一种基于红外图像的复合绝缘子发热缺陷判断方法与流程

1.本发明属于复合绝缘子检测技术领域，涉及一种基于红外图像的复合绝缘子发热缺陷判断方法。


背景技术：

2.针对复合绝缘子中存在的各种缺陷，不少学者提出了各种检测方法，主要分为带电检测与离线检测两大类。带电检测方法主要有：电场法、紫外线检测法、红外线检测法。红外成像传感技术当前已经处于成熟阶段，目前在电网多种输变电设备检测的应用场景中广泛使用。通过远距离使用红外热成像检测仪器，可以快速可视化检测到输变电设备表面异常发热状况，为快速解决发热性故障提供了可靠的技术保障。由于红外热成像检测技术属于带电检测技术范畴，其通过对电力设备红外光谱能量的检测，实现对被测设备表面温度的快速成像，具备了检测方式安全、抗干扰能力强、快速准确、检测设备类型范围广等一系列优点，逐渐成为了电力设备发热检测的重要方式。近年来，随着红外热成像仪器价格的逐渐降低，红外热成像智能检测算法研宄的开展，智能化的红外热成像仪成为了新的发展方向，也将为电力设备智能化带屯检测提供了更加便捷的解决方案。


技术实现要素：

3.为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
4.一种基于红外图像的复合绝缘子发热缺陷判断方法，包括获取复合绝缘子红外图像，对复合绝缘子红外图像进行预处理，提取复合绝缘子串区域的特征量，对其进行特征组合优化，建立红外图像特征信息、环境信息与复合绝缘子信息的映射关系，对复合绝缘子进行分析评估。
5.优选的，获取复合绝缘子红外图像包括消除背景带来的红外干扰信息，所述红外干扰信息包括设备发射率影响、气象条件影响、检测距离影响、太阳光辐射影响和检测人员素质影响。
6.优选的，对复合绝缘子红外图像预处理包括将复合绝缘子红外图像去噪、分割预处理。
7.优选的，提取复合绝缘子串区域的特征量包括平均温度，最高温度，最低温度，背景最高、最低温度，背景平均温度，环境相对湿度，环境温度，等值附盐密度。
8.优选的，对所述进行特征组合优化，建立红外图像特征信息、环境信息与复合绝缘子信息的映射关系，将平均温度，最高温度，最低温度，背景最高、最低温度，背景平均温度，环境相对湿度，环境温度，等值附盐密度作为人工神经网络模型的输入矢量，将用实际测得的复合绝缘子绝缘性能的信息作为网络输出，试验获得数据训练网络，建立红外图像特征信息、环境信息和绝缘子信息的映射关系，在训练过程中设置和调整网络模型参数，完成复合绝缘子红外图像增强处理。
9.优选的，对复合绝缘子进行分析评估包括正常运行和劣化。
10.优选的，所述劣化包括复合绝缘子出现劣化绝缘子缺陷和复合绝缘子存在低值绝缘子缺陷包括红外图像中，出现无明显发热点，横向对比相邻复合绝缘子存在温度低于1℃的现象，图像整体为暗色调，即复合绝缘子出现劣化绝缘子缺陷；红外图像中，出现存在部分明显发热点，温度分布不均匀，靠近高压引线部分最高，靠近地部分次之，中间部分最低，且同一复合绝缘子中，发热点温度高于其他正常绝缘子1℃以上的现象，图像整体为暖色调，即复合绝缘子存在低值绝缘子缺陷。
11.本发明的有益效果：本发明对复合绝缘子红外图像进行处理分析评估，对复合绝缘子检测具有非接触、远距离、大面积快速扫描的优点，能够提前发现复合绝缘子缺陷，对保证输电线路安全稳定运行具有十分重要的意义。
附图说明
12.图1是本发明结构示意图。
13.图2是等效电路示意图。
具体实施方式
14.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例，应理解，本技术不受这里公开描述的示例实施例的限制。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
15.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
16.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
17.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
18.本发明提供了附图1～2，本发明实施例中，一种基于红外图像的复合绝缘子发热缺陷判断方法，包含了获取复合绝缘子红外图像，对复合绝缘子红外图像进行预处理，提取复合绝缘子串区域的特征量，对其进行特征组合优化，建立红外图像特征信息、环境信息与复合绝缘子信息的映射关系，对复合绝缘子进行分析评估。
19.复合绝缘子由多片绝缘子串联而成，单片绝缘子可等效为串间电容c0、介质损耗
等值电阻r1、表面污秽损耗等值电阻r2和劣化通道漏电损耗等值电阻r3并联组成，其等效电路如下图2所示。
20.根据图2等值电路可知，绝缘子串中3个等值电阻和串间电容均可能引起发热，正常运行状况下，流过3个等值电阻和串间电容的电流很小，根据焦耳定律，绝缘子温度与环境温度偏差不大。然而，当流过某一等值电阻电流变大时，绝缘子温度将升高，因此，对应复合绝缘子发热类型可划分为三大类:介质损耗变大引起发热、表面污秽流过泄漏电流变大引起发热和绝缘子劣化产生的贯穿性电流引起发热。
21.a.介质损耗变大:复合绝缘子连接和支撑110kv及以上的交流电压线路，在强电场的作用下，电介质会发生极化反应，而产生极化过程会引起介质损耗，主要反映在等效电路中的r1和c0上。复合绝缘子在正常运行情况下，损耗的最主要组成部分即为介质损耗，依据电介质极化反应，其热效应p介质损耗可按式(1)计算得到，复合绝缘子温升
△
t介质损耗计算公式可按式(2)估算得到。
[0022][0023][0024]
b.表面污秽泄漏电流变大:复合绝缘子表面清洁情况下，通过表面的泄漏电流值非常小，可忽略不计。复合绝缘子所处环境复杂，部分地区湿度、脏污等级较大，导致复合绝缘子表面污秽损耗等值电阻r2下降，流过的表面泄漏电流增加，最终成为复合绝缘子发热的主因。因表面污秽泄漏电流变大所产生的热效应p表面泄漏可按式(3)计算得到，复合绝缘子温升
△
t表面泄漏计算公式可按式(4)估算得到。
[0025][0026][0027]
c.劣化产生的贯穿性泄漏电流变大：复合绝缘子内部出现劣化严重时，将产生贯穿性泄漏电流ig，即存在部分或全部绝缘子劣化通道等值电阻r3下降为低值的状态，此时，由劣化通道产生的热效应成为复合绝缘子温升的主因。复合绝缘子劣化产生的贯穿性泄漏电流变大后，其热效应p劣化可按式(5)计算得到，复合绝缘子温升
△
t劣化计算公式可按式(6)估算得到。
[0028][0029][0030]
所述获取复合绝缘子红外图像包括消除背景带来的红外干扰信息；所述红外干扰信息包括设备发射率影响、气象条件影响、检测距离影响、太阳光辐射影响和检测人员素质影响。
[0031]
在复合绝缘子红外巡检工作中，除了被测目标产生红外辐射能量之外，所处的复
杂环境也会有很多红外辐射能产生，例如树木、杆塔、空气等背景甚至仪器本身也存在辐射可能。这些干扰会带来不同程度的影响，为了排除这些干扰因素，提高红外图像判断故障的准确性，研究如何消除背景带来的红外干扰信息就势在必行。复合绝缘子红外巡检状态下的影响主要有以下几点：
[0032]
a.设备发射率的影响：目标的材质，表面的金属电阻率对红外辐射的反射，吸收和穿透都有影响。存在公式(7)：
[0033]
α ρ τ＝l
[0034]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0035]
其中α为吸收率，ρ为反射率，τ为穿透率。公式表明，任何物体都会吸收、反射和穿透能量，彼此间达到一种热量平衡状态。因此，在对目标进行红外检测之前，我们一定要了解目标的基础发射率，如果目标的发射率越高，则红外仪器所检测到的热辐射能量自然也越高，反之，则越低。对于相同设备，因为其材料的老化，磨损或污秽，都会对物体本身的发射率造成影响。
[0036]
b.气象条件的影响：在极端不良的天气情况下，例如：暴雨、冰雹、大风、风雪等天气，由于天气影响，被测物体的表面温度可能过低，物体的表面散热增大，而红外辐射能量的多少又与被测目标的表面温度关系密切，因此容易影响最终结果，所以，在水分较大的时候，尽量不要进行红外检测，避免干扰过多失去准确性。
[0037]
c.检测距离的影响：红外成像仪的视角镜头固定的情况下，检测距离的大小对精度和图像显示的细节都有影响，一般情况下，距离系数为：
[0038]kl
＝l/φ
[0039]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0040]
d.太阳光辐射：由于红外成像仪是通过将红外辐射能转变成电信号，进而得出所需的红外图像信息，因此，对于太阳光的辐射能有一定要求，如果选在中午太阳光线最强的时候进行测试，会对红外成像仪产生一定的影响，为了试验的准确性，一般选择太阳光辐射能较弱的时候进行检测。如：早晨、傍晚或阴天进行。
[0041]
g.检测人员素质的影响：首先检测人员对红外成像技术必须要有一定的了解，对于同一个检测物体，图片质量不一定是相同的，因此检测人员的主观积极性会对图片的获取起到不同程度的影响。
[0042]
所述对复合绝缘子红外图像预处理包括将复合绝缘子红外图像去噪、分割预处理。
[0043]
所述提取复合绝缘子串区域的特征量包括平均温度，最高温度，最低温度，背景最高、最低温度，背景平均温度，环境相对湿度，环境温度，等值附盐密度。
[0044]
所述进行特征组合优化，建立红外图像特征信息、环境信息与复合绝缘子信息的映射关系；
[0045]
将平均温度，最高温度，最低温度，背景最高、最低温度，背景平均温度，环境相对湿度，环境温度，等值附盐密度作为人工神经网络模型的输入矢量，将用实际测得的复合绝缘子绝缘性能的信息作为网络输出，试验获得数据训练网络，建立红外图像特征信息、环境信息和绝缘子信息的映射关系，在训练过程中设置和调整网络模型参数，完成复合绝缘子红外图像增强处理，为准确地实现复合绝缘子劣化评估奠定基础。
[0046]
所述对复合绝缘子进行分析评估包括正常运行和劣化。
[0047]
所述劣化包括复合绝缘子出现劣化绝缘子缺陷和复合绝缘子存在低值绝缘子缺陷；
[0048]
红外图像中，出现无明显发热点，横向对比相邻复合绝缘子存在温度低于1℃的现象，图像整体为暗色调，即复合绝缘子出现劣化绝缘子缺陷；
[0049]
红外图像中，出现存在部分明显发热点，温度分布不均匀，靠近高压引线部分最高，靠近地部分次之，中间部分最低，且同一复合绝缘子中，发热点温度高于其他正常绝缘子1℃以上的现象，图像整体为暖色调，即复合绝缘子存在低值绝缘子缺陷。
[0050]
还需要说明的是，在本文中，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，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。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过程、方法、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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0051]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。