CN110376155A - 基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法及系统，所述方法包括：获取老化前复合绝缘子的第一红外光谱信号；利用无人机搭载红外光谱仪，获取待检测复合绝缘子的第二红外光谱信号；将所述第二红外光谱信号与第一红外光谱信号进行比对分析，得出待检测复合绝缘子是否存在老化。本申请中，无需停电将待检测的复合绝缘子拆卸下来，而是直接通过无人机搭载红外光谱仪，在带电环境下扫描复合绝缘子，避免了不必要的停电损失。另外，通过对比待检测复合绝缘子和正常的复合绝缘子的红外光谱信号，直接得出待检测复合绝缘子是否存在老化，操作简单，检测周期短，能够较快获取到复合绝缘子是否老化的结果，工作效率大大提高。
Description
技术领域
本申请涉及光电技术领域，尤其涉及一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法及系统。
背景技术
复合绝缘子是一种特殊的绝缘控件，在架空输电线路中主要起着支撑导线和使导线与杆塔绝缘的作用。由于长时间承受自然环境的考验和电场的耐压，复合绝缘子在使用一段时间后，会出现老化现象，其绝缘性能大大降低，其性能一旦失效，就会造成线路跳闸，严重时还会危及电网安全稳定运行。因此，复合绝缘子老化检测是输电线路运维的研究重点。
目前，对于复合绝缘子老化检测通常采用物理实验法和化学分析法。物理实验法是指将复合绝缘子取下来，从实验室进行直流泄露、残压试验、水煮实验等，通过各项实验结果判断复合绝缘子的性能，该方法是目前电力行业主要的分析方法。化学分析法也是需要先将复合绝缘子取下来，然后材料专业的操作人员通过分析复合绝缘子材料的分子结构，该方法仅在材料专业实验室下进行。
上述检测方法中，往往需要线路停电后，更换下需要检测的复合绝缘子来测出样品的性质或数据。因为需要停电，则会影响电力线路供电可靠性，造成停电损失。并且，上述方法需要耗费大量的人力、物力和时间，工作效率低。
发明内容
本申请提供了一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法及系统，以解决现有技术中无法在带电环境下有效检测复合绝缘子老化的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例公开了一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法，所述方法包括：
获取老化前复合绝缘子的第一红外光谱信号；
利用无人机搭载红外光谱仪，获取待检测复合绝缘子的第二红外光谱信号；
将所述第二红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得出所述待检测复合绝缘子是否存在老化。
可选地，在上述基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法中，在所述利用无人机搭载红外光谱仪，获取待检测复合绝缘子的第二红外光谱信号之前，所述方法还包括：
获取老化后复合绝缘子的第三红外光谱信号；
将所述第三红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得到影响因子变化规律，其中，所述影响因子包括：复合绝缘子伞裙中羟基键和甲基键，所述影响因子变化规律包括：老化后复合绝缘子比老化前复合绝缘子羟基键数目增加，甲基键数目减少。
可选地，在上述基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法中，所述将所述第二红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得出所述待检测复合绝缘子是否存在老化，包括：
分别获取所述第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目；
结合所述影响因子变化规律，判断所述第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目变化；
若所述第二红外光谱信号中的羟基键的数目比所述第一红外光谱信号中的羟基键的数目多，且所述第二红外光谱信号中的甲基键的数目比所述第一红外光谱信号中的甲基键的数目少，则所述待检测复合绝缘子存在老化。
可选地，在上述基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法中，在将所述第三红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析之前，所述方法还包括：对所述第三红外光谱信号进行过滤、修正。
第二方面，本申请实施例公开了一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测系统，所述系统包括：
基准信号模块，用于获取老化前复合绝缘子的第一红外光谱信号；
检测信号模块，用于利用无人机搭载红外光谱仪，获取待检测复合绝缘子的第二红外光谱信号；
第一比对模块，用于将所述第二红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得出所述待检测复合绝缘子是否存在老化。
可选地，在上述基于红外光谱的复合绝缘子老化检测系统中，所述系统还包括：
验证信号模块，用于获取老化后复合绝缘子的第三红外光谱信号；
第二对比信号模块，用于将所述第三红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得到影响因子变化规律，其中，所述影响因子包括：复合绝缘子伞裙中羟基键和甲基键，所述影响因子变化规律包括：老化后复合绝缘子比老化前复合绝缘子羟基键数目增加，甲基键数目减少。
可选地，在上述基于红外光谱的复合绝缘子老化检测系统中，所述第一比对模块包括：
信号获取单元，用于分别获取所述第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目；
信号判断单元，用于结合所述影响因子变化规律，判断所述第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目变化；
结果获取单元，用于若所述第二红外光谱信号中的羟基键的数目比所述第一红外光谱信号中的羟基键的数目多，且所述第二红外光谱信号中的甲基键的数目比所述第一红外光谱信号中的甲基键的数目少，则所述待检测复合绝缘子存在老化。
可选地，在上述基于红外光谱的复合绝缘子老化检测系统中，所述系统还包括：
处理信号模块，用于对所述第三红外光谱信号进行过滤、修正。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供了一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法及系统，在该方法中，首先，获取老化前复合绝缘子的第一红外光谱信号，将第一红外光谱信号作为复合绝缘子正常的标准信号；然后，通过无人机搭载红外光谱仪，飞行至输电线路的复合绝缘子处，红外光谱仪扫描待检测复合绝缘子，得到第二红外光谱信号；最后，将第二红外光谱信号与第一红外光谱信号进行比对分析，也就是说，将待检测复合绝缘子的红外光谱信号与复合绝缘子正常的标准信号进行比对，得出待检测复合绝缘子是否存在老化。本申请中，无需停电将待检测的复合绝缘子拆卸下来，而是直接通过无人机搭载红外光谱仪，在带电环境下扫描复合绝缘子，避免了不必要的停电损失。另外，通过对比待检测复合绝缘子和正常的复合绝缘子的红外光谱信号，直接得出待检测复合绝缘子是否存在老化，操作简单，无需各项实验，检测周期短，能够较快获取到复合绝缘子是否老化的结果，工作效率大大提高。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明实施例提供的一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的复合绝缘子光谱信号图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
参见图1，为本发明实施例提供的一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法的流程示意图。结合图1，本申请中的复合绝缘子老化检测方法包括以下步骤：
步骤S110：获取老化前复合绝缘子的第一红外光谱信号；
由于复合绝缘子表面化学物资对红外光谱有不同的吸峰性，所以会呈现出一定的波形，本申请中，老化前复合绝缘子可以找崭新的绝缘子，用成套的红外光谱仪扫描崭新的复合绝缘子，得到第一红外光谱信号，将第一红外光谱信号作为复合绝缘子正常的标准信号。
步骤S120：利用无人机搭载红外光谱仪，获取待检测复合绝缘子的第二红外光谱信号；
对于待检测复合绝缘子，通常情况下设置于杆塔上，为了不拆卸待检测的复合绝缘子，且在带电环境下进行测量，本申请中通过无人机搭载红外光谱仪，飞行至输电线路的复合绝缘子处，红外光谱仪扫描待检测复合绝缘子，得到第二红外光谱信号。
步骤S130：将所述第二红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得出所述待检测复合绝缘子是否存在老化。
在步骤S130之前，本申请中的复合绝缘子老化检测方法还包括：
获取老化后复合绝缘子的第三红外光谱信号。老化后复合绝缘子可以找已经替换下来的的老化后复合绝缘子作为被检测对象，进行获取第三红外光谱信号。将所述第三红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得到影响因子变化规律，其中，所述影响因子包括：复合绝缘子伞裙中羟基键和甲基键，所述影响因子变化规律包括：老化后复合绝缘子比老化前复合绝缘子羟基键数目增加，甲基键数目减少。
复合绝缘子老化后，伞裙憎水性明显减弱，亲水性增强，这主要是因为消耗了复合材料中的甲基键(-CH3)，生成羟基键(-OH)、羰基键(-C＝O)等强极性基团。而甲基键对红外光谱有较强的吸峰性，羟基键对红外光谱的吸峰性明显减弱，且甲基键的吸峰性体现在2960cm-1的波数，羟基键的吸峰性体现在3200-3700cm-1的波数处。图2为本发明实施例提供的复合绝缘子光谱信号图。参见图2，在2960cm-1的波数处查看复合绝缘子光谱信号图，如果波形很“凹”，说明甲基键数目比较多，如果波形比较“平”，说明甲基键比较少，也就是说，甲基键被消耗了。同理，在3200-3700cm-1的波数处查看查看复合绝缘子光谱信号图，因为羟基键吸峰性很差，如果在该波数处的波形比较“凹”，说明羟基键比较少，如果波形较“平”，也就是说，甲基键被消耗了的同时，羟基键数目增多，反应出复合绝缘子老化。
因此，本申请通过波形与化学键数目之间的对应关系，反推设备老化程度，即在特定的波数处对比波形，进而反推出羟基键和甲基键数目的变化，进一步，通过老化后复合绝缘子的第三红外光谱信号和老化后第一红外光谱信号的对比可以得出，若是羟基键数目增加，且甲基键数目减少，则说明复合绝缘子发生老化。
本申请中，将待检测复合绝缘子的红外光谱信号与复合绝缘子正常的标准信号进行比对，得出待检测复合绝缘子是否存在老化。首先，分别获取第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目。再结合影响因子变化规律，判断第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目变化。若第二红外光谱信号中的羟基键的数目比第一红外光谱信号中的羟基键的数目多，且第二红外光谱信号中的甲基键的数目比第一红外光谱信号中的甲基键的数目少，则待检测复合绝缘子存在老化。并且，数值差距越大，则说明复合绝缘子老化现象越严重。相反，若是羟基键和甲基键的数目变化不明显，则说明复合绝缘子无老化现象。
本申请中，无需停电将待检测的复合绝缘子拆卸下来，而是直接通过无人机搭载红外光谱仪，在带电环境下扫描复合绝缘子，避免了不必要的停电损失。另外，通过对比待检测复合绝缘子和正常的复合绝缘子的红外光谱信号，直接得出待检测复合绝缘子是否存在老化，操作简单，无需各项实验，检测周期短，能够较快获取到复合绝缘子是否老化的结果，工作效率大大提高。
为了进一步优化上述技术方案，本申请对老化后复合绝缘子的第三红外光谱信号进行过滤、修正。过滤、修正是指识别出有可能是杂质影响带来的异常信号点，如污秽，如果污秽对红外光谱信号有影响，不作为复合绝缘子老化的判断因素。本申请可以通过找到该杂质的光谱信号，然后分析老化后复合绝缘子的光谱信号时，不考虑该杂质的光谱信号，或者直接过滤处理掉。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测系统，该系统包括：
基准信号模块，用于获取老化前复合绝缘子的第一红外光谱信号；
检测信号模块，用于利用无人机搭载红外光谱仪，获取待检测复合绝缘子的第二红外光谱信号；
第一比对模块，用于将所述第二红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得出所述待检测复合绝缘子是否存在老化。
进一步，该系统还包括：
验证信号模块，用于获取老化后复合绝缘子的第三红外光谱信号；
第二对比信号模块，用于将所述第三红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得到影响因子变化规律，其中，所述影响因子包括：复合绝缘子伞裙中羟基键和甲基键，所述影响因子变化规律包括：老化后复合绝缘子比老化前复合绝缘子羟基键数目增加，甲基键数目减少。
本申请中，第一比对模块包括：
信号获取单元，用于分别获取所述第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目；
信号判断单元，用于结合所述影响因子变化规律，判断所述第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目变化；
结果获取单元，用于若所述第二红外光谱信号中的羟基键的数目比所述第一红外光谱信号中的羟基键的数目多，且所述第二红外光谱信号中的甲基键的数目比所述第一红外光谱信号中的甲基键的数目少，则所述待检测复合绝缘子存在老化。
另外，该系统还包括：处理信号模块，用于对所述第三红外光谱信号进行过滤、修正。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (8)
1.一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取老化前复合绝缘子的第一红外光谱信号；
利用无人机搭载红外光谱仪，获取待检测复合绝缘子的第二红外光谱信号；
将所述第二红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得出所述待检测复合绝缘子是否存在老化。
2.根据权利要求1所述的基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法，其特征在于，在所述利用无人机搭载红外光谱仪，获取待检测复合绝缘子的第二红外光谱信号之前，所述方法还包括：
获取老化后复合绝缘子的第三红外光谱信号；
将所述第三红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得到影响因子变化规律，其中，所述影响因子包括：复合绝缘子伞裙中羟基键和甲基键，所述影响因子变化规律包括：老化后复合绝缘子比老化前复合绝缘子羟基键数目增加，甲基键数目减少。
3.根据权利要求2所述的基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法，其特征在于，所述将所述第二红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得出所述待检测复合绝缘子是否存在老化，包括：
分别获取所述第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目；
结合所述影响因子变化规律，判断所述第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目变化；
若所述第二红外光谱信号中的羟基键的数目比所述第一红外光谱信号中的羟基键的数目多，且所述第二红外光谱信号中的甲基键的数目比所述第一红外光谱信号中的甲基键的数目少，则所述待检测复合绝缘子存在老化。
4.根据权利要求2所述的基于红外光谱的复合绝缘子老化检测方法，其特征在于，在将所述第三红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析之前，所述方法还包括：对所述第三红外光谱信号进行过滤、修正。
5.一种基于红外光谱的复合绝缘子老化检测系统，其特征在于，所述系统包括：
基准信号模块，用于获取老化前复合绝缘子的第一红外光谱信号；
检测信号模块，用于利用无人机搭载红外光谱仪，获取待检测复合绝缘子的第二红外光谱信号；
第一比对模块，用于将所述第二红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得出所述待检测复合绝缘子是否存在老化。
6.根据权利要求5所述的基于红外光谱的复合绝缘子老化检测系统，其特征在于，所述系统还包括：
验证信号模块，用于获取老化后复合绝缘子的第三红外光谱信号；
第二对比信号模块，用于将所述第三红外光谱信号与所述第一红外光谱信号进行比对分析，得到影响因子变化规律，其中，所述影响因子包括：复合绝缘子伞裙中羟基键和甲基键，所述影响因子变化规律包括：老化后复合绝缘子比老化前复合绝缘子羟基键数目增加，甲基键数目减少。
7.根据权利要求6所述的基于红外光谱的复合绝缘子老化检测系统，其特征在于，所述第一比对模块包括：
信号获取单元，用于分别获取所述第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目；
信号判断单元，用于结合所述影响因子变化规律，判断所述第二红外光谱信号中的羟基键和甲基键的数目变化；
结果获取单元，用于若所述第二红外光谱信号中的羟基键的数目比所述第一红外光谱信号中的羟基键的数目多，且所述第二红外光谱信号中的甲基键的数目比所述第一红外光谱信号中的甲基键的数目少，则所述待检测复合绝缘子存在老化。
8.根据权利要求6所述的基于红外光谱的复合绝缘子老化检测系统，其特征在于，所述系统还包括：
处理信号模块，用于对所述第三红外光谱信号进行过滤、修正。
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