基于數(shù)字圖像處理的電力設(shè)備自動(dòng)識(shí)別研究

曲胤霖

（湖北工業(yè)大學(xué)，武漢 430072）

1 引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)防經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)于社會(huì)電力資源的供應(yīng)需求也愈來愈嚴(yán)苛，電力部門的規(guī)模以及產(chǎn)能也隨之發(fā)展擴(kuò)張中。在對(duì)電網(wǎng)供電設(shè)備提出了更高的性能指標(biāo)參數(shù)要求的同時(shí)，還要求電力公司對(duì)于電網(wǎng)設(shè)備的統(tǒng)籌規(guī)劃水平同步提高，以保證電網(wǎng)整體安全可靠，高效智能運(yùn)行，為用電客戶提供高可靠性的、穩(wěn)定的電能，且保證電力部門的經(jīng)濟(jì)效益，以促進(jìn)社會(huì)各行業(yè)的穩(wěn)定快速發(fā)展。要滿足電力設(shè)備處于最佳運(yùn)營(yíng)區(qū)間，就需要分層級(jí)地規(guī)劃安排相應(yīng)的電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)并堅(jiān)持運(yùn)用新的先進(jìn)技術(shù)來大力提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效率和可信度[1]。

本文首先對(duì)電網(wǎng)體系中設(shè)施的在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用范圍以及國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)以及企業(yè)公司對(duì)其研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述說明，強(qiáng)調(diào)了電網(wǎng)設(shè)施在線實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣意義和實(shí)際運(yùn)營(yíng)價(jià)值。之后針對(duì)圖形成像檢測(cè)技術(shù)的相關(guān)理論原理進(jìn)行分析，探討物體的圖形成形和辨識(shí)的規(guī)律特征，明確了運(yùn)用圖像辨識(shí)的理論基礎(chǔ)以及圖像處理轉(zhuǎn)換的產(chǎn)生機(jī)制，通過多個(gè)方面的研究和分析，確定了圖像辨識(shí)檢測(cè)技術(shù)在電氣設(shè)備檢測(cè)方面的技術(shù)特性以及可靠精準(zhǔn)度，繼而推斷出兩者相結(jié)合運(yùn)用于電網(wǎng)體系的設(shè)施在線監(jiān)測(cè)方案的研究意義和施用價(jià)值，并針對(duì)性地制定了電網(wǎng)設(shè)施監(jiān)測(cè)的總體布局方案，以期大幅度提升狀態(tài)監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度和系統(tǒng)的響應(yīng)效能，降低工作人員的負(fù)擔(dān)強(qiáng)度。

2 電力設(shè)備識(shí)別研究現(xiàn)狀

電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)是保障電力配輸安全可靠運(yùn)營(yíng)的至關(guān)重要一環(huán)。當(dāng)今時(shí)期中，電力部門的線路巡檢工作普遍采用的是原始的人力巡查方案，這種方案沿用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，在不斷的運(yùn)用和提升過程中總結(jié)出來其不可避免的劣勢(shì)：①人工巡檢耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、人力資源占耗大。國(guó)內(nèi)電力配輸網(wǎng)路經(jīng)過常年的建設(shè)和發(fā)展，整個(gè)配輸電網(wǎng)路大型化和繁雜化趨勢(shì)也愈來愈顯著，人力巡檢要配合完成整個(gè)大體系的巡查和監(jiān)測(cè)，需要耗費(fèi)的時(shí)長(zhǎng)占據(jù)了整個(gè)巡查工作的大多數(shù)耗時(shí)。②人工巡查對(duì)于線路中的設(shè)備運(yùn)營(yíng)的狀態(tài)亦或是異常時(shí)故障點(diǎn)和故障形式的確認(rèn)具有主觀臆判性。國(guó)內(nèi)電網(wǎng)體系的整個(gè)配輸電網(wǎng)路自身龐大繁雜，其所處的外部環(huán)境也存在著很多不可估量的影響因素。當(dāng)巡查到線路的故障處時(shí)，對(duì)于故障類型的判斷和引發(fā)該故障的因素判定都過多依賴于巡查人員自身的經(jīng)驗(yàn)積累和專業(yè)素養(yǎng)，反饋到控制室的結(jié)論和觀點(diǎn)精確度也需要再次進(jìn)行評(píng)估和確認(rèn)。隨著社會(huì)發(fā)展和科技的持續(xù)進(jìn)步，遙控感應(yīng)以及遠(yuǎn)程傳感技術(shù)等輔助設(shè)備的大力開發(fā)使得新型的配合電力網(wǎng)路巡查的新方式得以實(shí)現(xiàn)。

上述多個(gè)方面的新局勢(shì)都對(duì)供輸電網(wǎng)路中電氣設(shè)施的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)提出了新的更苛刻的指標(biāo)要求，電力體系運(yùn)營(yíng)過程中如若電氣設(shè)施遭遇突發(fā)狀況會(huì)導(dǎo)致大覆蓋范疇內(nèi)的輸電停供故障，電網(wǎng)供應(yīng)側(cè)出現(xiàn)新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。由此需要提出針對(duì)電網(wǎng)線路中的各環(huán)節(jié)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估和監(jiān)測(cè)，以此來對(duì)整個(gè)電網(wǎng)體系的運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行把控，對(duì)電網(wǎng)設(shè)施突發(fā)的故障能夠進(jìn)行快速響應(yīng)來確保整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

3 基于圖像處理的電力設(shè)備識(shí)別

圖像處理作業(yè)流程是針對(duì)后期診斷所需而對(duì)采集的圖形信息品質(zhì)進(jìn)行完善的過程，其本質(zhì)是通過相關(guān)技術(shù)手段來消除形變、失真以及噪聲干擾產(chǎn)生的不利影響，經(jīng)歷了處理流程之后的圖形信息才能夠精確地在終端呈現(xiàn)，支持進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)評(píng)估和故障診斷工作。當(dāng)前主流的在線監(jiān)測(cè)診斷手段即為前端監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，反饋紅外成像的溫度場(chǎng)信息至后端調(diào)度管控中心進(jìn)行信息處理分析，來對(duì)整個(gè)電網(wǎng)線路中的電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判和評(píng)估，對(duì)于潛在的故障處和威脅點(diǎn)進(jìn)行辨識(shí)，進(jìn)而制定檢修策略。

通過電網(wǎng)前端平臺(tái)的不間斷工作特征來對(duì)較長(zhǎng)線路進(jìn)行整體巡查，當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常溫度變化點(diǎn)時(shí)，確定異常點(diǎn)所在區(qū)域結(jié)合運(yùn)維人員推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)流程[3]。由此看來，整個(gè)巡檢平臺(tái)即需要持續(xù)提升前端紅外成像的圖像品質(zhì)，又要對(duì)評(píng)估流程執(zhí)行嚴(yán)格的判定標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)，綜合評(píng)估精準(zhǔn)判定。

電網(wǎng)設(shè)施的散熱現(xiàn)象誘因復(fù)雜多樣化，正是由于這種復(fù)雜因素的影響，在進(jìn)行無人機(jī)平臺(tái)紅外成像監(jiān)測(cè)過程中，需要糅合多種不同的方案來綜合評(píng)估判斷。常規(guī)運(yùn)用的對(duì)照分析手段如下簡(jiǎn)述：①同類型的設(shè)施相互比對(duì)辨別。在整個(gè)電網(wǎng)體系內(nèi)，由電力產(chǎn)生環(huán)節(jié)到配送環(huán)節(jié)再到最后的變電環(huán)節(jié)這整個(gè)運(yùn)行途徑中，電力資源都是以三相電的型式進(jìn)行轉(zhuǎn)移。常規(guī)而言，當(dāng)電網(wǎng)設(shè)施正常無礙運(yùn)營(yíng)時(shí)，三者的溫升都是相對(duì)穩(wěn)固的?；诖嗽瓌t，對(duì)需要觀測(cè)的設(shè)施進(jìn)行多次重復(fù)信息采集，比較不同時(shí)段下在紅外檢測(cè)中顯示出來的熱量變化狀況，通過多段比對(duì)，判斷設(shè)施的運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性。②設(shè)施體表溫度讀取辨別。通過電網(wǎng)前端巡檢平臺(tái)前置的成像設(shè)備儀器對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)中的各類設(shè)施進(jìn)行體表溫度場(chǎng)的掃描監(jiān)測(cè)，獲得完整的設(shè)施溫升實(shí)際參數(shù)。通過查閱設(shè)施自身攜帶的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定指標(biāo)，兩相對(duì)比后可以判斷故障點(diǎn)。此種方案操作簡(jiǎn)單便捷，能夠通用與大部分狀況下的監(jiān)測(cè)。對(duì)待特殊條件下的設(shè)施監(jiān)測(cè)，還需要通過圖像信息結(jié)合更加精準(zhǔn)化的分析手段來綜合評(píng)估。③同設(shè)施相對(duì)溫升比照辨別。通過監(jiān)測(cè)鎖定目標(biāo)設(shè)施，將其實(shí)時(shí)溫升數(shù)據(jù)與該設(shè)施的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的溫升分布數(shù)據(jù)進(jìn)行比照，再結(jié)合設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)的周圍環(huán)境因素效果，多重指標(biāo)對(duì)比后評(píng)判熱量是否超過標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，繼而確定設(shè)施是否存在故障缺失。

4 電網(wǎng)設(shè)備的圖像識(shí)別運(yùn)用

圖像辨識(shí)技術(shù)是后來新興的專業(yè)型技術(shù)手段，以對(duì)圖像數(shù)據(jù)的區(qū)別和歸類描述為研究?jī)?nèi)容。對(duì)于電網(wǎng)體系中電力設(shè)施的實(shí)時(shí)狀態(tài)圖像數(shù)據(jù)信息的辨識(shí)，能夠協(xié)助完成電網(wǎng)設(shè)施狀態(tài)分析和狀態(tài)評(píng)估，合理規(guī)劃匹配維護(hù)檢修資源。圖像辨識(shí)流程銜接與圖像預(yù)處理之后，通過電網(wǎng)設(shè)施的圖像特征進(jìn)行導(dǎo)出和解析。

針對(duì)圖像數(shù)據(jù)信息的特性選取，即為對(duì)電力設(shè)施的圖像數(shù)據(jù)信息原材料進(jìn)行再加工處理，綜合整理之后進(jìn)行歸納去雜辨別真?zhèn)问侄魏?，抽取能夠直觀反映出該電網(wǎng)設(shè)施實(shí)時(shí)狀態(tài)特征的向量。

針對(duì)圖像數(shù)據(jù)的辨識(shí)評(píng)斷，即為后續(xù)的狀態(tài)評(píng)估和電網(wǎng)設(shè)施檢修計(jì)劃等方案的制定過程。通過信息化手段的應(yīng)用，能夠檢測(cè)到設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)中的各方面數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析來判定設(shè)備狀態(tài)是否良好，如果有安全隱患，那么就及時(shí)處理，特別是對(duì)安全生產(chǎn)有較大影響的情況，應(yīng)立即報(bào)告維修。

5 結(jié)語

針對(duì)電網(wǎng)體系中電力設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障巡檢過程中的限制和不足之處，需要針對(duì)性地提升設(shè)施監(jiān)測(cè)和巡查技術(shù)來配合和解決現(xiàn)階段電氣設(shè)備發(fā)展和檢修維護(hù)的匹配問題。基于此現(xiàn)實(shí)狀態(tài)，本文針對(duì)電力設(shè)備的圖像成形以及狀態(tài)辨識(shí)和故障診斷檢修為實(shí)例，引入基于紅外熱成像技術(shù)和機(jī)器視覺圖形技術(shù)手段的設(shè)備狀態(tài)識(shí)別診斷研究，力圖在紅外熱圖像成像辨識(shí)技術(shù)和機(jī)器視覺圖形技術(shù)手段的支撐下來重構(gòu)完善電網(wǎng)設(shè)施的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和巡檢規(guī)范進(jìn)程，構(gòu)架科學(xué)化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制，綜合兼顧電力設(shè)備狀態(tài)品質(zhì)巡檢技術(shù)的提升，具有較為重要的理論指導(dǎo)意義。