一種紫外電力設備測量放電故障真實光子數的方法及裝置與流程
2024-02-07 10:28:15
本發明涉及電力故障檢測領域，特別是涉及一種紫外電力設備測量放電故障真實光子數的方法及裝置。
背景技術：
目前檢測人員在使用紫外成像儀進行電力故障檢測時，主要依據紫外成像儀內部包含的光子計數功能對電力故障的嚴重程度進行分析。目前紫外成像設備對紫外成像通道採集視頻進行分析，計算紫外圖像中光斑的數量作為光子計數值。實際使用過程中，同一臺設備針對同樣強度的信號的光子計數值隨巡檢人員與電力設備的距離而變化，因此目前通用的光子計數值本身並不能真正地反映目標故障點的實際發光強度，造成使用紫外成像儀進行電力故障檢測僅僅停留在經驗與定性分析程度，極大地制約了紫外檢測方法在電力故障檢測領域的推廣與應用。
為了獲取測量位置與故障點之間的距離，現有方案中均需要額外使用測距裝置。目前國際上工業大尺寸測量儀器主要有三類，分別是雷射幹涉儀、固定式坐標測量機、可攜式坐標測量系統。雷射幹涉儀測量範圍大，主要解決工具機、坐標測量機等精密定位系統的精度評估。在40m範圍內，其測量精度可以達到0.7*10-6，固定式坐標測量系統是通過雷射掃描的方式來確定目標物體的尺寸。這些常用的測量儀器大部分都屬於主動測量方法，需要發射信號並接收反饋，從而獲取目標的具體位置。具體到電力故障檢測領域，以上主動測量儀器受制於自身無法確定具體故障點位置，無法準確獲取故障點相對觀測點的距離；另一方面，設備本身體積重量與額外的測量工作增加了電力故障檢測的整體複雜程度，影響檢測效率。
技術實現要素：
發明目的：本發明的目的是提供一種無需使用測距設備的紫外電力設備測量放電故障真實光子數的方法及裝置。
技術方案：本發明所述的紫外電力設備測量放電故障真實光子數的方法，包括以下步驟：
s1：通過紫外成像儀對電暈放電故障點成像，得到原始光子數n；
s2：通過圖像匹配識別算法識別出放電故障點所在目標電氣設備的直徑方向對應的像素個數p；
s3：根據式(1)計算放電故障點的真實放電光子數n0：
式(1)中，d為紫外通道入瞳直徑，θ為水平方向視場角，w為水平方向像素總數，l為目標電氣設備直徑方向實際尺寸。
進一步，所述紫外成像儀包括日盲紫外通道和可見光通道，水平方向視場角θ和水平方向像素總數w通過以下方法進行標定：將紫外成像儀置於轉臺上，將一束包含紫外信號與可見光信號的平行光入射紫外通道與可見光通道，調節焦距成像後轉動轉臺分別使得成像點位於圖像的左、右邊緣，計算得到水平方向視場角θ，之後錄製視頻查看視頻水平方向像素總數w。
進一步，所述紫外通道入瞳直徑d通過式(2)計算得到：
式(2)中，d外為紫外鏡頭環狀透光部分的外直徑；當紫外鏡頭為折反式或反射式時，d內為紫外鏡頭環狀透光部分的內直徑；當紫外鏡頭為透射式時，d內＝0。
進一步，所述步驟s2中，得到原始光子數n之後，對原始光子數n進行濾波，去除噪聲。
進一步，採用卡爾曼濾波方式對原始光子數n進行濾波。
進一步，所述步驟s3中，識別出放電故障點所在目標電氣設備的直徑方向對應的像素個數p之後，進行時域濾波，去除噪聲。
進一步，所述步驟s3中，通過圖像匹配識別算法識別出放電故障點所在目標電氣設備的直徑方向對應的像素個數p之後，根據式(3)得到紫外成像儀距離放電故障點的距離的計算值d′，將計算值d′與真實值d進行比較，按公式(4)優化比例係數k，再使用修正公式(5)得到優化後的計算值d″；
d′＝kd(4)
進一步，所述步驟s3中的目標電氣設備直徑方向實際尺寸l通過以下方法確定：判斷是否是第一次採用本方法：如果是，則目標電氣設備直徑方向實際尺寸l通過查閱待測變電站的電氣設備相關尺寸標準得到；否則，則判斷上一次使用的待測變電站電氣設備與本次使用的待測變電站電氣設備是否為同一型號，如果為同一型號，則直接採用上一次的l作為本次的l，如果不是同一型號，則通過查閱待測變電站的電氣設備相關尺寸標準得到本次的l。
本發明所述的紫外電力設備測量放電故障真實光子數的裝置，包括：
紫外成像儀：用於對電暈放電故障點成像，得到原始光子數n；
輸入模塊：用於輸入紫外通道入瞳直徑d，水平方向視場角θ，水平方向像素總數w，目標電氣設備直徑方向實際尺寸l；
計算模塊：用於通過圖像匹配識別算法識別出放電故障點所在目標電氣設備的直徑方向對應的像素個數p，並根據式(1)計算放電故障點的真實放電光子數n0：
進一步地，所述輸入模塊和所述計算模塊集成在所述紫外成像儀中。
有益效果：本發明公開了一種紫外電力設備測量放電故障真實光子數的方法及裝置，方法簡單，無需使用測距設備，就能實時被動獲取待測故障點相對觀測點的距離，並計算放電故障點的真實放電光子數。本發明使得檢測到的光子數數值具有實際意義，通過簡單的操作就能快速獲得真實放電光子數，能夠解決目前紫外成像設備在電力故障分析領域中難以準確定量化的問題，有助於紫外巡檢導則的建立和推廣，以便更好地維護變電站電氣設備，保障電網安全高效運行。
附圖說明
圖1為本發明實施例1中的檢測模型的示意圖；
圖2為本發明實施例1中的方法流程圖。
具體實施方式
實施例1：
實施例1公開了一種紫外電力設備測量放電故障真實光子數的方法，如圖2所示，本實施例為第一次使用該紫外成像儀，因此該方法包括以下步驟：
s11：標定紫外成像儀的以下參數：紫外通道入瞳直徑d、水平方向視場角θ、水平方向像素總數w；紫外成像儀包括日盲紫外通道和可見光通道。
步驟s11中，水平方向視場角θ和水平方向像素總數w通過以下方法進行標定：將紫外成像儀置於轉臺上，將一束包含紫外信號與可見光信號的平行光入射紫外通道與可見光通道，調節焦距成像後轉動轉臺分別使得成像點位於圖像的左、右邊緣，計算得到水平方向視場角θ，之後錄製視頻查看視頻水平方向像素總數w。對於市場上通用的帶中心遮闌的紫外鏡頭，紫外通道入瞳直徑d通過式(1)計算得到：
式(1)中，d外為紫外鏡頭環狀透光部分的外直徑，d內為紫外鏡頭環狀透光部分的內直徑。
目標電氣設備直徑方向實際尺寸l通過查閱待測變電站的電氣設備相關尺寸標準得到。
標定好紫外成像儀的各個參數後，將各個參數錄入到測距算法中，通過測距算法優化各個參數。
s21：將紫外成像儀對準電暈放電故障點，調節增益至合適檔位，並根據目標強度調節對焦，如果信號較強，可適當調節對焦至離焦狀態以提高原始光子計數精度，這樣通過紫外成像儀對電暈放電故障點成像，得到原始光子數n。
s31：通過圖像匹配識別算法識別出放電故障點所在目標電氣設備的直徑方向對應的像素個數p。之後，根據式(2)得到紫外成像儀距離放電故障點的距離的計算值d′。將計算值d′與真實值d進行比較，按公式(3)優化比例係數k，再使用修正公式(4)得到優化後的計算值d″；
d′＝kd(3)
s41：根據式(5)計算放電故障點的真實放電光子數n0：
下面介紹一下式(5)的推導過程：
檢測模型如圖1所示，放電故障點的真實放電光子數為n0，紫外成像儀位於距離放電故障點d的距離，此時檢測到原始光子數為n。
已知紫外成像儀紫外通道入瞳直徑為d，則紫外成像儀紫外通道接收信號的面積為s，由圓的面積計算公式可得：
輻射信號以球面向四周輻射，紫外成像儀接收的信號為距離為d的一個球面的一部分，由幾何公式可以算出半徑為d時，球的表面積：
s球＝4πd(7)
相比於檢測距離，紫外鏡頭口徑一般相差兩個數量級以上，因此可以利用紫外鏡頭口徑面積近似信號所到達的紫外成像儀鏡頭的球冠面積：
接收到的光子數與實際光子數的關係為：
即
根據變電站建設要求，變電站一般會選擇固定型號的電氣設備，包括絕緣子、均壓環、導線、金具等，其中，絕緣子由多個盤狀玻璃或陶瓷碟片疊加而成，均壓環自身為圓環形狀，導線和金具的橫截面也是圓形，因此從不同方位觀測，以上電氣設備直徑方向的寬度在圖像不會發生形變。這為本發明利用電氣設備直徑方向寬度推算檢測距離提供了條件。當檢測設備一定、檢測目標已知時，檢測距離可以計算得到：
式(11)中，y′為電氣設備直徑方向寬度在圖像中的像高，可以通過讀取圖像獲得；f為焦距，是檢測設備固有參數，l為目標電氣設備直徑方向實際尺寸，
另一方面，直徑對應像高y′與焦距f的比值又可轉變為成像後直徑方向對應的像素個數p與紫外成像儀水平方向視場角θ及水平方向像素總數w之間的關係：
因此實際放電光子數可變為與直徑方向像高y＇相關的公式：
通過分析圖像中電氣設備直徑方向的像高，即可推算出該放電故障點的真實放電光子數，避免了距離d對紫外成像儀檢測光子數的影響。
對於位置在非圓形器件上產生的放電點，也可以通過人為判斷與其距離接近的圓形電氣設備從而獲得其真實放電光子數。
實施例2：
實施例2公開了一種紫外電力設備測量放電故障真實光子數的方法，本實施例為第二次使用該紫外成像儀，不需要再次標定，並且上一次使用該方法針對的待測變電站電氣設備的型號和本次使用該方法針對的待測變電站電氣設備的型號相同，因此該方法包括以下步驟：
s12：將紫外成像儀對準電暈放電故障點，調節增益至合適檔位，並根據目標強度調節對焦，如果信號較強，可適當調節對焦至離焦狀態以提高原始光子計數精度，這樣通過紫外成像儀對電暈放電故障點成像，得到原始光子數n。得到原始光子數n之後，對原始光子數n進行卡爾曼濾波。
s22：通過圖形匹配識別算法識別出放電故障點所在目標電氣設備的直徑方向對應的像素個數p。識別出放電位置所在目標電氣設備的直徑方向對應的像素個數p之後，對放電位置所在目標電氣設備的直徑方向對應的像素個數p進行卡爾曼濾波。之後，根據式(14)計算出紫外成像儀距離放電故障點的距離d′。
將一組d′與用雷射測距機獲得的真實值d進行比較，以最小二乘法按公式(15)得到比例係數k。後續應用中使用修正公式(16)計算優化後的計算值d″值。
d′＝kd(15)
式(16)中，l和上一次使用該方法錄入的l相同，w、θ均和上一次使用該方法標定的w、θ相同。
s32：根據式(17)計算放電故障點的真實放電光子數n0：
式(17)中，d和上一次使用該方法標定的d相同。
實施例3：
本實施例公開了一種紫外電力設備測量放電故障真實光子數的裝置，包括：
紫外成像儀：用於對電暈放電故障點成像，得到原始光子數n；
輸入模塊：用於輸入紫外通道入瞳直徑d，水平方向視場角θ，水平方向像素總數w，目標電氣設備直徑方向實際尺寸l；
計算模塊：用於通過圖像匹配識別算法識別出放電故障點所在目標電氣設備的直徑方向對應的像素個數p，並根據式(18)計算放電故障點的真實放電光子數n0：
為便於實際生產使用，本實施例的紫外電力設備測量放電故障真實光子數的裝置將輸入模塊和計算模塊集成在該紫外成像儀中。