CN113589117B - 一种电力设备缺陷检测系统及检测方法 - Google Patents

一种电力设备缺陷检测系统及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力设备缺陷检测系统及检测方法，系统包括数据处理装置、图像采集装置、围绕所述图像采集装置设置的多个声波采集装置以及多个特高频传感器；所述数据处理装置用于接收图像采集装置采集的待检电力设备的可见光图像、声波采集装置采集的声波信号以及特高频传感器采集的电磁信号，根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位；通过可见光图像、声波信号以及电磁波信号综合分析，能够对电力设备缺陷位置进行判断，提高电力设备缺陷检测的准确性。

Description

一种电力设备缺陷检测系统及检测方法
技术领域
本发明涉及缺陷检测技术领域，尤其涉及一种电力设备缺陷检测系统及检测方法。
背景技术
电力设备缺陷检测是电力设备运行维护的重要工作之一。当电力设备存在局部缺陷时，常出现绝缘局部放电现象、并伴有异常的音频声信号、超声信号。因此，对电力设备的关键部位开展放电检测具有重要的价值。然而，由于变电站现场存在大量的背景电磁干扰、及各类由风扇、鸟叫等引起的干扰声信号，单一的通过电磁探测法或声探测法检测电力设备缺陷易出现误判。目前现场常用的电磁探测传感器、声传感器主要以放电过程中的电磁信号和声信号波形探测为主。例如，专利文献CN105548832B公开了一种高压电力电缆故障识别方法，通过UHF超高频传感器采集电磁波、压电式AE超声波传感器采集超声波信号、TEV地电波传感器采集地电波、HFCT高频电流传感器采集瞬变磁场，通过对电磁波、超声波信号、地电波以及瞬变磁场的分析，确定电力电缆故障的类型和大小。但是，该方案仅能识别电力电缆的故障类型和大小，不能够对故障位置进行定位。
发明内容
本发明提供了一种电力设备缺陷检测系统及检测方法，能够对电力设备的故障进行定位。
一种电力设备缺陷检测系统，包括数据处理装置、图像采集装置、围绕所述图像采集装置设置的多个声波采集装置以及多个特高频传感器；
所述数据处理装置用于接收图像采集装置采集的待检电力设备的可见光图像、声波采集装置采集的声波信号以及特高频传感器采集的电磁信号，根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位。
进一步地，所述数据处理装置根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位，包括：
根据所述可见光图像，计算所述可见光图像中每个像素对应的入射角和方位角；
根据所述声波信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的声场强度，获得声场图像；
根据所述电磁信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的电磁场强度，获得电磁场图像；
将所述可见光图像、声场图像和电磁场图像进行叠加获得叠加图像，将叠加图像中声场强度局部极大值和电磁场强度局部极大值重叠的位置确定为缺陷区域。
进一步地，所述每个像素对应的入射角和方位角通过以下公式进行计算：
其中，可见光图像的像素为M×N，ΘH为可见光图像采集的水平视场角，ΘV为可见光图像采集的垂直视场角，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角。
进一步地，可见光图像中每个像素对应的声场通过以下公式进行计算：
Pl,m＝el,m T·R·el,m；
其中，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角，Pl,m为第l行、第m列像素对应的声场强度，el,m T为el,m的转置矩阵，s1(t)，s2(t)...sk(t)为各个声波采集装置采集的声波信号，k为声波采集装置的数量，(x1、x2……xk，y1、y2……yk)为各个声波采集装置相对于图像采集装置中心点的位置坐标，e为自然常数，λ为声波信号的波长，R为以各个声波采集装置采集的声波信号分别为横向量和列向量的两个矩阵的乘积。
进一步地，所述可见光图像中每个像素对应的电磁场通过以下公式进行计算：
Jl,m＝e’l,m T·T·e’l,m；
其中，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角，Jl,m为第l行、第m列像素对应的电磁场强度，e’l,m T为e’l,m的转置矩阵，u1(t)，u2(t)...up(t)为各个特高频传感器采集的电磁信号，p为特高频传感器的数量，(x1、x2……xp，y1、y2……yp)为各个特高频传感器相对于图像采集装置中心点的位置坐标，e为自然常数，λ1为电磁信号的波长，T为以各个特高频传感器采集的电磁信号分别为横向量和列向量的两个矩阵的乘积。
进一步地，所述系统还包括底板，所述图像采集装置安装于所述底板的几何中心处，多个声波采集装置以及多个特高频传感器安装于所述底板上并均匀分布于所述图像采集装置周围。
进一步地，所述系统还包括与所述数据处理装置连接的显示装置，用于显示所述可见光图像、声场图像、电磁场图像、叠加图像中的至少一种。
一种采用上述系统的电力设备缺陷检测方法，其特征在于，包括：
接收图像采集装置采集的待检电力设备的可见光图像、声波采集装置采集的声波信号以及特高频传感器采集的电磁信号；
根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位。
进一步地，根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位，包括：
根据所述可见光图像，计算所述可见光图像中每个像素对应的入射角和方位角；
根据所述声波信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的声场强度，获得声场图像；
根据所述电磁信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的电磁场强度，获得电磁场图像；
将所述可见光图像、声场图像和电磁场图像进行叠加获得叠加图像，将叠加图像中声场强度局部极大值和电磁场强度局部极大值重叠的位置确定为缺陷区域。
进一步地，所述方法还包括：
将所述可见光图像、声场图像、电磁场图像、叠加图像中的至少一种进行推送显示。
本发明提供的电力设备缺陷检测系统及检测方法，通过可见光图像、声波信号以及电磁波信号综合分析，能够对电力设备缺陷位置进行判断，提高电力设备缺陷检测的准确性。
附图说明
图1为本发明提供的电力设备缺陷检测系统一种实施例的结构示意图。
图2为本发明提供的电力设备缺陷检测系统另一种实施例的结构示意图。
图3为本发明提供的电力设备缺陷检测系统中数据处理装置一种实施例的结构示意图。
图4为本发明提供的电力设备缺陷检测方法一种实施例的流程图。
图5为本发明提供的电力设备缺陷检测方法中缺陷定位方法一种实施例的流程图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
参考图1，在一些实施例中，提供一种电力设备缺陷检测系统，包括数据处理装置1、图像采集装置2、围绕图像采集装置2设置的多个声波采集装置3以及多个特高频传感器4；
数据处理装置1用于接收图像采集装置2采集的待检电力设备的可见光图像、声波采集装置3采集的声波信号以及特高频传感器4采集的电磁信号，根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位。
进一步地，数据处理装置1根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位，包括：
根据所述可见光图像，计算所述可见光图像中每个像素对应的入射角和方位角；
根据所述声波信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的声场强度，获得声场图像；
根据所述电磁信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的电磁场强度，获得电磁场图像；
将所述可见光图像、声场图像和电磁场图像进行叠加获得叠加图像，将叠加图像中声场强度局部极大值和电磁场强度局部极大值重叠的位置确定为缺陷区域。
如果在可见光图像上，局部区域内，声场强度极大值和电磁场极大值出现在同一位置，则可以确定该区域为缺陷区域。
其中，所述每个像素对应的入射角和方位角通过以下公式进行计算：
其中，可见光图像的像素为M×N，ΘH为可见光图像采集的水平视场角，ΘV为可见光图像采集的垂直视场角，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角。
进一步地，可见光图像中每个像素对应的声场强度通过以下公式进行计算：
Pl,m＝el,m T·R·el,m； (3)
其中，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角，Pl,m为第l行、第m列像素对应的声场强度，el,m T为el,m的转置矩阵，s1(t)，s2(t)...sk(t)为各个声波采集装置采集的声波信号，k为声波采集装置的数量，(x1、x2……xk，y1、y2……yk)为各个声波采集装置相对于图像采集装置中心点的位置坐标，e为自然常数，λ为声波信号的波长，j为欧拉公式里的虚数单位，R为以各个声波采集装置采集的声波信号分别为横向量和列向量的两个矩阵的乘积。
进一步地，所述可见光图像中每个像素对应的电磁场强度通过以下公式进行计算：
Jl,m＝e’l,m T·T·e’l,m； (6)
其中，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角，Jl,m为第l行、第m列像素对应的电磁场强度，e’l,m T为e’l,m的转置矩阵，u1(t)，u2(t)...up(t)为各个特高频传感器采集的电磁信号，p为特高频传感器的数量，(x1、x2……xp，y1、y2……yp)为各个特高频传感器相对于图像采集装置中心点的位置坐标，e为自然常数，λ1为电磁信号的波长，T为以各个特高频传感器采集的电磁信号分别为横向量和列向量的两个矩阵的乘积。
参考图2，在一些实施例中，所述系统还包括底板5，图像采集装置2安装于底板5的几何中心处，多个声波采集装置3以及多个特高频传感器4安装于底板5上并均匀分布于图像采集装置2周围。
在一些实施例中，参考图2，声波采集装置3的数量为32个，特高频传感器4的数量为8个，底板5为圆形，图像采集装置2安装于底板5的圆心处，32个声波采集装置3围绕图像采集装置2均匀分布，8个特高频传感器4均匀分布于声波采集装置3的外围。
在一些实施例中，所述系统还包括与所述数据处理装置连接的显示装置6，用于显示所述可见光图像、声场图像、电磁场图像、叠加图像中的至少一种。
具体地，底板5上设置有图像采集连接端子51、声音采集连接端子52以及特高频传感器连接端子53，数据处理装置1包括可见光采集接口11、声波采集接口12、电磁采集接口13以及HDMI接口14，图像采集连接端子51与图像采集装置2连接，声波采集装置3与声音采集连接端子52连接，特高频传感器4与特高频传感器连接端子53连接，数据处理装置1通过可见光采集接口11与图像采集连接端子51连接，通过声波采集接口12与声音采集连接端子52连接，通过电磁采集接口13与特高频传感器连接端子53连接，通过HDMI接口14与显示装置6连接。
上述实施例提供的系统，通过可见光图像、声波信号以及电磁波信号综合分析，能够对电力设备缺陷位置进行判断，提高电力设备缺陷检测的准确性。
参考图3，在一些实施例中，数据处理装置1还包括可见光图像接收模块15、声波信号接收模块16、电磁信号接收模块17、分析模块18以及结果输出模块19，其中，可见光图像接收模块15用于接收图像采集装置采集的待检电力设备的可见光图像并发送至分析模块18，声波信号接收模块16用于接收声波采集装置采集的声波信号并发送至分析模块18，电磁信号接收模块17用于接收特高频传感器采集的电磁信号并发送至分析模块18，分析模块18用于根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位。
具体地，分析模块18还用于根据所述可见光图像，计算所述可见光图像中每个像素对应的入射角和方位角；根据所述声波信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的声场强度，获得声场图像；根据所述电磁信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的电磁场强度，获得电磁场图像；将所述可见光图像、声场图像和电磁场图像进行叠加获得叠加图像，将叠加图像中声场强度局部极大值和电磁场强度局部极大值重叠的位置确定为缺陷区域。其中，入射角和方位角分别通过公式(1)和公式(2)进行计算，每个像素对应的声场强度通过公式(3)-(5)进行计算，每个像素对应的电磁场强度通过公式(6)-(8)进行计算。
参考图4，在一些实施例中，还提供一种采用上述系统的电力设备缺陷检测方法，包括：
S1、接收图像采集装置采集的待检电力设备的可见光图像、声波采集装置采集的声波信号以及特高频传感器采集的电磁信号；
S2、根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位。
其中，参考图5，步骤S2中，根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位，包括：
S21、根据所述可见光图像，计算所述可见光图像中每个像素对应的入射角和方位角；
S22、根据所述声波信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的声场强度，获得声场图像；
S23、根据所述电磁信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的电磁场强度，获得电磁场图像；
S24、将所述可见光图像、声场图像和电磁场图像进行叠加获得叠加图像，将叠加图像中声场强度局部极大值和电磁场强度局部极大值重叠的位置确定为缺陷区域。
具体地，步骤S21中，每个像素对应的入射角和方位角通过以下公式进行计算：
其中，可见光图像的像素为M×N，ΘH为可见光图像采集的水平视场角，ΘV为可见光图像采集的垂直视场角，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角。
进一步地，步骤S22中，可见光图像中每个像素对应的声场强度通过以下公式进行计算：
Pl,m＝el,m T·R·el,m； (3)
其中，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角，Pl,m为第l行、第m列像素对应的声场强度，el,m T为el,m的转置矩阵，s1(t)，s2(t)...sk(t)为各个声波采集装置采集的声波信号，k为声波采集装置的数量，(x1、x2……xk，y1、y2……yk)为各个声波采集装置相对于图像采集装置中心点的位置坐标，e为自然常数，λ为声波信号的波长，j为虚数单位。
进一步地，步骤S23中，所述可见光图像中每个像素对应的电磁场强度通过以下公式进行计算：
Jl,m＝e’l,m T·T·e’l,m； (6)
其中，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角，Jl,m为第l行、第m列像素对应的电磁场强度，e’l,m T为e’l,m的转置矩阵，u1(t)，u2(t)...up(t)为各个特高频传感器采集的电磁信号，p为特高频传感器的数量，(x1、x2……xp，y1、y2……yp)为各个特高频传感器相对于图像采集装置中心点的位置坐标，e为自然常数，λ1为电磁信号的波长。
在一些实施例中，所述方法还包括：
S3、将所述可见光图像、声场图像、电磁场图像、叠加图像中的至少一种进行推送显示。
上述实施例提供的方法，通过可见光图像、声波信号以及电磁波信号综合分析，能够对电力设备缺陷位置进行判断，提高电力设备缺陷检测的准确性。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种电力设备缺陷检测系统，其特征在于，包括数据处理装置、图像采集装置、围绕所述图像采集装置设置的多个声波采集装置以及多个特高频传感器；
所述数据处理装置用于接收图像采集装置采集的待检电力设备的可见光图像、声波采集装置采集的声波信号以及特高频传感器采集的电磁信号，根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位；
所述数据处理装置根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位，包括：
根据所述可见光图像，计算所述可见光图像中每个像素对应的入射角和方位角；
根据所述声波信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的声场强度，获得声场图像；
根据所述电磁信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的电磁场强度，获得电磁场图像；
将所述可见光图像、声场图像和电磁场图像进行叠加获得叠加图像，将叠加图像中声场强度局部极大值和电磁场强度局部极大值重叠的位置确定为缺陷区域。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述每个像素对应的入射角和方位角通过以下公式进行计算：
其中，可见光图像的像素为M×N，ΘH为可见光图像采集的水平视场角，ΘV为可见光图像采集的垂直视场角，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，可见光图像中每个像素对应的声场强度通过以下公式进行计算：
Pl,m＝el,m T·R·el,m；
其中，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角，Pl,m为第l行、第m列像素对应的声场强度，el,m T为el,m的转置矩阵，s1(t)，s2(t)...sk(t)为各个声波采集装置采集的声波信号，k为声波采集装置的数量，(x1、x2……xk，y1、y2……yk)为各个声波采集装置相对于图像采集装置中心点的位置坐标，e为自然常数，λ为声波信号的波长，j为虚数单位，R为以各个声波采集装置采集的声波信号分别为横向量和列向量的两个矩阵的乘积。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可见光图像中每个像素对应的电磁场强度通过以下公式进行计算：
Jl,m＝e’l,m T·T·e’l,m；
其中，θl,m为第l行、第m列像素对应的入射角，为第l行、第m列像素对应的方位角，Jl,m为第l行、第m列像素对应的电磁场强度，e’l,m T为e’l,m的转置矩阵，u1(t)，u2(t)...up(t)为各个特高频传感器采集的电磁信号，p为特高频传感器的数量，(x1、x2……xp，y1、y2……yp)为各个特高频传感器相对于图像采集装置中心点的位置坐标，e为自然常数，λ1为电磁信号的波长，j为虚数单位，T为以各个特高频传感器采集的电磁信号分别为横向量和列向量的两个矩阵的乘积。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括底板，所述图像采集装置安装于所述底板的几何中心处，多个声波采集装置以及多个特高频传感器安装于所述底板上并均匀分布于所述图像采集装置周围。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述数据处理装置连接的显示装置，用于显示所述可见光图像、声场图像、电磁场图像、叠加图像中的至少一种。
7.一种采用如权利要求1-6任一所述系统的电力设备缺陷检测方法，其特征在于，包括：
接收图像采集装置采集的待检电力设备的可见光图像、声波采集装置采集的声波信号以及特高频传感器采集的电磁信号；
根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位；
根据所述可见光图像、声波信号以及电磁信号，对待检电力设备的缺陷进行定位，包括：
根据所述可见光图像，计算所述可见光图像中每个像素对应的入射角和方位角；
根据所述声波信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的声场强度，获得声场图像；
根据所述电磁信号和所述入射角和方位角，计算所述可见光图像中每个像素对应的电磁场强度，获得电磁场图像；
将所述可见光图像、声场图像和电磁场图像进行叠加获得叠加图像，将叠加图像中声场强度局部极大值和电磁场强度局部极大值重叠的位置确定为缺陷区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述可见光图像、声场图像、电磁场图像、叠加图像中的至少一种进行推送显示。
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