一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测方法及其装置与流程

本发明涉及电力设备运行状态检修领域，特别涉及一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测方法及其装置。

背景技术

复合绝缘子因其重量轻、强度高、耐污闪性能强、制造维护方便等众多优点，弥补了瓷和玻璃绝缘子的不足，在电网中的应用越来越广泛，已成为我国绝缘子的主力军。目前，在全国电网中使用的复合绝缘子数量高达几百万只，运行时间最长的已超过二十年。复合绝缘子护套的主要成分是硅橡胶，当长期暴露在室外环境中时，硅橡胶受日晒、雨淋、高温、严寒、沙蚀、酸蚀、强电场等物理化学作用，其聚合物链逐渐发生分解和挥发等变化，性能逐步下降，导致复合绝缘子出现粉化、硬化、裂化、电蚀损、憎水性丧失等特征，从而随着使用年限的增加，复合绝缘子耐污闪性能变差、绝缘可靠性降低。复合绝缘子在不合规范操作或在长期运行过程中会出现机械强度下降、金具松动、芯棒有酸性气体侵入，致使芯棒脱落或脆断。

国内外研究者对复合绝缘子检测技术开展了大量研究，按检测作业方式可分为接触式和非接触式两种。前者包括短路叉法或火花间隙法、光电检测杆法、电场测量法、脉冲电流法、泄漏电流法等；后者包括紫外成像法、红外热像检测法、声脉冲法、激光多普勒法。接触式检测作业需要到现场逐个进行测量，甚至登杆登塔，劳动强度大，效率低，危险性高。非接触检测法如激光多普勒法可检测开裂的复合绝缘子，但是对未开裂的复合绝缘子不起作用，且设备体积庞大，不适合野外作业。声脉冲法因耦合、衰减及超声换能器性能问题目前尚未在远距离遥测上有重大突破，不适合运行现场检测，而主要用于企业生产在线检测及实验室鉴定。使用紫外成像法进行检测时，绝缘子需发生局部放电状态，要在正常温度、高湿度环境中进行，而且检测设备价格昂贵、功能单一，检测结果容易受观察角度的影响。

当前应用较为广泛的检测技术是红外热像检测法，红外热像检测法能够检测出由局部放电、泄漏电流流过绝缘物质时的介电损耗或电阻损耗等引起的绝缘子局部温度升高，但温量易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化因素的影响。同时复合绝缘子存在着绝缘子界面气隙、内部裂纹等缺陷，红外热像检测法对此类隐蔽性缺陷检测效果明显不如对导通性缺陷的检测效果。而毫米波具有很强的穿透力，能够有效地检测出复合绝缘子的内部细微裂纹，且其与微波相比，它具有波束窄、波长短的优点，且毫米波元器件的尺寸要小得多，更易于集成检测系统。毫米波检测法与红外热像检测法能够优势互补，因此有必要采取红外和毫米波对复合绝缘子进行联合智能检测。

技术实现要素：

发明目的：获取复合绝缘子的红外热像图谱并对其进行技术处理，提取复合绝缘子的温度特征值，对待测复合绝缘子进行毫米波透射检测，提取毫米波特征值，将两者同时进行特征筛选后形成绝缘子红外及毫米波特征参数，向考虑环境温湿度、污秽及受潮程度等复杂因素而建立的劣化绝缘子智能识别模型导入红外及毫米波特征参数，得到判断结果，即提供一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测方法及其装置，提高复合绝缘子缺陷检测的准确率。

技术方案：

一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测方法，所述方法包括以下步骤：

s1、通过红外热像仪拍摄复合绝缘子的红外图像；

s2、对得到的红外图像进行图像去噪、分割及二值形态学图像处理，并获得图像中复合绝缘子所在区域；

s3、将步骤s2获得的图像的灰度值进行拟合，并获取复合绝缘子温度特征参数；

s4、使用毫米波检测仪器对复合绝缘子进行透射检测，得到包含透射信号的幅频、相位及极化特性的毫米波透射曲线；

s5、选择透射式毫米波检测的特征频段，从毫米波透射曲线提取毫米波特征值，并将提取的毫米波特征值与温度特征值一同进行综合特征筛选，得到绝缘子红外及毫米波特征参数；

s6、将特征参数导入考虑环境温湿度、污秽及受潮程度复杂因素而建立的劣化绝缘子智能识别模型中，得到诊断结果，确定缺陷的类型和位置。

作为本发明的一种优选方式，所述步骤s1获取的红外热像图应由热灵敏度小于0.03℃的专业红外摄像仪拍摄，且拍摄对象为带电工作中的复合绝缘子。

作为本发明的一种优选方式，所述方法步骤s2的图像处理技术应包括对原图像的降噪、灰度化处理，并通过形态二值化图像处理技术准确提取出复合绝缘子区域。

作为本发明的一种优选方式，通过红外和毫米波特征参数综合判定复合绝缘子劣化情况；通过毫米波信号的极化特性对缺陷进行探测，不同极化的毫米波对微裂纹的检测效果会产生不同效应。

作为本发明的一种优选方式，通过毫米波信号的相位特性对缺陷进行探测，当毫米波穿过不同介质时相位会发生变化，并根据初始和透射毫米波相位信息确定缺陷尺寸，且通过毫米波成像直观显示复合绝缘子内部或表面裂纹。

作为本发明的一种优选方式，根据考虑环境温湿度、污秽及受潮程度复杂因素而建立的劣化绝缘子智能识别模型，分析红外与毫米波特征参数，从而得到绝缘子劣化情况及缺陷所在位置。

一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测装置，包括毫米波信号源、隔离器、衰减器、定向耦合器、发射天线、接收天线、接收机、红外热像仪、分析机，所述分析机由毫米波参数处理区、红外参数处理区、特征值综合筛选模块、劣化绝缘子智能识别模型和输出及可视装置组成；所述毫米波信号源用于发射变频毫米波通过隔离器、衰减器、定向耦合器传输至发射天线；所述隔离器用于根据线性光耦隔离原理将输入信号进行转换输出并与输入的毫米波信号隔离；所述衰减器用于调整输出毫米波信号的大小并改善通路的阻抗匹配；所述定向耦合器用于信号的隔离、分离和混合并保证整个测试装置中发送端的隔离度；发射天线用于将信号源输出的毫米波向被测绝缘子发射；所述接收天线用于接收透射过绝缘子的毫米波并将接收到的透射过绝缘子的毫米波传输至接收机中；所述接收机用于接收经透射后的毫米波以及发射天线发射的毫米波并将其中的毫米波特征值传输至分析机的毫米波参数处理区；所述红外热像仪用于拍摄复合绝缘子带电工作时的红外图像并将拍摄的复合绝缘子带电工作时的红外图像传输至分析机的红外参数处理区。

作为本发明的一种优选方式，所述毫米波参数处理区包括极化参数提取模块、幅值参数提取模块以及相位参数提取模块，所述极化参数提取模块用于提取透射波的包含的极化特征的毫米波特征值；所述幅值参数提取模块用于提取透射波的包含的幅频特征的毫米波特征值；所述相位参数提取模块用于提取透射波的包含的相位特征的毫米波特征值。

作为本发明的一种优选方式，所述红外参数处理区包括储存器、小核卷积器以及数字信号微处理器，所述储存器用于存储红外热像仪的图片并将之传输给小核卷积器；所述小核卷积器用于对红外图像进行图像去噪、图像增强、图像分割、灰度变换技术处理并将生成的灰度图发送给数字信号微处理器；所述数字信号微处理器用于对小核卷积器发送的灰度图提取特征参数得到温度特征值。

本发明实现以下有益效果：

当复合绝缘子出现护套粘接性能下降时，水汽侵入会使绝缘子护套内部受潮，造成复合绝缘子泄露电流和硅橡胶材料介质损耗加大，增大绝缘子发热量，其中缺陷部位发热量明显增大，温度明显高于正常绝缘子区域温度，这种类型的缺陷能够采用红外热像检测法检出。当复合绝缘子出现微裂纹缺陷或早期缺陷，发热不显著时，主要依据毫米波检测法检出，毫米波透过早期缺陷或微裂纹时，可视为在介电特性分布不均匀的材料内部传播，这将使毫米波产生折射和反射，通过分析透射波的幅度、相位、极化等特征，可检测出微裂纹及早期缺陷；相较于其他检测方法，本方法能够检测出复合绝缘子的诸如微裂纹等细小缺陷和交界面缺陷，解决了长久以来的复合绝缘子检测效果不理想、检测缺陷类型不全面的问题。本发明实现了对复合绝缘子的非接触式检测，显著减小了检测人员的工作强度和安全风险，提高了劣化绝缘子检出率，为电网的安全运行提供了有力保障。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明提供的一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测方法流程图；

图2为本发明提供的一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参考图1-2所示，图1为本发明提供的一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测方法流程图；图2为本发明提供的一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测装置的结构示意图。

具体的，本实施例提供一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测方法，所述方法包括以下步骤：

s1、通过红外热像仪拍摄复合绝缘子的红外图像；

s2、对得到的红外图像进行图像去噪、分割及二值形态学图像处理，并获得图像中复合绝缘子所在区域；

s3、将步骤s2获得的图像的灰度值进行拟合，并获取复合绝缘子温度特征参数；

s4、使用毫米波检测仪器对复合绝缘子进行透射检测，得到包含透射信号的幅频、相位及极化特性的毫米波透射曲线；

s5、选择透射式毫米波检测的特征频段，从毫米波透射曲线提取毫米波特征值，并将提取的毫米波特征值与温度特征值一同进行综合特征筛选，得到绝缘子红外及毫米波特征参数；

s6、将特征参数导入考虑环境温湿度、污秽及受潮程度等复杂因素而建立的劣化绝缘子智能识别模型中，得到诊断结果，确定缺陷的类型和位置。

一种复合绝缘子红外与毫米波联合智能检测装置，包括毫米波信号源、隔离器、衰减器、定向耦合器、发射天线、接收天线、接收机、红外热像仪、分析机，所述分析机由毫米波参数处理区、红外参数处理区、特征值综合筛选模块、劣化绝缘子智能识别模型和输出及可视装置组成；所述毫米波信号源用于发射变频毫米波通过隔离器、衰减器、定向耦合器传输至发射天线；所述隔离器用于根据线性光耦隔离原理将输入信号进行转换输出并与输入的毫米波信号隔离；所述衰减器用于调整输出毫米波信号的大小并改善通路的阻抗匹配；所述定向耦合器用于信号的隔离、分离和混合并保证整个测试装置中发送端的隔离度；发射天线用于将信号源输出的毫米波向被测绝缘子发射；所述接收天线用于接收透射过绝缘子的毫米波并将接收到的透射过绝缘子的毫米波传输至接收机中；所述接收机用于接收经透射后的毫米波以及发射天线发射的毫米波并将其中的毫米波特征值传输至分析机的毫米波参数处理区；所述红外热像仪用于拍摄复合绝缘子带电工作时的红外图像并将拍摄的复合绝缘子带电工作时的红外图像传输至分析机的红外参数处理区。

作为本发明的一种优选方式，所述毫米波参数处理区包括极化参数提取模块、幅值参数提取模块以及相位参数提取模块，所述极化参数提取模块用于提取透射波的包含的极化特征的毫米波特征值；所述幅值参数提取模块用于提取透射波的包含的幅频特征的毫米波特征值；所述相位参数提取模块用于提取透射波的包含的相位特征的毫米波特征值。

作为本发明的一种优选方式，所述红外参数处理区包括储存器、小核卷积器以及数字信号微处理器，所述储存器用于存储红外热像仪的图片并将之传输给小核卷积器；所述小核卷积器用于对红外图像进行图像去噪、图像增强、图像分割、灰度变换技术处理并将生成的灰度图发送给数字信号微处理器；所述数字信号微处理器用于对小核卷积器发送的灰度图提取特征参数得到温度特征值。

具体的，本步骤s1中，毫米波信号源发射变频的毫米波，通过隔离器、衰减器、定向耦合器传输至发射天线，再由发射天线发射接收到的毫米波信号，毫米波透过被测绝缘子后，由接收天线接收，接收天线将接收到的毫米波透射信号发送到接收机中，发射天线也将初始毫米波信号发送接收机，接收机将收到的毫米波信号传输至分析机，红外热像仪拍摄复合绝缘子红外图像后，传输至分析机。

其中，所述毫米波信号源提供可变频的毫米波信号，精度为0.1mhz；隔离器、衰减器和定向耦合器作为毫米波信号的传导装置，起到沟通毫米波信号源和发射天线的作用。

其中，隔离器根据线性光耦隔离原理，将输入信号进行转换输出，并与输入的毫米波信号隔离。

其中，衰减器用于调整输出毫米波信号的大小，改善通路的阻抗匹配；定向耦合器用于信号的隔离、分离和混合，保证整个测试装置中发送端的隔离度。

其中，发射天线能够将信号源输出的毫米波向被测绝缘子发射，接收天线接收透射过绝缘子的毫米波，并将其传输到接收机中，由于改变毫米波的极性，不同极化方向的发射天线和接收天线可进行定制或自己设计。

其中，接收机接收经透射后的毫米波及发射天线发射的毫米波，将其中的毫米波特征值传输至分析机毫米波参数处理区进行毫米波特征参数的提取及下一步分析。

其中，红外热像仪拍摄复合绝缘子带电工作时的红外图像，并将其传输至分析机红外参数处理区。

具体的，在步骤s2-s3中，分析机由毫米波参数处理区、红外参数处理区、特征值综合筛选模块、劣化绝缘子智能识别模型和输出及可视装置组成，红外图像经存储器传输至小核卷积器进行二值形态学处理等，得到灰度图像，将灰度图传输至数字信号微处理器提取温度特征值。

其中，分析机的红外参数处理区中，存储器能够存储红外热像仪的图片并将之传输给小核卷积器，若拍摄红外图像速度超过图像处理速度，则将拍摄的图片储存起来，等待前一张图像处理完成，此部分不会对拍摄的红外图像作任何处理。

其中，小核卷积器用于对红外图像进行图像去噪、图像增强、图像分割、灰度变换等技术处理。

其中，数字信号微处理器用于对通过小核卷积器发送的图像提取特征参数，得到温度特征值，此部分不对图片本质做任何更改处理，提取温度特征值后发送到数据发送器中。

其中，分析机中特征值综合筛选模块对提取的温度特征值和毫米波特征值进行筛选和拟合，得到红外及毫米波特征参数并将之导入劣化绝缘子智能识别模型，得出判断结论，通过输出及可视装置输出显示及打印结果

具体的，在步骤s4-s6中，分析机中的毫米波参数处理区提取透射波的包含幅频、相位、极化特征的毫米波特征值，分析机对温度特征值和毫米波特征值进行综合特征筛选后，通过分析红外及毫米波特征参数，即可判定复合绝缘子劣化情况，确定缺陷大小和所在位置，通过输出及可视装置显示结果并打印检测报告。

作为本发明的一种优选方式，所述步骤s1获取的红外热像图应由热灵敏度小于0.03℃的专业红外摄像仪拍摄，且拍摄对象为带电工作中的复合绝缘子。

作为本发明的一种优选方式，所述方法步骤s2的图像处理技术应包括对原图像的降噪、灰度化处理，并通过形态二值化等图像处理技术准确提取出复合绝缘子区域。

作为本发明的一种优选方式，通过红外和毫米波特征参数综合判定复合绝缘子劣化情况；通过毫米波信号的极化特性对缺陷进行探测，不同极化的毫米波对微裂纹的检测效果会产生不同效应。

作为本发明的一种优选方式，通过毫米波信号的相位特性对缺陷进行探测，当毫米波穿过不同介质时相位会发生变化，并根据初始和透射毫米波相位信息确定缺陷尺寸，且通过毫米波成像直观显示复合绝缘子内部或表面裂纹。

作为本发明的一种优选方式，根据考虑环境温湿度、污秽及受潮程度等复杂因素而建立的劣化绝缘子智能识别模型，分析红外与毫米波特征参数，从而得到绝缘子劣化情况及缺陷所在位置。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。