可以得出這樣的結(jié)論:在非涂覆絕緣子的情況下，僅利用CPI和濕度就可以估計(jì)出所提出的方法的泄漏電流。但為了提高對(duì)全包覆和半包覆絕緣子泄漏電流的預(yù)測(cè)能力，有必要將溫度和太陽(yáng)輻射也考慮在內(nèi)。

圖8 4種預(yù)測(cè)因子的RF模型的相對(duì)預(yù)測(cè)因子重要性Fig.8 Relative predictor importance for RF model with four predictors

表2 預(yù)測(cè)誤差的比較Table 2 Comparison of prediction errors

圖9 驗(yàn)證數(shù)據(jù)集:泄漏電流預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值Fig.9 Validation dataset:predicted vs. measured leakage current values

3 結(jié) 論

提出了一種考慮環(huán)境和天氣數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)無(wú)涂層、半涂層(底部部分)和全涂層玻璃絕緣子組成的絕緣子串上的泄漏電流的預(yù)測(cè)方法。筆者收集了22個(gè)月的實(shí)測(cè)歷史數(shù)據(jù)，以支持所提方法。本研究的主要結(jié)果總結(jié)如下：

1)新型累積污染指數(shù)CPI可估計(jì)絕緣子串上的可溶性污染沉積，它適用于無(wú)涂層絕緣子和硅涂層絕緣子。此外，它還可以線性轉(zhuǎn)換為ESDD。

2)所提出基于隨機(jī)森林算法的預(yù)測(cè)方法可依據(jù)CPI、濕度、溫度和太陽(yáng)輻射等信息對(duì)絕緣子的泄漏電流進(jìn)行精確估計(jì)，顯示出良好的擬合指標(biāo):未涂層(R2=0.947)、半涂層(R2=0.860)和全涂層(R2=0.869)。

3)研究了預(yù)測(cè)因子的重要性，表明溫度和太陽(yáng)輻照在涂覆絕緣子的情況下起著重要作用。相比之下，它們對(duì)無(wú)涂覆絕緣子就不那么重要了，這使得僅從CPI和濕度來(lái)預(yù)測(cè)絕緣子泄漏電流成為可能，而不會(huì)損失預(yù)測(cè)功率。

4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，玻璃絕緣子表面涂覆硅層可以有效降低或抑制絕緣子串上的大部分泄漏電流。它們似乎更容易受到小雨等短暫濕潤(rùn)事件的影響。半涂層絕緣子(底部部分)表現(xiàn)出與全涂層絕緣子非常相似的性能，這使其在污染性能、安裝和運(yùn)輸?shù)姆奖阈砸约俺杀痉矫娉蔀橐粋€(gè)運(yùn)用前景的解決方案