圖像分析結合超聲原理檢測絕緣子污穢的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種圖像分析結合超聲原理檢測絕緣子污穢的裝置，包括采集單元、主機、安裝有絕緣子污穢故障分析系統的電腦，所述采集單元通過信號傳輸線與主機連接，所述采集單元包括超聲波信號傳感器、高倍高精度望遠鏡攝像機、溫度傳感器及濕度傳感器，所述主機包括AD轉換器、放大器、濾波器和控制器。圖像分析結合超聲檢測絕緣子污穢法及相應的儀器裝置，能夠實現對絕緣子污穢程度進行實時等級判斷，對發生的污閃情況進行及時預警，并且能夠對輸電線路的絕緣子質量及狀況進行常態化管理，從而有效地遏制因絕緣子故障而導致的安全運行事故。因此，本申請的實現及推廣，將對電網安全穩定運行產生巨大的直接和間接的經濟和社會效益。
【專利說明】圖像分析結合超聲原理檢測絕緣子污穢的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電網絕緣子污穢檢測設備【技術領域】，特別涉及一種圖像分析結合超聲原理檢測絕緣子污穢的裝置。
【背景技術】
[0002]電網防污閃是一個古老而現實的問題。隨著我國經濟高速發展，一方面電力需求日益增大，電力系統輸電線路電壓等級不斷提高，電網規模不斷擴大，交、直流連網不斷增多，另一方面各地區的污染源不斷增多.大氣污染加劇。暴露在污穢條件下的絕緣子表面會沉積污穢大氣污染日趨突出；都造成難以避免的污閃覆蓋范圍增大，我國電網的安全運行仍承受著大面積污閃的風險。
[0003]據統計，霧天的污閃事故占電力線路事故的21%。污閃事故往往造成大面積的停電，檢修恢復時間長，因此影響嚴重。根據對事故數據統計分析，污閃事故造成的電量損失為雷害事故的9.3倍。
[0004]河南電網2001年年初先后經歷了三場大霧，大霧給電網帶來的沖擊一次比一次大。第一次污閃從I月16日到I月26日，一天IlOkV及以上線路最多跳閘次數為11條次；第二次污閃從2月9日到2月12日豫北的大面積污閃，一天IlOkV及以上線路跳閘次數為18條次；第三次污閃從2月21日到2月25日豫北、豫西嚴重的特大污閃，2月21日到22日兩天IlOkV及以上線路跳閘次數108條次。重復大面積污閃故障共計178次，波及河南18個供電區中的11個(包括運檢公司)，先后造成500kV變電站發生I站次失壓，220kV變電站發生2站次失壓，IlOkV變電站發生2站次失壓，京廣電氣化鐵路短時中斷運行等嚴重故障。其中還發生了多起因零值絕緣子炸裂，導線落地的事故。
[0005]雖然各輸電管理部門都會采取各種防污措施對于污閃的預防，但都不是十分理想，其重要原因之一在于電力維護人員不能及時準確地掌握絕緣子污穢狀況，因此，絕緣子污穢程度的可靠檢測是防污閃工作中非常重要的一環。便捷可靠的污穢程度檢測可以確保污區劃分準確，從而為輸變電設備外絕緣設計和絕緣子選型提供科學依據，是防止大面積污閃事故的基本保證。
[0006]針對某個污穢參數或其衍生參數，結合相關的運行條件，許多學者和工程技術人員對絕緣子污穢檢測做了大量卓有成效的工作并開發了少量的在線檢測裝置，目前，國內外現場使用和實驗室研究可能用于絕緣子污穢檢測的方法主要分人工污穢檢測和自然污穢檢測兩大類，有:等值鹽密法、表面電導法、污閃梯度法、最大泄漏電流法、電流脈沖計數法、泄漏電流法，光譜法，微波輻射法，紫外脈沖法，聲發射法，環境監測法，紅外成像法等多種方法。
[0007]等值鹽密的測量，應在實際運行的絕緣子上進行。可以測得絕緣子表面的污物分布。但這種方法只測量了污物有效分量的等值量，而沒有考慮濕潤、電弧發展過程等影響。同時，測量污穢等值鹽量時，使用水量的多少，影響測定值的準確度，有時可以相差幾倍，但此參量難于實現實時自動化監測，鹽密是一個平均的概念，時效性差。又因污物成分的不同，測量的結果會導致很大的差異。
[0008]絕緣子閃絡梯度法的優點是試驗真實絕緣子，并測量它們的污閃性能。但此方法費用較大，對電源設備及測量儀器的要求很高。同時，現場測量不容易捕捉到時機，由于自然污穢的積污水平達到臨界狀態，與引起污閃的氣象條件不可能同時發生，往往是污穢度已經達到臨界水平，但沒有出現充分的潮濕的條件而測量不到臨界的污閃電壓。此法現場運用受設備和條件的限制，普遍使用有難度。
[0009]上述幾種方法分別存在著無法帶電檢測，光學元器件不穩定，因表面特性復雜而無法確定解析式表達，受環境變量影響過大，造價昂貴而不利于大面積推廣使用等不足。
[0010]綜上分析，對絕緣子絕緣子污穢故障的檢測如何實現快速、準確判斷，并使檢測設備易操作、實用性強是目前亟待解決的問題。
實用新型內容
[0011]為了解決上述缺陷，本實用新型提供一種圖像分析法結合超聲原理能夠實現帶電、遠距離檢測絕緣子污穢的裝置，首先對絕緣子進行表面圖像、故障聲波分別采集，再由絕緣子污穢故障分析系統進行對應導入、比對分析及故障判斷，最后綜合兩方面的分析結果，得出絕緣子污穢狀態和故障報告。
[0012]為實現本實用新型的目的所采用的技術方案是:一種圖像分析結合超聲原理檢測絕緣子污穢的裝置，包括采集單元、主機、安裝有絕緣子污穢故障分析系統的電腦，所述采集單元通過信號傳輸線與主機連接，所述采集單元包括超聲波信號傳感器、高倍高精度望遠鏡攝像機、溫度傳感器及濕度傳感器，所述主機包括AD轉換器、放大器、濾波器和控制器。
[0013]所述控制器包括人機交互模塊、LED顯示模塊及語音模塊。
[0014]所述信號傳輸線采用4芯屏蔽電纜。
[0015]所述控制器上連接有偵聽耳機。
[0016]使用上述裝置檢測絕緣子污穢的方法，包括了以下步驟:
[0017]1.數據采集:分為超聲波信號采集和污穢圖像采集兩部分，a.將超聲波信號傳感器的瞄準線對準被測絕緣子串，并戴上耳機，超聲波信號傳感器將采集到的超聲波信號經過增幅和過濾后，再由主機進行第二次精密放大和過濾，控制器結合預設的距離、電壓等級和當前的溫濕度計算出超聲波波形和音頻信號的強度，模擬為響應的聲信號通過偵聽耳機，模擬為相應的柱狀圖通過LCD輸出；當偵聽耳機中傳來故障聲音時，停下來對故障點進行環繞360度檢測，以確定發出異常信號故障部位的準確位置，并將此時檢測到的超聲波信號通過主機上的存儲鍵存入USB存儲器中，從而完成故障點超聲波信號的采集；b.當結束故障點超聲波信號采集后，用高倍高精度望遠鏡攝像機對故障絕緣子進行圖像拍攝，并同時錄入塔桿的編碼信息；
[0018]2.信息分析:將存儲了超聲波信號數據和圖像文件數據的USB存儲器插入安裝有絕緣子污穢故障分析系統的電腦USB接口中，通過絕緣子污穢故障分析系統對應的數據信息導入已建好的“線路-塔桿”文件中，絕緣子污穢故障分析系統對絕緣子的污穢狀況有一個準確的判斷，并生成檢測報告。
[0019]圖像分析結合超聲檢測絕緣子污穢法是通過表面狀態圖像分析和超聲波在線檢測兩種方式的有效結合而形成的，所以它具有以下優勢:
[0020](I)此檢測方法能夠實現帶電、遠距離的在線檢測，可實現現場判斷和診斷軟件分析。因此就大大提高了電力巡檢的工作效率，并降低了工作人員的勞動強度。
[0021](2)該實用新型的方法采用圖像分析、超聲波在線監測兩種分析方法的結合，保證了對絕緣子污穢狀況的全面掌握，并能夠實現準確預警，降低絕緣子污閃造成的安全風險。
[0022](3)實現了從絕緣子污穢狀態檢測、記錄更新，故障現場判斷、預警，到提供決策參考的全過程管理，完善了電力企業管理內容。
[0023](4)為總結絕緣子電氣性能下降規律、絕緣子閃絡與其微氣象、微環境變化之間的關系提供理論依據，為線路運行維護部門逐步實現從“定期檢修”到“狀態檢修”的轉變，提供寶貴的現場運行資料。
[0024]圖像分析結合超聲檢測絕緣子污穢法及相應的儀器裝置，能夠實現對絕緣子污穢程度進行實時等級判斷，對發生的污閃情況進行及時預警，并且能夠對輸電線路的絕緣子質量及狀況進行常態化管理，從而有效地遏制因絕緣子故障而導致的安全運行事故。因此，
本實用新型的實現及推廣，將對電網安全穩定運行產生巨大的直接和間接的經濟和社會效益o
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]下面結合附圖對實用新型作進一步描述:
[0026]圖1是本實用新型的模塊示意圖；
[0027]圖2是本實用新型的超聲波數據采集電路示意圖；
[0028]圖3是本實用新型的超聲波數據處理電路示意圖。
【具體實施方式】
[0029]如圖1、2、3所示，一種圖像分析結合超聲原理檢測絕緣子污穢的裝置，包括采集模塊、主機、安裝有絕緣子污穢故障分析系統的電腦，所述采集模塊通過信號傳輸線與主機連接，所述采集模塊包括超聲波信號傳感器、高倍高精度望遠鏡攝像機、溫度傳感器及濕度傳感器，所述主機包括放大器、濾波器、AD轉換器、控制器。所述控制器包括人機交互模塊、LED顯示模塊及語音模塊。所述信號傳輸線采用4芯屏蔽電纜。所述控制器上連接有偵聽耳機。所述絕緣子污穢故障分析系統于2010年02月20日己進行軟件著作權登記，國家版權局登記號為2010SR053549。圖2:接插件Jl 口接收到到聲波信號后，經過運放芯片Ul放大，通過電容C2耦合，再經運放芯片U2 二次放大處理后從接插件J2輸出送入下一級處理。圖3:采集上一級圖2所示接插件J2 口信號送入接插件Jl 口，通過高阻抗運算放大器U9進行放大后，可變電阻器W2進行幅度調節，再經運放芯片UlO單運放進行二次放大，放大后的信號經電容C18、電容C19進行干擾濾波后分兩路輸出，一路經AD芯片US-1nAD轉換后送入中央處理器，柱狀圖形式顯示體現，另外一路送入運放芯片Ull經過低噪高速運放后音頻的方式接插件J2輸出。超聲波信號傳感器內置有增幅和過濾原件。
[0030]使用上述裝置檢測絕緣子污穢的方法，包括了以下步驟:
[0031]1.數據采集:分為超聲波信號采集和污穢圖像采集兩部分，a.將超聲波信號傳感器的瞄準線對準被測絕緣子串，并戴上耳機，超聲波信號傳感器將采集到的超聲波信號經過增幅和過濾后，再由主機進行第二次精密放大和過濾，控制器結合預設的距離、電壓等級和當前的溫濕度計算出超聲波波形和音頻信號的強度，模擬為響應的聲信號通過偵聽耳機，模擬為相應的柱狀圖通過LCD輸出；當音頻信號達到設定值時，偵聽耳機中傳來故障聲音時，停下來對故障點進行環繞360度檢測，以確定發出異常信號故障部位的準確位置，并將此時檢測到的超聲波信號通過主機上的存儲鍵存入USB存儲器中，從而完成故障點超聲波信號的采集；b.當結束故障點超聲波信號采集后，用高倍高精度望遠鏡攝像機對故障絕緣子進行圖像拍攝，并同時錄入塔桿的編碼信息；
[0032]2.信息分析:將存儲了超聲波信號數據和圖像文件數據的USB存儲器插入安裝有絕緣子污穢故障分析系統的電腦USB接口中，打開軟件，選擇“導入數據”，將對應的數據信息導入已建好的“線路-塔桿”文件中；絕緣子故障診斷系統結合環境因素、絕緣子固有狀況、距離因素，通過圖像分析、波形對比、聲頻對比手段，判定出絕緣子污穢情況，綜合客觀分析與主觀判斷，對絕緣子的污穢狀況有一個準確的判斷，并生成檢測報告。
[0033]圖像分析結合超聲檢測絕緣子污穢法是通過表面狀態圖像分析和超聲波在線檢測兩種方式的有效結合而形成的，所以它具有以下優勢:
[0034](1)此檢測方法能夠實現帶電、遠距離的在線檢測，可實現現場判斷和診斷軟件分析。因此就大大提高了電力巡檢的工作效率，并降低了工作人員的勞動強度。
[0035](2)該實用新型的方法采用圖像分析、超聲波在線監測兩種分析方法的結合，保證了對絕緣子污穢狀況的全面掌握，并能夠實現準確預警，降低絕緣子污閃造成的安全風險。
[0036](3)實現了從絕緣子污穢狀態檢測、記錄更新，故障現場判斷、預警，到提供決策參考的全過程管理，完善了電力企業管理內容。
[0037](4)為總結絕緣子電氣性能下降規律、絕緣子閃絡與其微氣象、微環境變化之間的關系提供理論依據，為線路運行維護部門逐步實現從“定期檢修”到“狀態檢修”的轉變，提供寶貴的現場運行資料。
[0038]圖像分析結合超聲檢測絕緣子污穢法及相應的儀器裝置，能夠實現對絕緣子污穢程度進行實時等級判斷，對發生的污閃情況進行及時預警，并且能夠對輸電線路的絕緣子質量及狀況進行常態化管理，從而有效地遏制因絕緣子故障而導致的安全運行事故。因此，
本實用新型的實現及推廣，將對電網安全穩定運行產生巨大的直接和間接的經濟和社會效益。
【權利要求】
1.一種圖像分析結合超聲原理檢測絕緣子污穢的裝置，其特征在于:包括采集單元、主機、安裝有絕緣子污穢故障分析系統的電腦，所述采集單元通過信號傳輸線與主機連接，所述采集單元包括超聲波信號傳感器、高倍高精度望遠鏡攝像機、溫度傳感器及濕度傳感器，所述主機包括AD轉換器、放大器、濾波器和控制器。
2.如權利要求1所述的圖像分析結合超聲原理檢測絕緣子污穢的裝置，其特征在于:所述控制器包括人機交互模塊、LED顯示模塊及語音模塊。
3.如權利要求1所述的圖像分析結合超聲原理檢測絕緣子污穢的裝置，其特征在于:所述信號傳輸線采用4芯屏蔽電纜。
4.如權利要求1所述的圖像分析結合超聲原理檢測絕緣子污穢的裝置，其特征在于:所述控制器上連接有偵聽耳機。
【文檔編號】G01N29/14GK203561591SQ201320615763
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】王瑞琦, 胡智鵬, 李建國, 劉婭, 趙航, 萬濤, 吳昊, 王東, 郭銳 申請人:國網河南省電力公司駐馬店供電公司, 河南宏博測控技術有限公司