對(duì)紅外圖像處理的變電站設(shè)備故障診斷方法探究

梁團(tuán)

摘要：在變電站設(shè)備的故障診斷中，紅外線圖像處理技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。尤其是隨著當(dāng)今科技的發(fā)展，該技術(shù)的應(yīng)用效果更是十分顯著。為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)在變電站設(shè)備故障診斷中的良好應(yīng)用，本文特對(duì)其應(yīng)用方法進(jìn)行分析，以此來(lái)確保變電站設(shè)備的故障診斷與處理效果。

關(guān)鍵詞：變電站;電氣設(shè)備;故障診斷;紅外線圖像處理技術(shù);診斷方法

引言：

在通過紅外圖像處理技術(shù)對(duì)變電站中的電氣設(shè)備進(jìn)行故障診斷的過程中，診斷方法的應(yīng)用至關(guān)重要?；诖?，在實(shí)際的故障診斷中，技術(shù)人員一定要全面了解該技術(shù)的應(yīng)用原理，并通過合理的方法來(lái)進(jìn)行故障診斷。這樣才可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的故障，為后續(xù)的變電站設(shè)備故障處理提供足具科學(xué)性的參考。

一、紅外圖像處理技術(shù)基本原理分析

在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展中，紅外檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)與傳統(tǒng)的紅外檢測(cè)具有了很大的不同，它屬于一門綜合性的新技術(shù)，其中包括紅外光學(xué)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、數(shù)字圖像處理以及信號(hào)處理等的諸多技術(shù)形式，并成為了無(wú)損紅外檢測(cè)技術(shù)中的一種。在紅外圖像處理技術(shù)的應(yīng)用中，一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)就是不會(huì)破壞和傷害檢測(cè)目標(biāo)。憑借著這一優(yōu)勢(shì)，紅外圖像處理技術(shù)已經(jīng)在當(dāng)今的變電站電氣設(shè)備故障診斷中成為了一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

具體應(yīng)用中，紅外圖像處理技術(shù)主要借助于紅外輻射這一原理，通過紅外探測(cè)儀對(duì)變電站設(shè)備表面溫度信息進(jìn)行獲取，然后形成相應(yīng)的紅外圖像;通過對(duì)被檢測(cè)目標(biāo)紅外圖像的分析，便可對(duì)其性能、運(yùn)行狀態(tài)以及存在的缺陷、故障等做出準(zhǔn)確判斷[1]。

二、變電站設(shè)備故障特征

在變電站電氣設(shè)備的運(yùn)行過程中，突發(fā)性事故都是在極特殊的情況下才會(huì)出現(xiàn)，而引起突發(fā)事故的故障也是非常大的設(shè)備故障，在其余的情況下，變電站設(shè)備的故障或者是異常都屬于小的缺陷。但如果這些小的缺陷和故障得不到有效處理，變電站設(shè)備故障便很可能會(huì)積小成大，進(jìn)而引發(fā)重大的設(shè)備故障，對(duì)變電站運(yùn)行效果乃至于工作人員的人身安全造成嚴(yán)重威脅。因此，為有效防止此類情況的發(fā)生，在變電站電氣設(shè)備的運(yùn)維過程中，技術(shù)人員一定要對(duì)其主要的故障特征做到全面明確。

首先是隨機(jī)性，在變電站設(shè)備中，無(wú)論是一次設(shè)備或者是二次設(shè)備，其故障的發(fā)生都具有隨機(jī)性，其中包括發(fā)生故障的設(shè)備、故障原因以及發(fā)生時(shí)間等。

其次是階段性，在變電站中，電氣設(shè)備的嚴(yán)重故障可按照潛伏期、發(fā)展期和最后的損壞期這三個(gè)階段進(jìn)行劃分。

再次是隱蔽性，在設(shè)備大型故障處于潛伏期或者是發(fā)展期這兩個(gè)階段時(shí)，如果不對(duì)其定期進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，這些設(shè)備的異常情況將很難發(fā)現(xiàn)。

最后是多發(fā)性，通常情況下，一旦變電站中的電氣設(shè)備發(fā)生了嚴(yán)重故障，都會(huì)伴隨著一系列的連鎖反應(yīng)產(chǎn)生，進(jìn)而對(duì)其他設(shè)備也造成故障甚至損壞，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)劤刹豢晒懒康暮蠊?/p>

基于此，為實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備故障的良好檢測(cè)與診斷，電力企業(yè)就應(yīng)該將當(dāng)今先進(jìn)的紅外圖像處理技術(shù)加以科學(xué)應(yīng)用。

三、變電站設(shè)備故障診斷中的紅外處理技術(shù)應(yīng)用方法分析

（一）目標(biāo)標(biāo)記與區(qū)域面積統(tǒng)計(jì)

在通過紅外圖像技術(shù)進(jìn)行變電站電氣故障的診斷過程中，圖像上的電氣設(shè)備目標(biāo)面積可通過以下的幾種方式來(lái)定義：第一是將其定義為邊緣線內(nèi)部所包圍的區(qū)域;第二是將其定義為整個(gè)圖像中設(shè)備所占部分包含的所有像素;第三是將其定義為目標(biāo)設(shè)備所在區(qū)域中的所有柵格單元個(gè)數(shù)（僅適用于柵格紅外數(shù)字圖像表示法）。

而在對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)的過程中，首先需要對(duì)圖像進(jìn)行逐行掃描，將目標(biāo)區(qū)域設(shè)置為黑色，背景區(qū)域設(shè)置為白色，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和背景之間的良好區(qū)分。如果圖像中有不連通區(qū)域的點(diǎn)存在，就需要對(duì)其做好統(tǒng)計(jì)，并按照不同像素值對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。最后再同時(shí)進(jìn)行像素?cái)?shù)的統(tǒng)計(jì)，在完成了統(tǒng)計(jì)之后，獲得到的總像素?cái)?shù)就是被測(cè)區(qū)域的實(shí)際面積。

在此過程中，一項(xiàng)主要內(nèi)容就是對(duì)區(qū)域連通與否進(jìn)行判斷。對(duì)于這項(xiàng)內(nèi)容，應(yīng)按照以下依據(jù)進(jìn)行判斷：假設(shè)有一個(gè)白點(diǎn)形式的像素存在，判斷中，就需要對(duì)其臨近像素點(diǎn)進(jìn)行判斷，如果臨近的八個(gè)都是白色像素點(diǎn)，便可判斷這一區(qū)域?qū)儆诼?lián)通區(qū)域[2]。

（二）故障程度計(jì)算

在對(duì)被測(cè)區(qū)域進(jìn)行設(shè)備故障程度計(jì)算的過程中，應(yīng)該將整體目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的故障區(qū)域面積占比作為判斷依據(jù)。其公式如下：

在以上公式中，整體目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的故障區(qū)域面積占比用P表示;這個(gè)值越大，說明故障程度越嚴(yán)重。故障區(qū)域面積用Q表示;目標(biāo)區(qū)域總面積用S表示。在通過紅外圖像技術(shù)進(jìn)行變電站設(shè)備故障程度的判斷中，借助于這一公式，便可幫助檢測(cè)工作者準(zhǔn)確判斷出設(shè)備故障的嚴(yán)重程度，為其后續(xù)的故障處理提供科學(xué)參考。

（三）檢測(cè)效果

在通過紅外圖像處理技術(shù)對(duì)變電站中的電氣設(shè)備進(jìn)行故障診斷的過程中，為確定其檢測(cè)效果，可將互感器的發(fā)熱故障圖像用作實(shí)例來(lái)進(jìn)行分析，在此過程中，首先將現(xiàn)場(chǎng)采集獲取到的紅外圖像進(jìn)行去噪和對(duì)比增強(qiáng)等的預(yù)處理，然后再進(jìn)行分割處理。在分割處理過程中，主要借助于改進(jìn)之后的聚類算法來(lái)進(jìn)行目標(biāo)的分割，分割之后，便可獲得目標(biāo)運(yùn)行區(qū)域以及故障區(qū)域;接下來(lái)便可根據(jù)上述的判斷方式對(duì)這幾種設(shè)備的故障程度進(jìn)行計(jì)算[3]。下圖為本次試驗(yàn)中互感器過熱故障情況下的紅外圖像及其預(yù)處理之后獲得的圖像：

以下是本次所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與參考值之間的對(duì)比情況：

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，紅外圖像處理技術(shù)對(duì)于變電站電氣設(shè)備故障具有良好的判斷精度。因此，在變電站的電氣設(shè)備故障判斷中，電力企業(yè)和技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)該技術(shù)的應(yīng)用，以此來(lái)發(fā)揮出其充分的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提升變電站設(shè)備的故障判斷與檢修效果。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，因?yàn)樽冸娬局械碾姎庠O(shè)備故障具有隨機(jī)性、階段性、隱蔽性和多發(fā)性等的特征，如不定期加以判斷檢測(cè)，便很容易讓眾多小的故障積累成大的故障，進(jìn)而對(duì)變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重的不利影響。而通過實(shí)踐和研究發(fā)現(xiàn)，紅外圖像處理技術(shù)在變電站電氣設(shè)備故障判斷中十分適用?；诖?，電力企業(yè)應(yīng)明確其主要的應(yīng)用原理，并通過合理的方法對(duì)其加以應(yīng)用。這樣才可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決變電站電氣設(shè)備存在的故障或異常，盡最大限度避免重大的設(shè)備故障發(fā)生，讓變電站整體運(yùn)行效果得以良好保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙夢(mèng).基于紅外圖像的電力設(shè)備故障分析研究[D].導(dǎo)師：楊延西;謝衛(wèi).西安理工大學(xué)，2020.

[2]張恒源.基于紅外圖像處理的變電站設(shè)備故障診斷方法研究[D].導(dǎo)師：邵向鑫;高啟超.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，2019.

[3]郭銘.基于紅外成像技術(shù)的變電站電氣設(shè)備熱故障診斷研究[D].導(dǎo)師：楊本臣.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2019.