鄭衛(wèi)東，韋玉華，李捍華，郭雷，李曉燕

（華能國(guó)際電力股份有限公司玉環(huán)電廠，浙江玉環(huán) 317604）

電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況是整個(gè)電廠系統(tǒng)的重要組成部分，關(guān)系到電廠系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。為適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要，電廠必須分析電氣設(shè)備中可能出現(xiàn)的故障，加強(qiáng)對(duì)電氣設(shè)備的檢查，并尋找解決辦法，杜絕工業(yè)生產(chǎn)線中斷現(xiàn)象和安全事故發(fā)生[1]。電廠設(shè)備常見故障主要有電氣設(shè)備過熱、因絕緣失效而造成的短路、火花和電弧等。其中，如果換熱器通風(fēng)散熱不好，則會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞組件[2]。溫度過高，金屬材料軟化，機(jī)械強(qiáng)度顯著降低，有機(jī)絕緣材料易發(fā)生脆性老化、絕緣性能下降現(xiàn)象，電接觸穩(wěn)定性變差，出現(xiàn)電廠設(shè)備發(fā)熱過高現(xiàn)象。如果不按時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查和維修，外力作用會(huì)造成設(shè)備絕緣層破裂，甚至脫落，在外力影響下，設(shè)備外觀易損壞，尤其是受大型重力設(shè)備影響，外部需要高壓，一旦壓力超過極限，設(shè)備就會(huì)產(chǎn)生絕緣故障，絕緣故障會(huì)導(dǎo)致短路故障發(fā)生。

由于電廠關(guān)鍵性設(shè)備巡檢極具復(fù)雜性，傳統(tǒng)的手工方法對(duì)異常檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，往往需要花費(fèi)大量的人力、物力，且采集到的異常點(diǎn)圖像識(shí)別度較低，不能保證巡檢結(jié)果的可靠性，進(jìn)而無(wú)法得到精準(zhǔn)的巡檢結(jié)果。基于此，提出基于圖像識(shí)別的電廠關(guān)鍵設(shè)備周期性巡檢方法研究。該方法可以提高有效檢測(cè)設(shè)備故障能力，保障電廠關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行安全[3-5]。

1 基于圖像識(shí)別的電廠關(guān)鍵設(shè)備周期性巡檢

1.1 電廠關(guān)鍵設(shè)備圖像識(shí)別

電廠關(guān)鍵設(shè)備圖像識(shí)別主要利用計(jì)算機(jī)的視覺和圖像技術(shù)，提取出異象視覺特征，進(jìn)行高度相似圖像匹配，以尋找與設(shè)備故障相似的圖像，識(shí)別出設(shè)備異?，F(xiàn)象[6-7]。具體的識(shí)別過程如圖1 所示。

圖1 電廠關(guān)鍵設(shè)備的圖像識(shí)別過程

從圖像識(shí)別過程可知，圖像特征提取是圖像處理設(shè)備中的關(guān)鍵技術(shù)，能夠反映設(shè)備的空間特性，即二者之間的關(guān)系[8-9]。分析設(shè)備對(duì)象和環(huán)境，確定設(shè)備紋理，使用圖像像素提取這些特征，從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索與異常裝置高度相似的圖像，進(jìn)而完成電廠關(guān)鍵性設(shè)備的圖像識(shí)別。

1.2 圖像去噪處理

采集到的電廠關(guān)鍵設(shè)備圖像會(huì)受到外部干擾產(chǎn)生噪聲，該噪聲的來(lái)源主要包括電子噪聲、光子噪聲、斑點(diǎn)噪聲和量化噪聲。同時(shí)，圖像可能會(huì)受到燈光影響，從而污染圖像，降低對(duì)比度，增加圖像處理難度。為提高后續(xù)處理精度，采用均值濾波法對(duì)采集的圖像進(jìn)行去噪處理[10-12]。

假設(shè)有一幅圖像f(a,b)，濾波處理后的圖像為g(a,b)，與目標(biāo)點(diǎn)(a,b)單位距離為1 的鄰域像素集合s為：

鄰域選取如圖2 所示。

圖2 鄰域選取

圖中，Δa表示像素間距離，以Δa為半徑作圓可以保護(hù)圖像細(xì)節(jié)，達(dá)到消除噪聲的目的[13]。

1.3 具體巡檢流程設(shè)計(jì)

基于圖像識(shí)別的電廠關(guān)鍵設(shè)備周期性巡檢的具體流程為：

步驟1：將電廠關(guān)鍵性設(shè)備信息，如設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備溫度參數(shù)、設(shè)備種類等，進(jìn)行初始化整理，使其形成一組無(wú)偏權(quán)值ω0，保證全部特征分量權(quán)重一致，即：

式（2）中，N表示電廠設(shè)備巡檢特征數(shù)量；

步驟2：依據(jù)全部特征分量權(quán)重，將識(shí)別出來(lái)的設(shè)備圖像進(jìn)行灰度化處理，得到指定R、G、B權(quán)值，如式（3）所示：

式（3）中，ωr、ωg、ωb分別表示紅、綠、藍(lán)顏色權(quán)值。依據(jù)該權(quán)值分解待識(shí)別電廠關(guān)鍵設(shè)備的圖像特征；

步驟3：將采集到的電廠設(shè)備圖像與查詢目標(biāo)總相似度按照大小順序依次進(jìn)行排列；

步驟4：依據(jù)識(shí)別結(jié)果，不僅可以為管理人員提供維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)接口，還可以修改設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)、操作員數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)[14-15]。根據(jù)數(shù)據(jù)采集儀的上傳文件統(tǒng)計(jì)漏檢設(shè)備數(shù)量，此時(shí)，當(dāng)班人員可及時(shí)查漏補(bǔ)缺，否則將在相應(yīng)操作人員的漏檢次數(shù)項(xiàng)上進(jìn)行累加，并存入業(yè)績(jī)考核欄中，判斷圖像相關(guān)度[16]；

步驟5：修正判斷結(jié)果權(quán)值，使其更接近實(shí)際巡檢結(jié)果，并在設(shè)定周期內(nèi)為相關(guān)設(shè)備生成報(bào)表，提供報(bào)表打印、存儲(chǔ)和其他功能；

步驟6：通過指定查詢?nèi)掌诜秶?，操作者可以根?jù)設(shè)備名稱查詢，找出故障設(shè)備，統(tǒng)計(jì)和顯示巡檢到位率等。將查詢結(jié)果返回到步驟2，進(jìn)行新一輪巡檢，直到獲取更加貼近實(shí)際情況巡檢結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

研究基于圖像識(shí)別的電廠關(guān)鍵設(shè)備周期性巡檢方法的合理性，進(jìn)行巡檢目標(biāo)跟蹤實(shí)驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

2.2 目標(biāo)跟蹤

利用直方圖統(tǒng)計(jì)巡檢目標(biāo)灰度值，由此構(gòu)成直方圖如圖3 所示。

圖3 目標(biāo)及灰度直方圖

分別使用傳統(tǒng)手工方法和基于圖像識(shí)別巡檢方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，跟蹤結(jié)果如圖4 所示。

圖4 兩種方法目標(biāo)跟蹤結(jié)果

依據(jù)圖3 與圖4 的結(jié)果，對(duì)發(fā)電機(jī)與真空斷路器在不同灰度值下的灰度出現(xiàn)概率進(jìn)行分析。

發(fā)電機(jī)：使用傳統(tǒng)手工方法在不同灰度值下，灰度出現(xiàn)概率與實(shí)際概率不一致，相差較大，在灰度值為2 bit 時(shí)，傳統(tǒng)手工方法灰度出現(xiàn)概率值低于0.05，而實(shí)際灰度出現(xiàn)概率值高于0.10。在不同灰度情況下，所提出的訓(xùn)練方法，得到的灰度出現(xiàn)概率值與實(shí)際概率值一致。

真空斷路器：使用傳統(tǒng)手工方法在2 bit 灰度值前，灰度出現(xiàn)概率值都高于實(shí)際概率，而在2 bit 灰度值后，灰度出現(xiàn)概率都低于實(shí)際概率值。而在2 bit 灰度值后，灰度出現(xiàn)的概率值都低于實(shí)際概率值。使用基于圖像識(shí)別方法在不同灰度值下，灰度出現(xiàn)概率值與實(shí)際概率值一致。

在上述兩個(gè)電廠設(shè)備在不同灰度值下的灰度出現(xiàn)概率不同，可知使用基于圖像識(shí)別方法與實(shí)際情況更加符合。在該目標(biāo)跟蹤結(jié)果支持下，對(duì)電廠關(guān)鍵設(shè)備周期性巡檢結(jié)果完整度進(jìn)行對(duì)比分析。

2.3 巡檢結(jié)果完整度

使用圖像識(shí)別方法能夠有效識(shí)別電場(chǎng)設(shè)備采集到的圖像，使目標(biāo)跟蹤結(jié)果更加精準(zhǔn)。在該前提下，采集發(fā)電機(jī)和真空斷路器設(shè)備參數(shù)，將兩種方法的巡檢結(jié)果完整度進(jìn)行對(duì)比分析，如圖5 所示。

圖5 兩種方法巡檢結(jié)果完整度對(duì)比

由圖5 對(duì)比結(jié)果可知，使用圖像識(shí)別巡檢方法巡檢結(jié)果完整度更高，而傳統(tǒng)手工方法的巡檢完整度較低。因此，使用基于圖像識(shí)別的電廠關(guān)鍵設(shè)備周期性巡檢方法巡檢結(jié)果更加精準(zhǔn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于圖像識(shí)別的電廠關(guān)鍵設(shè)備周期性巡檢方法比傳統(tǒng)巡檢方法具有更大優(yōu)勢(shì)，提高了巡檢效率，保證了巡檢數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。因此，有關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)電廠設(shè)備中圖像識(shí)別技術(shù)的研究，使其更具科學(xué)性和合理性，在電廠設(shè)備檢測(cè)方面取得了一定成果。雖然該方法具有良好的應(yīng)用前景，但仍需做進(jìn)一步的研究，如檢測(cè)電線上的雜質(zhì)，在線異物檢測(cè)是檢測(cè)中的一個(gè)重要課題，通過對(duì)輸電線路檢測(cè)，對(duì)線路中異物檢測(cè)方法進(jìn)行研究，具有較大實(shí)用價(jià)值。