東北石油大學(xué)秦皇島分校 王 軍

冀東油田供電公司 王 瑞

0.引言

隨著高新材料技術(shù)的不斷提高，復(fù)合絕緣子質(zhì)量輕、性價(jià)比高、維護(hù)簡便，憑借良好的機(jī)械和物理性能在輸電線路中得以廣泛應(yīng)用，其使用率已經(jīng)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的陶瓷和玻璃鋼化絕緣子。由于絕緣子長期工作在野外環(huán)境，受到電磁場(chǎng)和惡劣天氣影響，隨著使用時(shí)間增長，不可避免的出現(xiàn)老化、損毀現(xiàn)象，很容易發(fā)生污閃和擊穿現(xiàn)象，從而影響輸電線路穩(wěn)定，造成傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。如何高效簡捷檢測(cè)高壓線路中絕緣子是否存在缺陷已成為一項(xiàng)重要的研究方向。及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣子缺陷，能夠有效避免線路故障，減少經(jīng)濟(jì)損失，有著重大的實(shí)際和經(jīng)濟(jì)意義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)等高新技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，絕緣子缺陷檢測(cè)技術(shù)也隨之不斷進(jìn)步。

1.合成絕緣子帶電缺陷檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

絕緣子的缺陷分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷。外部缺陷主要有腐蝕、裂紋、破碎等，內(nèi)部缺陷有老化、氣泡等。相對(duì)于外部缺陷，內(nèi)部缺陷更隱秘，更不易察覺。當(dāng)前對(duì)于絕緣子的檢測(cè)，多采用定期檢修和隨機(jī)抽檢方式，如果檢測(cè)方法不當(dāng)，不僅效率低下，也難以察覺安全隱患，因此迫切需要一種高效的檢測(cè)方法。多年來，已經(jīng)有了許多成熟的檢測(cè)方法，這些檢測(cè)方法可分為接觸式檢測(cè)和非接觸式檢測(cè)、電量檢測(cè)和非電量檢測(cè)[1]。

1.1 非電量檢測(cè)法

非電量檢測(cè)法，通過測(cè)量絕緣子四周的非電量參數(shù)，從而判斷絕緣子狀態(tài)。主要檢測(cè)方法有：

觀察法：觀察法就是通過眼睛直接觀察絕緣子狀態(tài)，僅能發(fā)現(xiàn)一些明顯的外部缺陷，對(duì)于內(nèi)部缺陷作用不大。該方法不夠嚴(yán)謹(jǐn)，只能作為輔助手段。

紫外線法：波長10nm～400nm的電磁波輻射統(tǒng)稱為紫外線。太陽光中含有紫外線，但臭氧能夠吸收波長小于280nm的紫外線，因此實(shí)際中只存在波長大于280nm的紫外線。通過紫外線檢測(cè)裝備對(duì)絕緣子周圍進(jìn)行電暈放電探測(cè)，選擇10nm～280nm波段，可以根據(jù)探測(cè)結(jié)果判斷絕緣子是否存在缺陷[2]。

紅外線法：如果絕緣子由于缺陷發(fā)生漏電或者過熱，通過紅外光譜就能識(shí)別。

超聲波法：存在裂紋或者氣泡的絕緣子超聲波圖像有明顯的反射波信號(hào)，可以很好的識(shí)別內(nèi)外部缺陷。

等值鹽密法：該方法主要用來測(cè)量絕緣子所處環(huán)境的污穢等級(jí)，從而選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的絕緣子，并不能用于缺陷檢測(cè)。

1.2 電量檢測(cè)法

電量檢測(cè)法，通過測(cè)量絕緣子的電參數(shù)，比如電壓、電場(chǎng)、電阻、電流等，從而進(jìn)行缺陷判斷。主要檢測(cè)方法有：

泄露電流法：通過測(cè)量絕緣子表面泄露電流，進(jìn)而判斷絕緣子狀態(tài)。理想狀態(tài)下，在絕緣子上安裝泄露電流傳感器，建立龐大的傳感器物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集參數(shù)信息，并將信息匯總到控制中心處理判斷。

電壓測(cè)量法：該方法原理簡單，通過測(cè)量絕緣子片兩端是否存在電壓，在早期測(cè)量中使用較多。

電阻測(cè)量法：該方法與電壓測(cè)量法類似，通過儀器測(cè)量絕緣子片的電阻。若是絕緣子片存在缺陷或被擊穿，電阻會(huì)極大降低。

場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量法：該方法通過測(cè)量絕緣子外圍場(chǎng)強(qiáng)，進(jìn)而判斷絕緣子工作狀態(tài)。第二節(jié)將會(huì)進(jìn)行詳細(xì)論述。

2.基于電場(chǎng)法和圖像識(shí)別的絕緣子無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)

絕緣子檢測(cè)方法，必須具備四個(gè)條件：可靠性、安全性、簡便性、經(jīng)濟(jì)性。上節(jié)中所列舉的檢測(cè)方法，通常只能具備以上一兩個(gè)條件。若是將以上方法綜合優(yōu)化，通過無人機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，便能夠形成四個(gè)條件都具備的方案。

本文所提出的基于電場(chǎng)法和圖像識(shí)別的絕緣子無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)，其基本原理是通過無人機(jī)全方位拍攝絕緣子串外部圖像，通過場(chǎng)強(qiáng)傳感器測(cè)量外部場(chǎng)強(qiáng)，并將圖像和場(chǎng)強(qiáng)信息傳回控制中心進(jìn)行處理，從而判斷絕緣子是否存在缺陷[3,4]。其中圖像識(shí)別主要用于識(shí)別外部缺陷，電場(chǎng)法用于識(shí)別內(nèi)部缺陷。相比于絕緣子檢測(cè)機(jī)器人[5,6]，無人機(jī)檢測(cè)成本更低，操作簡便，穩(wěn)定性和效率更高。

2.1 電場(chǎng)法基本原理

高壓線路上的合成絕緣子可簡化為夾在兩金屬電極間的連續(xù)絕緣材料，絕緣子傘裙對(duì)電場(chǎng)分布無影響[1]。圖1為根據(jù)簡化模型和電場(chǎng)理論計(jì)算出的電勢(shì)和電場(chǎng)分布曲線。

對(duì)于正常的絕緣子串來說，外圍電場(chǎng)應(yīng)是均勻分布，其等勢(shì)線從高壓側(cè)到低壓側(cè)逐漸降低[7]。如果絕緣子串中存在缺陷有缺陷絕緣子片，該片絕緣子兩段電壓就會(huì)就會(huì)十分接近，該處的等勢(shì)線就會(huì)近乎平行于絕緣子串的軸線。與此同時(shí)，該片絕緣子附近電場(chǎng)就會(huì)發(fā)生突變，使得電場(chǎng)線不在均勻。圖1中A曲線就是正常情形下絕緣子串外圍場(chǎng)強(qiáng)分布，由圖中可以看出該曲線均勻向上，離高壓端越近，電場(chǎng)強(qiáng)度越高。B曲線就是存在缺陷的場(chǎng)強(qiáng)曲線，在缺陷處場(chǎng)強(qiáng)突變，曲線不再平滑向上，出現(xiàn)凹陷情形。

圖1 絕緣子場(chǎng)強(qiáng)分布圖

電場(chǎng)檢測(cè)法原理簡單，關(guān)鍵在于如何測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)。早期測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)的儀器比較復(fù)雜，體積大，操作起來比較麻煩，容易受到本身電場(chǎng)干擾。隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)開發(fā)出體積?。ù蟾胖挥幸辉矌潘姆种淮笮。?，不會(huì)扭曲或影響當(dāng)前正在測(cè)量的電場(chǎng)，具有極高的精確度，適合無人機(jī)攜帶。

利用無人機(jī)攜帶場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量傳感器，沿著絕緣子串軸線方向測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度，只需設(shè)置好采樣間隔，并將數(shù)據(jù)繪制成曲線，就能根據(jù)曲線走勢(shì)判斷絕緣子是否存在缺陷。

2.2 絕緣子圖像識(shí)別

通過無人機(jī)拍攝絕緣子串高清圖像，既可以通過人工識(shí)別，也可以提取出絕緣子串圖像，進(jìn)行圖像分析，都能夠有效識(shí)別外觀瑕疵的絕緣子片。其基本流程如圖2所示：

圖2 圖像識(shí)別算法示意圖

對(duì)于絕緣子串圖像，采用分析算法進(jìn)行前景圖像提取與輪廓識(shí)別。該方法對(duì)于無明顯重疊圖像具有較高的識(shí)別度[8]。

3.結(jié)論

近年來無人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛，工業(yè)無人機(jī)應(yīng)用廣泛。本文設(shè)計(jì)的基于電場(chǎng)法和圖像識(shí)別的絕緣子無人機(jī)檢測(cè)技術(shù)，原理簡單，具有操作靈活、成本低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足絕緣子安全檢測(cè)工作。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷提高，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而能夠直接得到檢測(cè)結(jié)果。

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