基于电场法和图像识别的绝缘子无人机检测技术

2018-07-04东北石油大学秦皇岛分校

电子世界 2018年12期

东北石油大学秦皇岛分校王军

冀东油田供电公司王瑞

0.引言

随着高新材料技术的不断提高，复合绝缘子质量轻、性价比高、维护简便，凭借良好的机械和物理性能在输电线路中得以广泛应用，其使用率已经远超传统的陶瓷和玻璃钢化绝缘子。由于绝缘子长期工作在野外环境，受到电磁场和恶劣天气影响，随着使用时间增长，不可避免的出现老化、损毁现象，很容易发生污闪和击穿现象，从而影响输电线路稳定，造成伤亡和经济损失。如何高效简捷检测高压线路中绝缘子是否存在缺陷已成为一项重要的研究方向。及时发现绝缘子缺陷，能够有效避免线路故障，减少经济损失，有着重大的实际和经济意义。随着计算机技术、物联网技术、传感器技术、无人机技术、图像处理技术等高新技术的不断创新和发展，绝缘子缺陷检测技术也随之不断进步。

1.合成绝缘子带电缺陷检测技术现状

绝缘子的缺陷分为外部缺陷和内部缺陷。外部缺陷主要有腐蚀、裂纹、破碎等，内部缺陷有老化、气泡等。相对于外部缺陷，内部缺陷更隐秘，更不易察觉。当前对于绝缘子的检测，多采用定期检修和随机抽检方式，如果检测方法不当，不仅效率低下，也难以察觉安全隐患，因此迫切需要一种高效的检测方法。多年来，已经有了许多成熟的检测方法，这些检测方法可分为接触式检测和非接触式检测、电量检测和非电量检测[1]。

1.1 非电量检测法

非电量检测法，通过测量绝缘子四周的非电量参数，从而判断绝缘子状态。主要检测方法有：

观察法：观察法就是通过眼睛直接观察绝缘子状态，仅能发现一些明显的外部缺陷，对于内部缺陷作用不大。该方法不够严谨，只能作为辅助手段。

紫外线法：波长10nm～400nm的电磁波辐射统称为紫外线。太阳光中含有紫外线，但臭氧能够吸收波长小于280nm的紫外线，因此实际中只存在波长大于280nm的紫外线。通过紫外线检测装备对绝缘子周围进行电晕放电探测，选择10nm～280nm波段，可以根据探测结果判断绝缘子是否存在缺陷[2]。

红外线法：如果绝缘子由于缺陷发生漏电或者过热，通过红外光谱就能识别。

超声波法：存在裂纹或者气泡的绝缘子超声波图像有明显的反射波信号，可以很好的识别内外部缺陷。

等值盐密法：该方法主要用来测量绝缘子所处环境的污秽等级，从而选择符合标准的绝缘子，并不能用于缺陷检测。

1.2 电量检测法

电量检测法，通过测量绝缘子的电参数，比如电压、电场、电阻、电流等，从而进行缺陷判断。主要检测方法有：

泄露电流法：通过测量绝缘子表面泄露电流，进而判断绝缘子状态。理想状态下，在绝缘子上安装泄露电流传感器，建立庞大的传感器物联网络，实时采集参数信息，并将信息汇总到控制中心处理判断。

电压测量法：该方法原理简单，通过测量绝缘子片两端是否存在电压，在早期测量中使用较多。

电阻测量法：该方法与电压测量法类似，通过仪器测量绝缘子片的电阻。若是绝缘子片存在缺陷或被击穿，电阻会极大降低。

场强测量法：该方法通过测量绝缘子外围场强，进而判断绝缘子工作状态。第二节将会进行详细论述。

2.基于电场法和图像识别的绝缘子无人机检测技术

绝缘子检测方法，必须具备四个条件：可靠性、安全性、简便性、经济性。上节中所列举的检测方法，通常只能具备以上一两个条件。若是将以上方法综合优化，通过无人机技术和现代检测技术的应用，便能够形成四个条件都具备的方案。

本文所提出的基于电场法和图像识别的绝缘子无人机检测技术，其基本原理是通过无人机全方位拍摄绝缘子串外部图像，通过场强传感器测量外部场强，并将图像和场强信息传回控制中心进行处理，从而判断绝缘子是否存在缺陷[3,4]。其中图像识别主要用于识别外部缺陷，电场法用于识别内部缺陷。相比于绝缘子检测机器人[5,6]，无人机检测成本更低，操作简便，稳定性和效率更高。

2.1 电场法基本原理

高压线路上的合成绝缘子可简化为夹在两金属电极间的连续绝缘材料，绝缘子伞裙对电场分布无影响[1]。图1为根据简化模型和电场理论计算出的电势和电场分布曲线。

对于正常的绝缘子串来说，外围电场应是均匀分布，其等势线从高压侧到低压侧逐渐降低[7]。如果绝缘子串中存在缺陷有缺陷绝缘子片，该片绝缘子两段电压就会就会十分接近，该处的等势线就会近乎平行于绝缘子串的轴线。与此同时，该片绝缘子附近电场就会发生突变，使得电场线不在均匀。图1中A曲线就是正常情形下绝缘子串外围场强分布，由图中可以看出该曲线均匀向上，离高压端越近，电场强度越高。B曲线就是存在缺陷的场强曲线，在缺陷处场强突变，曲线不再平滑向上，出现凹陷情形。