本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)故障檢測(cè)系統(tǒng)及方法，尤其是涉及一種基于紫外和紅外圖像的電力系統(tǒng)故障檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
電力設(shè)備長(zhǎng)期工作運(yùn)行在高電壓、大電流的狀態(tài)下，同時(shí)還受到日曬、雨淋、潮濕、高溫和風(fēng)塵等惡劣環(huán)境和自然條件的損害，容易發(fā)生設(shè)備的劣化和缺陷，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生，因此對(duì)電力設(shè)備的進(jìn)行狀態(tài)定時(shí)定點(diǎn)檢測(cè)是十分有必要的。電力設(shè)備的日常預(yù)防性維護(hù)已成為電力部門的制度，可以有效降低和預(yù)防電力設(shè)備事故的發(fā)生。
早期電力設(shè)備的維護(hù)是故障后維修，這種方式下突發(fā)故障往往會(huì)造成巨大的損失。傳統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)必須要在停電的情況下才能進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)備關(guān)機(jī)后的狀態(tài)往往和運(yùn)行時(shí)不一樣，影響檢測(cè)精度和準(zhǔn)確性。所以，電力設(shè)備的不斷電、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就體現(xiàn)出其優(yōu)越性。
目前電力設(shè)備故障檢測(cè)技術(shù)主要是紫外、紅外單獨(dú)進(jìn)行的檢測(cè)技術(shù)。紅外成像法是利用電氣設(shè)備外部升溫來(lái)發(fā)現(xiàn)某些故障，這種方法可以在非接觸、非斷電情況下進(jìn)行，但是易受到陽(yáng)光、大風(fēng)、潮濕、環(huán)境溫度及一些能引起高壓設(shè)備表面溫度劇烈變化的其他因素影響，且不易直觀定位遠(yuǎn)距離的放電點(diǎn)。紫外成像檢測(cè)法通過(guò)觀察和檢測(cè)日盲紫外光信號(hào)，用紫外相機(jī)拍攝紫外圖像并將紫外信號(hào)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光信號(hào)生成圖像，便于直觀觀測(cè)放電信號(hào)，這種方法受環(huán)境、氣候等條件限制較少，可以直觀準(zhǔn)確地進(jìn)行放電點(diǎn)的定位，對(duì)于線路設(shè)備外部電暈及沿面放電的缺陷，如導(dǎo)線外部損傷、斷股、散股等故障較為敏感，與紅外檢測(cè)技術(shù)相比，紫外成像技術(shù)可發(fā)現(xiàn)設(shè)備的早期隱患，與紅外成像檢測(cè)技術(shù)形成有效的互補(bǔ)，但我國(guó)對(duì)日盲紫外成像的研究起步較晚，近幾年國(guó)內(nèi)的一些研究所和大學(xué)才開(kāi)始對(duì)紫外成像儀進(jìn)行研究和探索，并取得了一定進(jìn)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于紫外和紅外圖像的電力系統(tǒng)故障檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
一種基于紫外和紅外圖像的電力系統(tǒng)故障檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括紅外相機(jī)、紫外相機(jī)和上位機(jī)，所述的紅外相機(jī)和紫外相機(jī)架設(shè)于待檢測(cè)的電力設(shè)備前方，且紅外相機(jī)和紫外相機(jī)光路在平行的光軸上，所述的紅外相機(jī)和紫外相機(jī)均連接上位機(jī)，所述的上位機(jī)設(shè)有用于對(duì)紅外相機(jī)和紫外相機(jī)拍攝的紅外圖像和紫外圖像進(jìn)行分析處理得到故障結(jié)果的圖像處理分析模塊。
所述的圖像處理分析模塊包括：
紅外圖像處理子模塊：該子模塊對(duì)紅外相機(jī)拍攝的紅外圖像進(jìn)行處理將其轉(zhuǎn)化為溫度分布圖像，所述的溫度分布圖像中每一像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)電力設(shè)備對(duì)應(yīng)位置的溫度大小；
紫外圖像處理子模塊：該子模塊對(duì)紫外相機(jī)拍攝的紫外圖像進(jìn)行處理得到放電點(diǎn)紫外圖像；
圖像融合子模塊：該模塊將放電點(diǎn)紫外圖像融合至溫度分布圖像中得到融合圖像，所述的融合圖像包括帶檢測(cè)的電力設(shè)備的溫度分布和放電點(diǎn)位置信息。
所述的圖像處理分析模塊還包括最高溫度點(diǎn)圈選子模塊，所述的最高溫度點(diǎn)圈選子模塊連接紅外圖像處理子模塊，最高溫度點(diǎn)圈選子模塊在溫度分布圖像中尋找最高溫所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，并圈選該點(diǎn)，顯示該點(diǎn)的溫度值以及對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)。
所述的紫外相機(jī)為日盲紫外相機(jī)。
所述的紅外相機(jī)為長(zhǎng)波紅外相機(jī)。
一種采用上述基于紫外和紅外圖像的電力系統(tǒng)故障檢測(cè)系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，該方法包括如下步驟：
(1)紅外相機(jī)和紫外相機(jī)分別獲取待檢測(cè)的電力設(shè)備的紅外圖像和紫外圖像；
(2)將紅外圖像轉(zhuǎn)換為溫度分布圖像，所述的溫度分布圖像中每一像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)電力設(shè)備對(duì)應(yīng)位置的溫度大??；
(3)對(duì)紫外圖像進(jìn)行處理，獲得待檢測(cè)的電力設(shè)備的放電點(diǎn)紫外圖像；
(4)將放電點(diǎn)紫外圖像融合至溫度分布圖像中得到融合圖像，所述的融合圖像包括帶檢測(cè)的電力設(shè)備的溫度分布和放電點(diǎn)位置信息；
(5)對(duì)融合圖像進(jìn)行亮度調(diào)整和偽彩處理，得到電力設(shè)備的溫度分布圖，同時(shí)放電點(diǎn)電暈區(qū)作高亮顯示。
步驟(2)后還包括對(duì)待檢測(cè)設(shè)備的最高溫度點(diǎn)的圈選，具體地：根據(jù)溫度分布圖像建立溫度-灰度曲線，從溫度-灰度曲線中選出溫度最高點(diǎn)并在溫度分布圖像中圈處，同時(shí)顯示生成該點(diǎn)的溫度值以及對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明同時(shí)獲取了電力系統(tǒng)放電點(diǎn)的紫外和紅外波段圖像，對(duì)兩個(gè)波段進(jìn)行圖像融合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力設(shè)備溫度場(chǎng)分布的成像檢測(cè)以及電力設(shè)備的電暈檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)熱和放電復(fù)合型缺陷的故障點(diǎn)定位、缺陷嚴(yán)重程度定量化信息處理，極大的提高了電力設(shè)備的檢測(cè)效率，為電力現(xiàn)場(chǎng)的局部放電點(diǎn)檢測(cè)提供了一種新的途徑。
(2)本發(fā)明通過(guò)長(zhǎng)波紅外相機(jī)獲取紅外圖像，通過(guò)換算顯示被測(cè)電氣設(shè)備表面溫度，并對(duì)其分布情況進(jìn)行測(cè)試、分析和判斷，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行中的異常和缺陷，相較于短波紅外成像，長(zhǎng)波紅外相機(jī)的精度更高，抗干擾性更強(qiáng)，具有更大的優(yōu)勢(shì)；
(3)本發(fā)明檢測(cè)方法不直接接觸、無(wú)需斷電，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量，且測(cè)量結(jié)果高效準(zhǔn)確。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明基于紫外和紅外圖像的電力系統(tǒng)故障檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖中，1為紅外相機(jī)，2為紫外相機(jī)，3為上位機(jī)，4為待檢測(cè)的電力設(shè)備。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例
如圖1所示，一種基于紫外和紅外圖像的電力系統(tǒng)故障檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括紅外相機(jī)1、紫外相機(jī)2和上位機(jī)3，紅外相機(jī)1和紫外相機(jī)2架設(shè)于待檢測(cè)的電力設(shè)備4前方，且紅外相機(jī)1和紫外相機(jī)2光路在平行的光軸上，紅外相機(jī)1和紫外相機(jī)2均連接上位機(jī)3，上位機(jī)3設(shè)有用于對(duì)紅外相機(jī)1和紫外相機(jī)2拍攝的紅外圖像和紫外圖像進(jìn)行分析處理得到故障結(jié)果的圖像處理分析模塊。本實(shí)施例中待檢測(cè)的電力設(shè)備4包括：電塔的塔身、地線和電塔金具。
圖像處理分析模塊包括：
紅外圖像處理子模塊：該子模塊對(duì)紅外相機(jī)1拍攝的紅外圖像進(jìn)行處理將其轉(zhuǎn)化為溫度分布圖像，溫度分布圖像中每一像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)電力設(shè)備對(duì)應(yīng)位置的溫度大小；
紫外圖像處理子模塊：該子模塊對(duì)紫外相機(jī)2拍攝的紫外圖像進(jìn)行處理得到放電點(diǎn)紫外圖像；
圖像融合子模塊：該模塊將放電點(diǎn)紫外圖像融合至溫度分布圖像中得到融合圖像，融合圖像包括帶檢測(cè)的電力設(shè)備的溫度分布和放電點(diǎn)位置信息。
圖像處理分析模塊還包括最高溫度點(diǎn)圈選子模塊，最高溫度點(diǎn)圈選子模塊連接紅外圖像處理子模塊，最高溫度點(diǎn)圈選子模塊在溫度分布圖像中尋找最高溫所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，并圈選該點(diǎn)，顯示該點(diǎn)的溫度值以及對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)。
紫外相機(jī)2為日盲紫外相機(jī)2。
紅外相機(jī)1為長(zhǎng)波紅外相機(jī)1。
一種采用上述基于紫外和紅外圖像的電力系統(tǒng)故障檢測(cè)系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法，該方法包括如下步驟：
(1)紅外相機(jī)1和紫外相機(jī)2分別獲取待檢測(cè)的電力設(shè)備4的紅外圖像和紫外圖像；
(2)將紅外圖像轉(zhuǎn)換為溫度分布圖像，溫度分布圖像中每一像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)電力設(shè)備對(duì)應(yīng)位置的溫度大小；
(3)對(duì)紫外圖像進(jìn)行處理，獲得待檢測(cè)的電力設(shè)備4的放電點(diǎn)紫外圖像；
(4)將放電點(diǎn)紫外圖像融合至溫度分布圖像中得到融合圖像，融合圖像包括帶檢測(cè)的電力設(shè)備的溫度分布和放電點(diǎn)位置信息；
(5)對(duì)融合圖像進(jìn)行亮度調(diào)整和偽彩處理，得到電力設(shè)備的溫度分布圖，同時(shí)放電點(diǎn)電暈區(qū)作高亮顯示。
步驟(2)后還包括對(duì)待檢測(cè)設(shè)備的最高溫度點(diǎn)的圈選，具體地：根據(jù)溫度分布圖像建立溫度-灰度曲線，從溫度-灰度曲線中選出溫度最高點(diǎn)并在溫度分布圖像中圈處，同時(shí)顯示生成該點(diǎn)的溫度值以及對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)。
本發(fā)明的檢測(cè)原理是：①紫外部分：日盲紫外相機(jī)2使用增強(qiáng)電荷耦合器件(intensifiedccd，iccd)實(shí)現(xiàn)對(duì)紫外光子的探測(cè)，iccd主要有光電陰極、微通道板(microchannelplate，mcp)放大器、熒光屏、光纖光錐、可見(jiàn)光ccd相機(jī)組成，紫外光源發(fā)出的紫外波段信號(hào)通過(guò)濾光片之后照射到對(duì)紫外信號(hào)敏感的光電陰極上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，生成的光電子再經(jīng)由高壓電場(chǎng)加速后通過(guò)mcp進(jìn)行電子倍增，經(jīng)過(guò)倍增后的電子轟擊熒光屏實(shí)現(xiàn)光電子到光子的轉(zhuǎn)換，光子經(jīng)過(guò)光纖光錐到達(dá)可見(jiàn)光ccd相機(jī)，從而獲取到故障目標(biāo)的紫外圖像。②紅外部分：長(zhǎng)波紅外相機(jī)1是依靠探測(cè)微型輻射熱量的熱探測(cè)器吸收入射的紅外輻射，通過(guò)換算顯示被測(cè)電氣設(shè)備表面溫度，并對(duì)其分布情況進(jìn)行測(cè)試、分析和判斷，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運(yùn)行中的異常和缺陷，相較于短波紅外成像，長(zhǎng)波紅外相機(jī)1的精度更高，抗干擾性更強(qiáng)，具有更大的優(yōu)勢(shì)。③圖像融合：本系統(tǒng)采用一種改進(jìn)的基于canny準(zhǔn)則的小波邊緣檢測(cè)算法。由于紫外圖像比紅外圖像小，通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何縮放關(guān)系，確定紫外圖像在紅外圖像中的邊緣位置，然后利用一種基于canny準(zhǔn)則的小波邊緣檢測(cè)算法，提取主要的紫外能量區(qū)，融合到紅外圖像中，得到最終的檢測(cè)結(jié)果。
令θ(x,y)是二維平滑函數(shù)，定義兩個(gè)小波函數(shù)為：
對(duì)ψ1(x,y)、ψ2(x,y)進(jìn)行二行伸縮和平移構(gòu)成基函數(shù)：
對(duì)于二維函數(shù)f(x,y)，其小波變換可通過(guò)卷積實(shí)現(xiàn)：
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在尺度2j上，梯度矢量的模為：
其幅角為：
梯度方向指向梯度的模取極大值的方向，于是，只要沿著梯度方向檢測(cè)小波變換系數(shù)模的局部極大值點(diǎn)，即可得到圖像的邊緣點(diǎn)。沿邊緣點(diǎn)連線提取該閉合區(qū)域，即得到待融合的紫外能量區(qū)。