交流導線表面粗糙度的預測方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力輸送領域，特別涉及一種交流導線表面粗糙度的預測方法及系 統。
【背景技術】
[0002] 隨著國民經濟的快速發展，我國的電網規模也在不斷擴大，新的超、特高壓輸電線 路在設計和建造時無不考慮電磁環境問題，按照電力行業標準嚴控落實，因此電磁環境問 題也成為制約超、特輸變電工程成功與否的關鍵因素之一，而引起長期運行導線電磁環境 變化的原因主要是導線表面電暈放電效應的變化。
[0003] 其中，當導體表面的電場強度超過一定的臨界值后，就會引起周圍空氣電離，并產 生局部放電、發光，這被稱為電暈放電現象。交流超、特高壓輸電線路電暈放電會產生無線 電干擾、可聽噪聲和電暈能量損耗等效應；直流高壓輸電線路電暈放電除了會產生無線電 干擾、可聽噪聲、電暈能量損耗外，由于放電產生的大量空間電荷還會對地面合成電場強 度、離子電流產生顯著影響。
[0004] 而在導線型號、分裂方式、安裝高度、外部環境等條件一致的情況下，新導線和長 期運行導線電暈效應產生差異的根本原因是導線表面狀態的不同。輸電線路在長期運行過 程中，直接受到大氣環境的影響。工業企業排放的大量酸性氣體和固體顆粒在水分、氧氣的 長期作用下，和輸電線路外層的鋁導線發生一系列理化反應，引起導線外層狀態的變化，從 而直接影響到導線的電暈放電效應。
[0005] 同時，隨著公眾對其所處的工作、生活環境保護意識的不斷增強，高壓輸變電設備 附近的可聽噪聲、無線電干擾、工頻電場、離子電流等電磁環境問題在不少地方已經成為公 眾關注的熱點。另外，在大氣環境污染較嚴重地區的導線存在著明顯的電暈放電現象，導致 了線路附近的可聽噪聲、無線電干擾升高，部分地區甚至引發了附近居民和電力部門之間 的矛盾。
[0006] 現有的測量導線表面狀態的方法須將導線取樣后，利用精密儀器進行分析測量， 例如：利用掃描電子顯微鏡來觀測導線表面的二維形貌；利用三維白光干涉形貌儀觀測導 線表面的三維輪廓并推算其粗糙程度、以及導線電磁環境有關的重要參數。
[0007] 然而，利用三維白光干涉形貌儀測量導線表面的三維輪廓并推算其粗糙程度，必 須建立在獲得導線樣本的情況下，而在實際工作中若取得導線樣本時需要將導線截斷一部 分，這就破壞了導線本身的結構。因此，對于正在運行的輸電線路或處于實驗中的線路而 言，很難得到導線樣本。
[0008] 經過大量的調查研究，本發明的發明人發現：對于大氣環境惡劣地區運行的導線， 在電磁環境的硬性約束下，其實際壽命會低于設計運行年限。并且，經過長期運行后的輸電 線路電磁環境是否能保持剛投入運行時的水平，這對于電力運行、管理部門來說仍然顯得 非常重要，因此如何及時了解導線表面狀態的變化情況是本領域亟待解決的問題。
【發明內容】
[0009] 有鑒于此，本發明實施例的目的在于提出一種交流導線表面粗糙度的預測方法及 系統，能夠在不截斷導線的情況下，獲取導線表面圖像特征，從而快速并相對準確地預測導 線粗糙程度。
[0010] 進一步來講，該交流導線表面粗糙度的預測方法包括：獲取導線的表面圖像；對 所述表面圖像進行處理，獲取對應的灰度圖像參數；根據所述灰度圖像參數得到灰度共生 矩陣，并計算出所述灰度共生矩陣的特征參數；基于預先建立的所述灰度共生矩陣的特征 參數和導線表面粗糙度的函數關系，分別計算出與所述特征參數相對應的導線表面粗糙 度；根據所述導線表面粗糙度，得到所述導線表面粗糙度的平均值Ra。
[0011] 可選地，在一些實施例中，上述交流導線表面粗糙度的預測方法還包括：根據所述 導線表面粗糙度的平均值Ra，預測導線周圍的電磁環境和/或推算導線壽命。
[0012] 可選地，在一些實施例中，所述獲取導線的表面圖像的步驟包括：采用設置有微距 鏡頭的照相設備，在估算的拍攝距離內，采集導線的表面圖像；其中，所述表面圖像的像素 不低于1024X900,分辨率不低于300點/英寸。
[0013] 可選地，在一些實施例中，所述對表面圖像進行處理，獲取對應的灰度圖像參數的 步驟包括：將所述表面圖像處理為灰度圖像；利用鄰域平均法對灰度圖像進行預處理，削 弱圖像的噪聲點，平滑圖像灰度；截取灰度圖像，并獲取對應的灰度圖像參數。
[0014] 可選地，在一些實施例中，所述灰度共生矩陣的特征參數包括：熵ENT，為圖像內 容隨機性的度量參數，所述熵ENT的數值大小反映圖像紋理復雜度；角二階矩ASM，為灰度 共生矩陣中各元素的平方和，用于反映圖像灰度分布的均勻程度和紋理的粗糙程度；對比 度C0N，為所述灰度共生矩陣中關于對角線的慣性矩，用于反映矩陣值的分布情況，所述對 比度的值代表圖像紋理的深淺；相關性C0RRLN，為度量所述灰度共生矩陣在某一方向相似 程度的參數。
[0015] 可選地，在一些實施例中，所述預先建立的所述灰度共生矩陣的特征參數和導線 表面粗糙度的函數關系包括：
[0016] 所述熵ENT與所述導線表面粗糙度民呈近似線性關系，采用函數關系式表達為： ENT=iUKA-d。）；其中，匕為第一圖像轉換系數，N為圖像放大倍數，β 呈近似線 性增加關系；K。、d。為常數，βN的取值范圍為0. 85~1. 15,K。的取值范圍為0. 1~0. 2,d的取值范圍為〇~〇. 1 ;
[0017] 所述角二階矩ASM與所述導線表面粗糙度民呈近似指數上升關系，采用函數關系 式表達為
；其中，第二圖像轉換系數，N為圖像放大倍 數，呈近似線性增加關系為常數，γN的取值范圍為0.85~1. 15，(^的取 值范圍為〇. 3~0. 6, 的取值范圍為0. 8~1. 4,Xi的取值范圍為0. 1~0. 3 ;
[0018] 所述對比度C0N與所述導線表面粗糙度民呈近似指數上升關系，采用函數關系式 表達為
；其中，ΦΝ*第三圖像轉換系數，N為圖像放大倍數， Ν呈近似線性增加關系；C2、a2、χ2為常數，ΦΝ的取值范圍為0· 85~1. 15,C2的取值 范圍為0. 3~0. 6,a2的取值范圍為0. 3~0. 5,X2的取值范圍為0. 1~0. 3 ;
[0019] 所述相關性C0RRLN與所述導線表面粗糙度民呈近似指數下降關系，采用函數關 系式表達為：
；其中，h為第四圖像轉換系數，N為圖像放 大倍數，δN呈近似線性增加關系；C3、a3、x3為常數，δN的取值范圍為〇. 85~1. 15,C3 的取值范圍為4. 2~6. 1，a3的取值范圍為1. 1~1. 5,X3的取值范圍為0. 1~0. 3 ;
[0020] 根據所述灰度共生矩陣的特征參數和導線表面粗糙度的函數關系計算得到導線 表面粗糙度民（i= 1，2, 3, 4)，所述導線表面粗糙度的平均值Ra=(R /4。
[0021] 可選地，在一些實施例中，上述交流導線表面粗糙度的預測方法還包括：對通過處 理所述表面圖像得到的灰度圖像進行數字化處理，并獲取由所述灰度圖像的像素灰度值組 成的灰度值矩陣；計算所述灰度值矩陣的方差F，所述方差F與導線表面粗糙度1?5呈近似線 性關系，具有函數關系：FN=αjKi^-山）；其中，（^為第五圖像轉換系數，N為圖像放大倍 數，α,與N呈近似線性增加關系；Kρ山為常數，αN的取值范圍為〇. 85~1. 15,Ki的取值 范圍為120~160,山的取值范圍為12~20 ;根據所述方差F與導線表面粗糙度R5的函數 關系，計算導線表面粗糙度R5;采用導線表面粗糙度R5，修正所述導線表面粗糙度的平均值 Ra=(R1+R2+R3+R4'*'R5)/5〇
[0022] 相對應的，本發明還提出一種交流導線表面粗糙度的預測系統，該系統包括：圖像 采集設備，用于獲取導線的表面圖像；圖像處理裝置，用于對所述表面圖像進行處理，獲取 對應的灰度圖像參數；矩陣生成裝置，用于根據所述灰度圖像參數得到灰度共生矩陣，并計 算出所述灰度共生矩陣的特征參數；粗糙度計算裝置，用于基于預先建立的所述灰度共生 矩陣的特征參數和導線表面粗糙度的函數關系，分別計算出與所述特征參數相對應的導線 表面粗糙度；以及，用于根據所述導線表面粗糙度，得到所述導線表面粗糙度的平均值Ra。
[0023] 可選地，在一些實施例中，所述圖像處理裝置進一步用于：對通過處理所述表面圖 像得到的灰度圖像進行數字化處理；所述矩陣生成裝置進一步用于：獲取由所述灰度圖像 的像素灰度值組成的灰度值矩陣；所述粗糙度計算裝置進一步用于：根據所述灰度值矩陣 的方差F與導線表面粗糙度的函數關系，修正所述導線表面粗糙度的平均值Ra。
[0024] 可選地，在一些實施例中，上述交流導線表面粗糙度的預測系統還包括：電磁環境 預測裝置，用于根據所述導線表面粗糙度的平均值Ra預測導線周圍的電磁環境；和/或，導 線壽命推算裝置，用于根據所述導線表面粗糙度的平均值Ra推算導線的壽命。
[0025] 相對于現有技術，本