基于红外热成像的变压器故障在线监测系统

摘要

我国经济的快速发展带来了用电需求量的增加，现如今已基本实现电网全覆盖。保障电网安全平稳运行至关重要，在电网中故障多数是由电气设备故障所引起，而变压器又是不可或缺的重要设备，因此变压器的在线故障监测对于保障电网系统运行安全、平稳是必不可少的。红外热成像诊断技术作为一种有效的故障诊断手段，它可以将被监测变压器的热状态分布，快速地进行红外热成像，然后对生成的红外热图像进行分析，分析的过程包括图像的去噪、增强、分割等，从而对变压器可能存在的隐患以及故障做出诊断分析。根据研究课题的实际要求，构建出一种利用红外诊断技术对变压器故障的在线监测系统。
　　首先，将采集的变压器红外图像，分别利用均值法滤波、小波半软阈值滤波法、基于小波半软阈值加均值法滤波去噪，对比三种去噪方法对图像处理的效果，本文选择第三种方法，此方法能有效地抑制噪声，很好地改善图像质量。第二步，对图像用直方图均衡化和小波变换方法，进行增强处理，本文选择能够显著增强对比度的小波变换法。第三步，对图像进行分割处理，将直方图阈值分割法、边缘检测法和Otsu法自动阈值分割法的仿真结果作对比分析，本文采用基于Otsu法自动阈值分割法进行图像分割。通过这些算法实现变压器红外图像的去噪、增强、分割的过程，为后续故障诊断打下良好的基础。针对故障的识别方法，本文采用基于ASIFT算法对红外图像匹配与识别方法。文中拓扑矩阵修正的方法可以实现变压器故障的自动定位，本文在六种诊断方法中选用了基于相对温差法的变压器故障诊断法，实现了变压器设备红外图像故障的自动诊断。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本课题研究的背景和意义

1．2 国内外的研究现状和应用

1．3 本文主要工作内容

2 故障诊断实现的基础

2．1 红外探测器的原理

2．2 红外辐射测温仪

2．3 红外热像仪

2．3．1 工作原理

2．3．2 红外热像仪的特点

2．4 变压器常见的故障

2．4．1 变压器常见的外部故障

2．4．2 变压器常见的内部故障

2．5 在线监测系统框架设计

2．6 本章小结

3 红外热图像的去噪

3．1 图像噪声的分类

3．2 均值滤波去噪

3．3 基于小波半软阈值滤波去噪

3．4 基于小波半软阈值加均值滤波

3．5 本章小结

4 红外热图像的增强

4．1 均衡化算法增强图像的处理

4．1．1 图像的灰度化

4．1．2 基于直方图均衡化算法的图像增强

4．2 基于小波阈值萎缩法的图像增强

4．3 本章小结

5 红外热图像的分割

5．1 红外图像的分割特点

5．2 基于直方图的阈值法图像分割

5．3 图像的边缘检测算法

5．3．1 基于数学形态学的边缘检测

5．3．2 基于不同算子的边缘检测

5．4 基于Otsu法自动阈值分割图像

5．4．1 阈值处理

5．4．2 Otsu算法

5．5 本章小结

6 红外热图像的识别和故障诊断方法

6．1 红外热图像的影响因素及数据库的建立

6．1．1 红外图像温度的影响因素

6．1．2 红外图像数据库

6．2 基于ASIFT算法的红外图像匹配与识别

6．3 变压器故障的自动定位与诊断

6．3．1 变压器故障诊断的方法

6．3．2 基于拓扑矩阵修正的故障自动定位与诊断

6．3．3 实验结论

6．4 本章小结

7 结论和展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果