基于无人机的复合绝缘子红外巡检方法

陈太雷 弓鹏 张全升

（河南送变电建设有限公司 河南省郑州市 450000）

电力系统是人们正常生产和生活的必要保证，保障电力系统安全有效地运行是经济快速发展的前提。架空输电线路是电网的重要组成部分，110-220 千伏线路是地区、区域供电的骨干网架。截至2014 年底，我国110kV 及以上电压等级的输电线路上运行的复合绝缘子已经突破700 万支[1-2]。绝缘子作为架空输电线路的重要组成部分，广泛分布于输电线和杆塔的连接处，承担着支撑输电线路以及电气绝缘的作用。绝缘子大多分布在户外，长期受气候环境、温度、湿度等的影响，加上其运行过程中的机械负荷、机电负荷以及冷热变化等，可能使其机械性能和绝缘性能降低，进而产生闪络和掉串现象，为电网的长周期安全稳定运行埋下隐患。所以，及时检测并排除绝缘子故障具有重要的价值。

现阶段对复合绝缘子老化的非电量检测主要以观察、紫外成像、超声波检测、温度检测法为代表[3]。观察法最为常用，用双筒望远镜在塔下观察可发现绝缘子常见的表面缺陷,但地面观察不可靠，不登塔检测难以发现内部绝缘故障。紫外成像法用于检测绝缘子表面局部放电，夜视装置可在夜间观测局部放电现象。超声波检测安全可靠、操作简单、抗干扰能力强,主要用于检测绝缘子芯棒的裂纹。但其存在耦合、衰减及超声换能器性能不稳定等问题且高压端金具电晕产生的背景噪音会淹没绝缘子缺陷所发出的声波，不适用于现场检测，比较适合生产在线检测以及实验室检定。而温度检测是通过在线测试绝缘子芯棒局部放电发热情况来反映其机械强度的，传统的测温技术主要是人工手持式红外测温[4]。以上方法大多是对绝缘子进行随机抽检，无法高效验证输电线路整体的劣化水平，具有较大随机性。此外，根据抽检试验情况采取按一定年限（18 年）全部更换绝缘子的方式以降低其劣化风险。这种大面积更换既浪费资金，又需要停电操作，影响电力系统的供电可靠性。无人机具有荷载可变、观测角度灵活的优势，采用无人机进行线路巡检、线路架设和污秽清理等已进入推广应用阶段[5]。随着输电线路无人机巡检方式的普及，将极大减轻人工工作压力，在消除人工巡检盲点的同时，提高了巡检效率与巡视质量，保障了巡检过程中的人身安全。因此，本文提出了一种基于无人机红外技术的检测方法，实现不停电条件下对复合绝缘子劣化的检测。

2 无人机红外巡检系统结构

无人机红外巡检系统由硬件设施、无线通信及后期处理三部分组成，系统框图见图1。

图1：无人机红外检测系统框图

图2：巡检前期准备

图3：输电线路管理系统登录界面

系统采用大疆M210 RTK 多旋翼无人机为飞行平台，搭载ZenmuseXT2 红外热像仪和可见光传感器获取绝缘子红外和可见光图像。对复合绝缘子实行无人机标准化飞行采集数据，通过高速TF 卡将红外热像图导入计算机，再采用数据归集分析软件对红外影像进行标准化收集和整理，利用红外智能分析软件对绝缘子红外图像进行去噪及增强等预处理操作，在预处理后的图像中提取绝缘子串区域并分割出绝缘子盘面区域，然后从绝缘子盘面区域中提取温度分布特征数据。基于海量的红外数据建立标准化红外图谱数据库，实现对架空输电线路复合绝缘子的温度全寿命周期监测、故障识别与定位的集成功能。

图4：红外图像分析流程

3 无人机标准化数据采集

无人机巡检的关键是无人机搭载红外热像仪现场进行航拍图像采集，故其采集的复合绝缘子航拍图像的成像质量直接影响到后期对航拍图像的处理和分析。无人机巡检红外图像的采集过程中会受到太阳辐射、温度、风速、雨雪天气、检测角度、距离等的影响，为抑制以上因素对红外热像仪拍摄图像的影响，因此对无人机巡检提出了环境要求：避免在高温环境下进行红外检测，选择相对湿度适中的环境进行检测，选择傍晚时分、晴朗的夜晚、阴天或日出前进行红外检测，避免太阳辐射过强或过弱造成的影响，选择无风或风速低于0.1m/s 时进行红外检测，避免风速对绝缘子散热系数的影响，不宜在大雾或雨水天气进行红外检测。此外，在巡检之前需要进行充分的准备工作，如图2 所示。根据线路结构特征，进行现场飞行试验，进而选择合适的无人机机型。根据现场环境情况，选择相机参数，确定合适的拍摄机位以及飞行航迹，制定标准化飞行方案。采用相对温差法（指设备在相同工作条件下对两个对应测量点之间的温度差值进行测量，因此一定程度上抑制了外界环境对绝缘子检测精度的影响）对输电线路进行红外拍摄，并尽量将红外热像仪正对被测绝缘子，调好焦距后对可疑的绝缘子进行多次测量，以防偶然因素的干扰造成对设备的误判。在图像采集拍摄过程中，需将GPS 信息数据一并采集，关联图像信息与地理位置信息，以供后期图像数据归集。

4 输电线路管理系统

为实现绝缘子的全寿命周期管理，开发输电线路管理系统。系统的登录界面如图3 所示。该系统集成数据归集和红外智能分析两大软件，实现数据归集、图像检索、红外图像标注、绝缘子诊断报告打印等功能。

4.1 数据归集软件

由于无人机红外巡视的输配电线路绝缘子数目多，同时在拍摄角度要求下造成可见光和红外图片量极大，因此对大量的照片进行位置属性分类命名等后期整理工作显得尤为重要。故开发数据归集软件，对无人机采集的大量离散型数据按照目录树构架进行统一命名、统一格式、统一架构的标准化收集、归类、归档，构建标准化的红外图谱数据库，通过对复合绝缘子型号、运行时长、运行环境的污秽度、红外检测结果、可见光检查结果等运行数据的深度全面挖掘，找到复合绝缘子在不同自然条件下的劣化特点和劣化规律，实现数据筛选标注，为复合绝缘子的运行提供有力的数据支撑。

4.2 红外智能分析软件

在对现场采集的数据进行标准化归集的基础上，对红外图像进行参数调整、熔岩化和区域分割等预处理，以减小其边界模糊、对比度低、信噪比低、受太阳辐射和噪声影响较大等缺点的影响。开发红外智能分析软件，对预处理后的红外图像进行智能分析。基于表面温度判断法，对复合绝缘子劣化情况进行诊断分析。红外图像分析流程如图4 所示。在此基础上，构建信息丰富的红外图谱数据库，实现绝缘子部位和缺陷的标准化描述和标注，而后生成规范化分析报告，最终为实现绝缘子的全寿命周期管理提供基础数据。

但是，在好氧条件下硝化菌工作、反硝化菌处于抑制状态，仅靠硝化工艺并不能有效将污水脱氮。根据反硝化作用的原理，在缺氧条件下反硝化菌能将NO3

5 结束语

本文将传统红外测温手段与无人机、数据归集、红外智能分析等技术相结合，提出了一种适用于架空输电线路复合绝缘子的红外巡检技术方案，对架空线路的复合绝缘子进行全方位高效检测。通过数据归集软件，形成标准化图谱数据，以红外温测技术为核心，实现对绝缘子全寿命周期管理，汇总绝缘子劣化诊断信息，构建红外图谱数据库，为输配电网络的复合绝缘子劣化诊断提供了基础和依据。