基于紅外成像技術(shù)的交互式電力通信運(yùn)檢方法

楊 劍

（國網(wǎng)平頂山供電公司，河南 平頂山 467001）

0 引 言

電力通信網(wǎng)絡(luò)作為電力通信管理系統(tǒng)中的重要組成部分，對電力通信的安全、質(zhì)量與效率具有直接影響[1]。電力通信管理系統(tǒng)在高速運(yùn)行過程中，受到運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行條件以及各項不確定因素的影響，存在一定的安全風(fēng)險與隱患，不及時進(jìn)行運(yùn)檢可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題[2]。因此，科學(xué)合理的電力通信運(yùn)檢方法至關(guān)重要?，F(xiàn)階段，我國在電力通信運(yùn)檢方面的研究日益成熟，然而在交互式電力通信運(yùn)檢方面的研究仍然不夠完善[3]。傳統(tǒng)的交互式電力通信運(yùn)檢方法在實際應(yīng)用過程中存在一定的不足與問題，主要體現(xiàn)在無法根據(jù)交互式電力通信運(yùn)行中的差異，獲取電力通信移動應(yīng)用需求與系統(tǒng)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致運(yùn)檢模式與電力通信實際運(yùn)行模式之間偏差較大，降低了運(yùn)檢的效率與準(zhǔn)確性，不利于提高電力通信運(yùn)行的質(zhì)量與安全[4]。紅外成像技術(shù)能夠改善以上問題，通過紅外熱成像檢測儀器，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測輸變電設(shè)備、電力通信設(shè)備表面異常狀況，具有較高的準(zhǔn)確性與安全性[5]。

基于此，本文在傳統(tǒng)交互式電力通信運(yùn)檢方法的基礎(chǔ)上引入紅外成像技術(shù)，提出一種全新的運(yùn)檢方法，為促進(jìn)我國交互式電力通信網(wǎng)絡(luò)與電力通信管理系統(tǒng)的高速發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

1 交互式電力通信運(yùn)檢方法設(shè)計

1.1 構(gòu)建交互式電力通信劣化絕緣子紅外圖像庫

采用紅外成像技術(shù)構(gòu)建交互式電力通信劣化絕緣子紅外圖像庫，實現(xiàn)交互式電力通信劣化絕緣子圖像的智能降噪與校正。

采用紅外成像技術(shù)中的光電檢測技術(shù)，檢測交互式電力通信物體的紅外線特定波段信號[6]。提取紅外線特定波段信號的運(yùn)行特征，對波段信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)換為可供視覺分辨的圖像與圖形，獲取交互式電力通信物理表面的溫度分布狀況與特征[7]。利用分層切割方法，對交互式電力通信絕緣子串圖像進(jìn)行分層切割處理，獲取劣化絕緣子單片，提高視覺分辨圖像的收斂性與擬合性[8]。隨機(jī)從波段信號圖像中選取一定數(shù)量的正樣本與負(fù)樣本，共同輸入到紅外圖像庫中，通過紅外成像技術(shù)的處理作用生成具有典型特征的交互式電力通信劣化絕緣子紅外圖像庫，提升紅外圖像庫的泛化性能。在此基礎(chǔ)上，采用濾波算法對交互式電力通信劣化絕緣子的紅外圖像進(jìn)行濾波校正處理，提高圖像圖層的均勻性，劣化絕緣子紅外圖像校正處理流程，如圖1所示。

圖1 交互式電力通信劣化絕緣子紅外圖像校正流程

從交互式電力通信原始紅外圖像中提取圖像頻譜，基于濾波器的濾波作用得出紅外圖像的結(jié)構(gòu)圖層，包括含噪背景圖層與光滑背景圖層2種。通過對含噪背景圖層進(jìn)行空域濾波處理與迭代訓(xùn)練得出光滑背景圖層，進(jìn)而完成交互式電力通信劣化絕緣子紅外圖像校正。

1.2 交互式電力通信運(yùn)檢

基于上述交互式電力通信劣化絕緣子紅外圖像庫構(gòu)建完畢后，實現(xiàn)對絕緣子紅外圖像的校正處理，提取到電力通信圖像的頻譜，反映了電力通信的實際情況與運(yùn)行特征。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮交互式電力通信傳輸節(jié)點的感知作用，基于絕緣子的運(yùn)行狀態(tài)計算交互式電力通信信息傳輸信道的干擾指數(shù)，公式為

式中：Qr表示交互式電力通信信息傳輸信道的干擾指數(shù)；L(r，p)表示信息傳輸信道的通信信息量；δ表示信息傳輸信道運(yùn)行過程中可能受到干擾的范圍；r表示信息傳輸信道；p表示信息傳輸信道的運(yùn)行范圍。通過計算得出信息傳輸信道的干擾指數(shù)，反映交互式電力通信的建設(shè)與運(yùn)行狀態(tài)是否良好。

在交互式電力通信運(yùn)檢過程中，應(yīng)當(dāng)通過有限元分析軟件自動監(jiān)測電網(wǎng)變電運(yùn)行設(shè)備與交互式電力通信各項殘差變量的動態(tài)變化，獲取設(shè)備運(yùn)行量化區(qū)間。在電網(wǎng)變電運(yùn)行設(shè)備自動控制中，添加預(yù)留DI模塊，通過現(xiàn)場考察的方式實時監(jiān)控配電網(wǎng)工程高速運(yùn)行過程中配電室是否存在異常情況。設(shè)置調(diào)度任務(wù)的傳輸鏈路，采用模糊綜合統(tǒng)計法統(tǒng)計電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程自適應(yīng)調(diào)度控制傳輸鏈路的通信時間，對其作出分析，得出通信時間對整體交互式電力通信信息傳輸完成時間的影響。依據(jù)粒子群算法建立電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸時間目標(biāo)約束函數(shù)，根據(jù)約束函數(shù)的動態(tài)變化，選取其中傳輸時間最小的優(yōu)化調(diào)度鏈路，保證交互式電力通信信道處理任務(wù)的傳輸效率。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電力通信建設(shè)與運(yùn)行狀態(tài)選取相應(yīng)的運(yùn)檢模式，有針對性地進(jìn)行運(yùn)檢處理。運(yùn)檢過程中，實時監(jiān)測交互式電力通信信道傳輸節(jié)點隊列的動態(tài)變化，計算電力通信信道運(yùn)檢中的總負(fù)載，公式為

式中：φ表示電力通信信道運(yùn)檢權(quán)重；R(j)表示電力通信信道中信息傳輸節(jié)點運(yùn)檢帶寬；F表示電力通信信道運(yùn)檢總時間；λ表示電力通信信道運(yùn)檢中，信息傳輸節(jié)點隊列的總長度?？傌?fù)載越大，表示交互式電力通信運(yùn)檢承受的負(fù)載越多。此時，應(yīng)當(dāng)及時調(diào)整運(yùn)檢模式，采用歸一化運(yùn)檢方法調(diào)節(jié)電力通信信道傳輸節(jié)點隊列、帶寬與長度，降低運(yùn)檢負(fù)載，完成運(yùn)檢流程，進(jìn)而實現(xiàn)提高交互式電力通信整體性能的目標(biāo)。

2 實驗分析

綜合上述內(nèi)容，為本文設(shè)計的運(yùn)檢方法的整體流程。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步驗證該方法的可行性，進(jìn)行了如下實驗。

選取M配電網(wǎng)移動運(yùn)檢平臺為研究對象，隨機(jī)抽取其中變電站內(nèi)線路保護(hù)裝置的電力通信數(shù)據(jù)為研究目標(biāo)。當(dāng)M配電網(wǎng)移動運(yùn)檢平臺交互式電力通信運(yùn)行故障時，斷路器可能出現(xiàn)跳閘情況，重合閘在短時間內(nèi)不會作出相應(yīng)的反應(yīng)，導(dǎo)致變電運(yùn)行設(shè)備整體自動化控制效率與控制精度較低。

在此基礎(chǔ)上，為了更加直觀地驗證本文設(shè)計的交互式電力通信運(yùn)檢方法的有效性，采用對比分析的實驗方法。將上述本文提出的基于紅外成像技術(shù)的交互式電力通信運(yùn)檢方法，與文獻(xiàn)[1]提出的基于移動作業(yè)終端的運(yùn)檢方法、文獻(xiàn)[3]提出的基于北斗的電力通信運(yùn)檢方法進(jìn)行對比。首先，確定交互式電力通信與變電站二次設(shè)備的狀況，包括嚴(yán)重、異常、注意與正常狀態(tài)4個不同等級，分別對狀態(tài)量進(jìn)行評分，獲取各自的評分值，根據(jù)評分值，得出交互式電力通信三角梯形隸屬分布函數(shù)，如圖2所示。

圖2 交互式電力通信三角梯形隸屬分布函數(shù)圖

圖2中獲取交互式電力通信4種不同等級的運(yùn)行狀態(tài)及對應(yīng)的隸屬度函數(shù)與狀態(tài)量評分。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合隸屬度函數(shù)分布結(jié)果，設(shè)置交互式電力通信粗糙度為本次實驗的客觀評價指標(biāo)，粗糙度指標(biāo)數(shù)值越小，表明運(yùn)檢校正性能越高。隨機(jī)進(jìn)行6組實驗，利用有限元分析軟件，分別測定3種運(yùn)檢方法每次應(yīng)用后，交互式電力通信粗糙度的動態(tài)變化結(jié)果，進(jìn)而判定運(yùn)檢方法的可行性，結(jié)果如表1所示。

表1 3種運(yùn)檢方法交互式電力通信粗糙度對比 單位：μm

根據(jù)表1的對比結(jié)果可知，在3種交互式電力通信運(yùn)檢方法中，本文設(shè)計的基于紅外成像技術(shù)的運(yùn)檢方法，其應(yīng)用后，交互式電力通信粗糙度指標(biāo)均在0.051 μm以下，小于另外2種運(yùn)檢方法，運(yùn)檢校正性能較好，具備良好的電力通信邊緣細(xì)節(jié)保持能力與運(yùn)檢校正能力，優(yōu)勢顯著。

3 結(jié) 論

為了改善傳統(tǒng)電力通信運(yùn)檢方法在實際應(yīng)用過程中存在的不足，本文在傳統(tǒng)運(yùn)檢方法的基礎(chǔ)上，針對交互式電力通信運(yùn)檢引入紅外成像技術(shù)，提出了一種全新的運(yùn)檢方法。通過本文的研究，優(yōu)化了運(yùn)檢方法的核心功能，提高了電力通信對象與網(wǎng)絡(luò)之間的匹配性，保障了交互式電力通信運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)對接的實時性，改善了網(wǎng)絡(luò)通信中信息延遲的問題，具有重要研究意義。