CN105182197A - 适应于电力行业的特高频局部放电图谱处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应于电力行业的特高频局部放电图谱处理系统及方法，该方法利用现有的智能移动终端，对特高频局部放电测量文件进行的自动传输、解析和图谱处理。这样的操作，将不同的试验图谱进行统一处理和规范化，减少了人工操作带来的误差，提高了特高频局部放电图谱的存储和利用效率，实现了试验数据的标准化管理。本发明对试验测量文件进行自动解析和图谱处理，保证了试验特征值的统一性和结构，同时将图谱图像信息转化为可量化的结构化数值信息，有利于后续对试验结果的分析和统计。

Description

适应于电力行业的特高频局部放电图谱处理系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电力行业的特高频局部放电图谱处理领域，尤其涉及特高频局部放电图谱处理系统及方法。

背景技术

目前的高特频局部放电图谱方法多存在以下几个方面的问题：

1、当前情况下，变电站带电检测存在试验过程不标准，试验数据管理不规范等问题。在具体实验操作过程中，出现了许多试验数据对应错误，上传数据格式混乱等问题。需要对被测设备信息，以及上传数据进行统一的规范。

2、另外，针对局部放电测量试验，用于进行特高频局部放电测量的仪器厂家之间数据格式不统一，测量结果原始数据不公开。各仪器生产厂家仅提供各自的分析展示接口，将测量结果转化为图谱形式展示。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种适应于电力行业的特高频局部放电图谱处理系统及方法，该方法利用现有的智能移动终端，对特高频局部放电测量文件进行的自动传输、解析和图谱处理。这样的操作，将不同的试验图谱进行统一处理和规范化，减少了人工操作带来的误差，提高了特高频局部放电图谱的存储和利用效率，实现了试验数据的标准化管理。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适应于电力行业的特高频局部放电图谱处理系统，包括数据采集模块、智能终端处理模块和数据传输模块，其中：

所述数据采集模块，将特高频局部放电测量仪通过接口与移动智能终端连接，用于实现特高频局部放电测量仪测量文件的传输物理通道；

所述智能终端处理模块与特高频局部放电测量仪相连，包括移动智能终端和处理模块，通过对应的处理模块，得到图谱处理结果特征值；

所述对应的处理模块包括文件接收模块、文件解析模块、图谱展示模块和图谱分析模块，

文件接收模块，通过接口与特高频局部放电测量仪连接，接收测量仪输出的测量文件；文件解析模块，用于对测量文件进行数据解析和局部放电图谱展示；图谱分析模块针对产生的图谱进行图像处理，将图谱文件转换为描述图谱性质的多个特征值，用于描述图谱性质的特征值数目固定，每个特征值计量单位固定；

所述数据传输模块，将图谱处理结果特征值以无线vpn加密网络的形式进行加密传输，上传至站内数据管理库，将多个子站的数据通过网络，最终上传至总站数据库进行存储。

所述智能终端处理模块还设有辅助模块，包括RFID识别模块、湿度采集模块和温度采集模块，用于识别RFID和采集湿度、温度。

基于上述系统的方法，包括以下步骤：

(1)移动智能终端扫描待测设备上的RFID被动式标签，获取设备信息；

(2)确定特高频局部放电测量仪型号，使用移动智能终端对应外接接口与特高频局部放电测量仪进行物理连接；

(3)利用特高频局部放电测量仪进行试验，将试验生成测量文件传送至移动智能终端，移动智能终端通过文件接收模块进行接收，通过文件解析模块和图谱展示模块获取测量文件解析后图谱，通过图谱分析模块获得图谱处理特征值；

(4)将规范化的特征值以二进制形式通过加密的无线vpn网络传送至变电站内部数据管理库进行汇总；

(5)将需要测量的设备全部测量完毕后，根据设备的RFID身份信息，将站内数据管理库内容通过专用内部网络通道传送至总站数据库进行入库存储。

所述步骤(3)中，图谱处理特征值的具体方法包括：

(3-1)计算图谱双边梯度，得到梯度二值化图像；

(3-2)以含有像素点最多的直线为基准线，提取坐标系网格线；

(3-3)提取放电信号，对放电信号坐标恢复；

(3-4)将特征值规划范化。

所述步骤(3-1)中，计算图谱双边梯度，得到梯度二值化图像：将脉冲序列相位分布图谱记为I(x,y),x＝(x,y)为像素坐标，将图谱中三维坐标系中的周期c、相位(0～360°)和放电量q三个方向分别定义为x-y-z轴，对I采用双边梯度来进行边缘提取：

g_lx＝I(x)-I(x-s)；g_rx＝I(x)-I(x+s)；

g_ly＝I(y)-I(y-s)；g_ry＝I(y)-I(y+s)；

此处，s为相对与像素x的距离，I_xI_y是x方向和y方向的梯度。将梯度图像进行二值化，得到的边缘图像，记为I_b。

所述步骤(3-2)中，提取坐标系网格线：通过Hough变换检测I_b中的直线，保留包含像素点个数前设定数值的直线，以含有像素点最多的直线为基准线，按照以下标准查找三个方向网格线：

a.每个方向上的网格线应以等间距相互平行；

b.三个方向的网格线个数固定，由其测量仪器确定，表示三个方向的网格线，得到放电信号。

所述步骤(b)中，具体为：三个方向的网格线个数固定，由其测量仪器确定，分别设为n_x,n_y,n_z；

将每条网格线用四个参数来描述L＝{x_s,x_e,a,b}，x_s是其起始点，x_e为结束点，a为线的斜率，b为截距，三个方向的网格线分别表示为：

$L_{x,i}=\{x_{s,i}^x,x_{e,i}^x,a_i^x,b_i^x\}:i=1,2,...n_x;$

$L_{y,i}=\{x_{s,i}^y,x_{e,i}^y,a_i^y,b_i^y\}:i=1,2,...n_y;$

$L_{z,i}=\{x_{s,i}^z,x_{e,i}^z,a_i^z,b_i^z\}:i=1,2,...n_z\·$

将检测到的网格线以其邻域颜色填充去除，得到单纯的放电信号，记为I_r。

所述步骤(3-3)中，提取放电信号的具体方法：

对I_r直接二值化得到B：

选择三个参数来描述一个放电信号的属性S＝{x₁,y₁,y₂}，(x₁,y₁)为信号的顶点坐标，y₂为信号的底边行坐标，对B进行整图遍历，当像素点x＝(x,y)满足以下条件时，记为放电信号S_i的顶点(x_1,i,y_1,i)：

B(x,y)＝1,sum(B(x-3:x+3,y-5:y))＝1

上式中，(B(x-3:x+3,y-5:y))代表从(x-3,y-5)到(x+3,y)矩形框内的所有像素点，其含义为在该矩形框中仅有(x,y)一点其B(x,y)＝1，

保持列坐标x_1,i不变，向下遍历行坐标，当出现B(x_1,i,y)＝0时，记y_2,i＝y-1。

最终检测到的顶点，用+号标记。

所述步骤(4)中，通过在上两部分中检测到的信号S和网格线L，每个信号的用于分析的相位放电量q值可以通过以下步骤获得：

对于任一放电信号S_i＝{x_1,i,y_1,i,y_2,i}，

a.计算L_z的平均斜率通过斜率和点(x_1,i,y_1,i)计算直线l_z,i；

b.当y坐标为y_2,i计算l_z,i上对应的x坐标x_2,i，由此，信号S_i的上下两点坐标确定为p_1,i＝(x_1,i,y_1,i),p_2,i＝(x_2,i,y_2,i)；

c.计算L_x的平均斜率分别与p_1,iandp_2,i计算直线得到通过S_i与x轴平行的上下两条直线l_xu,i,l_xl,i；

d.计算l_xl,i与L_y,3的交点p_3,i＝(x_3,i,y_3,i)，通过p_3,i，确定直线l_zr,i；

e.计算l_xu,i和l_zr,i的交点p_4,i＝(x_4,i,y_4,i)，以及L_y,1和l_zr,i的交点p_5,i＝(x_5,i,y_5,i)；

f.信号的相位通过下式计算得到：

而其幅值的计算公式为：

q_i＝dist×(Q_max-Q_min)+Q_min；

$dist=\frac{\sqrt{{(x_{3,i}-x_{4,i})}^2+{(y_{3,i}-y_{4,i})}^2}}{\sqrt{{(x_{3,i}-x_{5,i})}^2+{(y_{3,i}-y_{5,i})}^2}}\·$

此处，[Q_min,Q_max]为图谱中显示的固定幅值范围。

所述步骤(4)中，将按0～360°平均分为个区间，放电量按[Q_min,Q_max]平均分为n_q个区间，平面被划分为和n_q可根据实际情况规定，根据恢复的φ,q值统计每个区间内的放电次数记为

最终规范化的特征值按以下格式排列输出：

n_q,Q_min,Q_max各占用8bit表示，放电次数N_i,j共有个，每个占用16bit表示。

本发明的有益效果为：

1、通过采用RFID被动式标签，保证了设备信息的自动识别，规范了试验数据与设备对应工作；

2、对试验测量文件进行自动解析和图谱处理，保证了试验特征值的统一性和结构；

3、将图谱图像信息转化为可量化的结构化数值信息，有利于后续对试验结果的分析和统计。

附图说明

图1是本发明的整体系统结构框图；

图2是本发明的脉冲序列相位分布图谱示例图；

图3是本发明双边梯度二值图；

图4是本发明的网格线去除信号图；

图5是本发明的放电信号检测结果图；

图6是本发明的放电信号坐标恢复过程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，特高频局部放电图谱处理系统，包括数据采集模块、智能终端处理模块和数据传输模块。

数据采集模块，将特高频局部放电测量仪通过RS-232、USB等接口与移动智能终端连接，实现特高频局部放电测量仪测量文件的传输物理通道。

智能终端处理模块，智能终端采用现有的移动智能终端，该终端搭载Android系统的移动装置，智能移动终端本体为工业级Android平板电脑，包括8核处理器，主频为1.8GHz；4GDDR3内存；64GB存储空间，7寸高清IPS液晶屏，支持多点触摸；支持MicroSD、SIM卡、USB接口、串口及自定义扩展口。移动智能终端与特高频局部放电测量仪相连，通过对应的处理模块，得到图谱处理结果特征值。

移动智能终端中用于图谱处理的模块主要由四部分组成：文件接收模块，文件解析模块，图谱展示模块，图谱分析模块。辅助功能模块包括RFID识别模块，湿度采集模块，温度采集模块。

其中文件接收模块，通过RS-232、USB等接口与特高频局部放电测量仪连接，接收测量仪输出的测量文件；文件解析模块与图谱展示模块为仪器厂家提供的规范协议，用于对测量文件进行数据解析和局部放电图谱展示；图谱分析模块针对产生的图谱进行图像处理的相关算法操作，将图谱文件转换为描述图谱性质的多个特征值。用于描述图谱性质的特征值数目固定，每个特征值计量单位固定。

数据传输模块：将图谱处理结果特征值以无线vpn加密网络的形式进行加密传输，上传至站内数据管理库。多个子站的数据通过内部专用网络，最终上传至总站数据库进行存储。

特高频局部放电图谱处理系统整个处理过程步骤如下：

步骤一：移动智能终端扫描待测设备上的RFID被动式标签，获取设备信息；

步骤二：确定特高频局部放电测量仪型号，使用移动智能终端对应外接接口与特高频局部放电测量仪进行物理连接；

步骤三：现场试验人员操作特高频局部放电测量仪进行试验；

步骤四：将试验生成测量文件传送至移动智能终端，移动智能终端通过文件接收模块进行接收，通过文件解析模块和图谱展示模块获取测量文件解析后图谱，通过图谱分析模块获得图谱处理特征值；具体步骤为：

1)计算图谱双边梯度，得到梯度二值化图像：将脉冲序列相位分布图谱记为I(x,y),如图2所示，x＝(x,y)为像素坐标，将图谱中三维坐标系中的周期c、相位(0～360°)和放电量q三个方向分别定义为x-y-z轴。对I采用双边梯度来进行边缘提取：

g_lx＝I(x)-I(x-s)；g_rx＝I(x)-I(x+s)；

g_ly＝I(y)-I(y-s)；g_ry＝I(y)-I(y+s)；

此处，s为相对与像素x的距离，I_xI_y是x方向和y方向的梯度。将梯度图像进行二值化，得到的边缘图像如图3所示，记为I_b。

2)提取坐标系网格线：通过Hough变换检测I_b中的直线，保留包含像素点个数前40条的直线。以含有像素点最多的直线为基准线，按照以下标准查找三个方向网格线：

a.每个方向上的网格线应以等间距相互平行；

b.三个方向的网格线个数固定，由其测量仪器确定，分别设为n_x,n_y,n_z。

将每条网格线用四个参数来描述L＝{x_s,x_e,a,b}，x_s是其起始点，x_e为结束点，a为线的斜率，b为截距。三个方向的网格线分别表示为：

$L_{x,i}=\{x_{s,i}^x,x_{e,i}^x,a_i^x,b_i^x\}:i=1,2,...n_x;$

$L_{y,i}=\{x_{s,i}^y,x_{e,i}^y,a_i^y,b_i^y\}:i=1,2,...n_y;$

$L_{z,i}=\{x_{s,i}^z,x_{e,i}^z,a_i^z,b_i^z\}:i=1,2,...n_z\·$

将检测到的网格线以其邻域颜色填充去除，得到单纯的放电信号，记为I_r，如图4所示。

3)提取放电信号：

对I_r直接二值化得到B：

选择三个参数来描述一个放电信号的属性S＝{x₁,y₁,y₂}，(x₁,y₁)为信号的顶点坐标，y₂为信号的底边行坐标。对B进行整图遍历，当像素点x＝(x,y)满足以下条件时，记为放电信号S_i的顶点(x_1,i,y_1,i)：

B(x,y)＝1,sum(B(x-3:x+3,y-5:y))＝1

上式中，(B(x-3:x+3,y-5:y))代表从(x-3,y-5)到(x+3,y)矩形框内的所有像素点。其含义为在该矩形框中仅有(x,y)一点其B(x,y)＝1。

保持列坐标x_1,i不变，向下遍历行坐标，当出现B(x_1,i,y)＝0时，记y_2,i＝y-1。

最终检测到的顶点如图5所示，用+号标记。

4)放电信号坐标恢复

通过在上两部分中检测到的信号S和网格线L，每个信号的用于分析的相位放电量q值可以通过以下步骤获得，示意图如图6所示：

对于任一放电信号S_i＝{x_1,i,y_1,i,y_2,i}，

a.计算L_z的平均斜率通过斜率和点(x_1,i,y_1,i)计算直线l_z,i；

b.当y坐标为y_2,i计算l_z,i上对应的x坐标x_2,i，由此，信号S_i的上下两点坐标确定为p_1,i＝(x_1,i,y_1,i),p_2,i＝(x_2,i,y_2,i)；

c.计算L_x的平均斜率分别与p_1,iandp_2,i计算直线得到通过S_i与x轴平行的上下两条直线l_xu,i,l_xl,i；

d.计算l_xl,i与L_y,3的交点p_3,i＝(x_3,i,y_3,i)，通过p_3,i，确定直线l_zr,i；

e.计算l_xu,i和l_zr,i的交点p_4,i＝(x_4,i,y_4,i)，以及L_y,1和l_zr,i的交点p_5,i＝(x_5,i,y_5,i)；

f.信号的相位通过下式计算得到：

而其幅值的计算公式为：

q_i＝dist×(Q_max-Q_min)+Q_min；

此处，[Q_min,Q_max]为图谱中显示的固定幅值范围。

5)特征值规范化

将按0～360°平均分为个区间，放电量按[Q_min,Q_max]平均分为n_q个区间，平面被划分为和n_q可根据实际情况规定。根据恢复的φ,q值统计每个区间内的放电次数记为

最终规范化的特征值按以下格式排列输出：

n_q,Q_min,Q_max各占用8bit表示，放电次数N_i,j共有个，每个占用16bit表示。

步骤五：将规范化的特征值以二进制形式通过加密的无线vpn网络传送至变电站内部数据管理库进行汇总；

步骤六：站内需要测量的设备全部测量完毕后，根据设备的RFID身份信息，将站内数据管理库内容通过专用内部网络通道传送至总站数据库进行入库存储。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种适应于电力行业的特高频局部放电图谱处理系统，其特征是：包括数据采集模块、智能终端处理模块和数据传输模块，其中：

所述数据采集模块，将特高频局部放电测量仪通过接口与移动智能终端连接，用于实现特高频局部放电测量仪测量文件的传输物理通道；

所述智能终端处理模块与特高频局部放电测量仪相连，包括移动智能终端和处理模块，通过对应的处理模块，得到图谱处理结果特征值；

所述对应的处理模块包括文件接收模块、文件解析模块、图谱展示模块和图谱分析模块，

文件接收模块，通过接口与特高频局部放电测量仪连接，接收测量仪输出的测量文件；文件解析模块，用于对测量文件进行数据解析和局部放电图谱展示；图谱分析模块针对产生的图谱进行图像处理，将图谱文件转换为描述图谱性质的多个特征值，用于描述图谱性质的特征值数目固定，每个特征值计量单位固定；

所述数据传输模块，将图谱处理结果特征值进行加密传输，上传至站内数据管理库，将多个子站的数据通过网络，最终上传至总站数据库进行存储。

2.如权利要求1所述的一种适应于电力行业的特高频局部放电图谱处理系统，其特征是：所述智能终端处理模块还设有辅助模块，包括RFID识别模块、湿度采集模块和温度采集模块，用于识别RFID和采集湿度、温度。

3.基于如权利要求1或2所述的系统的方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)移动智能终端扫描待测设备上的RFID被动式标签，获取设备信息；

(2)确定特高频局部放电测量仪型号，使用移动智能终端对应外接接口与特高频局部放电测量仪进行物理连接；

(3)利用特高频局部放电测量仪进行试验，将试验生成测量文件传送至移动智能终端，移动智能终端通过文件接收模块进行接收，通过文件解析模块和图谱展示模块获取测量文件解析后图谱，通过图谱分析模块获得图谱处理特征值；

(4)将规范化的特征值以二进制形式通过加密的无线vpn网络传送至变电站内部数据管理库进行汇总；

(5)将需要测量的设备全部测量完毕后，根据设备的RFID身份信息，将站内数据管理库内容通过专用内部网络通道传送至总站数据库进行入库存储。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是：所述步骤(3)中，图谱处理特征值的具体方法包括：

(3-1)计算图谱双边梯度，得到梯度二值化图像；

(3-2)以含有像素点最多的直线为基准线，提取坐标系网格线；

(3-3)提取放电信号，对放电信号坐标恢复；

(3-4)将特征值规划范化。

5.如权利要求4所述的方法，其特征是：所述步骤(3-1)中，计算图谱双边梯度，得到梯度二值化图像：将脉冲序列相位分布图谱记为I(x,y),x＝(x,y)为像素坐标，将图谱中三维坐标系中的周期c、相位和放电量q三个方向分别定义为x-y-z轴，对I采用双边梯度来进行边缘提取：

g_lx＝I(x)-I(x-s)；g_rx＝I(x)-I(x+s)；

g_ly＝I(y)-I(y-s)；g_ry＝I(y)-I(y+s)；

此处，s为相对与像素x的距离，I_xI_y是x方向和y方向的梯度。将梯度图像进行二值化，得到的边缘图像，记为I_b。

6.如权利要求4所述的方法，其特征是：所述步骤(3-2)中，提取坐标系网格线：通过Hough变换检测I_b中的直线，保留包含像素点个数前设定数值的直线，以含有像素点最多的直线为基准线，按照以下标准查找三个方向网格线：

a.每个方向上的网格线应以等间距相互平行；

b.三个方向的网格线个数固定，由其测量仪器确定，表示三个方向的网格线，得到放电信号。

7.如权利要求6所述的方法，其特征是：所述步骤(b)中，具体为：三个方向的网格线个数固定，由其测量仪器确定，分别设为n_x,n_y,n_z；

将每条网格线用四个参数来描述L＝{x_s,x_e,a,b}，x_s是其起始点，x_e为结束点，a为线的斜率，b为截距，三个方向的网格线分别表示为：

$L_{x,i}=\{x_{s,i}^x,x_{e,i}^x,a_i^x,b_i^x\}:i=1,2,...n_x;$

$L_{y,i}=\{x_{s,i}^y,x_{e,i}^y,a_i^y,b_i^y\}:i=1,2,...n_y;$

$L_{z,i}=\{x_{s,i}^z,x_{e,i}^z,a_i^z,b_i^z\}:i=1,2,...n_z\·$

将检测到的网格线以其邻域颜色填充去除，得到单纯的放电信号，记为I_r。

8.如权利要求4所述的方法，其特征是：所述步骤(3-3)中，提取放电信号的具体方法：

对I_r直接二值化得到B：

选择三个参数来描述一个放电信号的属性S＝{x₁,y₁,y₂}，(x₁,y₁)为信号的顶点坐标，y₂为信号的底边行坐标，对B进行整图遍历，当像素点x＝(x,y)满足以下条件时，记为放电信号S_i的顶点(x_1,i,y_1,i)：

B(x,y)＝1,sum(B(x-3:x+3,y-5:y))＝1

上式中，(B(x-3:x+3,y-5:y))代表从(x-3,y-5)到(x+3,y)矩形框内的所有像素点，其含义为在该矩形框中仅有(x,y)一点其B(x,y)＝1，

保持列坐标x_1,i不变，向下遍历行坐标，当出现B(x_1,i,y)＝0时，记y_2,i＝y-1；

最终检测到的顶点，用+号标记。

9.如权利要求3所述的方法，其特征是所述步骤(4)中，通过在上两部分中检测到的信号S和网格线L，每个信号的用于分析的相位放电量q值可以通过以下步骤获得：

对于任一放电信号S_i＝{x_1,i,y_1,i,y_2,i}，

a.计算L_z的平均斜率通过斜率和点(x_1,i,y_1,i)计算直线l_z,i；

b.当y坐标为y_2,i计算l_z,i上对应的x坐标x_2,i，由此，信号S_i的上下两点坐标确定为p_1,i＝(x_1,i,y_1,i),p_2,i＝(x_2,i,y_2,i)；

c.计算L_x的平均斜率分别与p_1,iandp_2,i计算直线得到通过S_i与x轴平行的上下两条直线l_xu,i,l_xl,i；

d.计算l_xl,i与L_y,3的交点p_3,i＝(x_3,i,y_3,i)，通过p_3,i，确定直线l_zr,i；

e.计算l_xu,i和l_zr,i的交点p_4,i＝(x_4,i,y_4,i)，以及L_y,1和l_zr,i的交点p_5,i＝(x_5,i,y_5,i)；

f.信号的相位通过下式计算得到：

而其幅值的计算公式为：

q_i＝dist×(Q_max-Q_min)+Q_min；

$dist=\frac{\sqrt{{(x_{3,i}-x_{4,i})}^2+{(y_{3,i}-y_{4,i})}^2}}{\sqrt{{(x_{3,i}-x_{5,i})}^2+{(y_{3,i}-y_{5,i})}^2}}\·$

此处，[Q_min,Q_max]为图谱中显示的固定幅值范围。

10.如权利要求3所述的方法，其特征是所述步骤(4)中，将按0～360°平均分为个区间，放电量按[Q_min,Q_max]平均分为n_q个区间，平面被划分为 和n_q根据实际情况规定，根据恢复的φ,q值统计每个区间内的放电次数记为N_i,j,j＝1,2…n_q，

最终规范化的特征值按以下格式排列输出：

n_q,Q_min,Q_max各占用8bit表示，放电次数N_i,j共有个，每个占用16bit表示。