基于放电紫外图像利用光子数判别电晕起始电压的方法

1.本发明属于特高压直流输电线安全检测技术领域，尤其一种涉及基于放电紫外图像利用光子数判别电晕起始电压的方法。


背景技术：

2.特高压直流输电线路具有稳定性高、输送容量大、运行损耗小、线路走廊造价低等优点，是我国电网建设的核心技术之一。当直流输电导线存在缺陷时，局部场强将发生畸变，当缺陷附近电场超过临界起晕场强后，线路会出现电晕现象。
3.直流电晕初始阶段放电反复，该过程产生的大量电磁波将严重干扰无线信号传输系统；伴随着电晕的可听噪声会对附近居民生理及心理造成严重影响，产生的o3及可与空气中的水分化和成硝酸类物质的no和no2等为强氧化剂和腐蚀剂，会加速导线绝缘的老化；放电产生的声、光、热均会导致能量损失，从而对国民经济造成损失；当缺陷严重时电晕会发展为线路放电，从而威胁线路的正常运行。
4.为及时检测直流导线的是否将要出现电晕现象，本领域技术人员提出一种基于电流传感器进行检测电晕起始电压的方法，但是这种方式存在需要改变输电线路结构、需要接触输电线路等缺点。故而本领域技术人员提出无接触判别导线电晕起始电压的方法，目前，无接触判别方法有：基于红外成像技术对导线缺陷放电进行检测，但红外成像法对发热不明显的导线检测灵敏度不高；基于声学的频谱检测法，其检测过程易受到环境噪声干扰，且无法量化缺陷放电的严重程度。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种涉及基于放电紫外图像利用光子数判别电晕起始电压的方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
6.本发明采用如下技术方案：
7.在一些可选的实施例中，提供一种基于放电紫外图像利用光子数判别电晕起始电压的方法，包括如下步骤：读取日盲紫外成像仪的光子数示数；选取相同电压下设定时间段长度内所述日盲紫外成像仪的光子数示数的平均值作为该电压下的光子数参数；将所述光子数参数与待检测直流导线的外施电压进行最小二乘法拟合，得到拟合直线与坐标系x轴的交点即为电晕起始电压。
8.进一步的，该方法之前还包括：对所述待检测直流导线施加逐步提高的外施电压，同时所述日盲紫外成像仪拍摄所述待检测直流导线，显示光子数示数；其中，外施电压最短每10秒上调一次。
9.进一步的，所述日盲紫外成像仪拍摄的视频帧率为25fps，所述设定时间段长度为6秒，选取相同电压下连续6秒所述日盲紫外成像仪显示的30个光子数示数的平均值作为该
电压下的光子数参数。
10.进一步的，所述坐标系的x轴为所述待检测直流导线的外施电压，y轴为所述光子数参数与所述待检测直流导线的外施电压的比值。
11.本发明所带来的有益效果：利用日盲紫外成像仪对缺陷导线进行检测，检测其电晕放电时辐射出的日盲波段紫外光，记录紫外图像，提出使用光子数的量化参数，来判别电晕起始电压以及表征放电强度，本发明灵敏度和检测效率更高，定位性更好，准确率也更高，对导线毛刺及断股缺陷电晕放电具有较好的检测效果。
附图说明
12.图1是本发明的流程示意图；
13.图2是本发明不断提升外施电压过程中电晕发展变化图片；
14.图3是本发明三次试验得到的光子数参数与外施电压的关系曲线图；
15.图4是本发明拟合后得到的曲线图。
具体实施方式
16.以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
17.电晕放电产生的光波包括可见光与非可见光波段，与太阳辐射波段大量重合，其中，200
‑
400nm波段的紫外光将被大气层吸收无法到达地面，为日盲紫外波段。
18.日盲紫外成像仪基于双光路成像技术，采用可见光通道对导线本体进行成像，采用紫外通道对放电日盲波段光子进行成像，紫外通道具有仅能通过日盲紫外波段信号的特殊滤镜，可避免太阳光信号的干扰，能在白天正常工作，具有较高的抗干扰性。
19.同时研究表明，运用紫外成像法对缺陷导线放电的光子数参数进行检测，发现相同电压条件下，缺陷导线放电光子数较无缺陷情况明显偏高，导线缺陷放电越严重放电光子数数值越大，基于此，本专利提出了一种无接触的、基于放电紫外图像利用光子数判别电晕起始电压的方法。
20.在一些说明性的实施例中，如图1所示，提供一种基于放电紫外图像利用光子数判别电晕起始电压的方法，包括如下步骤：
21.101：对待检测直流导线施加逐步提高的外施电压，其中，外施电压最短每10秒上调一次，同时日盲紫外成像仪拍摄待检测直流导线，显示光子数示数。
22.corocam 504日盲紫外成像仪采用了紫外探测技术、日盲紫外滤光片技术以及光学技术和融合算法技术，利用日盲紫外波段240
‑
280nm信号，可以在全日光下，排除背景的干扰，探测到电晕产生的微弱信号。通过紫外与可见光谱的融合，能实现紫外/可见光双光谱成像，并对电晕位置进行形象、直观的准确定位。
23.102：读取日盲紫外成像仪的光子数示数。通过日盲紫外成像仪对导线进行检测，当导线出现缺陷，会引起光晕，从而产生光子数的骤增，日盲紫外成像仪的光子数示数即可展示出当时的拍摄的紫外图像中的光子数。
24.在标准大气压下，环境温度为285k，环境相对湿度为30％，毛刺尖端曲率半径为0.1mm，毛刺高度为6mm，导线半径分别为5mm时，通过日盲紫外成像仪记录某次电晕发展过程如图2所示，图2中展示不断提升外施电压过程中电晕发展变化图片。图2中，当外施电压从20.1kv升高至22.2kv时，光子数由1陡增至37，满足导线起晕判断条件，发生电晕，且电晕起始电压为20.1kv
‑
22.2kv的某值。然而通过人工观测难以确定准确的起晕电压。
25.103：选取相同电压下设定时间段长度内日盲紫外成像仪的光子数示数的平均值作为该电压下的光子数参数。光子数参数即为平均光子数。
26.试验时，本发明的日盲紫外成像仪上的光子数示数高频变化，难以用肉眼准确读取其数值，本发明采用corocam 504日盲紫外成像仪拍摄的视频帧率为25fps，光子数每5帧刷新一次，即0.2秒刷新一次。步骤103所提到的设定时间段长度为6秒，试验中外施电压最短每10秒上调一次，因此，本发明选取相同电压下连续6秒日盲紫外成像仪显示的30个光子数示数的平均值作为该电压下的光子数参数。选取上述数值较为合适，可以准确的检测到准确的贴合实际情况的光子数。
27.与图2相同的试验条件下，连续三次试验结果得到的光子数参数n与外施电压u
app
关系曲线如图3所示。由图3可知，相同试验条件下连续三次试验的结果基本一致，光子数随电压的变化趋势分为两个阶段：在起始电晕前，光子数不随电压的升高而升高，基本维持在小于5的范围内；电晕起始后，光子数陡增，且随着电压不断升高。基于此，可以判断导线是否起晕。
28.104：将光子数参数与待检测直流导线的外施电压进行最小二乘法拟合，得到拟合直线与坐标系x轴的交点即为电晕起始电压。坐标系的x轴为待检测直流导线的外施电压u
app
，y轴为光子数参数n与待检测直流导线的外施电压u
app
的比值。
29.外施电压u
app
和导线电晕放电光子数n满足下式：
30.n＝au
app
(u
app
‑
u
inc
)；
31.上式中，a为光子数系数，电极结构和极性一定时只与大气参数有关；u
app
为外施电压，单位kv；u
inc
为电晕起始电压，单位kv。
32.上式变化可得下式：
33.n/u
app
＝a(u
app
‑
u
inc
)；
34.上式中n/u
app
u
app
为线性关系，此时对其进行最小二乘法拟合，得到的拟合直线与横轴的交点即为电晕起始电压u
inc
，拟合直线的斜率为光子数系数a，如图4所示。
35.本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。