CN106950472A - 一种基于红外紫外成像的绝缘子检测方法 - Google Patents

一种基于红外紫外成像的绝缘子检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法，采用的红外紫外成像综合检测方法，综合了各种劣化绝缘子检测方法的优点，以红外成像法为基础，却又能够避免单纯的使用红外成像法或者紫外成像法时分别出现的误检漏检，本发明通过采用红外紫外双重监测及相关的量化整定方法会减小误检漏检的可能性，提高了检测效率，同时也增大了检测周期；减小了劣化绝缘子存在的安全隐患，也避免了出现误检漏检时对输电线路巡检构成的潜在隐患。

Description

一种基于红外紫外成像的绝缘子检测方法
技术领域
本发明涉及电性能的测试装置，尤其是一种基于红外紫外成像的绝缘子检测方法。
背景技术
目前绝缘子在输电线路中大量的使用，其运行环境为户外输电线路，传统的检测方法必须进行登杆检测，需花费大量的人力及物力，而且其准确率受环境、人工调整火花间隙距离及作业人员的经验等因素影响很大。即使每年进行一次检测，也会有相当数量的缺陷绝缘子仍在线路上运行，成为线路安全运行隐患。此外，近几年来，环境污染加重，使得绝缘子表面很容易覆盖污秽，表面污秽对绝缘子表面电场及发热特性有很大的影响，会大大干扰劣化绝缘子的检测，而且目前常用的检测缺陷瓷悬式绝缘子的方法不是工作量大就是受环境或仪器的影响，不能达到简单、快捷、有效的检测目的。
红外成像法与紫外成像法具有远距离，非接触性、操作方便等传统常规检测方法无法比拟的优点，红外成像仪通过把目标的热辐射信号转换成电信号，经过放大处理后显示为以温度不同分布的热图像，通过红外成像可以直观地检测到设备发热性能。紫外成像仪是通过接受放电产生的紫外光信号，将光信号转换为电信号，同样经放大处理得到紫外图像再与可见光图像融合，得到最终的可定位放电点的设备放电图像，但是二者又具有各自的局限性，红外成像仪对微弱放电或设备的前期缺陷检测不敏感，紫外成像法无法检测对设备的内部缺陷或是干污缺陷绝缘子不放电的情况等。尽管如此，二者在技术上并不冲突，红外成像主要反映设备的发热特性，紫外成像主要反映设备的放电特性。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种可对劣化绝缘子进行有效的检测与预警的基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法。
技术方案：一种基于红外紫外成像的绝缘子检测方法，包括如下步骤：
(1)采集检测的红外紫外成像图谱信息；
(2)对红外紫外成像图谱信息进行红外分析和紫外分析，通过红外分析得到绝缘子的温度信息，通过紫外分析得到绝缘子的放电强弱信息；
(3)根据绝缘子的温度信息及放电强弱信息判断绝缘子是否正常；若正常，则结束检测；否则通过近距离实验对故障做出诊断。
进一步的，步骤(3)中所述近距离实验具体为：当图谱分析劣化片数大于1片时进行接触式电压分布测量法检测并对故障做出诊断；当图谱分析劣化片数等于1片时进行近距离电场测量法检测并对故障做出诊断。
进一步的，步骤(2)中所述红外分析为提取绝缘子的轴线温度并通过轴线温度值进行故障诊断；所述提取绝缘子的轴线温度包括依次进行的提取图像的surf特征点、K近邻匹配、自适应空间聚类和分段校正；所述通过轴线温度值进行故障诊断具体包括如下步骤：
(2.1.1)遍历绝缘子串中轴线温度得到温度变化区间[min，max]；
(2.1.2)在温度变化区间中寻找绝缘子的平均温度；
(2.1.3)生成阈值曲线；
(2.1.4)利用绝缘子串平均温度和阈值曲线寻找温度异常位置。
进一步的，步骤(2.1.2)中所述寻找绝缘子的平均温度以0.1°作为寻找步长。
进一步的，步骤(2.1.3)中所述生成阈值曲线具体为绝缘子两端取阈值0.35°，中心取阈值0.25°，并由两端向中心递减形成U型分布。
进一步的，步骤(2)中所述紫外分析具体包括依次进行的灰度变换、二值变换、形态学滤波、小光斑面积及位置计算、光斑面积加权叠加计算。
进一步的，所述小光斑面积及位置计算具体包括如下步骤：
(a)对图像的中各个已经有相同的标签值的区域分别进行形心位置提取，记录每一块位置的形心坐标；
(b)通过比较各个区域的面积确定主光斑位置，其余各个区域的光斑位置信息为各个区域形心与主光斑形心的距离；
(c)计算主光斑区域的长轴；
(d)统计各个大小面积的光斑区域的数量。
进一步的，所述光斑面积加权叠加计算具体为：选取光斑面积作为基本的量化参数，通过各个小光斑和主光斑区域的位置关系进行加权叠加得到等效面积。
进一步的，所述加权叠加为线性距离式加权系数法，其计算公式为:
其中，S为紫外图谱放电量等效参数，i为小光斑的标号，Si为小光斑面积，S0为主光斑面积，Xi为加权系数，X0＝1；
设小光斑形心到主光斑形心距离的最小值为Lmin＝min{Li}，则Xi为：
其中，D为主光斑的直径，Li为小光斑形心到主光斑的形心的距离。
一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测装置，包括红外紫外检测模块、红外分析模块、紫外分析模块和处理模块；所述红外紫外检测模块将采集到的红外紫外成像图谱信息传输至红外分析模块和紫外分析模块，红外分析模块对其进行红外分析得到绝缘子的温度信息，紫外分析模块对其进行紫外分析得到绝缘子的放电强弱信息，红外分析模块和紫外分析模块将其分析结果传输至处理模块，处理模块根据绝缘子的温度信息及放电强弱信息判断绝缘子是否正常，并在不正常时通过近距离实验对故障做出诊断。
有益效果：本发明采用的红外紫外成像综合检测方法，综合了各种劣化绝缘子检测方法的优点，以红外成像法为基础，却又能够避免单纯的使用红外成像法或者紫外成像法时分别出现的误检漏检；通过采用红外紫外双重监测及相关的量化整定方法会减小误检漏检的可能性，提高了检测效率，同时也增大了检测周期；减小了劣化绝缘子存在的安全隐患，也避免了出现误检漏检时对输电线路巡检构成的潜在隐患。
附图说明
图1是本发明综合检测方法的流程图；
图2是本发明红外热成像绝缘子串中心温度曲线故障判定流程图；
图3是本发明紫外图谱特征提取方法流程图。
具体实施方式
下面通过一个最佳实施例并结合附图对本技术方案进行详细说明。
如图1所示，一种基于红外紫外成像的绝缘子检测方法，包括如下步骤：
在开始前先检测气象环境是否满足行业标准，若不满足则结束检测；本实施例中所依据的行业标准为《DLT 664-2008带电设备红外诊断应用规范》、《DLT345-2010带电设备紫外诊断技术应用导则》的气象环境要求；
(1)采集检测的红外紫外成像图谱信息，根据检测要求进行计算机辅助分析，并参照红外紫外图谱分析处理算法对处理结果进行打印输出；
(2)对红外紫外成像图谱信息进行红外分析和紫外分析，通过红外分析得到绝缘子的温度信息，通过紫外分析得到绝缘子的放电强弱信息；
(3)根据绝缘子的温度信息及放电强弱信息判断绝缘子是否正常；若正常，则结束检测；否则通过近距离实验对故障做出诊断并打印诊断报告；
近距离实验具体为：当图谱分析劣化片数大于1片时进行接触式电压分布测量法检测并对故障做出诊断；当图谱分析劣化片数等于1片时进行近距离电场测量法检测并对故障做出诊断。
如图2所示，绝缘子的故障类型主要有表面破损、开裂、污秽、片间夹带异物以及掉片(部分绝缘子丢失)等，这将引起绝缘子阻值的降低，导致产热增加，温度上升。红外分析为提取绝缘子的轴线温度并通过轴线温度值进行故障诊断；提取绝缘子的轴线温度包括依次进行的提取图像的surf特征点、K近邻匹配、自适应空间聚类和分段校正。图2中针对红外热成像图谱采取基于温度的方法进行故障诊断，通过轴线温度值进行故障诊断具体包括如下步骤：
(2.1.1)遍历绝缘子串中轴线温度得到温度变化区间[min，max]；
(2.1.2)在温度变化区间中寻找绝缘子的平均温度，以0.1°作为寻找步长；
(2.1.3)生成阈值曲线，绝缘子两端取阈值0.35°，中心取阈值0.25°，并由两端向中心递减形成U型分布；
(2.1.4)利用绝缘子串平均温度和阈值曲线寻找温度异常位置。
如图3所示，步骤(2)中所述紫外分析具体包括依次进行的灰度变换、二值变换、形态学滤波、小光斑面积及位置计算、光斑面积加权叠加计算。
其中，灰度变换，其算法原理如式所示：
Y＝0.299R+0.587G+0.114B
式中：Y为灰度值，其范围为0-255；R、G、B分别为原始彩色图像的红、绿、蓝三种颜色分量值。
所述二值变换，其方法由于紫外图像的放电区域的和背景的灰度值较为固定，因此本实施例中采用二值变换的阈值法进行图像分割。阈值分割法算法原理如式所示：
式中T为阈值，g(x,y)为二值化后的灰度值，f(x,y)为二值化前的灰度值。
所述形态学滤波为数学形态学的基本腐蚀和膨胀运算，其基本原理是定义一个结构元素，与原始图像进行集合运算，腐蚀运算会缩小对象轮廓，膨胀运算会扩大对象轮廓，单纯的对图像运用腐蚀或者膨胀虽然可以达到滤波的效果，但是会改变原始图像光斑区域的面积，对放电参数计算造成误差。其算法定义式如式所示：
所述小光斑面积及位置计算具体包括如下步骤：
(a)对图像的中各个已经有相同的标签值的区域分别进行形心位置提取，记录每一块位置的形心坐标；
(b)通过比较各个区域的面积确定主光斑位置，其余各个区域的光斑位置信息为各个区域形心与主光斑形心的距离；
(c)计算主光斑区域的长轴；
(d)统计各个大小面积的光斑区域的数量。
所述光斑面积加权叠加计算具体为：选取光斑面积作为基本的量化参数，通过各个小光斑和主光斑区域的位置关系进行加权叠加得到等效面积，并以此作为判定绝缘子放电强弱的评判依据。
所述加权叠加为线性距离式加权系数法，其计算公式为:
其中，S为紫外图谱放电量等效参数，i为小光斑的标号，Si为小光斑面积，S0为主光斑面积，Xi为加权系数，X0＝1；
设小光斑形心到主光斑形心距离的最小值为Lmin＝min{Li}，则Xi为：
其中，D为主光斑的直径，Li为小光斑形心到主光斑的形心的距离。
与本方法相应的基于红外紫外成像综合的绝缘子检测装置包括红外紫外检测模块、红外分析模块、紫外分析模块和处理模块；所述红外紫外检测模块将采集到的红外紫外成像图谱信息传输至红外分析模块和紫外分析模块，红外分析模块对其进行红外分析得到绝缘子的温度信息，紫外分析模块对其进行紫外分析得到绝缘子的放电强弱信息，红外分析模块和紫外分析模块将其分析结果传输至处理模块，处理模块根据绝缘子的温度信息及放电强弱信息判断绝缘子是否正常，并在不正常时通过近距离实验对故障做出诊断。
本发明通过运用两种检测方法分析研究设备的发热特性及放电特性有助于提高检测缺陷瓷悬式绝缘子的准确性，大大提高了绝缘子检测的有效性，减小了单一设备使用的局限性。此方法可提高劣化绝缘子的检测准确率，节省劳动力等方面有重要意义。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采集检测的红外紫外成像图谱信息；
(2)对红外紫外成像图谱信息进行红外分析和紫外分析，通过红外分析得到绝缘子的温度信息，通过紫外分析得到绝缘子的放电强弱信息；
(3)根据绝缘子的温度信息及放电强弱信息判断绝缘子是否正常；若正常，则结束检测；否则通过近距离实验对故障做出诊断。
2.根据权利要求1所述的一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法，其特征在于，步骤(3)中所述近距离实验具体为：当图谱分析劣化片数大于1片时进行接触式电压分布测量法检测并对故障做出诊断；当图谱分析劣化片数等于1片时进行近距离电场测量法检测并对故障做出诊断。
3.根据权利要求1所述的一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法，其特征在于，步骤(2)中所述红外分析为提取绝缘子的轴线温度并通过轴线温度值进行故障诊断；所述提取绝缘子的轴线温度包括依次进行的提取图像的surf特征点、K近邻匹配、自适应空间聚类和分段校正；所述通过轴线温度值进行故障诊断具体包括如下步骤：
(2.1.1)遍历绝缘子串中轴线温度得到温度变化区间[min，max]；
(2.1.2)在温度变化区间中寻找绝缘子的平均温度；
(2.1.3)生成阈值曲线；
(2.1.4)利用绝缘子串平均温度和阈值曲线寻找温度异常位置。
4.根据权利要求3所述的一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法，其特征在于，步骤(2.1.2)中所述寻找绝缘子的平均温度以0.1°作为寻找步长。
5.根据权利要求3所述的一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法，其特征在于，步骤(2.1.3)中所述生成阈值曲线具体为绝缘子两端取阈值0.35°，中心取阈值0.25°，并由两端向中心递减形成U型分布。
6.根据权利要求1所述的一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法，其特征在于，步骤(2)中所述紫外分析具体包括依次进行的灰度变换、二值变换、形态学滤波、小光斑面积及位置计算、光斑面积加权叠加计算。
7.根据权利要求6所述的一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法，其特征在于，所述小光斑面积及位置计算具体包括如下步骤：
(a)对图像的中各个已经有相同的标签值的区域分别进行形心位置提取，记录每一块位置的形心坐标；
(b)通过比较各个区域的面积确定主光斑位置，其余各个区域的光斑位置信息为各个区域形心与主光斑形心的距离；
(c)计算主光斑区域的长轴；
(d)统计各个大小面积的光斑区域的数量。
8.根据权利要求6所述的一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法，其特征在于，所述光斑面积加权叠加计算具体为：选取光斑面积作为基本的量化参数，通过各个小光斑和主光斑区域的位置关系进行加权叠加得到等效面积。
9.根据权利要求8所述的一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测方法，其特征在于，所述加权叠加为线性距离式加权系数法，其计算公式为:
S = Σ i = 0 S i X i
其中，S为紫外图谱放电量等效参数，i为小光斑的标号，Si为小光斑面积，S0为主光斑面积，Xi为加权系数，X0＝1；
设小光斑形心到主光斑形心距离的最小值为Lmin＝min{Li}，则Xi为：
X i = - 1 D - L m i n ( L i - L m i n ) + 1 L i ≤ D 0 L i > D
其中，D为主光斑的直径，Li为小光斑形心到主光斑的形心的距离。
10.一种基于红外紫外成像综合的绝缘子检测装置，其特征在于，包括红外紫外检测模块、红外分析模块、紫外分析模块和处理模块；所述红外紫外检测模块将采集到的红外紫外成像图谱信息传输至红外分析模块和紫外分析模块，红外分析模块对其进行红外分析得到绝缘子的温度信息，紫外分析模块对其进行紫外分析得到绝缘子的放电强弱信息，红外分析模块和紫外分析模块将其分析结果传输至处理模块，处理模块根据绝缘子的温度信息及放电强弱信息判断绝缘子是否正常，并在不正常时通过近距离实验对故障做出诊断。
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