一種基于等溫線繪制的電力設(shè)備故障檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于等溫線繪制的電力設(shè)備故障檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的電力設(shè)備故障檢測(cè)方法為接觸式檢測(cè)，近年來，隨著紅外熱成像技術(shù)的發(fā) 展，電力設(shè)備的故障檢測(cè)逐漸發(fā)展為非接觸式檢測(cè)。檢測(cè)人員利用紅外成像設(shè)備近距離獲 取電力設(shè)備紅外圖像，根據(jù)設(shè)備所示獲取電力設(shè)備溫度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷設(shè)備故障位置及原 因。運(yùn)種檢測(cè)方法不僅依賴于檢測(cè)人員的專業(yè)水平和素質(zhì)、設(shè)備的精度及運(yùn)行性能，且受環(huán) 境，如光照、溫濕度等因素影響;此外，高空作業(yè)等惡劣條件下需要接近檢測(cè)的情況也亟待 改善。
[0003] 目前，電力研究院(所)和?。ㄊ校╇娏?供電局）的專業(yè)技術(shù)人員，通過對(duì)多種高 壓電力設(shè)備內(nèi)部導(dǎo)流回路故障及絕緣故障的模擬試驗(yàn)研究，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)積累的經(jīng)驗(yàn)， 現(xiàn)已掌握了各類高壓電力設(shè)備內(nèi)外部故障的外表紅外熱像特征，積累了各類設(shè)備不同內(nèi)外 部故障的溫度變化規(guī)律和大量典型紅外圖像。實(shí)際應(yīng)用中，雖然能針對(duì)紅外圖像進(jìn)行人工 檢測(cè)，但不能及時(shí)、客觀地綜合考慮物體的福射率、反射表觀溫度、物體與熱像儀之間的距 離、相對(duì)濕度、大氣溫度等因素，無法自動(dòng)、快速、直觀地得出電力設(shè)備故障位置等信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于等溫線繪制的電力設(shè)備故障 檢測(cè)方法，利用該方法可在無需直接接觸電力設(shè)備的情況下，自動(dòng)、直觀、準(zhǔn)確地得到電力 設(shè)備故障位置、故障面積及故障處的精確溫度。
[000引本發(fā)明通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種基于等溫線繪制的電力設(shè)備故障檢測(cè)方法，包括如下步驟：
[0007] (1)、獲取電力設(shè)備的紅外圖像，將所述紅外圖像灰度化，獲得灰度圖，結(jié)合溫度場(chǎng) 模型計(jì)算灰度圖各像素點(diǎn)的溫度值，將各像素點(diǎn)的溫度值向灰度值進(jìn)行映射，得到映射圖；
[0008] (2)、對(duì)所述映射圖進(jìn)行分割，得到分割圖像；
[0009] (3)、確定等溫線數(shù)量m并根據(jù)所述分割圖像、等溫線數(shù)量m、映射圖各像素點(diǎn)的灰 度值及溫度值，繪制出m條等溫線，并對(duì)所述映射圖的背景像素及相鄰等溫線間的區(qū)域進(jìn)行 填充，得到所述紅外圖像的等溫線圖；
[0010] (4)、根據(jù)所述等溫線圖，將溫度值高于預(yù)先設(shè)置的正常最高溫度值的溫度區(qū)間判 定為故障區(qū)域，計(jì)算故障區(qū)域面積與等溫線圖中每個(gè)溫度區(qū)間的面積之和的比值，根據(jù)所 述比值及故障區(qū)域最高溫度對(duì)電力設(shè)備的故障等級(jí)進(jìn)行判定。
[0011] 進(jìn)一步的，所述溫度場(chǎng)模型的輸入量包括紅外圖像灰度值、電力設(shè)備的福射率、反 射表觀溫度、電力設(shè)備與熱像儀之間的距離、相對(duì)濕度、大氣溫度。
[0012] 進(jìn)一步的，所述步驟(2)包括W下步驟：
[0013] A、根據(jù)式(1)確定所述圖像分割的分類數(shù)η:
[0014]
(1)
[0015] 其中，gradmax表示所述映射圖的梯度的最大值；
[0016] B、獲得映射圖的灰度直方圖，對(duì)所述灰度直方圖進(jìn)行平滑濾波后得到灰度分布矩 陣H，根據(jù)矩陣的十算所述灰度直方圖的所有波峰、波谷，再結(jié)合所述波峰、波谷W及分類數(shù) n，確定聚類分割的初始中屯、V=[viΛvn];
[0017] C、根據(jù)分類數(shù)η及初始中屯、V，采用K-means聚類方法對(duì)灰度圖進(jìn)行分割，得到分割 圖像。
[0018]進(jìn)一步的，所述步驟(3)包括W下步驟：
[0019] A、根據(jù)公式m= 2n計(jì)算得到等溫線數(shù)量m，n為分類數(shù)；
[0020] B、根據(jù)公式
計(jì)算所述分割圖像的灰度間隔，根據(jù)公式
計(jì)算所述分割圖像的溫度間隔，其中，graymax為所述分割圖像的最高灰度 值，graymin為所述分割圖像的最低灰度值；
[0021 ] C、將最低灰度值graymin的溫度作為初始溫度，找出所有灰度范圍在graymin~ (graymin+Δgray)之間的像素點(diǎn)，使用最近鄰插補(bǔ)規(guī)則將灰度為graymin~（graymin+ (m-1)Δ gray)的像素點(diǎn)平滑連接，繪制出第m條等溫線，在該等溫線上標(biāo)注該區(qū)域的最低溫度值Tmin + (m-l)ΔΤ；
[0022] D、將所有背景像素填充為白色；
[0023] E、將相鄰等灰度線間的區(qū)域W漸進(jìn)RGB色彩中的紅色進(jìn)行填充，正紅色[255 0 0] 至黑色[0 0 0]表示溫度由低到高，其余溫度由低到高的填充顏色為
[0024]
[0025] 進(jìn)一步的，所述的溫度區(qū)間的面積為溫度區(qū)間像素點(diǎn)個(gè)數(shù)占整幅圖像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的 比重。
[0026] 進(jìn)一步的，根據(jù)所述故障區(qū)域可得到電力設(shè)備的故障中屯、位置W及故障處的精確 溫度。
[0027] 本發(fā)明具有如下有益效果：
[0028] 本發(fā)明通過對(duì)電力設(shè)備的紅外圖像繪制等溫線來檢測(cè)故障，能夠自動(dòng)、直觀、快 速、準(zhǔn)確地判斷出電力設(shè)備的故障位置、故障等級(jí)，得到故障的面積W及故障處的精確溫 度，且本方法無需直接接觸電力設(shè)備，可有效降低電網(wǎng)運(yùn)行成本、安全隱患W及工作人員的 巧動(dòng)強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0029] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0031]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的等溫線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032 ]如圖1所示，本發(fā)明根據(jù)W下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0033] (1)、獲取電力設(shè)備的紅外圖像，將所述紅外圖像灰度化，獲得灰度圖，結(jié)合綜合考 慮了物體的福射率、反射表觀溫度、物體與熱像儀之間的距離、相對(duì)濕度、大氣溫度等因素 后的溫度場(chǎng)模型，計(jì)算出各像素點(diǎn)的溫度，并確定最高溫度Tmax與最低溫度Tmin，根據(jù)映射規(guī) 則
將灰度圖各像素點(diǎn)的溫度值t向灰度值gray進(jìn)行映射，灰度值更新后 的圖即為映射圖；
[0034] (2)、確定映射圖聚類分割的分類數(shù)η、初始中屯、，根據(jù)分類數(shù)η及初始中屯、，對(duì)映射 圖進(jìn)行分割，得到分割圖像：
[003引首先，計(jì)算映射圖的梯度，并按式（1)所示根據(jù)所述梯度的最大值gracUx確定所述 灰度圖聚類分割的分類數(shù)η:
[0036]
( 1 )
[0037] 其次，根據(jù)所述分類數(shù)η確定紅外圖像聚類分割的初始中屯、，具體步驟為:計(jì)算映 射圖的灰度分布，即每個(gè)灰度對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，獲得映射圖的灰度直方圖，使用窗口大小 為winsize= 5的一維數(shù)字濾波器對(duì)灰度直方圖進(jìn)行濾波，W平滑局部變化，獲得平滑后的 灰度分布矩陣H，計(jì)算灰度直方圖的所有波峰、波谷，并結(jié)合波峰、波谷W及分類數(shù)確定聚類 分割初始中屯、V=[V1ΛVn]。
[0038] 其中，計(jì)算灰度直方圖波峰的方法為：
[0039] a、計(jì)算矩陣Η的相鄰元素之差，根據(jù)差值的正負(fù)定義相應(yīng)符號(hào)矩陣sign(-l、0、l);
[0040] b、將矩陣sign后移一位得到大小為256的一維矩陣sig噸re,W式(2)的規(guī)則計(jì)算 波峰peak:
[0041] ifsignpre(i) = 0andsignpre(i-1) = 1pos=i-l
[0042] ifsignpre(i)=_landsignpre(i_l)=0neg=i_l,peak(num) = (pos+neg)/2 (2)
[0043]ifsignpre(i) = -1andsignpre(i-l) = 1peak(num) =i-l
[0044] i=l，2，...，256。
[004引計(jì)算灰度直方圖波谷的方法為：
[0046] 找出矩陣sig噸re中當(dāng)前灰度小于后一灰度的i構(gòu)成局部最小值矩陣localmin，即 為所有波谷的集合。
[0047] 聚類分割初始中屯、V=[viΛvn]的選取規(guī)則為：
[004引a、計(jì)算波峰個(gè)數(shù)kpeak，W式(3)的規(guī)則得出統(tǒng)計(jì)間隔md的值；
[0049]
( 3 )
[0050] elsemd= 10
[0051 ]b、將波