CN104076242A - 一种固体绝缘环网柜电气接头检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种固体绝缘环网柜电气接头检测方法和装置，所述固体绝缘环网柜电气接头检测方法包括：利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像；将所述红外热图像进行预处理；将经过预处理后的红外热图像进行滤波降噪处理；将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理；将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测；利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因。本发明实施例达到了如下的技术效果：利用红外热成像设备将固体绝缘环网柜的特定电气接头的热信息可视化，快速定位故障，并且进行分析，完成电气故障诊断和预防性维护工作。
Description
技术领域
本发明涉及配电技术领域，尤其涉及一种固体绝缘环网柜电气接头检测方法和装置。
背景技术
近年来，发展智能电网已经上升到国家战略层面，成为国家经济发展和能源政策的重要组成部分。智能电网在配用电领域的建设目标要求我们能提供安全可靠的的智能化电器设备。
为使用户可以从两个方向获得电源，进而提高配用电系统可靠性，通常将供电网连接成环形，这种供电方式简称为环网供电。环网柜（Ring main unit，RMU）是环网供电的关键设备，它诞生于1978年，它推动了配用电网络的建设与发展。环网柜的绝缘方式经历了空气绝缘、空气和SF6气体混合绝缘、SF6气体全绝缘，最后到固体绝缘的过程，所覆盖的电压等级也进一步拓宽。固体绝缘环网柜的出现是环网柜技术进步的一个里程碑。
固体绝缘环网柜内空间相对狭小，在长期运行过程中，常常由于元器件热功率很大，导致局部发热严重，发展到一定阶段后会造成严重的故障。为了确保配电系统的稳定可靠，有必要对环网柜内特定电气接头进行在线监测。这些电气接头诸如绝缘套管处、高压电缆与真空灭弧室的连接处等。
国内有对于触点温度测量方面的研究，例如王进应用温度传感器对触点焊接进行了监测；东南大学的吴乐南正研究高压开关触点温度的在线监测；西安和其光电科技有限公司正研究一种应用于开关柜触点温度在线监测的荧光光纤温度传感器。上述的这几种检测方式的共同特点是采用接触式测量，而这种检测方式常常不满足中压、高压、特高压等高电压等级的绝缘性要求。
综上可见，如何快速定位固体绝缘环网柜的特定电气接头故障，以进行电气故障诊断和预防性维护工作，这是本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种固体绝缘环网柜电气接头检测方法和装置，以利用红外热成像设备将固体绝缘环网柜的特定电气接头的热信息可视化，快速定位故障。
一方面，本发明实施例提供了一种固体绝缘环网柜电气接头检测方法，所述固体绝缘环网柜电气接头检测方法包括：
利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像；
将所述红外热图像进行预处理；
将经过预处理后的红外热图像进行滤波降噪处理；
将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理；
将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测；
利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因。
可选的，在本发明一实施例中，所述利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像，包括：利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的经过凸镜组合和光栅后的红外热图像。
可选的，在本发明一实施例中，所述预处理包括：校正、增强和分割。
可选的，在本发明一实施例中，所述将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理，包括：将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行频域处理或空域处理。
可选的，在本发明一实施例中，所述将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测，包括：将经过增强处理后的红外热图像采用灰度阈值法进行边缘线提取，以进行边缘检测。
可选的，在本发明一实施例中，所述利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因，包括：分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因后，通过后继实验予以确认；所述电气接头过热的原因为如下的一种或多种：连接松脱、接线端子氧化腐蚀、连接过紧。
另一方面，本发明实施例提供了一种固体绝缘环网柜电气接头检测装置，所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置包括：
探测器，用于获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像；
预处理单元，用于将所述红外热图像进行预处理；
降噪处理单元，用于将经过预处理后的红外热图像进行滤波降噪处理；
增强处理单元，用于将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理；
边缘检测单元，用于将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测；
分析单元，用于利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因。
可选的，在本发明一实施例中，所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置还包括：凸镜组合和光栅；所述探测器，具体用于获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的经过所述凸镜组合和光栅后的红外热图像。
可选的，在本发明一实施例中，所述预处理单元进行的预处理包括：校正、增强和分割。
可选的，在本发明一实施例中，所述增强处理单元，进一步具体用于将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行频域处理或空域处理。
可选的，在本发明一实施例中，所述边缘检测单元，进一步具体用于将经过增强处理后的红外热图像采用灰度阈值法进行边缘线提取，以进行边缘检测。
可选的，在本发明一实施例中，所述分析单元，进一步具体用于在分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因后，通过后继实验予以确认；所述电气接头过热的原因为如下的一种或多种：连接松脱、接线端子氧化腐蚀、连接过紧。
上述技术方案具有如下有益效果：因为采用利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像；将所述红外热图像进行预处理；将经过预处理后的红外热图像进行滤波降噪处理；将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理；将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测；利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因的技术手段，所以达到了如下的技术效果：利用红外热成像设备将固体绝缘环网柜的特定电气接头的热信息可视化，快速定位故障，并且进行分析，完成电气故障诊断和预防性维护工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
图1为本发明实施例一种固体绝缘环网柜电气接头检测方法流程图；
图2为本发明实施例一种固体绝缘环网柜电气接头检测装置组成结构示意图；
图3为本发明应用实例固体绝缘环网柜的电气接头的红外热成像示意图；
图4为本发明应用实例一次侧的电气接头检测位置示意图；
图5为本发明应用实例二次侧的电气接头检测位置示意图；
图6为本发明应用实例二次侧的红外热图像的边缘线提取结果与期望值之间的关系示意图；
图7为本发明应用实例出现故障的一次侧的W相电气接头连接的红外热图像示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
如图1所示，为本发明实施例一种固体绝缘环网柜电气接头检测方法流程图，所述固体绝缘环网柜电气接头检测方法包括：
101、利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像；
102、将所述红外热图像进行预处理；
103、将经过预处理后的红外热图像进行滤波降噪处理；
104、将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理；
105、将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测；
106、利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因。
可选的，所述利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像，包括：利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的经过凸镜组合和光栅后的红外热图像。
可选的，所述预处理包括：校正、增强和分割。
可选的，所述将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理，包括：将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行频域处理或空域处理。
可选的，所述将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测，包括：将经过增强处理后的红外热图像采用灰度阈值法进行边缘线提取，以进行边缘检测。
可选的，所述利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因，包括：分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因后，通过后继实验予以确认；所述电气接头过热的原因为如下的一种或多种：连接松脱、接线端子氧化腐蚀、连接过紧。
如图2所示，为本发明实施例一种固体绝缘环网柜电气接头检测装置组成结构示意图，所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置包括：
探测器21，用于获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像；
预处理单元22，用于将所述红外热图像进行预处理；
降噪处理单元23，用于将经过预处理后的红外热图像进行滤波降噪处理；
增强处理单元24，用于将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理；
边缘检测单元25，用于将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测；
分析单元26，用于利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因。
可选的，所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置还包括：凸镜组合和光栅；所述探测器21，具体用于获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的经过所述凸镜组合和光栅后的红外热图像。
可选的，所述预处理单元22进行的预处理包括：校正、增强和分割。
可选的，所述增强处理单元24，进一步具体用于将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行频域处理或空域处理。
可选的，所述边缘检测单元25，进一步具体用于将经过增强处理后的红外热图像采用灰度阈值法进行边缘线提取，以进行边缘检测。
可选的，所述分析单元26，进一步具体用于在分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因后，通过后继实验予以确认；所述电气接头过热的原因为如下的一种或多种：连接松脱、接线端子氧化腐蚀、连接过紧。
本发明上述方法或装置技术方案具有如下有益效果：因为采用利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像；将所述红外热图像进行预处理；将经过预处理后的红外热图像进行滤波降噪处理；将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理；将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测；利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因的技术手段，所以达到了如下的技术效果：利用红外热成像设备将固体绝缘环网柜的特定电气接头的热信息可视化，快速定位故障，并且进行分析，完成电气故障诊断和预防性维护工作。
以下举应用实例进行详细说明：
本发明应用实例提出的固体绝缘环网柜的电气接头的红外热图像数据处理的步骤设计为：1）获取原始的红外热图像；2）原始红外热图像预处理；3）噪声滤除；4）增强；5）边缘检测；6）红外热图像的结果分析。数据处理中的每个环节都针对了固体绝缘环网柜的重要电气接头红外热图像特征而特定设计，因而有较强的针对性，以下进行详述：
1、获得固体绝缘环网柜的电气接头的红外热图像
配电网运行过程中的固体绝缘环网柜，它的电气接头会发射出红外线，经过凸镜组合和光栅，然后被探测器接收，获得红外热图像，原理如图3所示，为本发明应用实例固体绝缘环网柜的电气接头的红外热成像示意图。
2、红外热图像的预处理
实际工程中，直接处理红外热图像并常常不能取得恰当效果，反而会引起有用信息的丢失和更严重的降质。为了进行较为理想的红外热图像的数据处理，往往须经过校正、增强和分割等预处理。这些预处理的方法选择可依赖于对特征的先验知识和每一幅红外热图像的具体情况。
3、红外热图像的滤波降噪处理
红外热图像质量的好坏对检测结果影响很大。由于红外热图像在生成和传输过程中不可避免地受到随机噪声的干扰并伴有热扩散效应，引起图像模糊和边缘扩散，使得图像的可视程度降低。为提高图像的可视度，进而对其进行准确的识别和分析，要在进行图像增强等处理之前要首先对图像进行噪声抑制，其抑制手段就是进行滤波。
4、红外热图像的增强处理
红外热图像的增强处理一般可以分为频域处理方法和空域处理方法两大类。频域处理方法的频率处理能力很好,但计算量大。空域处理方法实时性和自适应性很好,并且运算量小,但对各部分的控制效果不好,不能从频率角度反映各部分的区别；如直方图均衡方法。针对这些优缺点,可进行合适的增强方法选择。
5、红外热图像的边缘检测
对红外热图像进行边缘提取，可以把缺陷在红外图像中标识出来，使电气检修人员对红外热图像的理解更加直观、方便。对图像进行边缘提取的算法有很多，如最早提出的一阶微分边缘算子、Robert算子、Sobel算子、Prewitt算子和Kirsh算子等。
6、红外热图像数据处理结果的分析
分析红外热图像数据处理结果，研究电气接头端子过热的具体原因，分析是来自连接松脱、接线端子氧化腐蚀还是连接过紧，并通过后继实验予以确认。
固体绝缘环网柜的电气接头的绝缘材料具有确定的临界温度，当实际的温度高于临界温度时，绝缘材料的耐电强度会显著下降，如不能及时发现并采取措施，可能会造成严重的事故。本发明应用实例可利用现有的固体绝缘环网柜，其一次侧和二次侧母线和电缆接头采用浇注式结构，本发明应用实例可针对这种电气接头进行检测分析。本发明应用实例可预先使用出现故障的一次侧的W相电气接头连接，以此来验证本发明应用实例的检测结果。本发明应用实例一次侧和二次侧的电气接头检测位置分别如图4和图5所示。
本发明应用实例利用红外热像仪作为探测器获取原始的红外热图像，然后进行红外热图像预处理后，再进行噪声滤除。经过分析，本发明应用实例可主要引入的高斯噪声，其滤波是根据高斯函数的形状来选择权值的线性平滑滤波器。高斯滤波对滤除服从正态分布的噪声效果明显。对于红外热图像来说，常用均值为零的离散高斯函数作平滑滤波器，函数的表达式如式(1)所示：
式(1)中，σ为高斯函数的均方差，它控制着平滑效果。σ越大，平滑效果越明显，但同时也造成了图像细节特征过分模糊；f表示图像灰度值；像素(i,j)的灰度值，H和W分别为整幅图像的行数和列数，且有i＝1,2,...,H；j＝1,2,...,W。
本发明应用实例接下来进行图像增强和边缘检测，本发明应用实例采用灰度阈值法进行边缘线提取。灰度阈值法原理比较简单、计算简便、处理时间短，其基本思想是对整幅条纹图选定一个合适的阈值进行二值化，将原来灰度连续变化的条纹图转化为二值条纹图，然后对其进行细化直至获得单一像素的中心线。但阈值的选取是一个相对复杂的过程，选择适合于全场的阈值是十分困难的，阈值选取过大，会使图像很多有用的采样点因为灰度值不够而被遗漏掉；阈值选取过小，则会包含很多无用采样点。本发明应用实例二次侧的红外热图像的边缘线提取结果与期望值之间的关系如图6所示。
最后对红外热图像的结果进行分析：二次侧电气接头正常，一次侧的W相电气接头出现了故障，与本发明应用实例上述预先使用出现故障的一次侧的W相电气接头连接的预期情况吻合，具体的红外热图像结果如图7所示。
本发明应用实例可以验证本发明所提议方法的合理性，深化了固体绝缘环网柜的参数在线监测研究。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrativelogical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrativecomponents），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。
本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。
本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。
在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种固体绝缘环网柜电气接头检测方法，其特征在于，所述固体绝缘环网柜电气接头检测方法包括：
利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像；
将所述红外热图像进行预处理；
将经过预处理后的红外热图像进行滤波降噪处理；
将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理；
将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测；
利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因。
2.如权利要求1所述固体绝缘环网柜电气接头检测方法，其特征在于，所述利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像，包括：
利用探测器获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的经过凸镜组合和光栅后的红外热图像。
3.如权利要求1所述固体绝缘环网柜电气接头检测方法，其特征在于，所述预处理包括：校正、增强和分割。
4.如权利要求1所述固体绝缘环网柜电气接头检测方法，其特征在于，所述将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理，包括：
将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行频域处理或空域处理。
5.如权利要求1所述固体绝缘环网柜电气接头检测方法，其特征在于，所述将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测，包括：
将经过增强处理后的红外热图像采用灰度阈值法进行边缘线提取，以进行边缘检测。
6.如权利要求1所述固体绝缘环网柜电气接头检测方法，其特征在于，所述利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因，包括：
分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因后，通过后继实验予以确认；所述电气接头过热的原因为如下的一种或多种：连接松脱、接线端子氧化腐蚀、连接过紧。
7.一种固体绝缘环网柜电气接头检测装置，其特征在于，所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置包括：
探测器，用于获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的红外热图像；
预处理单元，用于将所述红外热图像进行预处理；
降噪处理单元，用于将经过预处理后的红外热图像进行滤波降噪处理；
增强处理单元，用于将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行增强处理；
边缘检测单元，用于将经过增强处理后的红外热图像进行边缘检测；
分析单元，用于利用经过边缘检测后的红外热图像数据分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因。
8.如权利要求7所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置，其特征在于，所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置还包括：凸镜组合和光栅；
所述探测器，具体用于获取运行中的固体绝缘环网柜的电气接头发射的经过所述凸镜组合和光栅后的红外热图像。
9.如权利要求7所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置，其特征在于，
所述预处理单元进行的预处理包括：校正、增强和分割。
10.如权利要求7所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置，其特征在于，
所述增强处理单元，进一步具体用于将经过滤波降噪处理后的红外热图像进行频域处理或空域处理。
11.如权利要求7所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置，其特征在于，
所述边缘检测单元，进一步具体用于将经过增强处理后的红外热图像采用灰度阈值法进行边缘线提取，以进行边缘检测。
12.如权利要求7所述固体绝缘环网柜电气接头检测装置，其特征在于，
所述分析单元，进一步具体用于在分析所述固体绝缘环网柜的电气接头过热的原因后，通过后继实验予以确认；所述电气接头过热的原因为如下的一种或多种：连接松脱、接线端子氧化腐蚀、连接过紧。
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2013
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