紅外熱像檢測絕緣子污穢等級的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)快速發(fā)展，一方面電力系統(tǒng)輸電線路電壓等級不斷提高、電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，另一方面大氣污染加劇。暴露在污穢條件下的絕緣子表面會沉積污穢，當(dāng)遇有大霧、毛毛雨、融雪等不利氣象，易造成電網(wǎng)污閃事故。污閃已經(jīng)成為電網(wǎng)安全最具危害的影響因素之一，嚴(yán)重威脅著供電的可靠性。實(shí)現(xiàn)絕緣子污穢程度的安全、準(zhǔn)確監(jiān)測，使輸電線路由計(jì)劃檢修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變，是輸電線路安全運(yùn)行迫切需要解決的問題，對于污閃問題的解決具有重要意義。紅外成像可實(shí)現(xiàn)絕緣子污穢等級的

2、非接觸性測量，不易受電磁干擾，安全、經(jīng)濟(jì)、便捷。 本文系統(tǒng)地對運(yùn)行絕緣子發(fā)熱理論、圖像去噪、圖像分割、盤面圖像提取、污穢特征提取、污穢等級分類、成像視角、特征選擇等關(guān)鍵技術(shù)問題展開深入研究，具體工作有以下幾個方面： 1．紅外熱像檢測絕緣子污穢等級缺乏完善的發(fā)熱理論支持。針對現(xiàn)有絕緣子發(fā)熱模型不能處理表面出現(xiàn)干燥帶及干燥帶電弧的問題，基于絕緣子表面水分蒸發(fā)主要取決于表面發(fā)熱的假設(shè)，提出了一種濕污絕緣子表面發(fā)熱分析方法，引入

3、污層表面電阻率、濕潤強(qiáng)度、電弧模型，建立了干燥帶及干燥帶電弧產(chǎn)生的判斷條件和不同運(yùn)行狀態(tài)絕緣子的發(fā)熱模型，并應(yīng)用數(shù)值分析方法進(jìn)行求解。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果揭示了不同運(yùn)行狀態(tài)絕緣子的表面發(fā)熱分布規(guī)律、出現(xiàn)干燥帶及干燥帶電弧對泄漏電流和發(fā)熱的影響。濕污絕緣子的紅外熱成像試驗(yàn)結(jié)果表明，該模型合理，為絕緣子污穢等級紅外熱像檢測提供理論支持。 2．絕緣子紅外熱像對比度低、噪聲大，必須采取有效措施準(zhǔn)確恢復(fù)絕緣子表面溫度場信息。 首次證實(shí)了

4、絕緣子紅外熱像小波系數(shù)服從拉普拉斯分布，利用平穩(wěn)小波變換分解系數(shù)冗余有利于處理具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律的圖像，提出了一種基于最大后驗(yàn)（MAP）估計(jì)的平穩(wěn)小波域局部自適應(yīng)絕緣子紅外熱像去噪方法，使用待估計(jì)點(diǎn)圓形鄰域系數(shù)估計(jì)信號方差，并根據(jù)圖像噪信比自適應(yīng)調(diào)整鄰域窗口大小，采用MAP估計(jì)器對各高頻子帶小波系數(shù)進(jìn)行局部自適應(yīng)估計(jì)，最后對處理后的小波系數(shù)進(jìn)行平穩(wěn)小波反變換得到去噪后圖像；利用雙樹復(fù)小波變換具有近似的平移不變性和良好的方向選擇性的優(yōu)點(diǎn)，提出了

5、一種基于MAP估計(jì)的復(fù)小波域局部自適應(yīng)絕緣子紅外熱像去噪方法，對不同濾波器組采用各自最精細(xì)分解層子帶系數(shù)估計(jì)噪聲方差，利用待估計(jì)點(diǎn)圓形鄰域系數(shù)估計(jì)信號方差，且隨分辨率變化調(diào)整圓形鄰域半徑，使得MAP估計(jì)的無噪聲系數(shù)更為準(zhǔn)確，提高了去噪圖像質(zhì)量。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的維納濾波法、基于小波變換、平穩(wěn)小波變換和雙樹復(fù)小波變換的貝葉斯閾值去噪方法比較，這兩種方法具有更高的信噪比，在有效去除圖像噪聲的同時，圖像細(xì)節(jié)信息保留更完好。

6、 3．實(shí)際污穢檢測以單片絕緣子作為分析對象，根據(jù)截取單片絕緣子紅外熱像灰度直方圖的特點(diǎn)，提出了直方圖包絡(luò)線分割閾值提取方法和對數(shù)變換域最大類間方差法分割閾值提取方法。以閾值提取方法為基礎(chǔ)，提出了閾值分割與形態(tài)學(xué)后處理相結(jié)合的絕緣子紅外熱像分割方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，運(yùn)用所提方法分割后的絕緣子圖像完整，邊緣清晰，分割質(zhì)量良好。 4．絕緣子串熱像相互重疊，研究感興趣的區(qū)域?yàn)榻^緣子半盤面區(qū)域，能否完整有效的從圖像中提取出來，直接關(guān)系到后

7、續(xù)污穢特征提取的有效性。絕緣子盤面圖像具有橢圓特征，提出了以分割圖像重心坐標(biāo)為起點(diǎn)的不同角度散射直線來采樣絕緣子盤面邊緣點(diǎn)，應(yīng)用最小二乘擬合盤面邊緣橢圓方程，提取橢圓內(nèi)長軸以上圖像區(qū)域，獲得研究感興趣的絕緣子半盤面區(qū)域。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，采用此方法獲得了統(tǒng)一規(guī)范的絕緣子半盤面區(qū)域。 5．紅外成像設(shè)備自身存在測溫誤差，導(dǎo)致紅外成像測量溫度與真實(shí)溫度之間的溫度偏差不可預(yù)測。為了避免測量溫度的誤差影響，充分利用紅外成像的測量精度，使溫度場

8、信息更準(zhǔn)確、更可靠，提出了基于相對溫度的污穢特征提取方法。根據(jù)絕緣子表面發(fā)熱分布規(guī)律提取污穢特征，污穢等級識別綜合考慮環(huán)境濕度的影響。利用整體溫度分布差異，提取相對溫度的平均值、方差、偏度、峭度、能量和熵6個統(tǒng)計(jì)參數(shù)作為污穢特征，設(shè)計(jì)了絕緣子污穢等級BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器；利用盤面溫度隨盤徑變化的差異，提取徑向相對溫度均值作為污穢特征，設(shè)計(jì)了最近鄰濕度條件下的最小距離分類器評定絕緣子污穢等級；利用熱像灰度直方圖間接體現(xiàn)相對溫度分布，提取規(guī)格

9、化灰度直方圖作為污穢特征，設(shè)計(jì)了最近鄰濕度條件下的灰色綜合關(guān)聯(lián)度最大相似準(zhǔn)則評定現(xiàn)場污穢度等級。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了這三種方法的可行性和有效性。 6．確定最佳成像角度有利于提高紅外熱像檢測絕緣子污穢等級的準(zhǔn)確性，提出了采用Fisher準(zhǔn)則對不同成像角度提取的相同污穢特征進(jìn)行對比分析確定最佳成像角度的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明成像角度變化顯著的改變所得絕緣子表面熱場，下盤面特征比上盤面特征有更好的分類性能。推薦紅外熱像檢測絕緣子污穢等級應(yīng)以下盤