CN113687156B - 一种利用红外热图辅助判断电力设备隐患的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用红外热图辅助判断电力设备隐患的方法，基于被检测电力设备的红外检测档案，将最新检测结果与设备的红外检测档案相比较，分析同一设备在不同时期的温度场分布，找出设备致热参数的变化，判断设备是否正常。该方法通过设备在各时间段温度场分布下的发热参数变换情况，能及时发现设备运行缺陷，排除故障隐患，在解决存在隐患的细微故障方面效果显著。
Description
技术领域
本发明属于红外热像技术领域，具体涉及一种利用红外热图辅助判断电力设备隐患的方法。
背景技术
发电厂传统的电力设备维护都采用定期停电检查的方式，这大大增加了发电厂的成本。电力设备故障往往以设备相关部位的温度或热状态变化表现出来，在设备不停电的情况下，借助红外检测技术，可以掌握设备的热状态变化，预防电力设备突发性故障，保证电网运行。
红外检测是基于红外辐射原理，通过扫描、观察或记录被检测设备表面由于缺陷或者内部结构不连续所引起的热量向深层传递的差别而导致表面温度场发生变化，从而实现对设备表面或内部结构的无损检测。
从红外诊断的角度，可以将电力设备故障分为内部故障和外部故障。内部故障，主要因设备内部绝缘介质劣化和电气回路老化或故障所导致，这类故障出现在电力设备内部，反映在设备外部的温差很小，一般只有几开尔文，其特点是温升小、故障比例相对较小，该故障类型对红外检测设备要求高。外部故障，主要指某些连接件、触头或接头因连接不良造成接触电阻增大，导致该部位的电阻损耗升高，从而产生局部过热，外部故障不及时处理，易快速劣化，造成损失和事故，该故障类型具有易用红外热像仪发现且局部温升高的特点。
从电力设备的过热情况同时根据致热性质不同，可以分为电流致热型设备和电压致热型设备两大类。电流致热型设备指电流作用引起的设备发热，例如：电气设备与金属部件的连接、金属部件与金属部件连接的接头和线夹等，大部分为外部故障引起的发热，这类故障一般较容易发现，故障数量约占故障总数的90%。电压致热型设备指电压作用引起的设备发热，除连接不良等外部故障外，大部分为内部故障引起的，包括受潮、漏油、绝缘老化等，例如：电压互感器、耦合电容器、移相电容器、电压套管、避雷器、电缆头等设备，这类设备存在缺陷是，往往表现出局部或整体性的温度异常，由于发热部位大多处于内部，致热效应部位被封闭，有些缺陷不容易在外部温度上发生明显变化，一般温升较小，红外热像检测较难发现。
发明内容
本发明提供一种利用红外热图辅助判断电力设备隐患的方法，通过对比电力设备的历史检测数据进行判断，分析同一设备不同时期的温度场分布，找出设备致热参数的变化，判断设备是否正常。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种利用红外热图辅助判断电力设备隐患的方法，包括：
（1）建立被诊断电力设备的红外检测档案；
（2）获取被诊断电力设备本次工作时的红外热图，去除背景得到目标设备凸显的红外热图，此时，会出现目标设备最高温度点；
（3）在目标设备上设置Y轴参考点，确定后在目标设备上会生成两条互相垂直的线段，第一条线段为Y轴参考点和设备最高温度点形成的一条线段，默认为Y轴，第二条线段为经过设备最高温度点且垂直于第一条线段的线段，默认为X轴，两条线段的端点重合于目标设备的的边缘坐标；
（4）根据坐标可获得两条线段所在的温度数据，形成X轴温度曲线坐标图、Y轴温度曲线坐标图；
（4）从红外检测档案中，选择被诊断电力设备某次或上次工作时的红外热图，冻结去除背景后得到参考图像，重新获取曲线，即可形成其X轴温度曲线坐标图、Y轴温度曲线坐标图，且参考图像与本次红外热图融合在同一X轴温度曲线坐标图、Y轴温度曲线坐标图；
（5）设定对比阈值及超过阈值的点数占比，同时超过阈值和占比，将给以提示及声控报警。
作为优选的，还包括：返回步骤（2），利用同温区域占比法来辅助判断电力设备隐患，具体步骤包括：
（2）获取被诊断电力设备本次工作时的红外热图，去除背景得到目标设备凸显的红外热图，计算获取目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值；
（3）将目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值设置为本次红外热图的温度上限和温度下限，并确定切片步长，对红外热图进行分层，形成多张分层图片；
（4）将每张分层图片在目标设备边缘内按照温度差值进行对应着色；并计算得出每张分层图片的温度区间在整个温度区间的占比数，形成柱状图；
（5）从红外检测档案中，选择被诊断电力设备某次或上次工作时的红外热图，去除背景后得到参考图像；以本次目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值作为参考图像的温度上限和温度下限，并确定相同的切片步长，对参考图像进行分层，形成多张参考分层图片，将每张参考分层图片在目标设备边缘内按照温度差值进行对应着色；
（6）重新获取，可计算得出每张参考分层图片的温度区间在整个温度区间的占比数，形成柱状图，且参考图像的柱状图与本次红外热图融合在同一柱状图内。
作为优化的，目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值的获取方法为：去除背景时会获取到目标设备的边缘坐标；从上到下，逐行截取在边缘坐标范围内的温度数组，每行截取的有效温度数组，全部存放在一个新的空数组中；当最后一行温度数组截取完毕，就完整保存目标设备边缘坐标内的所有温度数据，计算得出最高温度数值、最低温度数值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本方法是基于被检测电力设备的红外检测档案，将最新检测结果与设备的红外检测档案相比较，分析同一设备在不同时期的温度场分布，找出设备致热参数的变化，判断设备是否正常。该方法通过设备在各时间段温度场分布下的发热参数变换情况，能及时发现设备运行缺陷，排除故障隐患，在解决存在隐患的细微故障方面效果显著。
附图说明
图1为本发明一种实施例的步骤（2）的示意图。
图2为本发明一种实施例的步骤（3）的示意图。
图3为本发明一种实施例的步骤（4）（5）（6）的示意图。
图4为本发明另一种实施例的步骤（3）（4）（5）（6）的示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
电力设备故障往往以设备相关部位的温度或者热变化表现出来，在设备不停电的情况下，借助红外检测技术可以及时找出设备异常位置，为设备故障消缺提供指导。从电力设备的过热情况同时根据致热性质不同，可以分为电流致热型设备和电压致热型设备两大类。电流致热型设备指电流作用引起的设备发热，例如：电气设备与金属部件的连接、金属部件与金属部件连接的接头和线夹、输电导线连接器、隔离开关转头和刀口、断路器动静触头等，大部分为外部故障引起的发热，这类故障一般较容易发现，故障数量约占故障总数的90%。
其中，电压致热型设备指电压作用引起的设备发热，电压致热型设备包括：电压互感器、耦合电容器、移相电容器、电压套管、避雷器等设备，其缺陷大多数是由于设备内部故障所引起，此类故障的发热功率与运行电压的平方成正比，而与负荷电流的大小无关，内部故障由于致热效应部位被封闭，不能直接检测，只能通过设备表面温度场进行比较、分析和计算才能确定。电压致热型设备发热因素，与电流致热型设备相比，要复杂一些，其主要特点是：发热量不大，温升值比较稳定。根据各类电压致热型设备的模拟实验和现场检测的经验数据，提出温升或温差的判据，是电压致热型设备的最大允许温升及同类之间的允许温差值，超出规定者则视为不正常。
本发明提供一种利用红外热图辅助判断电力设备隐患的方法，用于实现电压致热型设备的隐患检测，包括：
（1）建立被诊断电力设备的红外检测档案；即将历次拍摄的被诊断电力设备的红外热图留存形成红外检测档案，留作参考图像使用，根据附图所示，采用电压互感器作为被诊断电力设备。
红外检测时应尽量在清晨、傍晚、晚上或阴天，无风或风速小于0.5m/s的环境下进行，每次拍摄环境尽可能保持一致，尽量减少环境的影响；对电压互感器、电容器、避雷器、套管等的检测，应选择合适的测点和测试距离，同时要尽量避开其他设备或背景的影响，保持设备与三相测点的距离基本一致，每次拍摄角度尽可能保持一致，尽量排除外界影响。
（2）获取被诊断电力设备本次工作时的红外热图，去除背景得到目标设备凸显的红外热图，此时，会出现目标设备最高温度点；
电力设备一般位于较高位置，目前检测时大多利用升降设备搭载红外热像仪进行平视或仰视拍摄，其主背景基本是天空，红外热像仪实际采集到的红外热图一般都是灰度图像，获取到本次工作热图后，利用红外温宽调整来实现背景去除，在温宽范围内的温度数据用灰度颜色来表示，在其范围外的温度数据默认用黑色来表示，去除背景后会获取到目标设备的边缘坐标，其边缘坐标的最高温度点默认出现并显示相应温度。
（3）在目标设备上设置Y轴参考点，确定后在目标设备上会生成两条互相垂直的线段，第一条线段为Y轴参考点和设备最高温度点形成的一条线段，默认为Y轴，Y轴一般与电力设备的轴心平行或近似平行，第二条线段为经过设备最高温度点且垂直于第一条线段的线段，默认为X轴，两条线段的端点重合于目标设备的边缘坐标。
（4）根据坐标可获得两条线段所在的温度数据，形成X轴温度曲线坐标图、Y轴温度曲线坐标图；X轴温度曲线坐标图，以X轴重合于目标设备边缘坐标的左端为原点，其横坐标为X轴的位置坐标，其纵坐标为布置在X轴上自X轴左端至右端的温度点数据；Y轴温度曲线坐标图，以Y轴重合于目标设备边缘坐标的下端为原点，其横坐标为Y轴的位置坐标，其纵坐标为布置在Y轴上自Y轴下端至上端的温度点数据。以分辨率384*288的红外热图为例，整个红外热图分布有384*288个温度点，长度方向有384个点，宽度方向有288个点，假定目标设备边缘坐标内分布有100*180个温度点，可以认为，X轴的横坐标上有100个或少于100个温度点，每个温度点对应1个温度值，该温度值用纵坐标表示，并相连成为曲线，得到X轴温度曲线坐标图；Y轴的横坐标上有180个或少于180个温度点，每个温度点对应1个温度值，该温度值用纵坐标表示，并相连成为曲线，得到Y轴温度曲线坐标图。
（4）从红外检测档案中，选择被诊断电力设备某次或上次工作时的红外热图，去除背景后得到参考图像，重新获取曲线，即可形成X轴温度曲线对比图、Y轴温度曲线对比图。将电压互感器作为被诊断电力设备进行说明，电压互感器一般选取3个测点进行拍摄，且3个测定与电压互感器距离相等，拍摄时多采用支架将红外热像仪提升到特定高度进行拍摄，基本能确保所拍摄红外热图一致性。
从红外检测档案中导入某次红外热图作为参考图像，由于两图像大小相同、分辨率相同、目标设备位置相同，会默认将步骤（3）确定好的X轴、Y轴自动导入参考图像中，重新获取曲线，会得到参考图像的X轴、Y轴温度曲线坐标图，为了方便对比，将参考图像的温度曲线坐标图融合到本次红外热图中。
（5）设定对比阈值及超过阈值的点数占比，同时超过阈值和占比，将给以提示及声控报警。
各电力设备的阈值及缺陷等级一般由厂家给定，国网各单位有的采取厂家给定值作为判断依据，有的在给定值上做上下幅度调整，作为自己单位的判断依据，阈值一般指工作时最高温度值，阈值与缺陷等级会确定到具体部位。
同一设备的X轴、Y轴的阈值，根据设备厂家，或使用单位要求，进行设定。占比主要根据使用单位的检测规章，进行设定。依照目前的现状，电力设备根据使用单位不同，他们的检测规章肯定是不同的，我们只是提出一种方法，各使用单位根据自身要求设定即可。
以电压互感器为例，假定厂家给出的X轴阈值为22℃、Y轴阈值为25℃，其X轴、Y轴点数占比分别确定为75%和80%，将厂家给定值作为对比阈值、超过对比阈值的点数占比，表示当超过规定阈值和占比时，系统会有弹出框进行提示，并外放声音进行警告。即X轴（Y轴）的横坐标上有100个温度点（180个温度点），每个温度点对应1个温度值，当75及以上个温度点（当144及以上个温度点）对应温度值超过22℃（25℃）时，系统会弹出对应缺陷等级进行提示，同时外放声音进行警告。
电压致热型设备，其内部故障导致的发热功率与运行电压的平方呈正比，而与负荷电流的大小无关，其设备表面的温度分布图特征表现为：1）可以明显看出局部发热或整相（节）的整体性发热；2）有些设备内部故障本身不会产生过热，但故障后可改变其正常运行时的电压分布或泄露电流，外表面发生异常的特征性分布；3）输电线路陶瓷绝缘子的绝缘劣化和污秽，会使分布电压及泄露电流异常，将除锈发热和发凉的特征；4）核查绝缘子内部缺陷，在性能良好部位与绝缘性能已损坏部位交界处产生发热。不管上述哪个温度分布表征方式，发热部位导热后都会向四周分散，利用上述的高温轴线对比法，能有效检测出电压致热型设备大部分的发热状况，但是，部分电压致热型设备，如氧化锌避雷器其温升为0.5-1K，绝缘子其温升为0.5-1K，其温升过小，利用高温轴线对比法检测效果并不好。此时，我们可以返回步骤（2），进行另外一种操作，即利用同温区域占比法来辅助判断电力设备隐患。
具体的，其步骤包括：
（2）获取被诊断电力设备本次工作时的红外热图，去除背景得到目标设备凸显的红外热图，计算获取目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值；
具体的，最高温度数值、最低温度数值这样得到：利用红外温宽调整来去除背景时会获取到目标设备的边缘坐标；根据得到的坐标，从上到下，逐行截取在边缘坐标范围内的温度数组，每行截取的有效温度数组，全部存放于一个新的空数组中；当最后一行数组截取完毕，新的数组就完整保存了目标设备的所有温度数据，通过数据对比,计算得出最高温度数值、最低温度数值。
（3）将目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值设置为本次红外热图的温度上限和温度下限，并确定切片步长，对红外热图进行分层，形成多张分层图片。假定目标设备边缘内的最高温度数值29.74℃、最低温度数值为21.74℃，将切片步长定义为1℃，会得到8张分层图片，分层图片以温度区间进行定义分层。
（4）将每张分层图片在目标设备边缘内按照温度差值进行对应着色；并计算得出每张分层图片的温度区间在整个温度区间的占比数，形成柱状图。
设置调色板，以最高温度数值、最低温度数值作为判断条件，对分层后的红外热图内的温度数值进行着色；并通过计算得出每张分层图片的温度占比在整个温度区间的占比数，形成柱状图。具体方法为：以分辨率384*288的红外热图为例为例，整个红外热图分布有384*288个温度点，长度方向有384个点，宽度方向有288个点，假定目标设备分布有100*180个温度点，温度数值在21.74~22.74℃区间的有5*12个温度点，其占比数为5%，温度数值在22.74~22.74℃区间的有5*48个温度点，其占比数为10%，占比数用柱状图表示，相对更直观。
（5）从红外检测档案中，选择被诊断电力设备某次或上次工作时的红外热图，去除背景后得到参考图像；以本次目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值作为参考图像的温度上限和温度下限，并确定相同的切片步长，对参考图像进行分层，形成多张参考分层图片，将每张参考分层图片在目标设备边缘内按照温度差值进行对应着色。
（6）重新获取，可计算得出每张参考分层图片的温度区间在整个温度区间的占比数，形成柱状图，且参考图像的柱状图与本次红外热图融合在同一柱状图内。
由于前期环境及测定设定，基本能确保所拍摄红外热图一致性，被诊断电力设备正常运行时，其最高温度数值、最低温度数值应该基本一致，因此，直接以本次目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值作为参考图像的温度上限和温度下限，并确定相同的切片步长，对参考图像进行分层得到相同张数的参考分层图片，着色方便对比，进一步，计算每张参考分层图片的温度占比在整个温度区间的占比数，将两者融合到一张柱状图内方便对比。如果两者温度占比基本一致，可以认为被诊断电力设备正常运行，如果两者温度占比相差较大，根据使用单位的规定，进行相应处理，或记录待下次检修，或直接停电维修。
利用同温区域占比法，将同区域的温度更细化进行切片分层，与前期同期图片进行对比，对应温升过小的设备进行检查，效果更直观更明显。
Claims (3)
1.一种利用红外热图辅助判断电力设备隐患的方法，其特征在于：包括：
（1）建立被诊断电力设备的红外检测档案，所述被诊断的电力设备为电压致热型设备；
（2）获取被诊断电力设备本次工作时的红外热图，去除背景得到目标设备凸显的红外热图，此时，会出现目标设备最高温度点；
（3）在目标设备上设置Y轴参考点，确定后在目标设备上会生成两条互相垂直的线段，第一条线段为Y轴参考点和设备最高温度点形成的一条线段，默认为Y轴，第二条线段为经过设备最高温度点且垂直于第一条线段的线段，默认为X轴，两条线段的端点重合于目标设备的的边缘坐标；
（4）根据坐标可获得两条线段所在的温度数据，形成X轴温度曲线坐标图、Y轴温度曲线坐标图；
（5）从红外检测档案中，选择被诊断电力设备某次或上次工作时的红外热图，冻结去除背景后得到参考图像，重新获取曲线，即可形成其X轴温度曲线坐标图、Y轴温度曲线坐标图，且参考图像与本次红外热图融合在同一X轴温度曲线坐标图、Y轴温度曲线坐标图；
（6）设定对比阈值及超过阈值的点数占比,同时超过阈值和占比，将给以提示及声控报警。
2.根据权利要求1所述的利用红外热图辅助判断电力设备隐患的方法，其特征在于：还包括：当电压致热型设备为氧化锌避雷器或绝缘子时，返回步骤（2），利用同温区域占比法来辅助判断电力设备隐患，具体步骤包括：
获取被诊断电力设备本次工作时的红外热图，去除背景得到目标设备凸显的红外热图，计算获取目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值；
（3）将目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值设置为本次红外热图的温度上限和温度下限，并确定切片步长，对红外热图进行分层，形成多张分层图片；
（4）将每张分层图片在目标设备边缘内按照温度差值进行对应着色；并计算得出每张分层图片的温度区间在整个温度区间的占比数，形成柱状图；
（5）从红外检测档案中，选择被诊断电力设备某次或上次工作时的红外热图，去除背景后得到参考图像；以本次目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值作为参考图像的温度上限和温度下限，并确定相同的切片步长，对参考图像进行分层，形成多张参考分层图片，将每张参考分层图片在目标设备边缘内按照温度差值进行对应着色；
（6）重新获取，可计算得出每张参考分层图片的温度区间在整个温度区间的占比数，形成柱状图，且参考图像与本次红外热图融合在同一柱状图内；如果本次红外热图的温度占比与参考图像温度占比基本一致，可以认为被诊断电力设备正常运行，如果本次红外热图的温度占比与参考图像温度占比相差较大，根据使用单位的规定，进行相应处理。
3.根据权利要求2所述的利用红外热图辅助判断电力设备隐患的方法，其特征在于：目标设备边缘内的最高温度数值、最低温度数值的获取方法为：去除背景时会获取到目标设备的边缘坐标；从上到下，逐行截取在边缘坐标范围内的温度数组，每行截取的有效温度数组，全部存放在一个新的空数组中；当最后一行温度数组截取完毕，就完整保存目标设备边缘坐标内的所有温度数据，计算得出最高温度数值、最低温度数值。
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