输电线路中缺失绝缘子的检测与定位

输电线路中缺失绝缘子的检测与定位

习在利

北屯电力工程安装有限责任公司 新疆 北屯 836099

摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，在对无人机航拍图像中缺失绝缘子进行特征分析的基础上，提出了对绝缘子轮廓进行椭圆拟合与筛选进行缺失绝缘子定位的方法。该方法在使用Canny算子进行边缘检测后，对得到的边缘图像进行边缘细化、剔除细小边缘、形态学闭运算的处理，以去除边缘图像中的无关信息，并将部分断裂边缘重新进行连接，得到完整的边缘图像。最后通过对不同轮廓间进行椭圆拟合与相互匹配，正确标记真实绝缘子所在位置，并通过真实绝缘子的圆心位置、平均圆心距、绝缘子轴线斜率等信息求出缺失绝缘子的位置并进行标记。通过实验证明，该方法能在背景较复杂的情况下对缺失绝缘子进行定位，具有一定的实用价值。

关键词：绝缘子检测;图像处理;检测；定位

引言

目前，复合绝缘子因具有良好的防污性能、耐污闪、绝缘强度高、重量轻、相对尺寸小等优点而在我国得到大量运用，尤其是在重污秽地区。１９８０年代初我国就开始研制和使用复合绝缘子，经过不断发展，其制作工艺、帽端连接方式及伞裙护套结构已逐渐成熟。尽管如此，在实际运行实用中仍出现绝缘子破损、老化、掉串等故障，对电网安全运行构成了严重威胁。复合绝缘子中存在缺陷时将直接改变绝缘子自身的电容分布，使得运行中绝缘子及周围空间的电场分布与正常状态时相比，出现较大的变化。运行过程中，芯棒高压端附近场强最高，在强电场、湿气、污秽物、高温日照和机械应力的长期共同作用下，绝缘子性能将产生不可逆的劣化，特别是当复合绝缘子串出现芯棒受潮时，受潮部分芯棒电阻将急剧下降，丧失绝缘性能，使绝缘子串耐压能力下降，从而产生导通性缺陷。存在导通性缺陷的复合绝缘子，其爬电距离会减少，将大大增加绝缘子串的闪络概率。此类缺陷通常存在于复合绝缘子内部芯棒，不易发现。若在含有此类缺陷的复合绝缘子线路上开展带电作业工作，将造成不可挽回的人身伤亡事故。

1试验流程

整个研究分为图像识别和缺陷识别两个过程，图像识别基于ＲＦ＋ＣＮＮ的方法实现，主要完成绝缘子目标体的精准识别，缺陷定位首先通过卷积神经网络进行识别后绝缘子图片的分类，接着通过Ｆａｓｔｅｒ　Ｒ－ＣＮＮ分类器实现自爆缺陷定位，最后评估整个绝缘子缺陷识别率。图像识别中，按照图２的计算过程，卷积层１可提取无人机拍摄照片中电力设备及部件的轮廓，结合全链接层，卷积层５可提取具有类别区分性的信息，结合样本的类间散度和类内散度，可精准识别绝缘子。

2输电线路中缺失绝缘子的检测与定位

2.1复合绝缘子电场计算

（１）载荷及约束条件。该模型的边界条件为均压环和导线以及绝缘子高压端金具的电压施加为运行最高相电压有效值２８８．７ｋＶ；低压端金具、地面和部分杆塔为０Ｖ；悬浮导体是未加电压的导体，其感应电荷总量为０Ｃ。对导通性存在缺陷复合绝缘子仿真计算时，假设导通性缺陷段电阻为０Ω，其电导率为无穷大，以模拟实际中最坏的缺陷情况。（２）网格划分特征。根据复合绝缘子高度、计算区域及复合绝缘子伞裙等结构特点，在有限元仿真计算时，采用多级网格划分方式。网格划分见图３，绝缘子串及其周围的空气采用较密的网格划分，最小尺寸为２ｍｍ，最大尺寸为６ｍｍ；较远的空气采用较稀疏的网格划分，最小尺寸为６ｍｍ，最大尺寸为２０ｍｍ。

2.2傅里叶红外光谱分析(FTIＲ)

有机物质经红外线照射后，选择性地吸收其中某些频段，经红外光谱仪记录下的吸收谱带即红外光谱图。FTIＲ广泛应用于物质的化学组成分析，根据物质在红外光谱照射后吸收波段的特点来推断该物质内部所含官能团，并依照特征吸收峰的峰值、强度、面积等来定量分析该官能团含量的相对变化，可用于复合绝缘子用硅橡胶的理化特性的研究。参考GB/T6040—2002红外光谱分析通则，使用型号为赛默飞IS50的傅里叶红外光谱仪，测量硅橡胶表面粉化层以及未老化层，将样品表面磨平，放置在ATＲ棱镜上，从样品后侧加压，使样品与棱镜均匀接触。随机对500kV孝浉II线故障绝缘子中的两支绝缘子粉化层区域进行采样，进行红外光谱检测，并与伞裙内层未老化的部分进行比较。与伞裙内层相比，粉化层的Si－(CH3)2、Si－O－Si、Si－CH3和－CH3(C－H)基团含量明显减少，说明硅橡胶分子在老化过程中，Si－O主链和Si－C侧链大量断裂。Si－C键的键能较小，容易断裂，因此对老化反应最灵敏，导致在老化过程中侧链先发生断裂。此时，其亲水性硅氧主链失去了憎水基团的屏蔽，极易与活性基团发生反应而断裂，造成聚合物大分子降解，导致憎水性减弱。硅橡胶绝缘材料表面发生的裂解、氧化与水解反应等使PDMS中的甲基分裂成亚甲基－CH2和单个的－H，消耗了表面的甲基，减弱了表面的憎水性，生成－C=O等强极性基团，造成分子结构相互交联，结构柔顺性降低，使绝缘材料不再是有机械强度的弹性体，形成粉化层。同时，粉化层中的－OH基团含量有所减少，这是因为硅橡胶在制作中会加入羟基硅油作为结构化控制剂，防止硅橡胶因结构化而变硬变脆。运行中，羟基硅油不断渗出，随着运行时间的增加，表层硅橡胶逐渐结构化，因此丧失弹性和拉伸强度，这是造成伞裙硬化、粉化层在外部应力作用下极易产生裂纹的重要原因。

2.3多轮廓椭圆匹配

由于单轮廓上拟合的所有椭圆仅是真实绝缘子的一部分，因此要想确实定位绝缘子的位置，就要在绝缘子左轮廓与右轮廓正确拟合椭圆的前提下，成功找到同一绝缘子两侧的椭圆。将相互匹配的椭圆圆心用红线连接起来后，由于绝缘子图片过长，因此仅展示匹配好的绝缘子的局部图像。不仅对真椭圆成功进行配对，对于所拟合的假椭圆也能成功配对(配对假椭圆为上半部分中第三条红线所相连的一对白色椭圆)。

结语

通过对以上故障绝缘子的试验分析，得到以下结论。1)500kV输电线路复合绝缘子在户外环境里长期运行，受到电、光、热、污秽等因素的影响，绝缘子伞裙表面污秽受潮放电、导线电晕放电等将产生高能带电粒子，而太阳光中含有大量紫外光子，其中放电产生电子的能量、太阳中紫外光的能量远大于伞裙材料中的Si－O键能l、Si－C键能、甲基中的C－H键能，所以，运行复合绝缘子在放电产生的带电粒子及太阳紫外光子的作用下，硅橡胶材料分子中的Si－O－Si主链和Si－CH3侧链将发生断链，引发硅橡胶性能劣化，表现为粉化、劣化现象。2)500kV输电线路复合绝缘子不同部位伞裙处电场强度存在差异，高压端电场较高，绝缘子中部和靠近杆塔端的电场强度次之，所以复合绝缘子靠近导线端伞裙老化相对较重，通过对故障绝缘子发热部位进行解剖，护套上带着部分酥朽的芯棒残渣，芯棒表面明显酥朽，芯棒缺陷处的玻璃纤维明显裸露，表面存在一定的蚀损痕迹，环氧树脂严重缺损，颜色呈现棕黄色，结合芯棒解剖结果分析异常温升是由于芯棒酥朽老化引起的局部放电等过程产生。3)500kV输电线路复合绝缘子，随着运行年限的增加，伞裙的老化从表面向纵深方向发展，对于运行时间超过10年，建议运维单位加强红外测温和紫外电晕检测频次，及时分析、掌握绝缘子劣化情况，发现缺陷及时处理。

参考文献

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