本發(fā)明涉及電力安全，具體為一種電力安全工器具檢測系統(tǒng)及其檢測方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，電力安全工器具作為保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和人員安全的重要工具，其性能狀態(tài)直接關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，電力安全工器具在使用過程中會經(jīng)歷各種惡劣環(huán)境，這些環(huán)境因素極易導(dǎo)致工器具的絕緣性能下降、機(jī)械強(qiáng)度減弱以及磨損加劇的問題，因此，對電力安全工器具進(jìn)行定期、高效的檢測與維護(hù)顯得尤為重要。

2、盡管傳統(tǒng)檢測技術(shù)如目視檢查、手動測量在一定程度上能夠評估工器具的狀態(tài)，但這些方法存在諸多局限性，首先，傳統(tǒng)方法大多依賴人工操作，不僅效率低下，而且容易受到人為因素的影響，導(dǎo)致檢測結(jié)果的不一致性，其次，對于高壓、高溫極端環(huán)境下的工器具，傳統(tǒng)接觸式檢測手段如直接測量、敲擊測試，不僅難以實施，還可能對工器具造成二次損傷，增加安全風(fēng)險，更重要的是，傳統(tǒng)檢測技術(shù)往往局限于單一維度的檢測，關(guān)注絕緣電阻值和外觀磨損情況，忽略了工器具內(nèi)部細(xì)微變化的監(jiān)測，細(xì)微變化往往是引發(fā)安全事故的前兆。

3、因此，針對現(xiàn)有問題，開發(fā)一種電力安全工器具檢測系統(tǒng)及其檢測方法，不僅顯著提高了檢測的精確度和可靠性，還大大增強(qiáng)了電力安全工器具的檢測與診斷能力，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了更為堅實的技術(shù)支撐。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種電力安全工器具檢測系統(tǒng)及其檢測方法，它能夠通過集成紅外、激光、超聲波非接觸式傳感器陣列，實現(xiàn)了對工器具多維度、高精度的自動檢測，不僅規(guī)避了傳統(tǒng)接觸式檢測可能導(dǎo)致的二次損傷和安全風(fēng)險，還極大地提升了檢測的精確度和全面性，結(jié)合先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能夠?qū)?fù)雜多源數(shù)據(jù)進(jìn)行深度解析，實現(xiàn)工器具性能的全面評估與故障精準(zhǔn)定位。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供如下技術(shù)方案：一方面，一種電力安全工器具檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下組成部分：

3、非接觸式傳感器陣列：集成紅外傳感器、激光測距儀、超聲波探傷儀多種非接觸式傳感器，分別用于檢測工器具的絕緣性能、機(jī)械強(qiáng)度、磨損程度；

4、數(shù)據(jù)采集與處理模塊：負(fù)責(zé)接收各傳感器采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理、去噪、濾波，提取關(guān)鍵特征信息；

5、多維度分析模塊：基于機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)算法，對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度分析，準(zhǔn)確判斷工器具的絕緣狀態(tài)、強(qiáng)度等級及磨損情況，并生成檢測報告；

6、人機(jī)交互界面：提供直觀的操作界面，展示檢測結(jié)果、歷史記錄及預(yù)警信息，支持用戶查詢、導(dǎo)出報告功能，提升用戶體驗。

7、進(jìn)一步地，所述非接觸式傳感器陣列通過紅外熱成像檢測絕緣性能與泄漏電流分析，設(shè)定紅外熱成像儀參數(shù)，對工器具進(jìn)行紅外熱成像掃描，獲取每個點(diǎn)的紅外輻射強(qiáng)度，將接收到的紅外輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度值，形成工器具表面的溫度分布圖像，計算整個圖像的平均溫度，公式為：其中，tij是圖像中坐標(biāo)為(i,j)點(diǎn)的溫度，n和m分別是圖像的行數(shù)和列數(shù)，計算溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ，公式為：定一個閾值為3σ，與平均溫度的差值超過閾值，認(rèn)為是溫度異常區(qū)域，對溫度異常區(qū)域進(jìn)行溫度梯度計算，結(jié)合焦耳定律和熱傳導(dǎo)方程，評估泄漏電流的可能性及位置。

8、更進(jìn)一步地，所述非接觸式傳感器陣列通過激光測距儀檢測機(jī)械強(qiáng)度，以預(yù)設(shè)的測量頻率對工器具進(jìn)行連續(xù)的測量，激光測距儀發(fā)射的激光束照射工器具表面，通過測量發(fā)射光與反射光之間的時間差δt計算距離l，距離計算公式為：其中，c為光速，計算相鄰測量點(diǎn)的距離變化量：δli＝li+1-li，計算距離變化量的平均值：計算距離變化量的標(biāo)準(zhǔn)差：通過分析距離變化量的時間序列曲線，觀察工器具在受力和振動過程中的形變趨勢，結(jié)合工器具所用材料的力學(xué)性能參數(shù)和幾何形狀，評估工器具在當(dāng)前受力和振動條件下機(jī)械強(qiáng)度的可靠性。

9、更進(jìn)一步地，所述非接觸式傳感器陣列通過超聲波探傷儀檢測磨損與裂紋，選擇與工器具材質(zhì)相匹配的超聲波探傷儀探頭，在工器具表面選定多個檢測區(qū)域，超聲波探傷儀向工器具內(nèi)部發(fā)射一系列短脈沖超聲波，脈沖傳播速度v由材料特性決定，表達(dá)式為：其中，e為材料的彈性模量，ρ為材料密度，接收反射回來的超聲波信號，對接收的反射信號進(jìn)行分析，提取其波形特征，通過時間飛行法計算缺陷位置l，公式為：其中，t為發(fā)射脈沖與接收反射脈沖的時間差，根據(jù)反射信號的振幅變化δa和相位變化δφ，結(jié)合探頭的波束擴(kuò)散特性，識別內(nèi)部裂紋和表面磨損的位置、大小和形狀，結(jié)合工器具材料的聲學(xué)特性參數(shù)，以及工器具的使用歷史，評估磨損程度。

10、更進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊通過串行通信接口實時監(jiān)聽接收來自多種非接觸式傳感器的數(shù)據(jù)流，將接收到的原始數(shù)據(jù)從傳感器特定的格式轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，應(yīng)用特征提取算法對濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出溫度異常區(qū)域、形變程度、裂紋尺寸，將進(jìn)行特征提取后的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。

11、更進(jìn)一步地，所述多維度分析模塊從數(shù)據(jù)采集與處理模塊接收相關(guān)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)按照不同的工器具類型、檢測項目和時間序列進(jìn)行分類和整理，形成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)集合，選擇支持向量機(jī)對于絕緣狀態(tài)的判斷，采用隨機(jī)森林對于強(qiáng)度等級的評估，使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對于磨損情況的分析，綜合多個模型的輸出結(jié)果，對工器具的進(jìn)行多維度的分析，根據(jù)分析和判斷的結(jié)果，生成詳細(xì)的檢測報告，使用圖表進(jìn)行數(shù)據(jù)展示。

12、更進(jìn)一步地，所述多維度分析模塊選擇支持向量機(jī)對于絕緣狀態(tài)的判斷，收集工器具絕緣性能相關(guān)的數(shù)據(jù)，將其表示為特征向量xi，對應(yīng)的標(biāo)簽yi∈{-1,1}，-1表示絕緣良好，1存在問題，選擇高斯核函數(shù)作為模型的核函數(shù)，其公式為：k(xi,xj)＝exp(-γ||xi-xj||2)，其中，γ是核函數(shù)的參數(shù)，svm的目標(biāo)是最大化兩類數(shù)據(jù)點(diǎn)到超平面的距離，優(yōu)化問題表示為其中，c是懲罰參數(shù)，ξi是松弛變量，φ(xi)是將輸入數(shù)據(jù)映射到高維特征空間的函數(shù)，w是超平面的法向量，b是超平面的截距，使用拉格朗日乘子法，將上述優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為其對偶問題并求解得到的αi，計算w和b，對于任意支持向量xj最終的決策函數(shù)為：f(x)＝sign對于新的工器具絕緣性能數(shù)據(jù)xnew將其代入決策函數(shù)，得到預(yù)測的標(biāo)簽，從而判斷其絕緣狀態(tài)是良好還是存在問題。

13、更進(jìn)一步地，所述多維度分析模塊采用隨機(jī)森林對于強(qiáng)度等級的評估，收集工器具的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將其表示為特征向量x，對應(yīng)的強(qiáng)度等級標(biāo)簽為y，從原始數(shù)據(jù)集中進(jìn)行有放回的隨機(jī)抽樣，創(chuàng)建多個自助樣本集，對于每個自助樣本集，構(gòu)建一棵決策樹，從特征集合中隨機(jī)選擇m個特征，根據(jù)基尼指數(shù)準(zhǔn)則選擇最佳的分裂特征和分裂點(diǎn)，基尼指數(shù)公式為：其中，k是類別數(shù)，pk,t是節(jié)點(diǎn)t中屬于類別k的樣本所占比例，重復(fù)構(gòu)建多棵決策樹，形成隨機(jī)森林，對于新的工器具數(shù)據(jù)，將其輸入到隨機(jī)森林中的每棵決策樹進(jìn)行預(yù)測xnew，得到多個強(qiáng)度等級的預(yù)測結(jié)果，通過投票的方式綜合多個預(yù)測結(jié)果，得到最終的強(qiáng)度等級評估。

14、更進(jìn)一步地，所述多維度分析模塊使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對于磨損情況的分析，收集工器具磨損圖像數(shù)據(jù)，標(biāo)記出磨損的區(qū)域和程度，接收磨損圖像數(shù)據(jù)，使用卷積核對輸入圖像進(jìn)行卷積操作，提取特征，卷積運(yùn)算表示為：其中，zij是輸出特征圖的元素，wmn是卷積核的元素，xi+m,j+n是輸入圖像的元素，b是偏置項，使用最大池化來降低特征圖的維度，通過全連接層將提取的特征映射到最終的輸出類別，使用交叉熵?fù)p失函數(shù)作為模型損失函數(shù)，表達(dá)式為：其中，n是樣本數(shù)量，yi是真實標(biāo)簽，是預(yù)測概率，使用隨機(jī)梯度下降算法來更新網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和偏置將新的待分析的工器具圖像輸入訓(xùn)練好的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到磨損程度的預(yù)測結(jié)果。

15、另一方面，一種電力安全工器具檢測方法，該檢測方法的具體步驟為：

16、數(shù)據(jù)采集與處理：將待檢測的電力安全工器具置于檢測區(qū)域內(nèi)，啟動多傳感器融合檢測系統(tǒng)，各傳感器同步采集工器具的多維度數(shù)據(jù)，利用先進(jìn)的圖像處理和信號分析算法，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取和模式識別；

17、多維度檢測與評估：基于處理后的數(shù)據(jù)，對工器具進(jìn)行全面、多維度的檢測與評估，具體包括：

18、絕緣性能檢測：通過紅外圖像分析工器具表面的溫度分布，結(jié)合激光掃描數(shù)據(jù)判斷絕緣層是否存在破損、老化和脫落現(xiàn)象；

19、機(jī)械強(qiáng)度評估：利用激光傳感器精確測量工器具的尺寸、形狀變化，結(jié)合超聲波檢測內(nèi)部裂紋、缺陷情況，綜合評估其機(jī)械強(qiáng)度；

20、磨損程度檢測：通過超聲波傳感器檢測工器具表面的磨損痕跡及內(nèi)部磨損情況，評估其使用壽命；

21、自動分類與標(biāo)識：根據(jù)檢測結(jié)果，將工器具自動分類為合格、待維修和報廢不同等級，并記錄其檢測狀態(tài)及結(jié)果；

22、數(shù)據(jù)存儲與報告生成：將檢測數(shù)據(jù)、結(jié)果及分類信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，支持用戶隨時查詢歷史記錄，系統(tǒng)根據(jù)需求生成詳細(xì)的檢測報告，支持導(dǎo)出多種格式。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，該一種電力安全工器具檢測系統(tǒng)及其檢測方法具備如下

24、有益效果：

25、一、本發(fā)明采用的紅外、激光和超聲波非接觸式傳感器陣列，實現(xiàn)了對電力安全工器具的絕緣性能、機(jī)械強(qiáng)度、磨損程度多維度、高精度的自動檢測，這種方法有效避免了傳統(tǒng)接觸式檢測可能對工器具造成的二次損傷，特別是在處理高壓、高溫極端環(huán)境下的工器具時，其非接觸特性顯著提高了檢測過程的安全性，通過非接觸式檢測，能夠更準(zhǔn)確地捕捉工器具的細(xì)微變化，從而顯著提升檢測的精確度和可靠性。

26、二、本發(fā)明的多維度分析模塊集成了多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能夠?qū)Σ煌瑐鞲衅魇占臄?shù)據(jù)進(jìn)行深度解析和綜合判斷，這種多維度的數(shù)據(jù)處理方式不僅實現(xiàn)了對工器具性能的全面評估，還能夠通過模型間的相互驗證和補(bǔ)充，提高診斷的準(zhǔn)確性和全面性，這種多維度檢測與分析的結(jié)合，顯著增強(qiáng)了電力安全工器具的檢測與診斷能力，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有力保障。

27、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。