基于红外热像技术的绝缘子状态检测与诊断

零值绝缘子红外判定标准零值绝缘子红外判定是电力系统中一项重要的绝缘检测方法，其能够及早发现零值绝缘子上的缺陷，确保电力系统的安全运行。

为了保证零值绝缘子红外判定工作的准确性和统一性，制定一份专门针对零值绝缘子红外判定的标准是非常必要的。

本文将从红外判定的原理、设备和操作流程等方面介绍零值绝缘子红外判定标准。

第一部分：红外判定的原理零值绝缘子红外判定是基于红外热图技术的，其原理是利用红外热图仪对零值绝缘子表面的红外分布进行扫描，通过红外图像的色彩变化判断零值绝缘子表面是否存在缺陷。

根据电力系统的要求，制定了以下几项关于红外判定原理的标准：1. 红外热图仪的选择：选择具备高分辨率、高灵敏度和高温测量范围的红外热图仪，并且要求其具备良好的抗干扰能力和稳定性。

2. 红外判定的参数设置：包括红外热图仪的观测方式、观测距离、观测角度、测量范围和测量时间等参数的设置。

这些参数的选择应根据具体情况和需要进行调整，以保证判定的准确性和可靠性。

第二部分：设备要求为了保证零值绝缘子红外判定的准确性，标准规定了对设备的要求：1. 红外热图仪的校准：红外热图仪应定期进行校准，确保其测量结果的准确性。

校准应由专业的技术人员进行，并记录校准过程和结果。

2. 设备的维护：定期对红外热图仪进行维护和保养，确保其正常工作。

维护包括：清洁镜头、充电电池、检查连接线路等。

第三部分：操作流程标准提出了零值绝缘子红外判定的具体操作流程，以保证每一次判定的准确性和可靠性：1. 前期准备：包括设备的准备、校准和检查、环境的调整等。

2. 判定过程：包括对绝缘子表面的扫描、记录红外图像和数据、分析和判断缺陷等。

3. 结果评价：根据红外图像和数据分析结果进行评价，判断缺陷的严重程度和后续处理的措施。

第四部分：判定标准化为了使零值绝缘子红外判定工作更加规范和统一，标准化是非常重要的。

标准化包括对设备、操作流程和结果评价的一致性要求，以及制定相应的培训和考核机制等。

基于红外热像的绝缘子诊断方法研究与应用随着电力系统的不断发展，绝缘子作为电力系统中的重要组成部分，其安全可靠运行对于电力系统的稳定运行至关重要。

然而，由于绝缘子在长期运行过程中受到环境因素的影响，其绝缘性能会逐渐下降，从而导致电力系统的故障和事故。

因此，对绝缘子进行定期检测和诊断，是保障电力系统安全稳定运行的重要手段之一。

红外热像技术是一种非接触式、无损伤、快速、高效的检测手段，已经被广泛应用于绝缘子的诊断和评估。

该技术通过测量绝缘子表面的红外辐射能量，可以反映绝缘子的温度分布情况，从而判断绝缘子的工作状态和健康状况。

具体来说，当绝缘子表面存在缺陷或局部损伤时，其温度会发生变化，从而在红外热像图像上呈现出不同的颜色和亮度，通过对这些变化的分析和识别，可以确定绝缘子的故障类型和位置。

基于红外热像的绝缘子诊断方法主要包括以下几个步骤：1. 绝缘子表面清洁：在进行红外热像检测之前，需要对绝缘子表面进行清洁，以确保检测结果的准确性和可靠性。

2. 红外热像拍摄：使用红外热像仪对绝缘子表面进行拍摄，获取绝缘子的红外热像图像。

3. 图像处理和分析：对获取的红外热像图像进行处理和分析，通过比较不同区域的温度差异，确定绝缘子的故障类型和位置。

4. 故障诊断和评估：根据分析结果，对绝缘子的故障类型和位置进行诊断和评估，制定相应的维修和保养方案。

基于红外热像的绝缘子诊断方法具有以下优点：1. 非接触式检测：不需要接触绝缘子表面，避免了对绝缘子的损伤和影响。

2. 无损伤检测：不会对绝缘子造成任何损伤，保证了绝缘子的完整性和安全性。

3. 快速高效：红外热像技术可以快速获取绝缘子的温度分布图像，大大提高了检测效率和准确性。

4. 高精度：红外热像技术可以精确地测量绝缘子表面的温度分布，能够检测到微小的温度变化，从而提高了故障诊断的准确性和可靠性。

基于红外热像的绝缘子诊断方法已经被广泛应用于电力系统中，取得了良好的效果。

通过该技术的应用，可以及时发现和处理绝缘子的故障和缺陷，保障电力系统的安全稳定运行。

红外热像技术在绝缘子故障检测中的应用发表时间：2016-06-02T10:53:09.000Z 来源：《电力设备》2016年第4期作者：高逸君杨冲[导读] 绝缘子长期运行在野外空旷地区。

由于内部机械应力、机电负荷、大气污染等原因的影响而发生各种缺陷故障。

（国网上海市电力公司检修公司上海 200063）摘要：绝缘子长期运行在野外空旷地区。

由于内部机械应力、机电负荷、大气污染等原因的影响而发生各种缺陷故障。

绝缘子故障的常规检测方法不仅劳动强度大、安全性差、效率低、准确性不高。

红外热像技术检测方法具有非接触性、操作安全、灵敏度高、检测效率高、不易受电磁干扰、经济、快捷等优点，对在绝缘子故障检测方面起到了重要的作用。

关键词：绝缘子；缺陷；红外热像；故障检测1 引言绝缘子在电力系统中担负着输电线路电气绝缘和机械支撑的重要作用,大部分绝缘子在户外运行,受不同环境影响,就可能会发生绝缘子故障,从而影响电力系统正常运行,给电力系统带来损失。

目前方法是由人工携带检测装置到杆塔附近检测,检测的任务较重,强度较大，需要投入大量的人力物力而且高空带电作业也具有相当大的危险性,因此如何准确又方便检测出绝缘子运行状况,是国内外对绝缘子检测的难点。

红外热像技术是一种实用、方便的现场检测方法，它通过检测局部放电、泄漏电流引起的局部温度升高，能直观地发现绝缘子早期缺陷迹象，从而及时采取相应措施，避免因绝缘子缺陷而引起的事故。

红外成像技术具有效率高、安全可靠、判断准确、图像直观、探测距离远、检测速度快、不接触探测、不受电磁干扰等特点。

红外热像技术对绝缘子故障检测，维持系统的的安全、稳定起到了重要的作用。

2 红外热像技术基本原理红外热像技术的基本原理是以被测目标的红外辐射能量与温度成一定函数关系，以数字或二维热图像的形式，显示设备表面的温度值或温度场分布的一种探测技术。

被测目标的红外辐射能量经仪器透镜会聚。

并通过红外滤光片进入探测器，探测器将辐射能转换为电能的信号，经放大器放大、电子电路处理，最终由显示器显示出被测物体的表面温度。

基于红外热像的低零值绝缘子检测技术研究何良;刘书弟;张禹;何宇航;周电波;姚晓【摘要】分析了绝缘子串的电压分布及发热功率,归纳了低零值绝缘子红外热像图谱特征,采用红外热像技术进行绝缘子带电检测,现场检测结果表明,红外热像技术可通过遥测绝缘子串温度特征来判断绝缘子绝缘性能.该种方法能有效发现低零值绝缘子,具有工作效率高、安全等优点.【期刊名称】《四川电力技术》【年(卷),期】2018(041)002【总页数】4页(P72-75)【关键词】绝缘子;红外热像;低零值;温度特征【作者】何良;刘书弟;张禹;何宇航;周电波;姚晓【作者单位】国网四川省电力公司电力科学研究院,四川成都610072;华北电力大学,北京102206;上海海能信息科技有限公司,上海201315;国网四川省电力公司电力科学研究院,四川成都610072;国网四川省电力公司电力科学研究院,四川成都610072;国网四川省电力公司电力科学研究院,四川成都610072【正文语种】中文【中图分类】TM800 引言瓷质绝缘子是变电站的重要绝缘部件，其质量主要体现在机械性能和电气性能两个方面。

由于瓷质绝缘子在运行过程中因长期经受强电磁场、机械应力、冷热变化、湿度等作用，可能出现绝缘性能劣化，如绝缘电阻降低、瓷件开裂等。

特别在变电站内，绝缘子劣化直接影响电网安全稳定运行[1]。

若绝缘子串中存在低零值绝缘子，导致有效绝缘距离变短增加绝缘子串的闪络概率，严重时出现绝缘子串掉串及导线落地等事故[2]。

目前低零值绝缘子检测方法主要有：绝缘电阻法、工频耐压法、电压分布法、超声波法、紫外成像法等[3-7]。

前两种方法精度较高，但只能停电试验，具有检测工作量大、成本高等缺点。

电压分布法则是将测得的绝缘子串分布电压与标准分布电压进行比较来判断是否存在低零值绝缘子，需要登高作业，具有安全隐患大、劳动强度高等不足。

后两种方法可在带电情况下进行检测，但易受干扰，检测精度低。

专利名称：基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法专利类型：发明专利
发明人：刘嵘,沈庆河,胡晓黎,雍军,郑建,段玉兵
申请号：CN201510035993.0
申请日：20150123
公开号：CN104713901A
公开日：
20150617
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于红外精确测温的复合绝缘子绝缘缺陷检测方法，根据热像图中不同颜色代表的不同温度，判断该复合绝缘子上是否存在发热异常部位，如果不存在，则认为设备正常，如果存在发热异常部位，则比较发热异常部位最高温度与环境温度的温差，如大于设定的温度阈值C，C>1，则复合绝缘子存在绝缘缺陷，如小于设定的温度阈值C，C>1，再进行同类比较，根据同塔三相或同相双串复合绝缘子对应部位的温差进行比较分析，此时的温差是指三相或双串复合绝缘子热像图中对应部位最高温度点的差值，温差小于1K，则认为设备正常，温差大于1K时，登塔复测。

本方法提高了复合绝缘子的检测效率，提升了复合绝缘子绝缘缺陷判断的准确率。

申请人：国家电网公司,国网山东省电力公司电力科学研究院
地址：100031 北京市西城区西长安街86号
国籍：CN
代理机构：济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：赵妍
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线路绝缘子红外诊断的局限性与诊断方法探讨前言利用红外热成像仪对经火花间隙检测器检测的零值绝缘子串进行红外诊测，发现零值绝缘子与良好绝缘子温度非常接近，无法进行正确判断。

同时，受太阳和背景辐射、环境温度、气象条件、大气衰减、发射率、设备运行状态、仪器与被测设备的距离等影响，可能导致一个设备故障因检测条件的不同而得到不同的结果。

因此对于绝缘子的诊测应采用多种方法相结合，以提高结果的正确性，确保设备安全运行。

一、线路绝缘子故障红外诊断原理绝缘子故障主要指绝缘电阻劣化和表面污秽。

所谓绝缘子劣化，就是处于高压带电运行状态下的线路绝缘子，由于瓷坯、瓷釉和水泥之间热胀系数不匹配，引起长期静、动负荷的疲劳，导致抗拉强度降低，在钢脚部位及钢脚颈部（即球根部）出现绝缘子疲劳破坏，或因电的或机械的原因，引起绝缘子老化，产生裂纹或破损，造成绝缘电子减小，泄漏电流增大，最终导致绝缘子高压性能降低。

根据绝缘电阻减小的程度，劣化绝缘子又分为低值绝缘子和零值绝缘子。

而所谓污秽绝缘子就是因环境严重污染引起表面泄漏电流增大的绝缘子。

我们知道，任何电气设备故障红外诊断的基础在于探测和识别故障目标温度的特征性变化与分布，绝缘子故障的红外诊断也不例外。

一般来说，运行状态下绝缘子发热包括三部分，即交流电压作用下绝缘介质极化效应引起介质损耗发热；绝缘子内部穿透性泄漏电流引起的发热；表面爬电泄漏电流引起的发热。

这三种发热在不同情况下的贡献大小不同，正常情况下，只有截至损耗发热，而在绝缘电阻劣化或表面严重污秽的情况下，则分别以后两种发热为主。

研究表明，绝缘子的发热功率及温升，均与绝缘子串上的分布电压有关（如图1、2）。

二、劣化绝缘子红外诊断的局限性绝缘子串的劣化绝缘子因绝缘电阻减小，其分布电压和发热程度（或温升）应随电阻的减小而发生相应变化。

实验研究结果表明，对于串中给定位置处的劣化绝缘子而言，其温升及分布电压随绝缘电阻值的变化规律如图2所示。

红外热像技术在低零值绝缘子检测中的应用摘要：绝缘子电气（绝缘）性能容易在自然环境、雷击以及机电负荷等因素的影响下有所下降，随着时间推移甚至会丧失绝缘性能，为保证其可安全稳定的运行，需要定期检测绝缘子的绝缘性能。

在低零值绝缘子检测中应用红外热像技术具有明显的优势。

本文将会对红外热像技术在低零值绝缘子检测中的应用进行分析。

关键词：红外热像技术；低零值绝缘子；火花间隙法引言由于绝缘在进行带电运行时，由于在室外长时间受到温度变化以及其他自然因素的影响，出现绝缘性下降的情况，在低零值绝缘子检测中应用红外热像技术可有效减少人力资源，提升工作效率，完成检测，判断其绝缘性。

1 低零值绝缘子的简述电阻值为零的绝缘子被称为零值绝缘子；电阻值小于标准值且不为零的绝缘子被称为低值绝缘子。

500kV及以上电压等级运行的绝缘子的绝缘电阻低于500MΩ, 330kV及以下电压等级运行的，绝缘子的绝缘电阻低于300MΩ为低（零）值绝缘。

通常带电检测绝缘子中无法明确区分，又没有必要区分的电器绝缘性能不合格的绝缘子统称为低零值绝缘子。

2红外热像技术的简述红外热像技术是一种借助光学成像到感光元件上，感光元件再将电信号转化成肉眼可见的红外热像图，该热像图和物体表层的热分布情景相对应。

简单来说红外热像技术为把物体发出不可见的红外能量转化为可以看到的热图像，其图像中不同的颜色代表着检测物体不同的温度。

利用检测待测绝缘子串实际的温度分布状况，可以判断其状态如何。

使用红外热成像技术的优点比较多，属于非接触类的检测，即不和检测对像绝缘子串进行接触，十分安全；其次红外热图属于二维画面，能够体现出被测范围所有点的具体的温度情况，可以直观且快速的看出发热点和非发热点；而且红外热成像还可以将处于同一个区域内物体的实际温度进行点选并查看两个点之间存在的温差等，对仪器设置好以后可以实时的快速对目标展开扫描，将扫描结果传输至电脑中对监控进行时实分析。

3 空间分辨率的简述空间分别率为观测影像中可以识别两个邻近地位之间的最小距离，其所表述的大小、尺寸在图像中为独立、离散的，能够反映出图像空间的详细程度。

LIR红外热像仪助力变电站绝缘子检测与诊断
定期红外检测，可以查找故障位置，诊断问题的严重程度，并在故障发生之前及时纠正。

这有助于营造更安全的工作环境，提高整个系统的生产效率，且可通过避免停电意外，提高客户满意度。

远距离检测和诊断故障
客户面临的挑战
绝缘子发生故障可能导致大面积停电，还可能影响输电系统中的多个组件，进而引发更严重和更难以处理的问题。

由于绝缘子通常安装在高处且难以接近的位置，其潜在故障的检测有时就变得比较困难。

由于检测难以进行，故障诊断也成了一大挑战。

故障组件可能位于绝缘子内部，对其进行远距离准确测温就变得更加困难。

绝缘子发生故障可能导致大面积停电
解决方案
组合使用红外热像仪进行定期温度监测有助于提前检测和诊断即将发生的故障。

借助红外热像仪(如FLIR E8)，能轻而易举地扫描温差和热点，定位故障大
致区域,再使用高性能红外热像仪(如FLIR T640)诊断问题。

红外热像仪FLIR T640极佳的测温精度使得远距离检测轻微异常成为可能。

当检测和诊断潜在故障时，红外热成像仪是极其有效的工具结果
定期红外检测，可以查找故障位置，诊断问题的严重程度，并在故障发生之前及时纠正。

这有助于营造更安全的工作环境，提高整个系统的生产效率，且可通过避免停电意外，提高客户满意度。

红外热成像技术在检测瓷绝缘子状态中的运用摘要：运行中的瓷质绝缘子长期工作于强电场、机械应力、污秽及温湿度等共存的复杂环境中，产生零值或低值绝缘子，易发生闪络事故，影响线路的安全运行。

采用红外热成像仪器检测在保证精度的前提下实现对绝缘子进行非接触式检测，且不受高压电磁场的干扰。

通过对悬式绝缘子红外检测，跟踪绝缘子的劣化及污秽程度，及时掌握绝缘子的运行状况，实现绝缘子的状态监测。

关键词: 红外热成像；检测；绝缘子；零值；污秽度；1引言悬式瓷绝缘子长期运行于强电场、高温日照、污秽物等环境下，其绝缘性能会出现降低，如果绝缘子串中存在零值，相当于部分绝缘被短路，相应地减少了绝缘子串的整体爬电距离，大大增加了该串绝缘子的闪络概率。

当绝缘子劣化发展到一定程度，或者受到雷击过电压、冲击过电压、污秽闪络等外部作用，容易造成流注放电、头部绝缘击穿等现象，有可能发展成瓷裙炸裂、钢帽爆炸、钢脚烧断等故障，甚至发生断串、掉线事故。

因此，对绝缘子进行检测十分必要。

目前，绝缘子的检测方法主要有绝缘电阻法、电压分布法、脉冲电流法、火花间隙法等。

这些检测不但工作量大、安全性差，而且准确性不高，工作效率低。

现在利用红外热成像技术现开展检测零值绝缘子作为一种新技术逐步开展。

其原理为：在绝缘子发生绝缘劣化或者表面污秽严重后，会造成运行中绝缘子串的分布电压改变、泄漏电流异常，出现发热或局部发凉迹象。

通过红外热成像，可得到绝缘子串的热场分布，进而判定绝缘子的运行状态。

该方法能实现对绝缘子进行非接触式检测，且不受高压电磁场的干扰，具有检测成本低、安全性高、实用性强，检测准确、快捷的特点。

2工作原理劣化绝缘子在绝缘性能上主要分为低值和零值绝缘子。

以220kV电压等级的绝缘子为例，正常绝缘子的绝缘电阻值，使用2500V及以上的兆欧表测量，不应低于300 MΩ；当绝缘子的绝缘性能劣化后，绝缘电阻降为 10～300 MΩ时，称为“低值绝缘子”；绝缘电阻降为10 MΩ以下时，称为“零值绝缘子”。

基于红外图像的绝缘子串自动提取和状态识别姚建刚;付鹏;李唐兵;朱向前;伍也凡;欧阳旭;付强【摘要】为解决目前绝缘子低零值检测方法漏判率高、操作繁琐的问题,提出了一种新的绝缘子串红外图像中绝缘子盘面和铁帽区域自动提取方法和状态识别模型.首先将现场拍摄的绝缘子红外图像进行灰度化处理、去噪、二值化;然后从二值图像中提取反映绝缘子的特征点集合;通过特征点对二值图进行角度校正;最后通过区域提取中的特定算法提取出绝缘子的盘面和铁帽区域.通过提取该区域内的绝对温度、纹理和相对温差率作为绝缘子状态识别的特征集.将用电压分布法测得的绝缘子状态信息作为输出向量,通过训练得到优化的识别模型,用于绝缘子状态识别.该方法经过了220 kV试验验证,证实了模型的有效性和实用性.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(042)002【总页数】7页(P74-80)【关键词】绝缘子;红外图像;二值形态学;Hough变换;自动提取;铁帽;纹理特性【作者】姚建刚;付鹏;李唐兵;朱向前;伍也凡;欧阳旭;付强【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;江西省电力科学研究院,江西南昌330096;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TP301.6;TM85绝缘子被广泛应用于输电线路中，是输电网络的重要组成部分.因此绝缘子的状态检测将是一个繁重的工作.相较于传统的人工登杆巡线检测方式，利用红外热像仪进行巡线拍摄[1]，并使用图像处理技术自动检测故障的巡线方式更为高效[2]，是目前智能巡线检查的主要发展方向.同串绝缘子污湿状态相似，环境因素也一致，因此各绝缘子承载电压基本一致、发热情况也基本相同，同串才有可比性.正常绝缘子串以铁帽为主要发热中心，其温度分布和电压分布规律相似，也呈现不对称的马鞍型，但相邻绝缘子温差很小.低值绝缘子发热比正常绝缘子温度高，零值绝缘子发热比正常绝缘子温度要低，而表面污秽绝缘子其热像特征以瓷盘面为发热区，表现为瓷盘温升偏高而铁帽温升正常[3].因此，获取绝缘子盘面和铁帽区域的信息至关重要，而红外图像中绝缘子的自动识别提取则是其中的基础步骤.目前有基于航拍图像的绝缘子提取方法，但航拍图像和红外热像图像有本质的不同，航拍图像保留了绝缘子本来的外貌特性和性质，如颜色.而红外热像图像是基于温度的信息.对于绝缘子的零低值检测温度才是最关键的信息.文献[4-5]提出了航拍图像的绝缘子提取，但只能针对整串，不能将单个绝缘子区分开来.文献[6]提出了绝缘子单个盘面的提取方法，但需要手动选取5个点才能获得一个盘面，且不能获得铁帽区域.二者都不利于图像的自动、批量处理.本文提出了一种新的绝缘子盘面和铁帽区域自动提取方法和状态识别算法，结果表明：该方法能够很好地从现场拍摄的红外图像中完整地提取出绝缘子的盘面和铁帽区域，并能较正确地识别出问题绝缘子，抗干扰性强，有较高的工程应用价值.劣化绝缘子的红外识别主要由图像处理、特征集提取以及模式识别这三部分组成.图像处理是在兼顾运行速度的前提下，采用合适的算法将绝缘子串有效地分割出来；特征参数的选取必须能反映出串中正常绝缘子与劣化绝缘子之间的差异；模式识别主要采用人工智能算法，通过挖掘特征参数所含信息来判断是否含有劣化绝缘子.图1为识别模型流程.瓷质绝缘子的红外图像具有以下4个特征[7]：1)瓷质绝缘子为轴对称结构，由铁帽、钢脚和瓷盘面3部分组成；2)红外图像中的单片绝缘子盘面常呈现为椭圆形状，铁帽呈等腰梯形；3)绝缘子一般成串出现，其数量随着输电线路的电压等级而不同，一般110 kV输电线路为7片，220 kV输电线路为14片；4)同串绝缘子一般由同一型号、物理外形相同的绝缘子组成，在红外图像中表现为尺寸基本一致，且等间距排列.基于绝缘子串的上述特征，本文提出绝缘子红外图像目标区域自动提取的方法，其流程图如图1中右半图所示，实现了自动提取绝缘子盘面和铁帽区域的功能，整个提取过程包括红外图像预处理、特征点提取、角度校正和区域提取4个部分.2.1 灰度化和去噪在YUV颜色模型中，Y分量表示的是亮度；将RGB颜色转换成YUV颜色，只取其中的Y分量，即可表示为灰度图像.如下式[8]：f=Y=0.299R+0.587G+0.114B红外热像图像具有大噪声、低对比度的特点，普通的滤波方法虽能滤去部分噪声，但同时也模糊了图像本身，丢失了图像的部分边缘和细节.因此，本文采用自适应平滑滤波算法对其滤波去噪[9].2.2 OTSU分割OTSU算法也称最大类间差法[10]，是图像分割中阈值选取的最佳算法，计算简单，不受图像亮度和对比度的影响.本文将采用该算法确定阈值T，然后对其进行二值化处理：2.3 二值形态学数学形态学中二值图像的形态变换是一种针对集合的处理过程.将二值图像看成是集合，并用结构元素去度量和提取图像中的对应形状，去除不相干的结构，以达到图像分析和识别的目的.它的最基本运算有：腐蚀和膨胀[11].骨架，可以理解为图像的中轴.集合A的骨架化：反复移除图像A的边界像素，但不允许原本连接的目标图像断裂，且操作保持欧拉数不变.所谓细化，就是从原来的图中去掉一些边界点，但仍要保持原来的形状.先膨胀后腐蚀的过程称为闭运算，它具有填充细小空洞、连接邻近物体和平滑边界的作用.先腐蚀后膨胀的过程称为开运算，它具有消除细小物体、在纤细处分离物体和平滑较大物体边界的作用，如消除导线干扰[12].在不同的应用场合，结构元素的选择及其相应的处理算法是不一样的，结构元素的大小、形状选择合适与否，将直接影响图像的形态运算结果.为了保证图像处理的最佳效果，本文中不同地方的膨胀或腐蚀所用到的结构元素都有所不同.2.4 绝缘子图像的倾斜角度校正当红外图像中绝缘子倾斜时，利用绝缘子图像的几何特征，对绝缘子倾斜角度进行估计校正.校正的基本思路为：1)对二值化图像细化，获取绝缘子骨架；2)从骨架图中计算出交点，作为Hough变换的特征点集S；3)采用Hough变换对S进行直线拟合，计算出最长的拟合直线L和其倾斜角θ，即用该倾斜角对绝缘子图像进行倾斜校正[13]，能将倾斜校正误差控制在1°左右.最简单的Hough变换是在图像中检测直线.在平面直角坐标系(x-y)中，用方程y=kx+b表示一条直线.该直线上任意一点(x,y)变换到(k-b)参数空间将只变成一个“点”，即点(k,b).(k-b)参数空间中的一个局部峰值点就很有可能对应着原图像空间中的一条直线.对图像上所有的点进行Hough变换，最终所要检测的直线对应的一定是参数平面中出现频率最多的那个点.这样就在图像中检测出了直线.由于直线的斜率可能为无穷小，或者无穷大，则在(k-b)参数空间不便于对直线进行刻画和描述.所以，文献[14-15]提出了采用极坐标参数空间(ρ-θ)进行直线检测：ρ=xcosθ+ysinθ在Hough变换中，检测倾斜角的基本思路是由图像空间中的特征数据点去计算参数空间中的参数点的可能轨迹，并在一个累加器J(ρ,θ)中统计参考点，检测Hough域中曲线最频繁的交点(即J(ρ,θ)的最大值)，如图2(b)所示，该交点对应着直角坐标系中最长直线，求得θ=2.04°.2.5 盘面和铁帽区域提取算法2.5.1 投影统计法根据灰度图像的投影统计计算过程，对于绝缘子和导线像素点所构成的二值图像f′(x,y)，其中m为图像f′(x,y)的高度，n为f′(x,y)的宽度,则垂直方向的投影信号表示为：其中f′(i+1,j)=0，f′(i-s,j)=0f′(i-p+1,j)=1，(p=1,…,s)2.5.2 区域定位提取算法输入：倾斜校正后的二值图像f′.输出：盘面和铁帽区域的二值图像.算法步骤：1)对图像f′的起始列进行逐行扫描，像素点间距d定义为一列0，1的数组中连续1的最大长度，记录在二维数组D中，终点(i,j)的长度记为D(i,j)=d.统计d出现的频数并记录在数组P中，即进行P(d)++操作；2)对图像的下一列，同样按1)的方法进行操作，直至遍历整个图像；3)滤去导线的干扰，导线的像素间距一般较小，且出现频数较高，设定阈值φ，令P(i≤φ)=0；4)去除边缘干扰，规定在间距值10%以内的都认为是等间距，则5)求出P1中频数最大的两极大值所对应的i，j，有P1(i)=max1，P2(j)=max2，(i<j)，则i为铁帽的间距，j为盘面的间距；6)根据i，j分别反向计算求出铁帽和盘面的二值图像；7)形态学处理，角度恢复；8)结束.关于上述算法的一些说明：对于步骤1)，如有二值图像矩阵：则P={1,1,2,1,1}.算例矩阵如图2(c)所示.步骤3)中，对P中的结果再过滤，以剔除某些符合特征的电线等其他干扰.因为绝缘子的盘面和铁帽有一定的宽度，而其频率通常是整幅图像中最高的，根据这一特点将绝缘子盘面和铁帽区域提取出来.实际间距又不完全是个定值，所以规定间距值的10%以内都认为是等间距的.在无步骤4)的情况下极值有时不明显，经过该操作处理后极值较容易得到，如图2(d)所示，求得两极大值在i=20和j=46处.形态学处理能达到将不相关的细小区域滤除，而将相关的邻近区域连接并平滑边界的作用.绝缘子一旦出现某种内部或外部故障，则故障发热通过热传导或其他形式热交换，改变绝缘子相应表面部位的温升或温度分布，从而表现出其红外图谱的差异.本文模型主要针对实用性设计，应尽量排除变量因素的干扰，对于某一变电站，某一时间段内(一般1～2 h内可以测试完)，其外界环境对其绝缘子的影响基本不变(如环境温度，湿度，日照等)；本文模型具体到同串的每个绝缘子，对于同串来说，其绝缘子的外界环境也是基本一致；且不同变电站，不同环境变量因素太多，可比性不强，反而增大模型识别误差.为抽取故障特征集，分析异常绝缘子和正常绝缘子在温度和灰度特征上的差异，取热像图中绝缘子铁帽区域的平均温度作为该绝缘子的温度，并定义以下3个参数：绝对温度T、纹理H和相对温差率δt.3.1 绝对温度判断法绝缘子表面绝对温度判断法是根据检测得到绝缘子表面绝对温度值，结合串中不同位置绝缘子的温度和温升极限的有关规定，分析判断绝缘子温度过热部位(铁帽和盘面)状态的正常与否[3].这种方法的优点是分析简单直观，但由于受环境、距离和辐射率等方面的影响，绝对温度值不十分准确，但也能在一定程度上反映绝缘子的状态，其结果可对其他方法起一定的参考作用.3.2 图像纹理特征判断法根据绝缘子串的红外热像图谱来判断设备是否正常.将红外图像灰度化处理后，利用其纹理特征来表征绝缘子之间的差异，图像纹理表现为二维空间的灰度变化模式，是一种区域特征，反映图中各像素之间空间分布的特性[16]，如方差H1、熵H2和平均梯度H3.3.3 相对温差率判断法绝缘子在串中的位置不同所承载的电压也不同，环境温度也会影响红外诊断的结果，当环境温度低，尤其是承载电压小时，设备的温度值虽未超过相关标准，但在电压增长或环境温度上升后，会引发设备故障.可使用相对温差法解决上述问题.该方法是指同串中的某绝缘子与环境温度的温差(即温升)与相邻绝缘子的温升之比的百分数，相对温差率的计算如式：式中τ1，T1分别为某一绝缘子铁帽的温升和绝对温度；τ2,τ3，T2,T3分别为相邻的绝缘子铁帽的温升和绝对温度；T0为环境温度.3.4 辅助判别法尽管红外诊断是一种先进的诊断方法，上述各种判别方法也可以从不同的角度提高诊断的准确性，但是有些绝缘子的内部故障用红外成像很难诊断，因此需要一种可靠性高的检测方法(如电压分布法等)来对上述方法的准确性进行测试.由于该方法需要登杆作业，费时费力，只能作为一种对上述检测方法进行实时校正的辅助方法，从而将校验后的方便、准确模型应用于现场绝缘子的检测中.上述分割方法抗干扰性强，为了验证本文方法的有效性，具体分析了一个试验算例，提取结果如图2所示.并另外随机选取了江西省某地区2个220 kV变电站(白沙站和珠珊站)的各50张现场拍摄的复杂背景的红外绝缘子图像和试验图像50张，利用本文的提取方法批量进行绝缘子盘面和铁帽区域的提取，其正确提取率都在90%以上.表1为本文方法从试验算例中提取出的铁帽区域特征集和识别结果.根据随机选取的30张现场红外图像和10张试验红外图像分析可得以下结论：1)良好绝缘子串的发热温度分布于其电压分布规律基本相同，呈不对称的马鞍形.当绝缘子串中含有低值绝缘子时，其绝缘子的承载电压将降低，且由于自身阻值的大大减小，低值绝缘子的发热远大于良好绝缘子的发热.如图3所示.2)绝缘子红外图像的灰度特征表现为，低值绝缘子的平均灰度增大，其纹理偏小，而正常绝缘子基本都趋于平衡.如图4所示.3)在低值绝缘子处，温度骤升，相对温差率也大.如图5所示.综合以上3点能较好地识别出问题绝缘子.图6为识别出的问题绝缘子的位置.本文采用各种综合方法，从实际出发，通过统计总结归纳提出了一些准则和方法.该方法充分利用了红外图像中绝缘子的对称性等特点，使用OTSU实现绝缘子串分割、Hough变换进行倾斜度校正，通过对二值图像中绝缘子盘面和铁帽进行形态学处理和统计分析，然后利用本文算法分割提取，取得了很好的提取效果.最后选取绝缘子绝对温度、纹理和相对温差率3类特征集作为模型的输入参数，能较好地识别出劣化绝缘子.在实际现场拍摄的绝缘子串红外图像中，绝缘子铁帽和盘面之间没有完全相互遮挡的情况下，本文方法可较好地提取出绝缘子的盘面和铁帽区域，能够对大量绝缘子串红外图像进行自动提取和批量处理.试验算例结果验证了本文方法的有效性.对于绝缘子铁帽和盘面之间有相互遮挡的情况，可选取适当的拍摄角度，尽量避免过遮挡的红外拍摄.在状态识别算法方面，识别正确率还有待提高，由于特征集的选取具有很大的随机性，还需大量的实际数据加以改进.【相关文献】[1] 黄军凯，曾华荣，杨佳鹏，等．红外热像技术在低零值绝缘子检测中的应用[J]．电瓷避雷器，2013(2)：40-44．HUANG Jun-kai，ZENG Hua-rong，YANG Jia-peng, et al．Application of infrared thermal imaging technology to detection of low and zero resistance insulators 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浅论红外测温技术在绝缘子检测中的应用发表时间：2017-01-17T15:12:36.753Z 来源：《电力设备》2016年第24期作者：陈炯[导读] 在当前电力紧张、安全形势严峻，对供电可靠率要求越来越高的情况下，应用红外检测技术带电检测绝缘子的运行状况是十分必要的。

(江阴市供电公司 214400)摘要：本文简单论述了红外测温技术在检测线路绝缘子缺陷方面的应用，重点分析了红外测温技术检测绝缘子存在缺陷的原理，以及简单归纳了实际工作中应用红外测温技术判断绝缘子是否存在缺陷的方法。

关键词：瓷绝缘子复合绝缘子红外测温技术1 引言绝缘子在输电线路中是一种非常重要的绝缘设备。

无论是瓷绝缘子还是合成绝缘子在运行过程中，因长期受机电负荷、日晒雨淋、风吹雷击、温度变化等因素，常发生电气绝缘性能下降等现象，导致绝缘子被击穿引起线路故障。

目前各供电单位基本采用短路叉、火花间隙放电叉等人工登杆塔方法检测瓷绝缘子运行状况。

这些方法易于检测零值绝缘子，测试方法简单但准确性较低。

对于低值绝缘子，特别是一串中存在多片低值绝缘子的情况下，则很难作出正确的判断。

这些传统的绝缘子检测方法不仅劳动强度大、安全性差、效率低等原因，而且检测时火花放电的声音容易被电晕声淹没难以准确判断，易造成误检或漏检，最重要的一点是对于合成绝缘子无法进行检测。

因此，在当前电力紧张、安全形势严峻，对供电可靠率要求越来越高的情况下，应用红外检测技术带电检测绝缘子的运行状况是十分必要的。

2 红外检测原理分析对于瓷绝缘子来说，正常的瓷绝缘子串的发热很小，它的热分布与其电压分布规律相同，是不对称的马鞍形，即在绝缘子串的两端部温度偏高，串的中间逐渐减低，温度是连续分布。

相邻绝缘子间温差极小，不超过1℃。

当绝缘子的性能劣化后，它的绝缘电阻减小，当绝缘电阻降为l0～300MΩ时，称为“低值绝缘子”，当绝缘电阻降为5MΩ以下时，称为“零值绝缘子”。

对于低值和零值绝缘子，由于它们的绝缘电阻值不同，绝缘子串的电压分布将发生变化，毫无疑问，其发热规律也有相应改变。