红外图像在架空线路故障检测中的应用研究

摘要

为了缓解电力供求矛盾，近年来中国大力推广特高压技术。特高压输电对输电过程的可靠性的要求更高，不允许断电检修。而基于红外图像自动检测高压输电线路，无需停电就能对设备进行检测，比传统人工检测更高效，安全。这很好的契合了电网发展的需要。
　　针对红外成像的基本原理进行分析，然后分析架空输电线路故障类型，主要是包括对110kV、220kV氧化锌避雷器、220kV耦合电容器以及相关电气设备温升-时间特性进行实验和分析。利用红外图像测得的温度绘制温升-时间、相间温差-时间图并据图分析这些设备的正常运行时统计学规律。重点对架空线路中用到的电气设备的图像进行故障识别和隐患排查。
　　为了便于计算机识别，提高对故障识别的效率，针对这些电气设备的红外图像，需进行一系列的处理。包括:灰度化、去噪、二值化、形态学处理、区域分割等。其中，去噪是图像处理的关键部分，是后期故障判断的基础。图像的噪声有很多种，包括椒盐噪声、高斯噪声、瑞利噪声、均匀噪声、伽马噪声等。其中椒盐噪声是其中的一个典型噪声。有关这种噪声的滤除方法有很多，经典的有均值滤波，中值滤波，高斯滤波等。针对以上在这些经典算法，提出了以高斯滤波为基础的改进算法，并就该改进方法进行了简要的原理分析。通过实验比较了中值滤波和多窗口中值滤波的各噪声下的滤波效果，并以峰值信噪比作为图像滤波效果的检测指标，可证明该方法的优越性。
　　再对滤波后的图像，先后进行了二值化、形态学处理等，并进行区域分割和特征识别证明了该方法的可行性和实用性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 红外检测在架空线路线路中的研究

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本论文的主要研究内容和创新点

2 红外热像技术原理分析

2．1 红外辐射的三大基本定律

2．1．1 黑体辐射定律

2．1．2 维恩位移定律

2．1．3 斯蒂芬-波尔兹曼定律

2．1．4 朗伯余弦定律

2．2 红外图像仪的工作原理

2．3 实际物体的红外辐射规律

2．3．1 实际物体的发射率

2．3．2 物体对辐射的吸收、透射和反射

2．4 本章小结

3 常见的架空线路的故障类型分析

3．1 电流型致热设备的缺陷判断方法研究

3．1．1 电流致热型设备的发热机理

3．1．2 电流致热型设备温度与时间的函数关系

3．1．3 电流致热型设备的温升和电流的函数关系

3．2 电压型致热设备的缺陷判断

3．2．1 电压致热型设备的发热机理

3．2．2 电压致热型设备温升关系和模型

3．3 高压瓷质绝缘子及其相关特性

3．3．1 劣化绝缘子的发热原理分析

3．3．2 绝缘子污闪机理与数学模型

3．3．3 直流污闪分析

3．3．4 交流污闪分析研究

3．3．5 电弧形成和发展的机理分析

3．3．6 泄漏电流与污闪的关系

3．4 本章小结

4 架空线路故障机理和特征分析

4．1 雷击故障与特征分析

4．1．1 雷击线路闪络

4．1．2 雷击故障和数值特性分析

4．2 绝缘子污闪故障机理与特征

4．2．1 绝缘子积污闪络过程

4．2．2 故障气象因素和数值特性分析

4．3 泄漏电流法及脉冲电流法检测绝缘子污秽

4．4 本章小结

5 基于红外图像的故障检测方法

5．1 红外图像的采集及处理的基本流程

5．1．1 红外图像的采集

5．1．2 红外图像的基本处理流程

5．2 红外图像处理的具体步骤和部分算法的比较

5．2．1 灰度化处理

5．2．2 去噪声

5．2．3 二值化和去背景噪声

5．2．4 检测像素最大值并判断图像的故障信息

5．3 试验及结果分析

5．3．1 在经典图像中滤波效果

5．3．2 在电力设备图像中的滤波效果

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果